Экспериментальные исследования функционирования системы - солнечный водоподогреватель (СВП)+ ветроэлектрический агрегат (ВЭА), предназначенный для горячего водоснабжения сельского дома (дачи, виллы) в условиях Апшерона

Работа добавлена:



Если Вы нашли нужный Вам реферат или просто понравилась коллекция рефератов напишите о Нас в любой соц сети с помощью кнопок ниже





Экспериментальные исследования функционирования системы - солнечный водоподогреватель (СВП)+ ветроэлектрический агрегат (ВЭА), предназначенный для горячего водоснабжения сельского дома (дачи, виллы) в условиях Апшерона на http://mirrorref.ru

Экспериментальные исследования функционирования системы - солнечный водоподогреватель (СВП)+ ветроэлектрический агрегат (ВЭА), предназначенный для горячего водоснабжения сельского дома (дачи, виллы) в условиях Апшерона

УДК 662.992: 662.93 (088.8)

В данной работе рассматриваются методика экспериментальных исследований, в натурных условиях, основных теплоэнергетических характеристик, предложенной системы горячего водоснабжения сельского (дачного дома) на основе совместного использования альтернативных источников энергии – Солнца и ветра.

Выбор совместного использования энергии Солнца и ветра связано с тем, что во многих регионах страны и, в частности, на Апшероне и Прибрежной полосе Каспийского моря интенсивность суммарной солнечной радиации составляет свыше 1800 , а среднегодовая продолжительность солнечного сияния 1800 часов, с уровнем солнечной радиации .

Расчеты показывают, что только за счет вовлечения в Аграрный комплекс республики низкопотенциального тепла солнечной радиации при помощи установки СК с суммарной площадью 10тыс.м2, обеспечивается экономия 13 тыс.т.у.т. В связи с этим следует отметить, что в настоящее время максимальной площадью СК располагает США-10млн.м2, Япония-8 млн.м2, Израиль-1,75 млн.м2. В ФРГ и Швейцарии-250 тыс.м2 и т.д. По площади СК на душу населения первое место занимает Израиль~0,6 м2, Австрия-0,08м2, Япония-0,07м2.

В Узбекистане, Туркменистане, Киргизии, Грузии и Азербайджане эта цифра просто мизерна.

На Апшероне наряду с высоким потенциалом солнечной энергии имеются весьма благоприятные условия для использования ВЭА.

В Прибрежной зоне часты ветры со скоростью  и выше, а 226 дней в году  и более.

Если принять во внимание общий потенциал энергии Солнца и ветра для целей горячего водоснабжения населения Апшерона и Прибрежной полосы Каспийского моря то он обеспечит экономию топлива за 10лет~0,20 млн.т. у.т и уменьшение выбросаCO2как минимум на 250 тыс.т.

С учетом вышеизложенного в рамках Плана научно-исследовательских работ, утвержденных Президиумом НАНА на 2006-2010 гг., проводятся комплексные исследования совместного использования энергии Солнца и ветра с целью улучшении санитарно-гигиенических нужд населения Апшерона и Прибрежной полосы Каспийского моря. В связи с чем разработана и создана Гелиоветроэнергоустановка (СВП+ВЭА), позволяющая, обеспечить семью состоящую, из 4-х человек (200-250л горячей воды) посредством совместного комбинированного использования энергии Солнца и ветра.

Система предназначена для работы в ранее-весенний-летний и поздно-осенний периоды года, в течении которого отрицательные температуры наружного воздуха для данного региона республики согласно многолетним данным Министерства Экологии и Природных ресурсов Азербайджана маловероятны.

Применяется одноконтурная система отвода тепла. Целесообразность данного выбора функционирования системы СВП+ВЭА, согласуется также с литературными данными, как отечественных, так и зарубежных специалистов. Согласно этим данным [1-2] для регионов с высокой интенсивностью солнечной радиации свыше  и более для  нецелесообразно использование двухконтурной системы функционирования СВП, которое также рекомендуется СНиП.

Использование двухконтурной системы функционирования СВП с применением 1 или 2-х электронасосов, в виду расхода электроэнергии из Центральной электроснабжающей сети (ЦЭС), значительно понижает эффективность технологического процесса.

В данном случае также является весьма нежелательным технологическое понижение температуры горячей воды на выходе из СВП свойственное 2-х контурным системам из бака-аккумулятора СВП к потребителю.

Применение 2-х контурной системы функционирования СВП как правило рекомендуется для крупных объектов и регионов с холодным климатом, расположенных на широтах свыше  [3-4].

