Эксергетическая эффективность систем увлажнения воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 1 июня, печатный экземпляр отправим 5 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №44 (178) ноябрь 2017 г.

Дата публикации: 07.11.2017

Статья просмотрена: 36 раз

Библиографическое описание:

Узаков Г. Н., Алиярова Л. А. Эксергетическая эффективность систем увлажнения воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии // Молодой ученый. — 2017. — №44. — С. 18-21. — URL https://moluch.ru/archive/178/46286/ (дата обращения: 21.05.2019).



Узбекистан имеет достаточный большой потенциал солнечной энергии. По результатам анализа статистических и метеорологических данных, а также специалистами и исследователями установлено, что внедрение солнечных систем целесообразно на всей территории Узбекистана [1,2,3,4].

Использование солнечной энергии в системах обеспечения тепловлажностного режима в холодильных камерах дает значительную экономию энергии. В системах увлажнения воздуха в холодильных камерах обычно применяются паровые системы и системы с электрообогревом, которые являются энергоемкими. Применение солнечной энергии в системах обеспечения тепловлажностного режима холодильных камер является один из решения проблем энергосбережения. Поэтому нами разработана и предложена система увлажнения приточного вентиляционного воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии (ВАСЭ) [3].

Эффективность работы разработанной теплоэнергетической системы увлажнения воздуха на основе ВАСЭ оцениваются эксергетическим метода анализа [5,6].

Основными исходными данными эксергетического анализа предложенной системы являются сведения о потоках тепловой энергии и значениях температуры в характерных точках схем, процессов и. т.п. Для эксергетического анализа системы увлажнения воздуха на основе ВАСЭ приняты следующие исходные данные:

1) Температура на поверхности Солнца — до 6000 0С;

2) Степень черноты поверхности Солнца при оценке потока солнечной радиации принимается ε≈1;

3) Температура в космосе, tк= -50оС (223 К);

4) Средняя температура приповерхностного слоя атмосферы [7,8] tатм=288 К, на поверхности слоя — 50 0С (223 К);

5) Средняя плотность потока солнечной радиации на поверхности атмосферы (солнечная постоянная) составляет 1370 Вт/м2 [8];

6) Средняя плотность потока солнечной радиации после прохождения атмосферы (у поверхности Земли) составляет 1000 Вт/м2 [6,8].

Для определения плотности потока эксергии суммарной солнечной радиации на поверхность солнечных коллекторов перпендикулярно солнечным лучам используем эмпирическую формулу [5,6]

Ехs=Ψ·qпад (1)

где, qпад — плотность суммарной солнечной радиации, Вт/м2,

коэффициент: Ψ =1–0,0002314·То (2)

То — абсолютная температура окружающей среды, К. При qпад = 1000 Вт/м2, tатм=288 К, Ψ =1–0,0002314·288=0,933; Ехs=0,933·1000=933 Вт/м2

Аналогичные расчеты Ехs для характерных условий для г. Карши сведены в табл.1.

Таблица 1

Эксергии суммарной солнечной радиации

То, К

Ψ

qпад, Вт/м2

Ехs, Вт/м2

273,15

0,936

700

655,2

280

0,935

700

654,5

288

0,933

750

699,9

293

0,932

800

745,6

300

0,930

850

790,5

315

0,927

1000

927

В теплотехнических расчетах солнечных установок чаще используются средняя условная температура, соответствующая потоку радиации 1000 Вт/м2 на поверхность Земли (после прохождения излучения через атмосферу), т. е. условную «температуру излучения». Обозначим эту температуру через Та.усл.

Тогда энергия собственного излучения слоя атмосферы при Та.усл

qа.собст=ε·σТ4а.усл(3)

При степени черноты системы εо=0,56; σ=5,67·10–8 Вт/(м2·К4) — постоянная Стефана — Больцмана и qа.собст=qпад=1000 Вт/м2, получим Та.усл=421К (148 0С).

Теперь проводим оценочные расчеты по эксергии солнечной радиации. Вычислим поток эксергии солнечной радиации на поверхность Земли по формуле обычной для эксергетического анализа:

Ехs= qпад (1 — Татма.усл)(4)

при qпад=1000 Вт/м2, Татм = 288 К, Та.усл=421 К

Ехs= 1000·(1–288/421) = 316 Вт/м2

И тогда получаем Ехs/qпад=316/1000)=0,316

Остальные результаты расчетов приведены в табл. 2.

Таблица 2

Эксергии потока солнечной радиации на поверхности Земли

Татм, К

Та.усл, К

qпад, Вт/м2

Ехs, Вт/м2

1.

273

421

700

245

2.

280

421

700

231

3.

288

421

750

232,5

4.

293

421

800

240

5.

300

421

850

238

6.

313

421

1000

256

Проведем расчет эксергии при работе ВАСЭ в следующих режимных параметрах: qпад=980 Вт/м2 в полдень, Та.усл=421 К, Татм = 293К, температура на выходе Твых=313 К. Тогда по формуле (4): Ехs=980 (1–293/421)=294 Вт/м2

Ехпол= qпад (1 — Твыха.усл) = 980 (1–313/421) = 245 Вт/м2

Результаты расчетов полезной эксергии приведены в табл.3.

