ПЛОСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ КОЛЛЕКТОРЫ – ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

FLAT SOLAR WATER HEATERS SOURCES OF THERMAL ENERGY

Nizomjon Usmonov

PhD, Department of Thermodynamics and Heat Engineering, Associate Professor, Tashkent State Technical University,

Uzbekistan, Tashkent

Feruza Umardjanova

Senior Lecturer, Department of Thermodynamics and Heat Engineering, Tashkent State Technical University,

Uzbekistan, Tashkent

Feruza Xashimova

Senior Lecturer, Department of Thermodynamics and Heat Engineering, Tashkent State Technical University,

Uzbekistan, Tashkent

АННОТАЦИЯ

В работе показано, что по результатам тепловых потерь ЛПТП через ограждающие элементы корпуса коллектора в окружающую среду температура воды на выходе из нее снижается до .

ABSTRACT

The work shows, based on the results of heat losses of RHTP through the enclosing elements of the collector body into the environment, the water temperature at the outlet from it decreases to .

Ключевые слова: плоские солнечные водонагревательные коллекторы.

Keywords: flat solar water heating collectors.

Плоские солнечные установки (солнечные водо- и воздухонагревательные коллекторы) являются наиболее распространенными типичными техническими средствами для преобразования энергии солнечного излучения в низкопотенциальное тепло, которое может быть использовано для полного или частичного покрытия тепловых нужд потребителей тепла такого же температурного потенциала [1].

В настоящее время серийное производство плоских солнечных водонагревательных коллекторов (ПСВК) организовано во многих странах мира. Организация среднего производства ПСВК и расширение масштабов их применения в системах горячего водоснабжения (СГВС) объектов различного назначения в Республике Узбекистан ставит задачу их паспортизации и сертификации, решение которой включает в себя разработку целой системы тестов (испытаний), направленной на определение их теплотехнической эффективности, надежности и контроля качества изготовления. Особое место в ней занимает тепловое тестирование, цель которого заключается в определении их теплотехнических характеристик экспериментальным способом.

Основными показателями степени теплотехнического качества ПВСК, непосредственно влияющими на их полезную теплопроизводительность () и тепловую эффективность (), являются приведенные к единице площади фронтальной (лицевой) поверхности их корпуса. Коэффициент суммарных тепловых потерь в окружающую среду () и коэффициент тепловой эффективности лучепоглощающей теплообменной панели (ЛПТП) рассматриваемого ПСВК (), характеризирующий эффективность переноса тепла от элементов ЛПТП к воде, циркулирующей внутри ТОК (), и приведенный к единице площади фронтальной поверхности корпуса коллектора, эффективная поглощательная способность суммарного солнечного излучения СИ, характеризирующая оптическую эффективность системы «СП-ЛПТП» рассматриваемого коллектора (), которая определяется произведением эффективной интегральной поглощательной способности суммарного СИ зачерненной поверхности ЛПТП () на приведенный к единице площади фронтальной поверхности корпуса коллектора эффективной пропускательной способности суммарного СИ СП (), т.е.

Типичные ПСВК состоят из зачерненной ЛПТП с встроенными теплоотводящими каналами (ТОК), уложенной в неглубокий плоский ящик (корпус) со светопрозрачным покрытием (СП), теплоизолированным дном и боковыми стенками (рис. 1).

Рисунок 1. Принципиальная схема поперечного сечения ПВСК с листотрубной ЛПТП:

1 – СП; 2 – зачерненная ЛПТП; 3 – ТОК; 4 – теплоизоляция дна; 5 – снизу стенки; 6 – боковые стенки; 7 – корпус

Одним из наиболее распространенных методов теплового тестирования ПСВК является натурный квазистационарный метод. С целью обеспечения условий квазистационарности тепловые тестирования коллектора проводятся в околополуденные часы ясных дней при значениях поверхностной плотности потока суммарного (прямого и диффузного) СИ, падающего на поверхность СП (), не менее 630  и угле падения прямого СИ на поверхность СП () не более 30° [3]. Основным недостатком натурной квазистационарной методики теплового тестирования плоских солнечных водонагревательных коллекторов Национального бюро стандартов США, как отмечено в [2; 3], являются трудоемкость и большая длительность тестов, обусловленные низкой повторяемостью результатов из-за их зависимости от погодно-климатических условий.

Сущность проведения «темновых» экспериментов заключается в следующем. Ночью в его ЛПТП подается горячая вода с температурой  при постоянном значении ее расхода (). В результате тепловых потерь ЛПТП через ограждающие элементы корпуса коллектора в окружающую среду температура воды на выходе из нее снижается до .

Одной из основных целей «темнового» метода определения теплотехнических характеристик ПСВК является определение приведенного коэффициента теплопередачи от воды в ТОК ЛПТП к единице площади фронтальной поверхности его корпуса () и в окружающую среду () по результатам измерений , , ,  и .

Определение  при этом базируется на равенстве тепловых потоков, отдаваемых охлаждаемой водой:

                                                              (1)

и теряемых в окружающую среду через ограждающие элементы корпуса ПСВК

,                                                             (2)

т.е.

.                                                             (3)

Значение в (2) и (3) может быть определено из выражения

,                                                            (4)

т.e. как полусуммы и  или из выражения

,                                                               (5)

предложенного в [3].

В работе развита методика «темнового» способа определения основных теплотехнических характеристик ПСВК, используемых в СГВС. В результате тепловых потерь ЛПТП через ограждающие элементы корпуса коллектора в окружающую среду температура воды на выходе из нее снижается до .

Список литературы:

1. Усмонов Н.О., Хазратов А.Г. Влияние внутреннего источника тепла на температурное поле и теплопередачу через светопрозрачное покрытие плоских солнечных установок // Сборник статей по материалам XLIX международной научно-практической конференции «Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке». – 2020. – № 1(44) – С. 70–76.
2. Usmonov N.O., Isaxodjayev X.S. Influence of the internal heat source on the temperature field and transfer through light-translucent coating of flat solar plants // The American journal of engineering and technology. – 30 july, 2020. – Vol. II, Issue VII. – P. 46–50.
3. Avezov R.R., Vokhidov A.U., Usmonov N.O. Heat Transfer Coefficient from the Sheet-Piped Light-Absorbing Panels of the Flat-Plate Solar Water-Heating Collectors to the Heat Transfer Fluid in Their Heat-Removing Channels // Applied solar energy. – 2018. – № 54. – P. 168–172.