|
|
Главная страница -> Технология утилизации
Окна для русской зимы. Вывоз мусора. Переработка мусора. Вывоз отходов.Керимов М.А.[1] Cалмaнова Ф.А. Институт Радиационных Проблем НАН Азербайджана. (Email:firuze2006@box.az.) [1] Азербайджанский Технический Университет Условия разработки СВП. В работе рассмотрена задача снабжения горячей водой сельского дома (дачи, виллы и т.д), в котором проживает семья состоящая из четырех - пяти человек [1,2]. Дом расположен в окрестностях г.Баку, где количество солнечных дней в году равно 220 250 при интенсивности солнечной радиации 1600 1800 кВт ч/м2 и среднегодовой скорости ветра ~1,2 м/сек. Для обеспечения работы солнечной водоподогревательной установки (СВП), используем плоский коллектор, теплоноситель - вода ( в зимнее время – антифриз) циркуляция воды в установке свободная (термосифонная). Бесперебойная работа СВП обеспечивается, применением в пасмурные дни и ночное время электронагревателя (мощности ~1,5 2,0 кВт), питающегося от ветроэлектрического агрегата. Система также сблокирована с центральной электроснабжающей сетью. Цель подобной системы, выполняемой в рамках «Энергосберегающих технологии и Энергоэффективности» - экономия традиционного топлива, электроэнергии и улучшение экологической ситуации. При расчёте установки, исходим из условия, что примерно 45 50% тепловой нагрузки системы должно быть обеспечено за счет солнечной энергии, а 20 25% за счёт энергии ветра. Остальная часть потребности сельского дома, обеспечивается от центральной электроснабжающей сети. Для решения задачи исходим из принятого условия, норма расхода 80 100 л/сут на одного взрослого человека и ~ 40 50 л/сут на ребёнка (8 14 лет). Производительность установки, может в зависимости от времени года, изменяться в широких пределах 40 70 л/м2 площади поверхности СВП. в сутки. Суммарное количество горячей воды на данную семью составит, очевидно где-то 220-250 л/сут. Площадь СВП принимает равной ~5,0 м2 исходные данные для решения задачи следующие [4]. Конструкция плоского коллектора «лист-труба», с диаметрами труб коллектора, толщина зачерненного листа коллектора (с использованием селективного покрытия) 1,0 мм. Коэффициент теплопроводности K =45 Вт/(м *К) Диаметр соединительных труб . Степень черноты поверхности коллектора k = 0.90. Количество часов солнечного сияния в сутки ~ 10 часов. Температура окружающего воздуха 250С, поверхности коллектора ~65 800С. Скорость ветра w = 5 м/сек Степень черноты коллектор СВП ~ . Расстояние между пластиной коллектора и ограждающего стекла l = 25 мм. Угол наклона СВП к горизонту ~ 40 420 , при условии размещения Ю-С. Изоляционный материал «стекловата», с коэффициентом теплопроводности 2. Принципиальная схема и описание работы СВП с тепловым-дополнительным резервом. Установка СВП (Рис. 1) состоит из плоского коллектора 1, бака-аккумулятора с дозатором 2, трубы для подачи холодной воды 3, горячей воды 4, резервуара для запасной воды 5, вентиляционной трубы 6, вентилей 7-11. Опорожнение воды из бака-аккумулятора производится посредством линии слива воды 13. Дополнительный (резервный) обогрев 2 осуществляется посредством стандартного ТЭН,а 14, производимого, посредством переключателя, как от ветроэлектрического агрегата, так и от централизованной электроснабжающей сети. Принцип работы установки следующий: благодаря расположению плоского коллектора 1 над верхним уровнем бака-аккумулятора 2 на высоте 0,3-0,6м горячая вода из 1 в 2 перетекает как под гидродинамическим напором, так и под влиянием термодиффузии. Перед запуском установки, заполняют холодной водой бак-аккумулятор 2, трубы соединяющие 2 с 1. Затем закрывают все вентили. В летнее время, начиная с 8.00 утра вода начинает нагреваться в 1. Через 2-3 часа после непрерывного облучения поверхности плоского