ВЛИЯНИЕ НЕКОТОРЫХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОЛНЕЧНОГО ОПРЕСНИТЕЛЯ
Анализ научной литературы показывает, что для создания энергетически эффективных опреснителей необходимо решить комплексную проблему (рис.1): иметь эффективный источник энергии (пункт 1); создать метеорологические условия (пункт 2); подобрать типы и формы элементов конструкции установки и установить оптимальные геометрические размеры и углы наклонной поверхности по отношению к горизонту (пункт 3); создать нормальные условия эксплуатации (пункт 4) и оптимальные условия теплообмена на границах элементов конструкции установки.
Для опреснителей могут быть традиционные или альтернативные источники энергии (пункт 1). Этот вопрос можно считать решенным, так как использование альтернативных источников энергии, в частности солнечной энергии для опреснителей, позволяет не только экономить природное топливо, но и способствует охране окружающей среды.
Проблемы влияния метеорологических факторов: интенсивность солнечной радиации; температура окружающего воздуха; скорость воздуха и атмосферные осадки (пункт 2), хотя они зависят от пункта 1 (рис.1), в основном решаются экспериментально, в натурных условиях.
Условия эксплуатации: подготовка и соленость исходной воды; продувка и очистка резервуаров установки от солевых отложений; состояние герметизирующих веществ (пункт 4) - зависят от навыков и умений экспериментаторов и обслуживающего персонала.
Оптимальные условия теплообмена на границах элементов конструкции (пункт 5), хотя зависят от пунктов 1,2 и 3 (рис. 1), также в основном экспериментально решаемы.
Задачи, указанные в пункте 3 - подбор типов и определение оптимальных геометрических размеров элементов конструкции установки с учетом аккумулирования солнечной энергии, установление их отношений, которые зависят от последующих пунктов 1,2,4 и 5 - решены далеко не полно.
Однако преимущество опытов на моделях солнечных опреснителей заключается в том, что сравнительно малые размеры конструкций позволяют легко добиться практически полной герметичности (при сравнительно низких капитальных затратах) и тем самым исключить действие вредных факторов (обмен воздуха и влаги внутри опреснителя и снаружи, вход дождевых капель, утечка тепловых потоков через щели и т.д.). Кроме того, позволяют провести сравнительный анализ температурно влажностного, радиационного режимов опреснителей и оценить их относительную аккумулирующую способность энергии [1].
В связи с этим авторами проводились исследования на лабораторно-парниковых солнечных опреснителях двухскатного типа с углами наклонных поверхностей: 45о, который направлен на юг, и 52о - на север. Длина установки L =2,5м и высота Н=0,5м. Форма и геометрические размеры элементов конструкции исследуемых установок и отношение их размеров выбраны с учетом аккумулирования солнечной энергии H/L=0,2 по методу, который представлен авторами и выявлен как оптимальный режим работы [2, 3].
Расчет геометрических размеров солнечных опреснительных установок, элементов конструкции и установления отношений их размеров с учетом аккумулирования солнечной энергии
Выбор типов и формы солнечных опреснителей не сложной конструкции с учетом аккумуляции солнечной энергии
Соблюдение экологических норм
Рис.1. Схема зависимости энергетических показателей солнечных опреснителей от воздействия различных факторов
Схема представленного авторами солнечного опреснителя изображена на рис.2. Для получения достоверных результатов эксперименты осуществляли одновременно на двух моделях [4]. В одной установке отсутствуют аккумуляторы солнечной энергии, а в другой - введены аккумуляторы солнечной энергии, изготовленные из капиллярнопористого материала. Аккумуляторами солнечной энергии служили гипсовые плиты, которые устанавливаются в середине и вдоль длины емкости 3 с минерализованной водой.
Исследуемые опреснители в основном состоят из двух частей: I-двухскатная часть; II- опорная (донная) часть. После герметизации полиэтиленовой пленкой 2 на опорную часть установки вставляется двухскатная часть опреснителя. Все стыки корпуса герметизированы. В состав опреснителя входят боковые стенки и днище корпуса 1 со светопропускающей поверхностью 2. Корпус 1 выполнен из деревянных брусков 6. Внутри корпуса с зазором к его боковым стенкам и днищу установлена теплоизолированная емкость 3 с минерализованной водой. Корпус 3 выполнен из нержавеющей стали и покрыт теплоизолятором 8. Для сбора конденсата служит емкость 4, изготовленная из нержавеющей стали. На дне теплоизолированной емкости 3 установлен экран 5 из черной полипропиленовой пленки [1], корпус 3 вместе с теплоизолятором окружен экраном из светопропускающего материала, который прикреплен по периметру к конструкции II части опреснителя.
Солнечный тепловой поток проходит через светопропускающую поверхность, нагревает экран 3 из черной пленки, отбортовку и боковые стенки корпуса установки, часть теплового потока поглощается минерализованной водой и аккумулятором солнечной энергии. От экрана 5 аккумулятора энергии и корпуса установки тепловой поток передается на нагрев и испарение воды. Образующийся пар (паровоздушная смесь) конденсируется на внутренних стенках корпуса установки и светопропускающей поверхности.
Стекающий по внутренним стенкам корпуса опреснителя и светопропускающей поверхности конденсат собирается в донной части опреснителя, откуда попадает в емкость 4 для сбора.
В результате применения в конструкции установки теплоизолированной емкости, аккумулятора энергии и экранированной донорной полиэтиленовой пленки, обеспечивающей эффективное использование солнечной энергии, от данного опреснителя в лабораторных испытаниях, выход конденсата достигает порядка 7-8 л в сутки с одного м площади испарения воды, что на 20-25% превышает показатель опреснителя прототипа [1] и существенно увеличивает достигнутый мировой уровень для опреснителей с полиэтиленовыми покрытиями. Результаты экспериментальных исследований показали, что тепловые потери ограждающих поверхностей установки принимают следующие значения: передней 28 30%; задней 24 26%; боковых 6 7%, дна 35 37%.
Измеряемыми величинами исследования были: солнечная радиация; температура в заданных точках элементов конструкции; количество выделяемого конденсата. Процесс исследования теплоэнергетических параметров проводился из следующих соображений.
На поверхности минерализованной воды и материала аккумулятора поступающая суточная аккумулируемая энергия определяется соотношением:
