Введение к работе
Актуальность теми. Главной задачей научно-технических разработок, з том числе и разработок в области шханизадии сельскохозяйственного производства., является снижение прямых и овеществленных энергозатрат, отнесенных к единице произведенной продукции. Увеличение объемов производства и снижэние энергоемкости сельскохозяйственной продукции в условиях острого дефицита топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) требуют вовлечения в энергетический їаланс возобновляемых источников энергии.
В сельском хозяйстве Республики Беларусь 30Z всей энергии асходуется на отопление и горячее водоснабжение бытовых и прока-гадственных объектов. До 80% затрат электроэнергии и дефицитных іидов топлива в летний период можно экономить за счет применения елиоводонагревательных систем.
Серийно выпускаемые в нашей республике и СНГ гелиоводонагре-атели, как правило, основаны )<"' принципе естественной! термоси-онной) циркуляции: КПД их № превышает 0,45 вследствие малой корости движения теплоносителя и больших тешюпотерь.
Широкомасштабное производство я внедрение таких технических редств требует оптимизации конструктивных параметров и режимов зботы по критерию энергетической эффективности. Поэтому научные ^следования, направленные на создание автономной саморегулирую-эйся гелиосистемы повышенной эффективности с приводом электрона-эса от фотоэлектрического преобразователя (ЯШ), являются акту-тьными и имеют важное народнохозяйственное значение.
Связь работы с крупными научными программами. Работа провеса в соответствии с республиканской научно-технической програм->п "Ресурсосбережение" по заданию N 4.13 "Разработать передвиж-то автономную гелиосистему для обеспечения горячего водоснабке-!Я сезонных объектов, имеющую повышенную теплопроиаподителькость . счет применения концентрирующих элементов с заданной структу-й и 5Ш", которое выполнялось в Белорусском НИИ механизации льского хозяйства в 19ЭЗ-1995Г. г.
Цель и задачи исследования, Конечной целью исследования ста-разработка и внедрение самонастраившоїдейел на оптимальный релин боты автономной гелиосистемы с принудительной циркуляцией плоносителя (ГІІА), обееиечиваыгей более високую эффективность пучения горячей воды на технологические и выгодно нужди и отле-огдей требованиям экологии, В связи с этим было необходимо:
изучить особенности процессов преобразования солнечной энергии в гелиосистемах активного типа;
дать теоретическое обоснование автономной гелиосистемы е
(і
принудительной циркуляцией;
выявить в ходе экспериментальных исследований закономерности теплообменных процессов в гелиоколлекторе (ГК) и взаимодействия двух составляющих ГПА - теплоприемной и фотоэлектрической;
установить зависимости эффективности ГПА (КПД, теплопроиа-Еодителыюсти и температуры нагрева воды) от основных конструктивных и режимных параметров;
создать опытный образец гелиосистемы, обеспечивающий увеличение КПД не менее чем на 10... 15%.
Научная новизна полученных реаультатов. Предложен новый подход в создании высокоэффективных.гелиоводонагревательных систем -на. основе принципа, автоматического саморегулирования скорости циркуляции теплоносителя за счет применения ФЭП. Теоретическое обоснование гелиосистем дополнено рассмотрением тепло-массообмен-цых процессов в рабочем контуре автономного гелиоводонагревателя с принудительной циркуляцией и составлением методики его расчета, связывающей показатели эффективности системы с основными метеорологическими факторами и тепловой нагрузкой конкретных сельскохозяйственных объектов.
Практическая значимость полученных результатов. По отношению к гелиосистемам с естественной циркуляцией теплоносителя новая гелиосистема имеет более высокий коэффициент полезного действия и повышенную теплопроизводительность ( на 20... 25% ). Разработанные теплообменники-трубопроводы из полимерных материалов позволяют снизить затраты на изготовление гелиоколлектора за счет упрощения конструкции, а также уменьшить его металлоемкость на 10 кг с 1 м2 по отношению к базовому коллектору Ц. 08. ПНХ, и на 25 кг/м2 - в сравнении с ГК типа Б. 8-440.
На основании исследований создан опытный образец автономной гелиосистемы принудительной циркуляции с приводом насоса от <Ш. (ГДМ-2,4), который по результатам эксплуатационных испытаний рекомендован к выпуску опытной партией для широкой проверки в хо-вяйствах Республики Беларусь.
Экономическая значимость полученных результатов. Эффективность ГПА, выраженная в энергоемкости технологического процессе гелиоводонагрева, повышается на 12% в сравнении с базовым вариантом гелиосистемы (коэффициент экодогичности Z=l). Удельная экономическая эффективность внедрения составляет 114.0 руб. (в ценаї 1,01.1996г.) на 1 кВтч выработанной теплоты.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
- принцип автоматического саморегулирования расхода теплоно-
сителя в гелиосистеме с принудительной циркуляцией, позволяющий повысить КПД преобразования солнечной энергии в тепловую;
установленные экспериментально закономерности гидродинамики и теплообмена в гелиоколлекторе, а также оптимальные соотношения конструктивных параметров и релшы работы системы исходя из теплопроизводительности и выходной температуры теплоносителя;
конструктивные особенности коллекторов /уш гелиосистем с принудительной циркуляцией теплоносителя, снижающие металлоемкость ГК и затраты на его изготовление;
- методика инженерного расчета гелиосистемы, учитывающая особенности гелиотермического способа нагрева воды и тепловую нагрузку объекта-потребителя горячей воды.
Личный вклад соискателя: Предложен новый подход в повышении эффективности гелиоводонагрева путем создания автономных саморегулирующихся гелиосистем. Автором выполнены теоретическая раэра-Зотка методики инженерного расчета и экспериментальные исследования теплотехнических, гидравлических и вольт-амперных характеристик ГПА, положенные в основу конструкции опытного образца авто-гамной гелиосистемы с принудительной циркуляцией теплоносителя.
Апробация результатов диссертации. Основные положения дис-:ертационной работы доложены на научно-теоретических и науч-ю-практических конференциях (г. Минск,ЕелНИИМСХ,1993-1995г. г.) ,на гаучно-технической конференции "Моделирование сельскохозяйственных процессов и машин"(г. Шнек,ВАТУ, 1994г.),на научно-технической конференции "Ресурсосберегающие и экологически чистые техноло-'ии"( г. Гродно, 1994г.), на международном симпозиуме "Холодный ядер-1Ый синтез и новые источники энергии'Ч г. Минск, 1994г.), на между-іародной научно-технической конференции, посвященной 75-летию іГПА (г. Минск, 1995г.), на научно-практическом семинаре, посвящен-юм проблемам энергосбережения в сельскохозяйственном произ-юдстве (г. Гомель, 1995г.).
Опубликованность результатов. Основные результаты спублико-аны в четырех статьях в научно-технических журналах и сборниках рудов, семи тезисах конференций.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введе-ия, общей характеристики работы, пяти глав, выводов, списка ис-ользованкых источников (124 наименования, из них 10 на иностран-ых языках) и приложений. Изложена на 93 страницах машинописного екста и содержит 47 иллюстраций и 11 таблиц.
