Методика расчета оптимального количества плоских солнечных коллекторов

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

6. Никитин А.В. Повышение мощности ветрового потока ветрогенератором с диффузорным усилителем / А.В. Никитин // Инновации в сельском хозяйстве. 2014. №3(8), М., ГНУ ВИЭСХ. С.198-202.

7. Судаченко В.Н., Зуев Н.В., Папушин Э.А., Шаркова В.В. Исследование эффективности новой схемы ветродизельного комплекса / Труды международной научно-технической конференции Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. 2006. Т. 4. С. 222-227.

8. Ветроэлектрическая установка ВЭУ-16/30 / Руководство по эксплуатации ВЭУ-16/30.00.000 РЭ, «Ветра Стар», 2001 г. 50 с.

УДК 004.421:620.91:62-67:631.9 А.В. НИКИТИН

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНОГОКОЛИЧЕСТВА ПЛОСКИХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ

В статье, представлена методика расчета оптимальных параметров системы горячего водоснабжения с использованием плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ». Приведен пример расчета нагрева воды для поения животных в коровниках 500 голов. Представлен вариант использования алгоритма расчета в виде компьютерной программы с рабочим интерфейсом.

Ключевые слова: программа расчета, плоский солнечный коллектор, интенсивность солнечной радиации, горячее водоснабжение.

A.V. NIKITIN

CALCULATION METHOD OF OPTIMUM NUMBER OFFLAT SOLAR COLLECTORS

In the articlethe calculation method of optimal parameters of hot water supply system using flat solar collectors "SANDWICH" is described. A calculation example of water heating for animals in a barn for 500 head is given. A caseuse of

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал.

_ИАЭП. 2016. Вып. 88._

the calculation algorithm in the form of a computer program with anoperation interfaceis presented.

Key words: software program, flat solar collector, solar radiationintensity, hot water supply.

Для использования плоских солнечных коллекторов в системе горячего водоснабжения (ГВС) на бытовые и технологические нужды[1], требуетсяопределение таких параметров работы системы, как необходимое количество коллекторов и объемов нагреваемой воды. Методику определения таких параметров, в зависимости от интенсивности солнечной радиации и температуры воды до нагрева, необходимо адаптировать для систем с использованием конкретной модели солнечного коллектора.

На рис. 1 показана блок-схема алгоритма, расчета оптимальных параметров работы системы горячего водоснабжения, с использованием плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ».

Начало

а, Ь, S, Vpacx, Тн, Ткг SKr Vb.k., *

N=0,92ab

Vk=NVB.K.

Уобщ—Vpa cx+Vk

Wmin=0,0011 \Лэбщ

Nmin=Wmm/0,5St

*mfn Количество солнечны* коллекторов, шг, N

"Количество коллекторов выбрано верно7

Рис.1. Блок-схема алгоритма расчета оптимальных параметров системы ГВС

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

Расчет начинается сопределение числа плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», которые можно установить на выбранном участке крыши, стены и т.д. Расчет количества коллекторов выполняется по формуле:

N = 0,92 • а • Ь

где ^ количество плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», шт.; а - длина участка для установки коллекторов, м; Ь— ширина участка для установки коллекторов, м; 0,92 — коэффициент, учитывающий расположение системы подводящих и отводящих труб.

Общий объем нагреваемой воды в системе состоит из объема воды необходимого для заполнения коллекторов и объема воды, расход которой необходим для обеспечения бытовых или технологических нужд. Расчет объема воды общей и в системе коллекторов выполняется по формулам:

Кобщ ^расх + Ис

= Кв.к.

где Уобщ — общий объем воды в системе ГВС, л; Ук—объем воды в системе из расчетного количества плоских солнечных коллекторов, л; Урасх — объем воды необходимый для обеспечения бытовых или технологических нужд, л; Ув.к. — внутренний объем воды необходимый для заполнения одного коллектора, л; ^ количество плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», шт.

Определив общий объем воды, возможно, рассчитать минимальное количество энергии необходимое для ее нагрева от начальной до необходимой температуры. Расчет энергии необходимой на нагрев воды выполняется по формуле:

]МтЫ = 0,0011 •К0бщ

где Wmin — минимальное количество энергии необходимое для нагреваводы, кВт*ч; 0,0011 — коэффициент плотности воды;Уобщ — общий объем воды в системе ГВС, л; Тк — температура воды после нагрева, оС; Тн — температура воды до нагрева, оС.

