XIV Міжнародна наукова інтернет-конференція ADVANCED TECHNOLOGIES OF SCIENCE AND EDUCATION (19-21.04.2018)

Русский English




Научные конференции Наукові конференції

к. т. н., Шаповал С. П. ПЕРСПЕКТИВИ ТЕПЛОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УКРАЇНИ ЗА ДОПОМОГОЮ СИСТЕМ СОНЯЧНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

к. т. н., Шаповал С. П.

Національний університет "Львівська політехніка"

ПЕРСПЕКТИВИ ТЕПЛОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ УКРАЇНИ ЗА ДОПОМОГОЮ СИСТЕМ СОНЯЧНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

Сучасний розвиток світової економіки невід'ємно пов'язаний із зростанням темпів виробництва енергії. Це зумовлюється багатьма факторами: загальним збільшенням світового товаровиробництва, розвитком транспорту та телекомунікацій, ростом споживання енергії у побуті (опалення, освітлення, живлення побутової техніки), технічним переозброєнням армій тощо. Серед проблем, які стоять перед енергетикою, найбільш гострою є проблема джерел. На сьогоднішній день більше ніж 6 млрд. чоловік на Землі споживають понад 12 млрд. кВт енергії за рік, тобто у середньому 2 кВт на людину. Ця енергія отримується за рахунок вугілля - 26%, нафти - 42%, газу - 20%, гідроенергії - 4%, ядерної - 5%, інших джерел - 3%. Тобто за рахунок органічних видів палива: нафти, вугілля, газу виробляється біля 90% енергії. Ці джерела енергії ще називають невідновлюваними, бо швидкість їх нагромадження в надрах Землі набагато менша швидкості їх витрачання [1].

Україна має величезний потенціал практично всіх видів поновлюваних джерел енергії [1]. Поновлювальна енергетика може розвиватися на всіх рівнях - від автономного енергозабезпечення окремих господарств до використання в промисловому і загальнонаціональному масштабах. У квітні 2009 року Верховна Рада України ухвалила Закон України "Про електроенергетику" (щодо стимулювання використання альтернативних джерел енергії) [2].

Сонячна енергія широко використовується як для теплопостачання, так і для виробництва електроенергії. Через відносно невелику величину сонячної інтенсивності для сонячної енергетики потрібне використання великих площ землі під електростанції. Для виробництва електрики застосовуються фотоелементи. Не дивлячись на екологічну чистоту отримуваної енергії, самі фотоелементи містять отруйні речовини, наприклад, свинець, кадмій, галій, миш'як і т. д., а їх виробництво споживає масу інших небезпечних речовин. Сучасні фотоелементи мають обмежений термін служби (30-50 років), і масове їх застосування поставить в найближчий час складне питання їх утилізації. Крім того ефективність фотоелектричних елементів помітно падає при їх нагріванні, тому виникає необхідність в установці систем охолоджування.

Найпростішим, з погляду експлуатації та екологічної безпеки, є сонячне теплопостачання, яке передбачає нагрівання води чи повітря, з подальшим використанням тепла у системах опалення, гарячого водопостачання, для приготування їжі (сонячні кухні) та ін. Сонячні колектори виготовляються з доступних матеріалів: сталі, міді, алюмінію і тощо. Проблема залежності потужності сонячного енергопостачання від часу доби і погодних умов вирішується використанням  електричних чи теплових акумуляторів.

Проведено дослідження надходження теплового потоку на сонячний колекторзі зміною інтенсивності теплового потоку і двох кутів g та j (Табл.1).  

Таблиця 1

Назва фактора Кодоване

позначення

Рівні факторів Інтервал

варіювання

‒1 0 +1
Азимутальний кут повороту сонячного колектора γв, º x1 30 60 90 30
Кут нахилу сонячного колектора βв, º x2 30 60 90 30
Інтенсивність теплового потоку Ів,  Вт/м2 x3 300 600 900 300

Рівні факторів та інтервали варіювання

Проаналізувавши дані експериментальних досліджень було зроблено висновок, що сонячний колектор найефективніше працює при кутах g = 90º, j = 90º. Зміна кута g до 60º, при j = 90º дещо зменшує ефективність, проте зміна кута j до 60º, при g = 90 º, значно знижує ефективність геліосистеми.

Для максимального використання сонячної енергії протягом дня, зменшення теплової інерційності та зменшення тепловтрат сонячний колектор можна виконати у вигляді трапецій з трьох теплопоглинаючих
пластин. Ефективною є конструкція геліоводонагрівника, яка передбачає наявність трьохплощинного сонячного колектора і бака-акумулятора в одному корпусі [3]. У результаті експериментальних досліджень комбінованого геліонагрівники отримана емпірична формула:

                                 Ккг = 1,07+0,0053γбг ‒ 0,05·l/h,                                 (1)

де l - висота комбінованого геліонагрівника, м; h - висотa по периметру основи геліонагрівника, м.

Даною аналітичною залежністю можна користуватись при конструюванні комбінованих геліонагрівників із потрійно-орієнтованим теплопоглиначем та циркулюючою вставкою.

Таким чином, серед альтернативних джерел енергії теплова геліоенергетика є найдоступніша і значний виграш теплової енергії протягом періоду експлуатації може бути досягнений виконанням суміщеного з акумулятором колектора, що має три теплопоглинаючі площини. Це дозволить збільшити ефективність системи в цілому та зменшити термін окупності.

Література:

1. Коробко Б. Енергетика та сталий розвиток. Інформаційний посібник. - Київ, 2007. - 41 с.

2. Закон України "Про електроенергетику" щодо стимулювання використання альтернативних джерел енергії, N 1220-VI від 1 квітня 2009 року.

3. Возняк О.Т., Дацько О.С., Шаповал С.П. Геліоводонагрівник. Патент на корисну модель № 38321, Бюл. №24 від 25.12.2008 р.


Залиште коментар!

Дозволено використання тегів:
<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <code> <em> <i> <strike> <strong>