<<
>>

1.3.5. Методы тепловых испытаний солнечных водонагревательных установок

Эффективность работы СВУ определяется помимо конструктивных особенностей климатическими параметрами места её эксплуатации, к которым, в первую очередь, относятся потоки солнечного излучения, температура наружного воздуха, скорость ветра.

Известно несколько различных методов испытаний солнечных водонагревательных установок.

Часть из них связано с измерением дневной производительности установки в эксплуатационных условиях, другие- с проведением комплекса испытаний элементов установки с последующим ее численным моделированием. Отдельную группу составляют попытки измерения среднедневной производительности СВУ и представления результатов в форме кривой КПД, аналогичной результатам квазистационарных испытаний солнечных коллекторов.

С целью уменьшения риска создания низкоэффективной СВУ необходимо предварительно определить производительность проектируемой установки в зависимости от её технических характеристик и климатических параметров. На основе математических моделей тепловых процессов, происходящих в СВУ, созданы расчётные программы для подбора оптимальных элементов СВУ для различных климатических условий. Эти программы позволяют определить теплотехнические характеристики спроектированных СВУ в заданных климатических зонах. В расчётах учитываются метеорологические данные - плотность потока солнечного излучения, температура окружающей среды, скорость ветра [53, 54, 55].

Недостатком моделирования работы СВУ является то, что реальные характеристики работы СВУ могут отличаться от данных, определённых этими программами, поскольку в расчётах используют усреднённые за несколько лет метеорологические данные. Поэтому актуальной является задача исследования эффективности СВУ в реальных климатических условиях.

Испытания солнечных водонагревательных установок, позволяющие объективно определять тепловую производительность и КПД в зависимости от ряда параметров, сегодня регламентируются стандартом ISO 9459 [56-58].

При создании этого стандарта его разработчики отмечали, что единый подход и, соответственно, единую методику испытаний им выработать не удалось, поэтому стандарт представляет собой сборник из трех различных методик испытаний СВУ. Предполагалось дополнить его еще двумя частями, излагающими соответствующие методики, однако эта работа до настоящего времени не выполнена.

Предварительный анализ показал, что для условий России наиболее подходящей является методика, являющаяся основой второй части вышеупомянутого стандарта ISO 9459-2:1995 [57]. Данный стандарт устанавливает порядок измерения параметров и прогнозирование годовой производительности СВУ без нагревателя в любых метеорологических условиях и режимах работы при отборе горячей воды в вечернее время. При испытаниях установка рассматривается как чёрный ящик, и определяются связи между входными и выходными параметрами. Результаты испытаний можно использовать для прогнозирования значений параметров системы в течение года по средним дневным суммам солнечного излучения, температурам окружающей среды и холодной воды. Методика испытаний пригодна для испытаний установок любых типов, включая системы с естественной и принудительной циркуляцией, а также системы с аккумулирующими СК.

Испытания включают в себя три вида проверок:

определение дневной производительности СВУ;

определение степени перемешивания бака-аккумулятора при разборе горячей воды;

определение тепловых потерь бака-аккумулятора.

В комплекс испытаний входят 6 экспериментов, направленных на определение дневной производительности СВУ и по одному для оценки степени перемешивания воды в баке-аккумуляторе и определения его тепловых потерь.

Определение дневной производительности СВУ производится при различных дневных суммах солнечного излучения, лежащих в диапазоне 8-25 МДж/м2 и при примерно одной и той же разности между среднедневной температурой окружающего воздуха и температурой холодной воды, которой заполняется СВУ утром (4 эксперимента) и 2 эксперимента при разности этих температур, не менее, чем на 9°С больше, чем в первых четырех экспериментах. Разность температур должна лежать в пределах -5...+20°С.

В процессе проведения испытаний измеряются:

температура холодной воды, утром и которая подается в СВУ при разборе горячей воды, tmam,

температура окружающего воздуха, ta,

плотность потока солнечного излучения в плоскости солнечного коллектора СВУ, S,

температура горячей воды, снимаемой с СВУ, td,

расход при разборе горячей воды.

Результатами измерений являются зависимость плотности потока солнечного излучения и температуры окружающего воздуха от времени, а также зависимость температуры горячей воды от отбираемого ее объема (выраженного в долях бака-аккумулятора) при разборе.

Основным результатом испытаний являются зависимость дневной производительности СВУ, Q, от дневной суммы солнечного излучения,

Н и от разности между среднедневной температурой окружающего воздуха, ta(day), и температурой холодной воды:

Q = ахН + а2 [ta{day) - J + о3, (1.15)

где: ai - аз - постоянные коэффициенты.