Общий вид и принцип функционирования системы (СВП+ВЭА), представлен на Рис.1. СВП производства Турции стандартного типа включает 2 солнечных коллектора (СК), с общей площадью~4,0м2 плоского типа с селективным покрытием на котором расположены трубки имеющие надежный контакт с поглощающей пластиной, объединяемые в патрубки подвода и отвода теплоносителя. Снижение тепловых потер лучепоглощающей поверхности (называемый абсорбером), в окружающую среду, достигается путем использования тепловой изоляции, закрывающей нижнюю поверхность абсорбера, а также светопрозрачной изоляции, (остекления), размещаемой над абсорбером на определенном расстоянии от него. Все названные элементы помещаются в корпус, где и производится уплотнение прозрачной изоляцией- остеклением.

Максимальная температура, до которой можно нагреть теплоноситель (в данном случае воду~1000С).

Абсорбер СК изготовлен из алюминия. Изоляция минеральная вата.

СВП включает также бак холодной воды с дозатором и бак аккумулятор горячей воды (в котором размещен теплоэлектронагреватель (ТЭН), питаемый как от ВЭА, так и при отсутствии ветра от Центральной электроснабжающейсети ЦЭС).

Рис.1. Система горячего водоснабжения сельского (дачного) дома на основе альтернативных источников энергии (Солнца+ветра)

ТЭН для догрева воды, снабжен терморегулятором установленным на отметке~750C и располагается горизонтально в верхней части бака-аккумулятора. При соблюдении указанных условий обеспечивается благоприятное температурное расслоение (стратификация) воды по высоте бака.

При нагреве воды, вода в СК расширяется становится менее плотной и поднимается по коллектору вверх и через трубу поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора. В результате более прохладная вода у днища бака-аккумулятора вытесняется и перетекает по трубе в нижнюю часть СК. Эта вода в свою очередь нагревается и поднимается в бак. Пока светит Солнце вода будет постоянно циркулировать по этому контуру, все более нагреваясь.

Расположение бака-аккумулятора относительно СК в СВП обеспечивает циркуляцию теплоносителя в дневное время, предотвращая циркуляцию воды в обратном направлении – в ночное время. Для устранения этого нежелательного процесса, вызывающую потерю энергии, бак установлен так, чтобы его днище было выше верхней отметки СК на мм.

СВП является саморегулирующимися и расход теплоносителя в нем полностью определяется интенсивностью СР, а также теплотехническими и гидравлическими характеристиками СК, бака-аккумулятора тепла и соединительной коммуникации.

ВЭА – производства США. Диаметр ветроколеса~3,0м. Ориентиро- вочная мощность при скоростях ветра  1000 ватт и более.

Система (СВП+ВЭУ) размещена на крыше Радиобиологического подразделения ИРП НАНА. Высота размещения ВЭУ около 5,0 метров, ветроколеса 12,0 м, что естественно благоприятствует работе ВЭА, т.к. на высотах свыше 10 м скорость ветра значительно возрастает и число часов работы ВЭА значительно увеличивается, способствуя повышению эффективности и теплопроизводительности технологического процесса подогрева воды. При наличии ветра (от 3,5 до 710м/сек) и выше (Рис.2), вырабатываемая энергия ВЭА проходя через выпрямительное устройство, подается на управляющий контакт транзистора. При этом срабатывает обмотка релеK1, замыкаются контактыK1.1иK1.2и питание потребителей осуществляется от энергии ВЭА. Потребители (бытовые приборы и т.д.) обеспечены автоматическими защитными устройствами: при достижении температуры 750С терморегулятор отключает нагреватель, и энергия расходуется бытовой аппаратурой.

При отсутствии ветра уменьшается ток подаваемый на управляющий контакт транзистора,VT1обесточивается обмотка релеK1 и контактыK1.1,K1.2размыкаются, при этом обеспечении электроэнергией осуществляется от ЦЭС.

Для контроля переключения предусмотрена схема, которая подпитывается током вырабатываемым пониженным напряжением, с прохождением выпрямления и стабилизации.

В процессе длительных экспериментальных и исследований (2007-2008 г.г.) тепловых характеристик (СВП+ВЭА), проведенных в натурных условиях регистрировались нижеследующие параметры системы:

- плотность потока суммарной солнечной радиацииQ;

- температура наружного воздуха,tн;

- температуры воды на входе и выходе из СК,tвх иtвых;

- скорость ветра,Vв;

- температура поверхности СК,tn;

- температуры стеклаtc,изоляцииtиз и воздушной прослойкиtвозд.пр;

-температура воды в баке-аккумуляторе,tб.акк в двух сечениях от днища;

- температура воды к потребителю,tпотреб;

-расход воды к потребителюGп.

