Innovatsion texnologiyalar №4 (28) 2017 y.
33
___________________ENERGETIKA / ЭНЕРГЕТИКА__________________
При степени черноты системы ε
о
=0,56; σ=5,67·10
-8
Вт/(м
2
·К
4
) постоянная Стефана –
Больцмана и q
а.собст
=q
пад
=1000 Вт/м
2
,
получен Т
а.усл
=421К (148
0
С).
Теперь проводим оценочные расчеты по эксергии солнечной радиации. Вычислим
поток эксергии солнечной радиации на поверхность Земли по формуле обычной для
эксергетического анализа:
Ех
s
= q
пад
·(1 – Т
атм
/Т
а.усл
)
(4)
при q
пад
=1000 Вт/м
2
, Т
атм
= 288 К, Т
а.усл
=421 К
Ех
s
= 1000·(1 – 288/421) = 316 Вт/м
2
И тогда получаем Ех
s
/q
пад
=316/1000)=0,316
Остальные результаты расчетов приведены в табл. 2.
Таблица 2
Эксергии потока солнечной радиации на поверхности Земли
№
Т
атм
, К
Т
а.усл
, К
q
пад
, Вт/м
2
Ех
s
, Вт/м
2
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:
q
пад
=980 Вт/м
2
в полдень, Т
а.усл
=421 К, Т
атм
= 293К, температура на выходе Т
вых
=313 К. Тогда
по формуле (3.4):
Ех
s
=980·(1 – 293/421)=294 Вт/м
2
Ех
пол
= q
пад
(1 – Т
вых
/Т
а.усл
) = 980 (1 – 313/421) = 245 Вт/м
2
Результаты расчетов полезной эксергии приведены в табл.3.
Таблица 3
Результаты расчетов полезной эксергии
№
q
пад
, Вт/м
2
Т
вых
, К
Ех
пол
, Вт/м
2
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 q
пад
= 980 Вт/м
2
, Т
атм
= 293 К и Т
вых
= 313 К равен,
η
ех
= Ех
пол
/Ех
s
=245/294=0,83
Innovatsion texnologiyalar №4 (28) 2017 y.
34
___________________ENERGETIKA / ЭНЕРГЕТИКА__________________
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.
На основе полученных
экспериментальных данных, был рассчитан коэффициент
полезного действия ВАСЭ - солнечного коллектора по формуле:
η = η
о
– С
1
· Т
ср
– Т
ос
/1 – С
2
· 1 · (Т
ср
– Т
ос
/1)
2
(5)
где:
η
о
= 0,75; С
1
= 1,529 Вт/(м
2
∙
0
С); С
2
= 0,0166 Вт/(м
2
∙
0
С); Т
ср
- средняя температура
теплоносителя на входе и выходе из ВАСЭ.
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=Ех
вх
1 – Ех
пот
/ Ех
вх
(6)
Эксергетическая эффективность ε
ск
солнечного коллектора определяют из уравнения
[4-5]:
ε
ск
= Ех
пол
/ Ех
пог
(7)
где Ех
пол
– полезная эксергия, кВт; Ех
пог
– эксергия
поглощенная солнечным
коллектором:
Ех
пол
= m [(h
вых
– h
вх
) – m
о
(S
вых
– S
вх
)]
(8)
Ех
пог
= А · 1
Т
[1+1/3 (Т
OC
/Т
SR
) 4 – 4/3 (Т
OC
/Т
SR
)]
(9)
где Т
SR
= 6000 К.
Расчеты по формуле (9)
дают возможность установить как качественную, так и
количественную зависимость эксергетической эффективности солнечного коллектора от
плотности
солнечной радиации, температуры окружающей среды и характеристик
солнечного коллектора.
Эксергетическая эффективность теплообменника:
ε
го
=1·2Т
ОС
(ΔТ
т
/Т
2
вх
)/(Т
вх
·Т
ос
)/Т
вх
·Т
ос
(ΔТ
1
/Т
2
вх
)
(10)
где для теплоносителя ΔТ
1
<Т
вх
и ΔТ
1
= Т
вх
– Т
вых
Эксергетическая эффективность циркуляционного насоса:
ε
Н
= Ех
нвых
– Ех
нвх
/w
н
= m(Ψ
нвых
– Ψ
нвх
)/w
н
(11)
В таблицах 4 и 5 приведены результаты расчета эксергетической эффективности
элементов солнечной установки и системы в целом.