И аналогичная зависимость для максимальной температуры воды в баке-аккумуляторе (начальной температуры разбора горячей воды)

'rf(max) ~(тат =Ь\Н + Ь2 ['"(<&,) ~1 пгат\+Ь1, , o (1-16)

где: bi- Ьз~ постоянные коэффициенты.

Установка монтируется и устанавливается в соответствии с рекомендациями разработчика и изготовителя.

Допустимые относительные погрешности измерений составляют: для плотности потока солнечного излучения - ±3%, для температуры окружающего воздуха - ±0.5°С, температуры холодной и горячей воды - 0.1°С. В процессе разбора воды температура холодной воды поддерживается постоянной с точностью ±0.3°С, расход - в пределах ±2%. Температура холодной воды при разборе должна отличаться от температуры холодной воды при заполнении установки не более, чем на ±0.3°С.

Измерение потерь бака-аккумулятора производится путем заполнения бака-аккумулятора горячей водой, с температурой не менее 60°С. Вода в баке перемешивается с помощью насоса, включенного в контур, соединяющий вход холодной воды с выходом горячей. Прокачивается не менее пяти объемов бака-аккумулятора в течение часа. Бак считается перемешанным, если температура на выходе в течение 15 минут изменяется не более чем, на 1°С. Эта температура регистрируется в качестве начальной температуры бака, tj. Через 12-24 часа перемешивание повторяют и определяют конечную температуру бака, f>. На протяжении всего эксперимента измеряется и регистрируется температура окружающего воздуха и определяется среднее ее значение. Рекомендуется повторить эксперимент, отключив от СВУ солнечные коллекторы.

Определение дневной суммы солнечного излучения Н производится интегрированием измеренных значений плотности потока солнечного излучения S. Аналогично интегрированием определяются средние за период измерений температуры. Производительность СВУ рассчитывается как

(1.17)

где: т - время разбора горячей воды, ср - теплоемкость воды. Средний коэффициент тепловых потерь бака аккумулятора определяется по формуле:

где: At- продолжительность эксперимента, р- плотность воды, Vs - объем бака-аккумулятора, ta(aV) - средняя за время эксперимента температура окружающего воздуха.

Коэффициенты уравнения (1.15) и (1.16) определяются линейным методом наименьших квадратов.

<< | >>
Источник: Сулейманов Муси Жамалуттинович. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИКСОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы. Москва - 2007. 2007

Еще по теме 1.3.5. Методы тепловых испытаний солнечных водонагревательных установок:

  1. ВВЕДЕНИЕ
  2. Глава 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И МЕТОДЫ ТЕПЛОВЫХ ИСПЫТАНИЙ УСТРОЙСТВ, ПРЕОБРАЗУЮЩИХ СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ В НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ТЕПЛО
  3. 1.3. Методы тепловых испытаний солнечных коллекторов и солнечных водонагревательных установок
  4. 1.3.1. Квазистационарные методы испытаний солнечных коллекторов
  5. 1.3.5. Методы тепловых испытаний солнечных водонагревательных установок
  6. 1.4. Выводы
  7. Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЭФФЕКТИВНОГО ПРИМЕНЕНИЯ СОВРЕМЕННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ ТЕПЛОИСПОЛЬЗУЮЩИХ УСТАНОВОК
  8. Глава 3. РАЗРАБОТКА СТЕНДА ДЛЯ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ПЛОСКИХ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
  9. Отсутствие в России стендов для тепловых испытаний солнечных коллекторов и водонагревательных установок и необходимость реализации поставленных в диссертации задач потребовали создания экспериментального теплогидравлического стенда и оснащения его приборами, позволяющими при испытаниях СК и СВУ проводить измерения их теплотехнических параметров.
  10. 3.2. Стенд "Атон" для тепловых испытаний плоских солнечных коллекторов
  11. 3.5. Использование стенда "Атон" для испытаний солнечных водонагревательных установок
  12. Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ И СОЛНЕЧНЫХ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК
  13. Натурные испытания солнечных коллекторов и солнечных водонагревательных установок были проведены на разработанном испытательном теплогидравлическом стенде "Атон". Одновременно отрабатывались методики испытаний.
  14. 4.2.2. Порядок проведения, обработка и анализ результатов испытаний солнечной водонагревательной установки
  15. 4.2.4. Исследование теплотехнических характеристик солнечной водонагревательной установки с разработанными солнечными коллекторами
  16. Глава 5 ИСПЫТАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ УСТАНОВКИ ОБОГРЕВА ТЕХНИЧЕСКОГО БЛОКА БОЛЬШОГО ОПТИЧЕСКОГО ТЕЛЕСКОПА СПЕЦИАЛЬНОЙ АСТРОФИЗИЧЕСКОЙ ОБСЕРВАТОРИИ РАН