Теория работы
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]
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕПЛООБМЕННИКА
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]
АППАРАТНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ
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.
Выводы
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.
Список использованной литературы
1. Mircea Dulau – Automatica proceselor continue – Editura UPM 2004
2. Chris Riedy – Your Home Technical Manual – 4.3 Solar Hot Water