На основании расчетных значений минимального количества энергии, необходимого для нагреваводы, можно уточнить минимальное количество солнечных коллекторов, требующихся для установкис учетом значений интенсивности солнечной радиации.

Расчет уточненного количества солнечных коллекторов выполняется по формуле:

N  = ^^

где Nmin — минимальное количество плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», необходимых для нагрева общего объема воды, шт. — минимальное количество энергии необходимое для

нагреваводы, кВт*ч^к — площадь системы теплообмена одного плоского солнечного коллектора, м2$ — среднее значение интенсивности солнечной радиации, Вт/м ; t — время интенсивного воздействия солнечной радиации, час.

На графическом интерфейсе программы расчета системы ГВС с использованием солнечных коллекторов, выводится информация о минимальном количестве плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», необходимых для нагрева до заданной температуры общего объема воды.

Результатом правильного выбора числа коллекторов, является сравнение минимального количества энергии, необходимого для нагреваводыв системе ГВС, с максимальными значение энергии, которое возможно получить от солнечной радиации, в зависимости от площади устанавливаемых коллекторов. Расчет максимального количества энергии способного получить от системы солнечных коллекторов выполняется по формуле:

Щпах = $ • N • 5к • I

где Wmax — максимального количества энергии способного получить от системы солнечных коллекторов, кВт*ч; S — среднее значение интенсивности солнечной радиации, кВт/м количество плоских солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», шт.^к — площадь системы теплообмена одного плоского солнечного коллектора, м2; t — время интенсивного воздействия солнечной радиации, час.

Определение расчетного значения максимального количества энергии способного получить от системы солнечных коллекторов, позволяет рассчитать максимальный объем воды, который может быть нагрет до заданной температуры, при условии установки выбранного числа коллекторов. Расчет максимального объема нагреваемой воды выполняется по формуле:

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

Y _ Щпах /7)

max — 0,оо11

где Vmax - максимального объем нагреваемой воды в системе ГВС, л; Wmax - максимального количества энергии способного получить от системы солнечных коллекторов, кВт*ч;Тк - температура воды после нагрева, оС; Тк - температура воды до нагрева, оС.

Площадь, выделяемая под установку системы, не всегда может обеспечить установку необходимого количества солнечных коллекторов. В случаи, если установленное количество коллекторов не может обеспечить нагрев необходимых на бытовые или технологические нужды объемов воды, требуется уточнить максимально допустимый расход воды для данной системы. Расчет максимально допустимый расход воды для выбранной системы выполняется по формуле:

^доп.расх. _ ^max — Кс

где ^оп.расх - допустимый расход воды для выбранной системы ГВС, л; Vmax - максимальный объем нагреваемой воды в системе ГВС, л; VR - объем воды в системе из расчетного количества плоских солнечных коллекторов, л.

Рекомендации о снижении значений объемов расходуемой воды до предельно допустимых значений для конкретной системы ГВС с использованием плоских солнечных коллекторов, так же выводится на графическом интерфейсе системы.

Данные о интенсивности солнечной радиации, могут быть получены с любых доступных метеоресурсовв регионе использования или как в нашем случаи были использованы данные за 2012-2015 годы, полученныес метеостанции ИАЭП [2] в период с мая по сентябрь. Значения времени воздействия средних значений интенсивности солнечной радиации, для северных районов, принимаются менее или равным 4,5 часам. Пример:

Необходимо определить комплектацию системы ГВС плоскими солнечными коллекторами «СЭНДВИЧ», для обеспеченияпоения коров в коровнике, в объеме 15000литров в сутки. Коллекторы решено установить на крыше коровника. Доступные размеры участка крыши, имеющего южную ориентацию [3]: длинна -30м, ширина -10м. Территориально коровник расположен в Ленинградской

области, следовательно усредненная интенсивность солнечной радиации на горизонтальную поверхность в период с мая по сентябрь не превышает 430 Вт/м [4]. Температура воды из скважины составляет 6оС. Необходимо получить воду температурой не менее 21оС. Воспользуемся программой расчета системы ГВС с использованием солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», внешний вид которой представлен на рис. 2.

