Теплотехнічні характеристики полімерних сонячних колекторів для систем теплопостачання - Автореферат

Одеська державна академія холоду ТЕПЛОТЕХНІЧНІ Характеристики полімерних сонячних колекторів для систем теплопостачанняРобота виконана в Одеській державній академії холоду Міністерства освіти і науки України. Науковий керівник - доктор технічних наук, професор кафедри технічної термодинаміки Одеської державної академії холоду Дорошенко Олександр Вікторович. Офіційні опоненти - доктор технічких наук, професор кафедри інженерної теплофізики Одеської державної академії холоду Железний Віталій Петрович; доктор технічних наук, професор Ткаченко Станіслав Йосипович, завідувач кафедри теплоенергетики, Вінницький національний технічний університет.Вибір принятних ПМ для задач сонячної енергетики, враховуючи особливості роботи сонячних систем у відкритому середовищі, конструювання полімерних СК, визначення їх теплотехнічних і оптичних характеристик, моделювання робочих процесів в сонячних системах та їх основних елементах, включаючи СК нового типу, де в якості абсорберу і прозорого покриття використовуються полімерні стільникові структури, уявляє собою актуальну науково-технічну задачу. Метою роботи є створення нового покоління СК на основі ПМ, які відрізняються високою ефективністю, надійністю, малою вагою і вартістю, розвиток теоретичних уявлень про сонячні системи теплопостачання, розробка сонячних систем різного призначення на основі нових типів СК и виробка науково-технічних рекомендацій по їх впровадженню і експлуатації на вітчизняному ринку енергетичних ресурсів, зменшення матеріалоємності і зростання енергозберігаючих та екологічних характеристик. В дисертації захищаються такі наукові положення: Величина сумарного коефіцієнту втрат полімерного колектора (UY), що визначається радіаційним і конвективним механізмом переносу тепла, якісно відповідає втратам в традиційних металевих колекторах з подвійним осклінням, при цьому - градієнтом температури теплоносія по периметру каналу можна знехтувати; температура кожного покриття змінюється тільки за напрямком руху теплоносія; поглинання сонячної енергії покриттями колектора практично не впливає на втрати колектора. Наукова новизна роботи визначається такими результатами: Виконано математичне моделювання сонячних систем на основі полімерних СК, що враховує найбільш суттєві фактори теплових і гідродинамічних процесів, які проходять у кожному з елементів системи при їх взаємодії (характер течії теплоносія в полімерному абсорбері із стільниковою структурою каналів, роль полімерного прозорого покриття СК, в якості прозорої ізоляції та інш.). Особистий внесок здобувача полягає в розробці математичної моделі сонячної системи гарячого водопостачання, проведенні розрахунків, в створенні експериментального стенду і в проведенні випробувань, в підготовці впровадження ССГВ на низці обєктів України і Криму у складі інженерної групи НВФ “Нові Технології”, а також в накопиченні і узагальненні досвіду практичної експлуатації сонячних систем і виробці рекомендацій по їх конструюванню.Проведено аналіз полімерних матеріалів, які використовуються в сонячній енергетиці, вивчено їх властивості та виявлено найбільш перспективні матеріали (полікарбонат, акріл, поліпропілен, ПВХ). Другим кроком було створення СК із ПМ, в конструкції якого для створення прозорого покриття і абсорбера використовувалися плити стільникового полікарбонату різних товщин (рис. Виконано математичне моделювання теплових і гідродинамічних процесів у сонячній системі, яка складається із СК, бака-теплоакумулятора (БТА), опускного і підємного зєднувальних трубопроводів (модель для системи з природною циркуляцією, без насосу). Тепловий розрахунок всіх елементів геліоводонагрівача з природною циркуляцією теплоносія був виконаний на основі математичної моделі, яка враховує найбільш суттєві фактори теплових і гідродинамічних процесів, які проходять у кожному з елементів системи при їх взаємодії (враховувався характер течії теплоносія в полімерному абсорбері із стільниковою структурою каналів, роль полімерного прозорого покриття СК як прозорої ізоляції, характер нанесення чорнового покриття на поверхню абсорбера та інш.). При тепловому розрахунку водонагрівальної системи для рівнянь теплопроводності покриття, стінок абсорбера і рідини в його каналах та трубопроводах можна використовувати стаціонарні наближення, в той час, як для БТА розгляданої системи, розподілення температурного поля по висоті ємності з протягом часу повинно описуватися нестаціонарним рівнянням.Основні пункти тестування колекторів включають: перевірку абсорбера на витримання тиску, визначення працездатності СК, визначення стійкості до високих температур, проведення тесту на старіння, піддавання зовнішньому і внутрішньому термічному шоку, перевірку на герметичність, перевірку удароміцності прозорого покриття, перевірку міцності СК на навантаження (кутові та осьові), перевірку вентилюємості. Термопарами вимірювалася температура в десяти точках кожної системи: на вході і на виході із СК, шість термопар по висоті БТА, одна - в ізоляції БТА, одна - на повітрі.