коллектора и подогрева воды в нем открывают вентили 7 и 8 и подогретая вода из верхней части коллектора 4, поступает в 2, оттуда в 3. Процесс циркуляции воды между 2 и 1 продолжается до повышения температуры в нижней части 2 и на входе 3 в 1, до 65 800С (в некоторых случаях до 85 900С). После достижения этих температур, открывают вентиль 9 и горячая вода поступает к потребителю (и далее в случае) отопления – в радиаторы помещения. Линия для подачи горячей воды, посредством термосифонной циркуляции воды, соединяют к боковой поверхности 2 на отметке 3/4 его высоты от нижнего основания. 3. Теплоэнергетический расчёт плоского коллектора СВП. Целью теплового расчёта плоского коллектора является определение тепловых потерь с его поверхности и суточный КПД. Для решения данной задачи используем уравнение теплового баланса [3-6]: (1) Где qпот -плотность теплового потока, падающего на поверхность коллектора, Вт/м2 qп -полезноиспользуемая солнечная энергия, затрачиваемая на подогрев воды в коллекторе СВП, Вт/м2 - суммарные теплопотери с верхней, боковых поверхностей и основания коллектора, Вт/м2 . Эти теплопотери определяются по формуле: (2) Где (3) Здесь -общий коэффициент теплообмена с верхней поверхности коллектора, Вт/(м2 *К) -коэффициент теплообмена с боковых поверхностей и изолированной нижней поверхности коллектора, Вт/(м2 *К) Эту величину определяем из выражения для данной задачи = 0.045 м и Кпз =0.045 Вт/(м*К). Следовательно /p Для определения первого члена в (3) пользуется формулой: (4) Где hр-с -коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции с поверхности коллектора к нижней поверхности стеклянного ограждения коллектора Вт/(м2*К) h r, р-с - -коэффициент теплоотдачи солнечной радиации с поверхности коллектора, Вт/(м2*К) hw - -коэффициент теплоотдачи с верхней поверхности стекла к воздуху при заданной скорости ветра, Вт/(м2*К) -коэффициент теплоотдачи солнечный радиации от верхней поверхности стекла к воздуху излучением, Вт/(м2*К) Эти величины определяем из следующих выражении: (5) Здесь где ;разность температур коллектора (Тр) и (Тс), l-расстояние (см), между поверхностного коллектора и ограждающего стекла. - средняя температура поверхности пластины коллектора и стекла. Из (1) определяем (6) Здесь - постоянная излучения абсолютного чёрного тела или константа Стефана-Больцмана. р и с - степень черноты соответственно поверхности коллектора и стекла. Здесь w-скорость ветра Температуру поверхности ограждающего коллектор стекла определяем по формуле (9) Согласно принятым условиям расчёта находим (1-9): ; ; ; ; ; Тс ~350С Суммарные тепловые потери СВП составят: Полезно использованная теплота: КПД СВП для принятых условии: 4. Определение температуры воды на выходе из СВП. Температуру воды на выходе из коллектора определяем посредством уравнения теплового баланса: (10) Здесь G-расход воды в течение светлого времени суток для условий задачи за 10 часов, который определяем из формулы: (11) Для данных условии Из (10) определим разность температур воды на выходе из коллектора и на входе в него: (12) Здесь FR -коэффициент расхода коллектора, учитывающий отношение полезно использованной теплоты при средней температуре поверхности коллектора, равной температуре воды на входе в коллектор Tb1 к действительно полезной температуре коллектора. - средняя массовая теплоемкость воды. Коэффициент определяем по формуле: (13) Здесь w- расстояние между трубами коллектора (шаг труб коллектора, w ~100-150 мм ), d-наружный диаметр коллектора м; Cв- коэффициент теплопроводности материала сварки места коллектора к его трубе, принимаем ; hf - коэффициент свободной конвекции, при переносе теплоты с внутренней поверхности трубы коллектора к воде, циркулирующей в трубе при свободной конвекции, принимаем hf =300 Вт/(м2*К) ; f - коэффициент оребрения поверхности коллектора по принятым данным находим Пользуясь данными [1,2] находим F =0.978 Откуда F =0.9. Из (13) определяем FR ~ 0.792 Из формулы (12) определяем Tk = 9.50C Температуру воды на выходе из коллектора определяем по формуле: Принимаем TB2 = 650C , т.