Программа расчета системы ГВС с использованием солнечных коллекторов "СЭНДВИЧ"

Расчет количества коллекторов

Предполотаемая площадь для установки ГВН: (доступный для установки солнечных коллекторов из поликарбоната, участок крыши, стены и т.д.)_

длинна, м

ширина, м

Комплект системы ГВН составит, шт

30

10

552

Проверка выбора количества коллекторов

Общий вид коллектора

Объем воды

е системе требуемый расход допустимый коллекторов

Интенсивность солнечной радиации, Вт/м2

Предпологаемый расход воды, л

Общий о&ьем нагреваемой волы, л

430

15000

17760

Габаритный размер: - ширина 500мм; длина 1000мм

Число коллекторов

Температура воды:

начальная, С

конечная. С

21

Количество коллекторов выбрано верно

тт. количество солнечны* коллекторов, шт 303

доступное к неоошднмое установке для нагрева

Расход энергии

мах. от солнечной неоатднмыдтя раднаннн нагрева

: Время облучения солнечной установки, принято усредненно равным - 4,5 часа.

Рис. 2. Вид интерфейса программы расчета системы ГВС

По результатам расчета, на заданных нами размерах крыше, возможно установить 552 плоских солнечных коллекторов, с габаритными размерами 1,0х0,5м. Исходя из заданных значений интенсивности солнечной радиации, а так же предполагаемого объема расхода воды и температуры нагрева, достаточным является установка 303 плоских солнечных коллекторов. Это подтверждает график расхода энергии на нагрев. Площадь 552 установленных

4 Г о о

,5 часа воздействия солнечной радиацией интенисностью 430Вт/м , позволяет получить 520 кВт*ч энергии, тогда как для нагрева 17760 литров воды, в системе, до температуры 21оС необходимо затратить 290кВт*ч энергии.

Изменим размеры участка крыши, имеющего южную ориентацию: длинна -30м, ширина 4м. Остальные данные для расчета изменены не будут. Вновь воспользуемся программой расчета

94

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

системы ГВС с использованием солнечных коллекторов «СЭНДВИЧ», внешний вид которой, после перерасчета, представлен на рис. 3.

По результатам расчета, на заданных нами размерах крыше, возможно, установить только 221 плоских солнечных коллекторов. Исходя из заданных значений интенсивности солнечной радиации, а так же температуры нагрева, рекомендуется уменьшить предполагаемый объем расходуемой воды до 10807 литров, что так же проиллюстрировано на графики объемов воды, как столбец «допустимый». Т.к. уменьшилось возможное число установки солнечных коллекторов, следовательно, уменьшился общий объем нагреваемой воды с 17760 до 16104 литров, программа определяет достаточным установку 275 плоских солнечных коллекторов.

Программа расчета системы ГВС с использованием солнечных коллекторов "СЭНДВИЧ"

Расчет количества коллекторов

Предполотаемая плошадь для установки ГВН: (доступный для установки солнечных коллекторов иа поликарбоната, участок крыши, стены и т.д.)_

длинна, м

30

Комплект системы ГВН составит, шт. 221

Проверка выбора количества коллекторов

Общий вид коллектора

Объем воды

£ системе 1ре№емын расход допустимый ЖШЛеЕТОрОЕ

Интенсивность солнечной радиации. Вгм2

Предпологаемый расход воды, л

Общий объем нагреваемой воды, л

430

15000

16104

Габаритный размер:

- ширина 500мм;

- длина 1000мм

Число коллекторов

Температура воды:

начальная.

конечная.

:. С

21

Количество коллекторов выбрано не верво

шш. количество солнечных коллекторов, пи 275 или уменьшить объем бака водонагревателя, л 10807

300 id 230

Ё 100 2 30

;

доступное к неотоднмое vcraHOBKe для нагрева

Расход энергии

Ш!И

мах. от солнечной неоЬкодимыдля радиации нагрева

Примечание: Время облучения солнечной установки, принято усредненно равным -4,5 часа.

Рис. 3. Вид интерфейса программы расчета системы ГВС после изменения

исходных данных

В соответствии с графиком расхода энергии на нагрев, с площади 221 установленных коллекторов за 4,5 часа воздействия солнечной радиацией в 430Вт/м , возможно получить 210 кВт*ч энергии, тогда как для нагрева 16104 литров воды до температуры 21оС необходимо затратить 260кВт*ч энергии.

