Оценка эффективности гелиоводонагревателя

Опыт эксплуатации биогазовых установок постоянно обобщается с целью повышения надежности работающих установок и разработки более совершенных. Такой является пилотный проект биогазовой установки в ГП «Экспериментальная база «Зазерье» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» (рис.10).

Рис. 10. Общий вид пилотной биогазовой установки в ГП «Экспериментальная база «Зазерье» РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства»

Техническая характеристика биогазовой установки: электрическая мощность 250кВт; тепловая мощность, 280кВт; основное технологическое сырье- навоз КРС; объем

участников результаты

целью которых

энергетической надёжности

ферментера- 1600куб.м; объем

дображивателя- 1735 куб.м Выводы

В выступлениях

конференции изложены теоретических и прикладных исследований и разработки новых технологий и технических средств, является:

• повышение уровня безопасности и энергоснабжения предприятий и сельских поселений, в том числе за счёт широкого использования местных и возобновляемых энергоресурсов;

• вовлечение ВИЭ в топливно-энергетический баланс;

• сокращение затрат на производство, распределение и транспортировку электрической энергии и топлива;

• энергосбережение и повышение энергоэффективности производства сельхозпродукции;

• снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду;

• эффективное использование энергетического потенциала Союзного государства России и Белоруссии.

УДК 631.3 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10026

ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ГЕЛИОВОДОНАГРЕВАТЕЛЯ

A.Ф. Эрк, канд. техн. наук; В.А. Размук

B.Н. Судаченко, канд. техн. наук; Е.В. Тимофеев, канд. техн. наук

Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства(ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия

Представлены результаты экспериментального исследования некоторых теплоэнергетических характеристик гелиоводонагревателя с использованием динамического метода. Объектом исследования был плоский гелиоколлектор, разработанный ИАЭП. Коллектор представляет собой радиатор с зачерненной поверхностью, установленный в корпусе и закрытый сверху одинарным

Технологии и технические средства механизированного производства продукции

_растениеводства и животноводства_

стеклом с уплотнением. С тыльной стороны корпус снабжен теплоизоляцией. Анализ полученных данных показал, что потери тепла через теплоизолированную заднюю стенку коллектора в 7-8 раз меньше, чем через переднюю остекленную стенку; с усилением нагрева гелиоприемника тепловые потери возрастают прямо пропорционально росту температуры. Так, при нагреве пластины от 35 до 65°С теплопотери возросли с 80 до 440 Вт. К.п.д. коллектора с увеличением температуры гелиоприемника существенно снижается, в связи с чем эксплуатировать коллектор при высоких температурах менее эффективно.

Ключевые слова, солнце; гелиоколлектор; тепловые потери.

EFFICIENCY ASSESSMENT OF SOLAR WATER HEATERS A. F. Erk, Cand. Sc. (Engineering); V.A. Rasmuk;

V. N. Sudachenko, Cand. Sc.

Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production (IEEP) - branch of FSBSI FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia

The paper presents the outcomes of the experimental study of some thermal power characteristics of the solar water heater with the use of the dynamic method. Object of the study was a flat solar collector designed by IEEP, which is a radiator with a blackened surface, installed in the casing and covered on top with one piece of glass with sealing. The backside of the case is provided with thermal insulation. Analysis of the data obtained showed that the heat loss through the insulated rear wall of the collector was 7-8 times less than through the front wall glazed. With the increase in the heating of the solar energy receiver, the heat loss grew in direct proportion to the temperature rise. Thus, when the plate was heated from 35 to 65°C, the heat loss increased from 80 to 440 W. Performance coefficient of the collector substantially decreased with the temperature rise, therefore it is less effective to operate the collector at high temperatures.

Key words: Sun, solar collector, heat loss. Введение

Использование энергии солнца для нагрева воды в сельскохозяйственных предприятиях и в быту перспективно даже в северной части Северо-Запада РФ[1]. В животноводческих фермах гелиоводо-нагеватели возможно использовать для подогрева воды для поения животных и на технологические нужды [2]. В тепличных хозяйствах для подогрева воды для полива и подогрева земли в весенний период. В быту -подогрев воды в бассейнах, различных емкостях для полива, для обеспечения личной гигиены. Существуют два типа солнечных волонагревателей: вакуумные

трубчатые и плоские. Первые возможно использовать почти круглогодично, однако недостатком является хрупкость трубок и значительная стоимость коллектора. Плоские коллекторы значительно дешевле. Для нагрева воды в летние месяцы целесообразно применять плоские коллекторы солнечной энергии. Такие коллектора представляют из себя радиатор с зачерненной поверхностью, установленный в корпусе и открытый сверху одинарным стеклом с уплотнением[3,4]. С тыльной стороны корпус снабжен теплоизоляцией. Характеристики коллектора различны. Для выбора коллекторов и их конструирования 17

представляет интерес иметь информацию о тепловых потерях.