е. температура воды на выходе из коллектора получается равной средней температуре поверхности коллектора. 5. Определение количества труб коллектора. Количество труб коллектора определяем по формуле n = l / lk , где l- общая длина труб коллектора, м; lk-длина одной трубы коллектора, м; Общую длину труб коллектора, определяем по формуле: ; где qln -линейная плотность теплового потока коллектора Вт/м2, которая определяется по формуле: (15) Согласно принятым условием задачи, находим: qn = 51.2 Вт/м По данным расчета находим: l = 49.8 м и n = 25 труб. Число труб (для случая 2-х коллекторов) равно 25:2=12,5 труб. Исходя из удобства и конструкторских соображении (исключения громоздкости системы СВП) число труб в коллекторе принимаем равным n = 10 труб. Количество труб можно также определить исходя из размеров коллектора по следующему соотношению: . 6. Гидравлический расчёт коллектора. Термосифонный эффект, способствующий свободному движению воды через коллектор, обусловливается перепадом давления: (16) Здесь 1 = 985.5 кг/м3 -плотность воды при температуре ТВ1 = 550С, 2 = 965 кг/м3 - плотность воды при температуре ТВ1 = 650С. H - высота бака-аккумулятора. Принимаем бак-аккумулятор, объемом Vb.ak = 500 литров, диаметром Db.ak =500 мм Высоту бака аккумулятора определяем из формулы: Следовательно Гидравлические потери по длине труб коллектора вычисляет по формуле Дарси-Вейсбаха: (17) где -средняя плотность воды в помещении. Скорость течения воды в трубах коллектора Для получения размерности для W в м/сек, эту формулу перепишем в виде: По данным задачи определяем W = 0.042 м/сек 7.Определение времени прохождения теплоносителя - воды в коллекторе. Время прохождения воды через коллектор СВП, т.е. время нагрева воды в коллекторе определяем из выражения: Время подогрева воды от температуры в момент включения установки t1 до температуры t2 определяем по формуле - уравнения теплового баланса СВП: Отсюда время подогрева Q = q * Fk = 510 * 5 = 2550 Дж М = 500 кг, СF = 4200 Дж/(кг*к), t = tB2 - tB1, tB2 = 650C Рассмотрим 4 характерных для данного процесса случая; 1. Вода в баке-аккумуляторе предварительно подогревается электронагревателем (стандартным ТЭН ом) от ветроэлектрической установки или от централизованной электроснабжающей сети до t1=tB1=550C как это предусмотрено для принятого случая. Затем в коллекторе от tB1 до tB2= 650C (с учетом qп = 510 Вт/м2. В этом случае = 2.28 часа. 2. Система запускается в работу летом без предварительного подогрева воды. В этот период года вода нагревается в коллекторе до tB2= 650C. Для этого времени года температура воды в баке-аккумуляторе принимается tB1= 250C и = 9.15 часа (при qп = 510 Вт/м2) tB2= 650C. 3. Установка запускается в работу при начальной температуре tB1= 100С и = 21.4 часа (при qп =300 Вт/м2) весной и осенью до tB2= 650C. 4. Система запускается в работу зимой при tB1= 50C и вода нагревается до tB2= 650C (при qп = 200-250 510 Вт/м2), = 28 часов. Следовательно для рационального использования СВП необходимо предварительно подогревать воду в баке-аккумуляторе до t1= 550C Тогда для нормального функционирования системы осенью и весной при qп = 300 Вт/м2 потребуется = 3.89 часа, зимой же при qп = 200-250 Вт/м2 потребуется 4,70 часа. Определим число Рейнольдса по формуле , где -кинематическая вязкость воды, которую определяем по средней температуре воды: , откуда находим Re = 974.6 < 23000 , следовательно режим течения воды в трубах коллектора ламинарный. Для данного режима коэффициент