Автор: Jovrea Titus Claudio
Перевод: А. В. Савченко.
Источник: „INTERDISCIPLINARITY IN ENGINEERING” SCIENTIFIC INTERNATIONAL CONFERENCE, TG. MURES – ROMANIA, 15–16 November 2007.
Природные энергетические ресурсы ограничены, и они становятся все дороже. Солнечной энергии может предоставить некоторые энергии, необходимой человеческому обществу.
С энергетической точки зрения, 97 процентов солнечной энергии передается в 0.2 – 3 мкм длина волны. Солнечной радиации, получаемой землей составляет 1.355 кВт/м2 (солнечная постоянная). Это константа зависит от географического положения и наклон оси Земли. В Румынии, что константа 1кВт/м2 и в среднем солнечных дней составляет 310/год. С помощью солнечных панели монтируются на 45° угол, мы можем получить до 75 процентов солнечного излучения. Значения представленные выше находятся под влиянием климата.
Мы представим техническое решение по сбору солнечной энергии и использования ее для нагрева воды с плоский-пластины солнечных коллекторов, размещенных на 45°, связанных с теплообменник.[1]
Солнечные водонагреватели могут быть газовыми, электрическими или на твердом топливе повышается.
В открытой цепи системы, вода поступает непосредственно через солнечные коллекторы, в резервуар а затем по трубам в ваш дом.
В замкнутой системе жидкость поступает через коллекторы, забирает тепло от солнца, и передает это тепло воде в резервуаре с помощью теплообменника.
Рисунок 1 – Замкнутый контур системы.
Замкнутой системы наиболее часто используются для защиты от замерзания. Жидкость с нижней замерзания, чем вода используется для предотвращения образования льда в солнечных коллекторах. Важно тщательно выбирать жидкость. Рециркуляции воды в системе производится с электрическим насос. В пассивных систем (или систем термо сифон), бак расположен выше солнечного коллекторы так, что холодная вода опускается в коллекторы, где она прогревается на солнце, и поднимается Интер-Ских 2007 „МЕЖДИСЦИПЛИНАРНОСТЬ В МАШИНОСТРОЕНИИ” МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ, ТГ. МУРЕШ – Румыния, 15-16 ноября 2007 года.ИВ-22-2 в бак. Непрерывный поток воды через коллекторы создается без необходимости для насосов.
В активных системах (также известный как системы насоса или сплит-системы), солнечные батареи установлены на крыша и бак для хранения располагается на первом или в другое удобное место, что не должен быть выше солнечных коллекторов. Вода (или другая жидкость) прокачивается через солнечные коллекторы с помощью небольшого электрического насоса.
Солнечные батареи для нагрева воды использует энергию Солнца для нагрева воды, уменьшения количества природного газа или в некоторых случаях, электроэнергии, необходимых для селитебного или коммерчески топления воды. Солнечной горячей воды системы отличаются высокой эффективностью.
Мы начнем с предположения, что в среднем, человек использует 50 литров воды в день и что начальная температура 10℃, если мы хотим увеличить ее до 45℃, нам нужен активный поверхность 1,5 м2 при температуре 50-70℃ на летнее время, которые могут обеспечить до 90 процентов от суточной потребности в горячей воде.[2]
Рассмотрим теплообменник из Рис. 2; передача тепла q от теплоносителя к холодной водой в стационарном режиме
Где: s – поверхность передачи [м2]
КT – коэффициент передачи Теплорода [ккал/м2 ℃]
Рисунок 2 – Теплообменник.
Та1 – Та2 – температура теплоносителя
Тр1 – Тр2 – температура холодной воды
Математическая модель теплообменника:
Предположим: Та1, Та2, Тр1 постоянны
Передаточная функция теплообменника:
Где: ℸ – десятки секунд
a2 – десятки секунд
a1 – десятки – сотни секунд[1]
Полный автоматизированный контроль обменников приложений тепло может быть быстро разработан с использованием микроконтроллер.
На PIC16F876 микроконтроллер содержит встроенный алгоритм и управления.
Температура понимании схема производится с помощью термистора. Читать напряжение соответствует значение термистора.
Чтение температуры является комбинацией двух методов:
1 – Поиск метода Таблица
2 – аналитического исчисления для расчета температуры между двумя значениями из таблицы подстановки
Зависимость сопротивления от температуры терморезистора показано на рисунке 3.
Характеристика термистора согласно таблице подстановки показана на рисунке 4.
Рисунок 3 – Характеристика термистора Рисунок 4 – Характеристика термистора (Таблица подстановки)
Отрезок AB имеет уравнение прямой линии:
t1, Р1 и t2, Р2 пар температура и сопротивление из таблицы подстановки
После расчетов коэффициентов A и B неизвестные температуры:
ty – неизвестная температура
Rx – сопротивление термистора в ty температуры
Погрешность температуры не превышает 0.8℃.
Функции программы от микроконтроллера являются:
• Значение температуры и отображения четырехзначный 7-сегментный светодиодный;
• Ввод параметров из трех кнопок;
• Управление насосом;
• Сигнал тревоги в случае достижения температуры preseted или рвотные позывы Мороз лимита;
• (Короткое замыкание или сигнализация в случае неисправности температурных датчиков или кабелей схема торможения) с отображением неисправен датчик.
Поток функция управления насосом показана на рисунке 5
Рисунок 5 – Поток основной программы.
Т1 – температура от солнечного коллектора
Т2 – температура горячей воды из теплообменника
Тon – температура для запуска насоса
Toff – температура для остановки насоса
С панели управления можно изменить параметр температуры (Т1, Т2) и некоторые параметры программы, например, регулировки температуры за счет различия между термисторы.
Солнечного нагрева воды, это простой способ использовать энергию Солнца, чтобы уменьшить загрязнение энергия используется для подогрева воды.
Система проста в установке и относительно недорог.
С микроконтроллера в режим автоматического управления теплообменники легко реализовать.
1. Mircea Dulau – Automatica proceselor continue – Editura UPM 2004
2. Chris Riedy – Your Home Technical Manual – 4.3 Solar Hot Water