Статья опубликована в рамках: LVI Международной научно-практической конференции «Инновации в науке» (Россия, г. Новосибирск, 27 апреля 2016 г.)
Наука: Технические науки
Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции часть 1, Сборник статей конференции часть 2
дипломов
КОНФЕКЦИОНИРОВАНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НАДУВНЫХ ВОЗДУШНЫХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ
CONFECTIONING OF POLYMERIC MATERIALS FOR INFLATABLE AIR SOLAR COLLECTORS
Olga Smirnova
cand. tech. sci., associate professor of Don State Technical University,
Russia, Sсhakhty
Inna Vashchinskaya
senior lecturer of Don State Technical University,
Russia, Sсhakhty
Maria Goncharova
undergraduate 2 course of Don State Technical University,
Russia, Sсhakhty
Yury Avetisyan
student 3 courses of Don State Technical University,
Russia, Sсhakhty
АННОТАЦИЯ
Цель статьи заключается в подборе оптимальных материалов для изготовления надувных полимерных солнечных коллекторов исходя из требований стандартов и теплофизических свойств материалов. По результатам аналитического обзора и экспериментов предложена классификация требований к полимерным материалам.
ABSTRACT
The purpose of the article is in the selection of the best materials for the manufacture of inflatable plastic solar collectors based on the requirements of standards and thermal properties of materials. According to the results of experiments and analytical review the classification requirements for polymeric materials.
Ключевые слова: Солнечный коллектор, классификация, свойства полимерных материалов.
Keywords: Solar collector, classification, properties of polymer materials.
Показатели эффективности и эксплуатационные характеристики надувных воздушных солнечных коллекторов (НВСК) в значительной степени определяются свойствами применяемых полимерных материалов. При этом требования к материалам для рассматриваемого типа гелиосистем регламентируются косвенно. Анализ требований нормативно-технической документации для проведения методов испытаний и технических условий по изготовлению воздушных гелиосистем [1–5] позволил определить требования, интерпретируемые и для НВСК (таблица 1).
Таблица 1.
Основные технические требования к материалам НВСК, регламентируемые нормативно-технической документацией
|
Наименование параметра |
Значение параметра |
|
Пропускная способность одного слоя прозрачной изоляции |
0,85 |
|
Степень черноты поверхности светопоглощающего материала |
0,30 |
|
Поглощающая способность светопоглощающего материала |
0,92 |
|
Произведение КПД коллектора и коэффициент эффективности не менее:
|
0,72 0,61 0,85 |
|
Произведение общего коэффициента тепловых потерь коллектора и коэффициента эффективности поглощающей панели должно быть при нулевой скорости ветра, Вт/(м2·C), не более:
|
5,8
3,9
4,3 |
|
Материалы для прозрачной изоляции коллектора, используемые в качестве единственного или наружного слоя при двухслойном прозрачном покрытии, должны сохранять свои свойства при температуре |
от - 45 до + 100 °С |
|
Материалы для внутреннего слоя прозрачной изоляции должны сохранять свои свойства при температуре |
от - 45 до + 150 °С |
|
Материалы, используемые для уплотнения наружного слоя прозрачной изоляции, должны обеспечивать влагонепроницаемость коллектора, сохранять свои свойства при температуре |
от -45 до +100°C |
|
Материалы тепловой изоляции, контактирующие с поглощающей панелью коллектора, должны быть стойкими к воздействию температуры при черном поглощающем покрытии, не менее |
+150°C |
В соответствии с вышеизложенными требованиями из широкого ассортимента полимерных материалов были выбраны:
- для светопропускающего слоя – полиэтилентерефталат. Данный материал обладает высокими показателями теплостойкости, стойкости к УФ-старению, а также коэффициеном светопропускаемости, равным 0,85;
- для светопоглощающего слоя – полиэтилен высокой плотности, в связи с его удовлетворительными показателями теплофизических свойств.