гидравлического сопротивления находим по формуле: Из формулы (17) находим P1 = 10.7 Па . Потери напора в элементах местного сопротивления: вентилях, поворотах на входах и выходах труб в коллекторе, в бак аккумулятор находим по формуле Берда-Карно (18) Здесь п - число элементов местного сопротивления, по схеме установки (Рис.1), примем n =25, -коэффициент меcтного сопротивления, для всех элементов установки принимаем = 1/2 [3] Учитывая вышеизложенное находим P2 = 20 Па . Суммарные потери давления по ходу перемешения воды в системе P = P1 + P2 = 10.7 +20 = 30.7 Па Так как перепад давления, обусловленный термосифонным эффектом P = 50.2 >30.7 Па, то свободное истечение воды через коллектор СВП практически обеспечен. 8. Расчет теплоизоляции СВП и бака-аккумулятора. Целью расчёта является определение толщины слоя изоляции, предназначенной для теплоизоляции коллектора и бака-аккумулятора. Для этой цели пользуемся формулой [4]. (19) Здесь Киз - заданный коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/м2 * К0 = 0.7 Вт/(м2*К) -коэффициент теплопроводности воды со средней температурой ~600С и воздуха с температурой ~300С [4]. (20) ст - толщина трубы бака-аккумулятора, Кст - коэффициент теплопроводности стали, Кст =45 Вт/(м*К) накипи- толщина слоя накипи на внутренней поверхности труб (бака-аккумулятора), примем = 1.0 мм; ;Кнакипи - коэффициент теплопроводности накипи, принимаем Кнакипи ~0.02 Вт/(м*К) . из - коээфициент теплоотдачи с изолированных поверхностей к окружающему воздуху, принимаем из = 22 Вт/(м*К) Коэффициент теплоотдачи hf находим по формуле: (21) Qn = qn * Fk = 510 Вт/м2 hf ~ 203.8 Вт/м2* K) следовательно толщину изоляции из - принимаем равной 60 мм. Из практики эксплуатации СВП различного конструктивного исполнения рекомендуется принимать из = 50-60 мм, для бака-аккумулятора и из = 25-30 мм для поверхностей коллектора и коллекторных труб. Заключение Резюмируя вышеизложенное необходимо отметить, что предложенная методика теплоэнергетического расчёта СВП, может представить научно-техническую основу создания подобных систем, предназначенных для удовлетворения санитарно-гигиенических условии - горячего водоснабжения (отопления сельских домов (дач и др.), позволяющих эффективно использовать возобновляемые источники энергии-солнце и ветер. Использование альтернативных источников энергии для этих и других смежных целей в Аграрном секторе республики (ферм, птичников и др) позволит сэкономить традиционное топливо, электроэнергию, а также способствовать улучшению экологической ситуации в стране. Необходимо отметить, что данная проблема включена в Государственную программу по усилению работ в области использования возобновляемых источников энергии и развитии регионов Азербайджана. Литература 1. Рзаев П.Ф., Аббасова Ф.А., Мамедов Ф.Ф., Некоторые особенности разработки и проектирования солнечного водоподогревателя для круглогодичного горячего водоснабжения сельского дома «Проблемы энергетики», №4, Б,2004,с.77-84. 2. Расчетно-пояснительная записка. К проекту отопления и горячего водоснабжения Пансионата, ГРЭС «Северная» с использованием солнечной и ветровой энегии. ЦКТБ ДП «Сантехмонтаж», Б, 1991, 80 с. 3. Даффи Дш., Бекман У.А.. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии: перевод с английского / Под редакцией Ю.Н., Малевского/Издательство «Мир», М, 1977, 470 с. 4. Теплотехнический справочник. Том 1. Издательство «Энергия», М, 1986, 430 с. 5. Свердлов Г.С., Яковлев Б.К.. Курсовое и дипломное проектирование», Издательство «Пишевая промышленность», М, 1988, 250 с. 6. Харченко Н.В.. Индивидуальные солнечные установки. Издательство «Энергоатомиздат», М, 1991, 208 с. 7. Н.В. Харченко, В.А.Никифоров. Системы гелиотеплоснабжения и методики их расчёта. Издательство «Знание», К, 1982, 240 с.