Интенсивность суммарной солнечной радиацииQпроизводились посредством Пиранометра М-80 контроль показаний измерений, производился фотоэлектрическим методом.

Рис.2 Электрическая схема совместной работы системы (СВП+ВЭА) для горячего водоснабжения

Рис.3 Схема электронного блока для измерения распределения температуры

Температура воды на входе и выходе из СК, а также температура окружающей среды измерялись образцовыми ртутными термометрами с ценой деления 0,10С, скорость воздушного потока замерялась по показаниям образцового анемометра.

Расход воды через СК определялся объемным методом. Средняя температура теплопоглощающей панели, воздушного промежутка между теплопоглощающей панелью и остеклением, а также температура остекления и изоляции СК измерялось посредством датчиков (кремниевых диодов), подключаемых и регистрируемых посредством специально собранного нами электронного блока (Рис.3), позволяющею эффективное измерение температур различных узлов СК (Таблица), к преимуществом которого относятся:

а) в отличии от термопор эти датчики не нуждаются в усилителе;

б) отпадает необходимость в использовании холодного спая термопары;

в) упрощается измерительная схема;

г) стоимость измерительного блока гораздо ниже используемых.

Таблица. Результаты экспериментальных актинометрических, анемометрических и температурных исследований системы (СВП+ВЭА), при средней продолжительности работы установки (10 часов) для (март – декабрь) месяцев 2007-2009гг.

Время испытаний (месяцы )

Декабрь

12,2

12,0

40,2

4380

7,5

Ноябрь

16,4

14,5

48,2

4850

7,2

Октябрь

22,2

18,5

53,0

5500

6,5

Сентябрь

26,5

23,0

65,0

6150

6,0

Август

34,3

24,5

72,5

7500

5,4

Июль

31,0

23,5

70,2

6850

5,1

Июнь

25,3

22,4

68,9

6350

7,0

Май

21,5

18,5

58,5

5950

6,8

Апрель

19,5

15,2

52,0

4820

5,5

Март

16,5

13,42

49,2

4580

6,2

Параметры

Средняя дневная

температура воздуха,0С

Средняя начальная температура воды,0С

Средняя конечная температура воды,0С

Суммарная среднедневная солнечная радиация, Вт/м2

Скорость ветра, м/сек

1

2

3

4

5

Одной из основных и главных характеристик СК является , который определяется расчетным путем, а также по результатам натурных испытаний.  СК зависит от режимных и метеорологических параметров.

Результаты натурных испытаний СК обычно представляют в виде зависимости  от , гдеq – плотность потока суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора;  - разность между средней температурой абсорбераtnи температурный наружного воздуха.tв В методике Национального бюро стандартов США(NBS)вместоtnиспользуется полусумма температур рабочей жидкостиtж на входе и выходе из СК.

Наиболее приемлемым, на наш взгляд, является обработка результатов экспериментальных исследований по следующей методике [4-10]. По тепловому балансу в любой момент времени количество солнечной радиации, поглощаемое поверхностью абсорбера СК , равно сумме полезно используемой для нагрева воды теплотыQпол, теплоты расходуемой на разогрев СК -Qнагр, и теплопотерь в окружающую среду, т.е.

(1)

С момента стабилизации температуры и поступления солнечной радиации теплотуQнагр можно считать небольшей.

С учетомQпот=Kпол(tж-tо.с.) уравнение можно записать в виде:

(2)

Где ;  иKвх – коэффициент поглощения солнечной радиации поверхностью абсорбера и светопропускания прозрачного ограждения (остекления),Kпр– суммарной коэффициент теплопотерь, Вт/м2K.

Полезная теплота СК определялась какQпол=Gср(t2-t1).При определенной интенсивности солнечной радиации  СК,

(3)

Тогда (2)можно представить в виде:

(4)

Таким образом уравнение (4) связывает основные тепловые параметры СК с внешними условиями окружающей среды и представляет собой полную информативную характеристику СК.

По экспериментальным, расчетным и опытным данным Kпр=7,88,0Вт/м2К,  СК различных модификаций (крупных, автономных и др.) колеблется в широких пределах 37-60%, достигая в некоторых случаях, по мнению авторов 80-70% [11-12].