Материалы и методы

Объектом для экспериментальных исследований являлся гелиоколлектор разработанный ИАЭП. Экспериментальное исследование провели следующим методом, гелиоколлектор заполнили водой, при этом входные и выходные штуцеры закрыли заглушками. Затем его нагревали при помощи имитатора солнечной радиации постоянной интенсивности, при этом измеряли температуру воспринимающей поверхности и задней стенки. После этого тепловое воздействие прекращали и аналогично измеряли температуру при охлаждении. Исследование проводили при следующих условиях:

интенсивность возмущающего теплового потока I кВт/м2, температура окружающей среда 20°С (скорость ветра 0 м/с.).

Результаты и обсуждение

Кривые нагрева и

представлены на рис. I.

1"С 10

60

50

40

30

20

охлаждения

}

2

200

I мин

1з • ^

УтX , Ут' X

-ж 1 +-ж

V Т V-' Т

где Qп (1)- среднеинтегральные теплопотери в интервале температур воспринимающей

поверхности от 1 - М

2

до

) + —, Вт; 2

I*

интенсивность

2

теплового

потока, Вт/м

Ут Т;Ут' ¿;УТ' Т -

возмущающего

2

^ -площадь коллектора, м ;

время изменения температур передней и задней стенок теплоизолированной плоскости коллектора

при нагреве ( Т ) и охлаждении ( X ) от 1 - М

до 1 + -

2 :

мин.

Задаваемый температурный интервал = 2К

Значение к.п.д. определяется как

^п

т(1) = 1 -

I • F

Зависимости Qn (1) и

результатам экспериментальных дований представлены на рис. 2.

в

т(1) по иссле-

Вт

0.8 400

0,6  300

0.4 . 200

0.2 100

0 0

Рис. 1 График изменения значений температур

при нагреве и охлаждении коллектора 1 - передняя часть коллектора, 2 - задняя часть коллектора

Интегральные тепловые потери Qn(t) гелиоводонагревателя определяли [5] как сумму потерь через переднюю остекленную и заднюю теплоизолированную поверхности.

I • F Qn (1) = з

I V

Рис. 2 К.п.д. и интегральные тепловые потери гелиоводонагревателя в зависимости от температуры 1 гелиоприемника

Выводы

Анализируя полученное данные, можно отметить следующее:

1. Потери тепла через теплоизолированную заднюю стенку коллектора в 7-8 раз меньше, чем через переднюю остекленную,

2. С. усилением нагрева гелиоприемника тепловые потери возрастают прямо пропорционально росту температуры. Так,

при нагреве пластины от 35 до 65°С теплопотери возросли с 80 до 440 Вт. 3. К.п.д. коллектора с увеличением температуры гелиоприемника существенно

снижается, в связи с этим эксплуатировать коллектор при высоких температурах менее эффективно.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Сравнительный анализ энергоэффективностисельскохозяйственных предприятий молочного направления // Механизации и электрификации сельского хозяйства. 2014. №5. С. 22-24.

2. Эрк А.Ф.,Судаченко В.Н. Методы повышения надежности энергообеспечения крестьянских (фермерских) хозяйств. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 88. С.53-59.

3. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф. Математическая модель солнечной водонагревательной установки // Технологии и технические

средства механизированного производства продукции растениеводства и

животноводства. 2013. № 84. С.90-112.

4. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф. Оптимизация параметров солнечной водонагревательной установки методом вычислительного эксперимента. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2013. № 84. С.112-125.

5. СтронскийЛ.Н. и др. Экспериментальное исследование теплоэнергетических характеристик гелиоводонагревателя динамическим методом // Гелиотехника. 1986. № I. С.45-48.

REFERENCES

1. Brovtsin V.N., Erk A.F., Bychkova O.V. Sravnitel'nyj analiz energoehffektivnosti sel'skohozyajstvennyh predpriyatij molochnogo napravleniya [Comparative analysis of energy efficiency of dairy farms]. Mekhanizaciya i ehlektrifikaciya sel'skogo hozyajstva. 2014; 5: 22-24.

2. Erk A.F., Sudachenko V.N. Metody povysheniya nadezhnosti ehnergoobespecheniya krest'yanskih (fermerskih) hozyajstv [Methods to improve reliability of power supply of private (peasant) farms]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016; 88: 53-59.

3. Brovtsin V.N., Erk A.F. Matematicheskaya model' solnechnoj vodonagrevatel'noj ustanovki [Mathematical model of solar water heaters].

Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva

mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2013; 84:.90-112.

4. Brovtsin V.N., Erk A.F. Optimizaciya parametrov solnechnoj vodonagrevatel'noj ustanovki metodom vychislitel'nogo ehksperimenta [Optimization of parameters of a solar water heating installation through computational experiment]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva 2013; 84: 112125.

5. Stronskij L.N. i dr. Eksperimental'noe issledovanie teploehnergeticheskih harakteristik geliovodonagrevatelya dinamicheskim metodom [Experimental study of thermal power characteristics of the solar water heater by dynamic method]. Geliotekhnika. 1986; I: 45-48.