По словам директора Института глобального климата и экологии РАН Юрия Израэля, за последнее столетие средняя зимняя температура в России повысилась на 0,2-2,5 градуса . Однако, несмотря на это, наша страна была и остается территорией с очень суровыми климатическими условиями. Правда, вы можете и не заметить, как сильно похолодало за окном; но только в том случае, если это окно создано специально для русской зимы. Давайте вместе разберемся с тем, как подобрать именно такое. Окно в Европу и в Россию Как известно, до 1990-х у каждого из нас на работе и дома стояли одинаковые деревянные окна, которые каждую зиму приходилось утеплять и заклеивать. Со временем настала эпоха пластиковых окон , причем подавляющее их большинство ввозилось в Россию из-за границы. Ни в коей мере не принижая их качество, хотелось бы отметить, что часто такая продукция не соответствовала суровым климатическим условиям. Именно поэтому важно, чтобы окно было адаптировано к российским условиям, в том числе, к перепадам температур. Необходимо заметить, что одной из важных качественных характеристик здесь является оконный профиль, который представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких воздушных камер, разделенных перегородками из поливинилхлорида (ПВХ). Морозоустойчивость профиля определяется сопротивлением теплопередачи, оно должно быть более 0,80м2 С/Вт. Поставщик обязан указывать этот параметр в каталоге профильной системы. Кроме того, морозоустойчивость зависит от толщины профиля и количества воздушных камер в сечении (достаточно пяти). Дело в том, что их форма и расположение воздействуют на его теплопроводность. Большое влияние на морозоустойчивость оказывает химический состав профиля. Поэтому при разработке технических требований к данным изделиям Госстроем России были приняты жесткие нормы. Особое внимание при выборе профильной системы уделяется таким параметрам, как прочность на растяжение, прочность сварных угловых соединений. Эти данные поставщик также должен указать в системном каталоге или предоставить сертификаты. Тепло в пакете Следующий аспект, на который следует обратить внимание при выборе теплого окна, – стеклопакет. В последнее время все больше людей стараются приобрести, например, тройные стеклопакеты. Безусловно, такое решение способствует повышению степени теплозащиты и дополнительной шумоизоляции. В последнее время на российском оконном рынке появились теплосберегающие однокамерные стеклопакеты (между двумя стеклами находится прослойка из газа), они имеют высокую степень теплоизоляции. Для наполнения стеклопакетов изначально стали применять инертные газы, обладающие меньшей теплопроводностью, чем воздух. При заполнении камер такими газами уменьшаются конвекционные токи внутри стеклопакета, что приводит к снижению потерь тепла. Для этого были предложены аргон и криптон, а также их смеси. Однако дороговизна и сложность получения криптона привели к тому, что его вытеснил аргон. В дальнейшем, по мере удешевления криптона, он также стал широко использоваться для заполнения стеклопакетов. Есть стекло, есть тепло К выбору стекла для оконных конструкций также надо подходить умело. В настоящее время разработаны специальные виды теплых стекол. Как отмечают специалисты НТЦ ИНКОМСТЕКЛО , для сохранения тепла в помещении отлично подойдет энергосберегающее стекло. Энергосберегающие свойства стекла возникают благодаря нанесению на его поверхность низкоэмиссионных оптических покрытий. Стекло с таким покрытием получило название низкоэмиссионное , или селективное , потому что покрытия обеспечивают поступление в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу из него длинноволнового теплового излучения, например, от отопительного прибора. Сейчас потребитель может выбрать между двумя типами подобных покрытий: так называемое К-стекло - твердое покрытие и I-стекло – мягкое покрытие. К-стекло обычно применяется в качестве внутреннего в стеклопакетах, причем покрытие обращено в сторону межстекольного пространства. Это нагревает внутреннюю поверхность, что уменьшает конденсацию и тягу, вызванную разностью температур. Данный вид стекла получил большее распространение в Европе благодаря исключительной теплоизолирующей способности. Следующим этапом в данном направлении стало производство I-стекла, которое по своим техническим характеристикам превосходит К-стекло. Различие между ними заключается в коэффициенте излучательной способности. Как говорится, зима на зиму не приходится. Однако в любом случае до обещанного учеными глобального потепления климата еще очень далеко. Так что вопрос выбора окон для русской зимы и сегодня не теряет своей актуальности. Мусорные контейнеры от Юнион-Информ Перформанс-контракты - как обеспечить их хорошую работу. Модуль передачи данных gm 9/18 -. Тарифное регулирование в топливн. Автоматизированная система учета. Проект. Главная страница -> Технология утилизации Экологически чистая мебель: |
