Статья опубликована в рамках: Научного журнала «Студенческий» № 34(120)
Рубрика журнала: Технические науки
Секция: Энергетика
Скачать книгу(-и): скачать журнал часть 1, скачать журнал часть 2
СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
COMPARATIVE EVALUATION OF EFFICIENCY OF SOLAR COLLECTORS IN HEAT SUPPLY SYSTEMS
Valery Stefan
student, Department of Industrial Heat Power Engineering, branch of FSBEI HE "NRU" MPEI "in Smolensk,
Russia, Smolenskv
Irina Kabanova
Cand. tech. sciences, associate professor, branch of FSBEI HE "NRU" MPEI "in Smolensk,
Russia, Smolensk
АННОТАЦИЯ
В статье рассмотрены вопросы сравнительной эффективности различных типов солнечных коллекторов и даны рекомендации по их применению в системах отопления и горячего водоснабжения зданий.
ABSTRACT
The article discusses the issues of the comparative efficiency of various types of solar collectors and gives recommendations for their use in heating and hot water supply systems of buildings. A summary, reflecting the subject matter of the article.
Ключевые слова: гелиоустановка; коллектор солнечной энергии; коэффициент полезного действия; лучистая энергия; инсоляция.
Keywords: solar plant; solar collector; efficiency coefficient; radiant energy; insolation.
Одним из наиболее актуальных направления устойчивого развития в современном мире является применение возобновляемых источников энергии. В связи с истощением мировых запасов органического топлива, ухудшением экологической ситуации особое внимание уделяется использованию солнечной энергии. Поэтому рассмотрению вопросов по оценке эффективности работы гелиоустановок и влиянию различных параметров на их показатели является одной из актуальных задач на современном уровне развитии энергетике.
Одним из основных элементов систем теплоснабжения на базе гелиоустановок являются солнечные коллекторы, от эффективности работы и стоимости которых в целом зависит себестоимость получаемой тепловой энергии.
В рамках представленной работы выполнен анализ по расчетному сравнению характеристик наиболее распространенных типов солнечных коллекторов.
К основным типам коллекторов солнечной энергии (КСЭ) относятся [1]:
- неселективный плоский КСЭ с однослойным остеклением НПК-1;
- неселективный КСЭ с двухслойным остеклением НПК-2;
- неселективный плоский КСЭ без остекления;
- селективный плоский КСЭ с однослойным остеклением НПК-1;
- селективный плоский КСЭ с двухслойным остеклением НПК-2;
- пораболо-цилиндрический концентратор ПЦК;
- вакуумированный стеклянный трубчатый коллектор ВСТК.
К рассмотрению приняты несколько типов коллекторов, которые на сегодняшний день имеют более широкое применение в сочетании с оптимальной конструкцией и параметрами (табл. 1).
Таблица 1.
Основные типы солнечных коллекторов.
|
Тип А
|
Тип Б
|
Тип В
|
Тип Г
|
|
Кк = 8.26 Вт/(м2К), η0 = 0.779 |
Кк =1.13 Вт/(м2К), η0 = 0.7 |
Кк = 1.15 Вт/(м2К), η0 = 0.661 |
Кк = 20.35 Вт/(м2К), η0 = 0.93 |
Коллектора типа А и Г являются плоскими, а типа Б и В –трубчатые вакуумные. Отличительной особенностью коллекторов типа В является наличие рефлектора, плоские коллекторы типа Г изготавливаются из пластика с отсутствием остекления. Все представленные типы коллекторов могут быть использованы в системах отопления и горячего водоснабжения.
Плоские коллекторы (тип А) имеют однослойное остекление и по соотношению стоимости изготовления и тепловой производительности являются предпочтительными для широкого практического применения. Вакуумные коллектора целесообразно применять для северных широт при более низких температурах наружного воздуха.
Для сравнения эффективности работы коллекторов и оценке влияния разности температур, характерных для различных периодов работы выбраны коллекторы наиболее известных производителей.
КПД современных коллекторов выражают характеристикой [2]
, (1)
где ΔТ - разность между средней температурой теплоносителя в коллекторе и температурой окружающей среды, оС.