Для наших условий (Таблица)  колеблется в пределах 47-52%. Полученные данные Рис.4, практически хорошо согласуется с расчетными [13].

Продолжительные испытания системы (СВП+ВЭА+ЦЭС), позволяют сделать однозначный вывод о практической эффективности технологического процесса горячего водоснабжения удовлетворения санитарно-гигиенических нужд сельской семьи в природных условиях Апшерона и Прибрежной полосы Каспийского моря. Эксплуатация установки показала также целесообразность и эффективность дублирования системы в зависимости от погодных условий путем комбинированного совместного использования и замены одного возобновляемого источника энергии Солнца, другим ветра.

Рис.4 Зависимость  от разности средней температуры воды и окружающей среды (tж-tо.с.) при различных интенсивностях падающей на СК солнечной радиацииq.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки. М. Энергоатамиздат. 1991, с.210.
  2. Назарова Г.Р. Конкурентоспособность гелиосистемы: методы конструкции решения. Часть 1, Аш, 1990, с.160.
  3. Назарова Г.Р. Конкурентоспособность гелиосистем: методы, конструкции, решения. Часть 2, Аш, 1990, с.116.
  4. Close D.J. The performance Solar Water Heaters with Natural Circulation. “Solar Energu”№6, 1962,p.33-40, 279-283.
  5. CoxosDeWayne. Патент США. кл. 126/437,F24J3/02№4235223; заявлено 21.02.78. № 879382 опубл. 25.11.80г.
  6. “Modelling of Thermall Storage for Solar Heating Systems”. Solar Energy Appl. Dwellings. Proc. E.C. Contract Mett. Athers, 11-13 Now, 1981, Dordrecht, e.a., 1982, p.118-123.
  7. Weltrangliste for Solarkollektoren. Bauphysik, 1988,№10, №3,p.87
  8. Wer Hat die Meisen Solarkollektoren? Weber Rudolf. “Electrotechnic” (Schweiz), 1988, 39,№4,p.16-17
  9. Малевский Ю.Н., Мышко Ю.Л., Смирнов С.Н., Тарнижевский Б.В. Методика определения тепловых характеристик солнечных коллекторов в лабораторных условиях. «Гелиотехника», №4, Издание АН Уз. ССР, 1980, Тш, с.50-54.
  10. Батмунх С., Умаров С.Г., Энхжаргал Х., Издендамбал Л. Результаты испытания солнечного водонагревателя в условиях Монгольской Народной Республики «Гелиотехника», №6, Издание АН УзССР, 1987. Тш, с.72-73
  11. Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (под редакцией Виссарионова В.В.), М, Фирма ВИЭН, 2004, с.448.
  12. Шадыев О.М., Якубов Ю.Н., Имомкулов А.И. Солнечный водонагреватель с полуцилиндрическим котлом. «Гелиотехника», №1, Издание АН УзССР, 1978, Тш, с.78-79.
  13. Керимов М.А., Салманова Ф.А. Горячее водоснабжение сельского дома с использованием энергии Солнца. Теплоэнергетический анализ системы. ж. «Новости теплоснабжения», Электронная версия.http.www.rosteplo.ru/stat.1-php2id=88poz-f110, м, 2007.

Экспериментальные исследования функционирования системы - солнечный водоподогреватель (СВП)+ ветроэлектрический агрегат (ВЭА), предназначенный для горячего водоснабжения сельского дома (дачи, виллы) в условиях Апшерона на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Экспериментальные исследования переходных процессов в топке высокотемпературного кипящего слоя котла малой мощности при сжигании торфа для разработки системы автоматического регулирования

2. О расчете расхода воды в системах холодного и горячего водоснабжения

3. О расчете двухступенчатых водоподогревателей горячего водоснабжения для современных тепловых пунктов

4. О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ГЛУБОКИХ СКВАЖИН ДЛЯ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В РОССИИ

5. Работа мини-ТЭЦ с противодавленческими паровыми турбинами на базе нагрузки горячего водоснабжения

6. Эффективность применения металлического цинкового покрытия для антикоррозионной защиты трубопроводов горячего водоснабжения (ГВС)

7. Перспектива строительства трубопроводов горячего водоснабжения и отопительных сетей из чугунных труб с шаровидным графитом (ЧШГ)

8. Комплексный подход к вопросу отопления, вентиляции и горячего водоснабжения административных, культурно-бытовых и жилых зданий

9. Моделирование и экспериментальные исследования в среде MATLAB

10. Основные теоретические модели внимания и его экспериментальные исследования