Детализация свойств выбранных материалов представлена в таблице 2.
Таблица 2.
Основные свойства полимерных материалов для изготовления НВСК [8–10]
|
Свойства |
Полиэтилен-терефталат |
Полиэтилен высокой плотности |
|
Плотность, кг/м3 |
1360–1400 |
945–955 |
|
Температура плавления, °C |
255–265 |
130–135 |
|
Температура размягчения, °C |
245–248 |
80–90 |
|
Теплостойкость, °C |
150 |
120 |
|
Теплопроводность, λ, Вт/(м·К) |
0,2 |
0,42–0,44 |
|
Теплоёмкость, с, кДж/(кг·К) |
0,99 |
2,1–2,9 |
|
Температуропроводность, а*107, м2/с |
1,56 |
1,9 |
|
Относительное удлинение, % |
70–120 |
400–800 |
|
Твердость по Бринеллю, МПа |
100–120 |
45–60 |
Для серии лабораторных и натурных экспериментов был подготовлен образец коллектора, представляющий собой герметично соединенные светопропускающий (1) и светопоглощающий (2) слои (рис. 1). В качестве прототипа помещения был изготовлен короб (3) из теплоизоляционных материалов, в который помещался единичный сегмент НВСК. Подача и отведение воздуха в коллектор осуществляется посредством обратного клапана (4).
Рисунок 1. Фотографии испытуемого образца: а – общий вид; б – единичный цилиндрический сегмент НВСК
Результаты натурных и лабораторных экспериментов определили необходимость дополнить требования к материалам, приведенные в таблице 1, следующими позициями для светопоглощающего материала: высокие показатели теплоёмости и теплопроводности с целью обеспечения быстрого нагрева теплоносителя. Кроме того, применяемые материалы должны поддерживать многократные механические нагрузки, в том числе многократный изгиб, с целью обеспечения эксплуатационных характеристик коллектора в процессе монтажа, демонтажа, упаковки и транспортировки.
Таким образом, классификацию требований, предъявляемых к материалам для изготовления НВСК, можно представить согласно данным рисунка 2.
Рисунок 2. Требования к материалам для изготовления НСК
Дальнейшие виды работ в сфере конфекционирования материалов для НВСК должно быть направленно на дифференциацию разработанных требований с учетом конструкции и назначения изделия.
Результаты исследований получены при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.
Список литературы:
- ГОСТ Р ИСО 9808-2010 «Водонагреватели солнечные. Эластомерные материалы для абсорберов, соединительных труб и фитингов. Метод оценки».
- ГОСТ 28205-89 «Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Руководство по испытанию на воздействие солнечной радиации».
- ГОСТ Р 51910-2002 «Методика исследования и проверки ускоренными методами влияния внешних воздействующих факторов на долговечность и сохраняемость технических изделий».
- ГОСТ Р 26883-86 «Внешние воздействующие факторы. Термины и определения».
- ГОСТ 28202-89 (СТ МЭК 68-2-5-75) «Основные методы испытаний на воздействие внешних факторов. Часть 2. Испытания. Имитированная солнечная радиация на уровне земной поверхности».
- Основные свойства полиэтилена. URL:http://poliamid.ru/polietilen (Дата обращения 04.03.16).
- Справочная. Термопласты. Полиэтилентерефталат (ПЭТФ). URL:http://www.newchemistry.ru/material.php?id=40 (Дата обращения 05.03.16).
- Энциклопедия полимеров 2 том. В.А. Кабанов М.С. Акутин. Изд. Советская Энциклопедия. – 1977. – С. 651–652.
- EN 12975-1, EN 12975-1 «Солнечные системы теплоснабжения и их компоненты – Солнечные коллекторы – Часть 1: Общие требования, Часть 2: Методы испытаний».
- ISO 9806-2:1995 «Методы испытаний солнечных коллекторов. Часть 2. Процедуры квалификационных испытаний».
дипломов
Оставить комментарий