Таблица 3

Результаты расчетов полезной эксергии

qпад, Вт/м2

Твых, К

Ехпол, Вт/м2

1

700

293

210

2

750

293

225

3

800

300

224

4

850

310

221

5

900

310

234

6

950

313

237,5

7

1000

323

230

Эксергетический КПД установки при qпад = 980 Вт/м2, Татм = 293 К и Твых= 313 К равен,

ηех= Ехпол/Ехs=245/294=0,83

Для исследования эффективности систем увлажнения воздуха на основе водяного аккумулятора солнечной энергии-плоского солнечного коллектора (ВАСЭ) и определения их теплотехнических характеристик проводились исследования и натурные испытания установки. Опытная установка приведена на рис.1.

Преобразование энергии солнечного излучения в теплоту в солнечных установках является необратимым термодинамическим процессом, который характеризуется возрастанием энтропии системы и потерями эксэргии. Для анализа эффективности работы солнечных коллекторов используется понятие эксергетической эффективности, которая характеризует степень необратимости оптических и тепловых процессов, протекающих в аппарате (прохождение солнечных лучей через коллектор, поглощение их поверхностью коллектора, передача поглощенной энергии теплоносителю, тепловые потери в окружающую среду и т. п.).

Эксергетическая эффективность системы в целом равняется:

ε=Ехвх / Eхвых = 1 — Ехпот/ Ехвх(6)

Эксергетическая эффективность εск солнечного коллектора определяют из уравнения [4–5]:

εск= Ехпол/ Ехпог(7)

где Ехпол — полезная эксергия, кВт. Ехпог — эксергия поглощенная солнечным коллектором. В таблице 5 приведены результаты расчета эксергетической эффективности элементов солнечной установки и системы в целом.

Таблица 5

Эксергетическая эффективность установки

Название элемента

Эксергетическая эффективность ε%

Солнечный коллектор

9,6

Циркуляционный насос

2,75

Теплообменник

56,2

Система в целом

30,4

Эксергетический метод анализа ВАСЭ является самым современным методом для оценки работоспобности теплоиспользующих и теплопреобразующих солнечно-термодинамических систем. Эксергетический анализ позволил оценить эффективность каждого элемента системы и систему в целом, а также поможет в проектировании более энергоэффективных систем. Значения эксергетической эффективности солнечного коллектора составляет 9,6 %, циркуляционного насоса — 2,75 %, теплообменника — 56,2 % и системы в целом — 30,4 %. Эксергетический анализ дает возможность определить потери эксергии в элементах установки, которые можно уменьшить путем усовершенствования процесса или конструкции установки. Таким образом, предложенная система обеспечить систему увлажнения воздуха теплой водой и сьэкономить энергоресурсов за счет использования солнечной энергии. Проведены натурные испытания опытной установки в условиях г.Карши (табл.6).

Таблица 6

Результаты натурных испытаний ВАСЭ

Измеряемые параметры

Единица измерения

Значение параметра

1.

Температура воды на входе

0С

18

2.

Температура воды на выходе

0С

50

3.

Температура окружающей среды

0С

25

4.

Расход воды через коллектор

кг/с (кг/ч)

0,008 (30)

5.

Площадь тепловоспринимающей поверхности

м2

1,5

6.

Плотность потока суммарной солнечной радиации

Вт/м2

700–800

7.

Теплопроизводительность установки (часовой)

МДж

32,5

20171014_151714

Рис. 1. Опытная установка для увлажнения воздуха

Анализ результатов натурных испытаний показывают, что КПД установки в основном зависит от метеорологических и радиационных параметров местности, при падающей солнечной радиации 700–800 Вт/м2 КПД достигает 50–70 %. Увлажнитель приточного вентиляционного воздуха на основе ВАСЭ предназначен для увлажнения и охлаждения воздуха в плодоовощных холодильных камерах с минимальными энергетическими затратами. Рекомендуемые технико-технологические параметры установки следующие:

– диапазон регулирования относительной влажности 30–95 %;

– общий расход воды 60–100 л/час;

– потребление электроэнергии 750 Вт;

– напряжение питающей сети 220/380 В;

– падающая радиация 250–1000 Вт/м2.