Информирование программного комплекса о неправильно выбранном количестве коллекторов, предполагает корректировку размеров либо площадки для установки солнечных коллекторов, с увеличение количества последних, либо уменьшения объемов расходуемой воды

Корректировка размеров Корректировка расхода воды

площадки

Расчет количества коллекторов Расчет количества коллекторов

Предпологаемая площадь для установки ГВН:

длинна, м 31 длинна, м 30

ширина, м 5 ширина, м 4

Комплект системы ГВН составит, шт. 285 Комплект системы ГВН составнт> шт. 221

Проверка выбора количества коллекторов Проверка выбора количества коллекторов

Интенсивность солнечной радиации, Вт/м2 430 Интенсивность солнечной радиации, Вт/м2 430

Предпологаемый расход воды, л 15000 Предпологаемый расход воды, л 11000

Общий объем нагреваемой воды, л 16426 Общий объем нагреваемой воды, л 12104

Температура воды: Температура воды:

начальная: С 6 начальная. С 6

конечная. С 21 конечная. С 21

Количество коллекторов выбрано верно Количество коллекторов выбрано верно

шт. количество солнечных коллекторов, шт 280 min. количество солнечных коллекторов, шт 206

Рис. 4. Вид интерфейса программы расчета системы ГВС внесения

корректировки.

Использования различных программных комплексов, в основе которых заложен алгоритм определение оптимальных параметров систем нагрева воды с использованием плоских солнечных коллекторов, той или иной модификации, позволяет сократить время выбора всей системы для каждого конкретного случая. В условиях нехватки места для установки, необходимого количества солнечных коллекторов и обеспечения заданного объема горячего водоснабжения, программный комплекс выполняет расчет и определяет значение максимально допустимого объема воды, заданной температуры, доступное потребителю. Расчет системы ГВС может быть произведен, как для обеспечения бытовых нужд населения, так и технологических нужд различных производств, включая и сельскохозяйственное.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Никитин А.В. Использование энергии солнца и ветра в сельском хозяйстве /А.В. Никитин // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП.С-Пб, 2015. №86. С.190-198.

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства_

2. Метеоданные с погодной станции WeatherLink, с сайта «Погода в г.Пушкин» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://weather-pushkin.j imdo.comсвободный.

3. Эрк А.Ф., Никитин А.В. Использование активных и пассивных солнечных коллекторов в системах солнечного водонагрева в СевероЗападном регионе РФ/А.Ф. Эрк, А.В. Никитин//Энергосберегающие технологии и технические средства для их обеспечения в сельскохозяйственном производстве: Междунар. науч.-прак. конф. молод. ученых, г. Минск, 25-26 августа 2010 г./РУП НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства. Минск, 2010. С. 277280.

4. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы энергосбережения и повышенияэнергоэффективности сельскохозяйственного производства /А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко// Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства/ ИАЭП. С-Пб, 2015. №87. С.233-239.

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 88._

РАЗДЕЛ II ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА МЕХАНИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

УДК: 633.494:631.52

КУРБОНАЛИ ПАРТОЕВ, д-р с.-х. наук

Центр инновационного развития науки и новых технологий академии наук Республики Таджикистан

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ КОРМОПРОИЗВОДСТВА ПУТЕМ СОВМЕЩЕННОГО ПОСЕВА КУЛЬТУР В УСЛОВИЯХ ТАДЖИКИСТАНА

Ключевые слова: земледелие, интенсификация, биомасса, топинамбур, подсолнечник, кукуруза.

K. PARTOEV, DSC

Center for innovative development of science and new technologies of the academy of sciences of the Republic of Tadjikistan

INTENSIFICATION OF FODDER PRODUCTION THROUGH COMBINED SOWING OF FARM CROPS IN TAJIKISTAN

The article shows that the method of combined growing of three crops (root artichoke +sun flower + maize) increases the yield of green mass by 79,0%. The method of combined growing of three crops is a perspective one for intensive using of agricultural land and livestock farming in the future in Tajikistan.

Key words: arable farming, intensification, biomass, root artichoke, sun flower, maize.

Таджикистан является горной страной, где 93% территории заняты горными экосистемами. Орошаемые земли здесь составляют более 600 тыс. га и на душу населения приходится меньше 0,1га. Это обстоятельство ставит перед учеными-аграрниками республики задачи по поиску новых инновационных путей интенсивного использования орошаемого и неорошаемого клина. Исходя из этого, одним из путей дальнейшей интенсификации земледелие является

98