η0 - эффективный оптический коэффициент полезного действия КСЭ.
Кк - эффективный коэффициент теплопотерь КСЭ, Вт/(м2 К),
Ек – солнечный поток, Вт/м2.
Величина η0 представляет собой КПД коллектора при ΔТ=0 и, в большинстве случаев, равна произведению пропускной способности стекла φ и поглощательной способности абсорбера Аs. В физическом смысле, коэффициент полезного действия выражает отношение (полезной) тепловой энергии, отведенной от абсорбера с помощью циркулирующего через коллектор теплоносителя, к падающей на абсорбер суммарной лучистой энергии.
В качестве характерных периодов работы солнечных коллекторов выбраны декабрь и июль, для которых среднедневные солнечные потоки Ек для декабря (140 Вт/м2) и июля (1040 Вт/м2), что соответствует г. Сочи. Результаты расчетов представлены в табл. 2 и на рис. 1,2.
Таблица 2.
Результаты расчетов КПД коллекторов
|
КПД коллектора |
ΔТ, 0С |
||||
|
0 |
10 |
40 |
60 |
80 |
|
|
Тип А Eк=140Вт/м2 |
0.779 |
0.189 |
- |
- |
- |
|
Eк=1040Вт/м2 |
0.779 |
0.7 |
0.461 |
0.302 |
0.144 |
|
Тип Б Eк=140Вт/м2 |
0.7 |
0.5 |
0.32 |
0.13 |
- |
|
Eк=1040Вт/м2 |
0.7 |
0.674 |
0.649 |
0.623 |
0.589 |
|
Тип В Eк=140Вт/м2 |
0.661 |
0.427 |
0.212 |
0.018 |
- |
|
Eк=1040Вт/м2 |
0.661 |
0.612 |
0.583 |
0.534 |
0.516 |
|
Тип Г Eк=140Вт/м2 |
0.93 |
0.183 |
- |
- |
- |
|
Eк=1040Вт/м2 |
0.93 |
0.812 |
0.519 |
0.127 |
- |
Рисунок 1. Сравнение КПД коллекторов при минимальной инсоляции зимнего периода (для декабря)
Рисунок 2. Сравнение КПД коллекторов при максимальной солнечной инсоляции летнего периода (для июля)
В результате сравнения результатов можно отметить, что в зимнее время рабочая область температур коллектора смещается вправо, а значение с ростом температуры коллектора снижается более интенсивно. При выполнении расчетов была принята температуру в баке-аккумуляторе на уровне не менее +50 оС, а рабочая температура коллектора на 10 оС выше температуры воды в баке.
При возрастании интенсивности инсоляции КПД коллектора увеличивается, а при увеличении температуры наружного воздуха КПД возрастает. Очевидно, что н холодный период года обычного плоского КСЭ весьма низок.
Большое влияние на КПД КСЭ оказывает температура теплоносителя на входе н коллектор; чем она ниже, тем ниже тепловые потери КСЭ и выше его КПД. При увеличении расхода теплоносителя КСЭ возрастает до определенного предела, а затем остается постоянным, так что существует оптимальный диапазон значений расхода теплоносителя. КСЭ сильно увеличивается при применении абсорбера с селективным покрытием, характеризуемым большим отношением поглощательной и излучательной способностей. При однослойном остеклении (тип А) изменение степени селективности абсорбера приводит к увеличению КСЭ.
Для отопления и ГВС зданий требуется большая разность температур, которую могут обеспечить только высокоэффективные коллекторы. например вакуумированные (тип Б, В) или плоские с селективным абсорбером.
Список литературы:
- Шетов В.Х., Бутузов В.А. Перспективы солнечного теплоснабжения. Энергосбережение №7, 2006. https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3233
- Амерханов, Роберт Александрович. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем / Р. А. Амерханов, В. А. Бутузов, К. А. Гарькавый; под ред. Р. А. Амерханова. - Москва: Энергоатомиздат, 2009. - 502 с.
Оставить комментарий