Литература:

  1. Указ Президента Республики Узбекистан «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии» УП-4512 от 01.03.2013 г.
  2. Постановление Президента Республики Узбекистан от 5 мая 2015 года № ПП-2343- «О программе сокращению энергоемкости, внедрению энергосберегающих технологий в отраслях экономики и социальной сфере на 2015–2019 годы».
  3. Узаков Г. Н., Алиярова Л. А.. Узакова Ю. Г. Снижение энергоёмкости систем увлажнения вентиляционного воздуха в плодоовощехранилищах с применением возобновляемых источников энергии. //Молодой ученый. № 14 (94). 2015. С. 200–203.
  4. Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. — Ташкент.: Фан, 1988. — 288 с.
  5. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 392 с.
  6. Авезов Р. Р. Эксергетическая эффективность плоских солнечных тепловых коллекторов // Гелиотехника.- 1999.- с. 66–72.
  7. Алхасов А. Б. Возобновляемая энергетика. — М.: Физматлит, 2010. — 256 с.
  8. Стребков Д. С. Физические основы солнечной энергетики. /под ред. Д.т.н. Безруких П. П. — М.: ФГБНУ ВИЭСХ, 2
Основные термины (генерируются автоматически): солнечная радиация, солнечная энергия, суммарная солнечная радиация, солнечный коллектор, поверхность Земли, система, полезная эксергия, плотность потока, опытная установка, окружающая среда.


Похожие статьи

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Ключевые слова: солнечная энергия, энергетика, экология, экологические проблемы, климат, окружающая среда.

Свойства энергетического поля солнечной радиации, теплопоступления в помещение от солнечной радиации.

Свойства энергетического поля солнечной радиации...

тепловой поток, солнечная радиация, длинноволновый спектр, часть радиации, технологический проект, суммарная радиация, помещение, поверхность планеты, площадь пола, печ, остальная часть...

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

солнечная энергия, солнечное излучение, коллектор, фотоэлемент, элемент, окружающая среда, солнечная энергетика, горячее водоснабжение, солнечная тепловая энергия, солнечная электростанция.

Эффективность преобразования солнечной энергии

солнечная энергия, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная энергетика, автор работы, горячее водоснабжение, солнечная батарея, тепловая энергия, окружающая среда, автор.

Солнечная энергия и ее использование | Статья в журнале...

Использование солнечной энергии. Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы.

Эффективность съёма энергии солнца в системе солнечный коллекторсолнечная панель.

Анализ эффективности съёма энергии солнца в системе...

солнечная энергия, солнечная радиация, коллектор, вид энергии, Омск, электрическая энергия, солнечная энергетика, Омская область, полезная энергия, суммарная мощность.

Эффективность съёма энергии солнца в системе солнечный...

Это то, что солнечная энергетика не загрязняет окружающую среду и является легкодоступной энергией.

На ее карте есть много районов со среднегодовым приходом солнечной радиации до 5 кВч*м2, что соизмеримо с югом Германии и северной частью...

Люминесцентный солнечный концентратор в решении актуальных...

Анализ эффективности съёма энергии солнца в системе солнечный коллекторсолнечная панель. Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ и солнечной энергетики.

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Солнечная энергия. Солнце в целом является одним из наиболее чистых в экологическом отношении видов энергии. Однако известно, что потенциальный вред от солнечной энергетики на окружающею среду может наблюдаться при производстве и захоронений (или...

Похожие статьи

Экологические последствия развития солнечной энергетики

Ключевые слова: солнечная энергия, энергетика, экология, экологические проблемы, климат, окружающая среда.

Свойства энергетического поля солнечной радиации, теплопоступления в помещение от солнечной радиации.

Свойства энергетического поля солнечной радиации...

тепловой поток, солнечная радиация, длинноволновый спектр, часть радиации, технологический проект, суммарная радиация, помещение, поверхность планеты, площадь пола, печ, остальная часть...

Способы получения электрики и тепла из солнечного излучения

солнечная энергия, солнечное излучение, коллектор, фотоэлемент, элемент, окружающая среда, солнечная энергетика, горячее водоснабжение, солнечная тепловая энергия, солнечная электростанция.

Эффективность преобразования солнечной энергии

солнечная энергия, солнечная панель, солнечный коллектор, солнечная энергетика, автор работы, горячее водоснабжение, солнечная батарея, тепловая энергия, окружающая среда, автор.

Солнечная энергия и ее использование | Статья в журнале...

Использование солнечной энергии. Солнечная радиация может быть преобразована в полезную энергию, используя так называемые активные и пассивные солнечные системы.

Эффективность съёма энергии солнца в системе солнечный коллекторсолнечная панель.

Анализ эффективности съёма энергии солнца в системе...

солнечная энергия, солнечная радиация, коллектор, вид энергии, Омск, электрическая энергия, солнечная энергетика, Омская область, полезная энергия, суммарная мощность.

Эффективность съёма энергии солнца в системе солнечный...

Это то, что солнечная энергетика не загрязняет окружающую среду и является легкодоступной энергией.

На ее карте есть много районов со среднегодовым приходом солнечной радиации до 5 кВч*м2, что соизмеримо с югом Германии и северной частью...

Люминесцентный солнечный концентратор в решении актуальных...

Анализ эффективности съёма энергии солнца в системе солнечный коллекторсолнечная панель. Алгоритм расчёта системы автономного питания на основе ВЭУ и солнечной энергетики.

Экологические аспекты применения возобновляемых источников...

Солнечная энергия. Солнце в целом является одним из наиболее чистых в экологическом отношении видов энергии. Однако известно, что потенциальный вред от солнечной энергетики на окружающею среду может наблюдаться при производстве и захоронений (или...

Задать вопрос