Laboratorium odnawialnych źródeł energii

Podobne dokumenty
Laboratorium odnawialnych źródeł energii

Laboratorium odnawialnych źródeł energii. Ćwiczenie nr 5

AUTOMATYKA I POMIARY LABORATORIUM - ĆWICZENIE NR 15 WYMIENNIK CIEPŁA CHARAKTERYSTYKI DYNAMICZNE

całkowite rozproszone

Laboratorium odnawialnych źródeł energii

ĆWICZENIE NR 4 WYMIENNIK CIEPŁA

Jaką moc cieplną uzyskuje kolektor słoneczny?

Laboratorium z Konwersji Energii. Kolektor słoneczny

BADANIE WYMIENNIKA CIEPŁA TYPU RURA W RURZE

Politechnika Warszawska

wymiana energii ciepła

KATEDRA APARATURY I MASZYNOZNAWSTWA CHEMICZNEGO Wydział Chemiczny POLITECHNIKA GDAŃSKA ul. G. Narutowicza 11/ GDAŃSK

Badania charakterystyki sprawności cieplnej kolektorów słonecznych płaskich o zmniejszonej średnicy kanałów roboczych

PRZENIKANIE CIEPŁA W CHŁODNICY POWIETRZNEJ

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

Wymiennik ciepła. Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego. Henryk Bieszk. Gdańsk 2011

BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

E12. Wyznaczanie parametrów użytkowych fotoogniwa

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

WYZNACZENIE STAŁEJ STEFANA - BOLTZMANNA

LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW

1. Podsumowanie. 1.3 Modyfikator kąta padania IAM. Tabela 1: Zmierzone (pogrubione) i wyliczone wartości IAM dla FK 8200 N 2A Cu-Al.

Przykładowe kolokwium nr 1 dla kursu. Przenoszenie ciepła ćwiczenia

LABORATORIUM Z FIZYKI TECHNICZNEJ Ć W I C Z E N I E N R 6 BADANIE SPRAWNOŚCI KOLEKTORA SŁONECZNEGO

WYMIANA CIEPŁA i WYMIENNIKI CIEPŁA

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

ZADANIE 28. Wyznaczanie przewodnictwa cieplnego miedzi

NARODOWY FUNDUSZ OCHRONY ŚRODOWISKA I GOSPODARKI WODNEJ

SPRAWDZANIE PRAWA STEFANA BOLTZMANNA

Politechnika Gdańska

prędkości przy przepływie przez kanał

Obliczenie natężenia promieniowania docierającego do powierzchni absorpcyjnej

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2015/2016

PRACOWNIA FIZYKI MORZA

OBLICZENIA SILNIKA TURBINOWEGO ODRZUTOWEGO (rzeczywistego) PRACA W WARUNKACH STATYCZNYCH. Opracował. Dr inż. Robert Jakubowski

Energia Słońca. Andrzej Jurkiewicz. Energia za darmo

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

Wyznaczenie charakterystyk cieczowego kolektora słonecznego

WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

Instrukcja stanowiskowa

Model solarny materiał szkoleniowy dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych

Sprawozdanie z laboratorium proekologicznych źródeł energii

Kolektory słoneczne. Kolektory płaskie to prosta i atrakcyjna pod względem finansowym metoda pozyskiwania ciepłej wody użytkowej.

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Laboratorium z Konwersji Energii SILNIK SPALINOWY

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

Chłodnictwo i Kriogenika - Ćwiczenia Lista 7

Klimat na planetach. Szkoła Podstawowa Klasy VII-VIII Gimnazjum Klasa III Doświadczenie konkursowe 2

Kwantowe własności promieniowania, ciało doskonale czarne, zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne.

Wyznaczanie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

BADANIE SPRĘŻARKOWEJ POMPY CIEPŁA

1. Wprowadzenie: dt q = - λ dx. q = lim F

gazów lub cieczy, wywołanym bądź różnicą gęstości (różnicą temperatur), bądź przez wymuszenie czynnikami zewnętrznymi.

Semestr zimowy Brak Tak

Instytut Fizyki Doświadczalnej Wydział Matematyki, Fizyki i Informatyki UNIWERSYTET GDAŃSKI

Kolektory słoneczne. Katalog

Projektowanie instalacji solarnych

Instalacje z kolektorami pozyskującymi energię promieniowania słonecznego (instalacje słoneczne)

Laboratorium komputerowe z wybranych zagadnień mechaniki płynów

Ćw. 2: Analiza błędów i niepewności pomiarowych

I. PROMIENIOWANIE CIEPLNE

EKRAN 15. Zużycie ciepłej wody użytkowej

SPRAWDZENIE PRAWA STEFANA - BOLTZMANA

PN-EN ISO Cieplne właściwości użytkowe budynków Obliczanie zużycia energii do ogrzewania. Wprowadzenie

ĆWICZENIE Nr 4 LABORATORIUM FIZYKI KRYSZTAŁÓW STAŁYCH. Badanie krawędzi absorpcji podstawowej w kryształach półprzewodników POLITECHNIKA ŁÓDZKA

(Tekst mający znaczenie dla EOG) (2017/C 076/02) (1) (2) (3) (4) Miejscowe ogrzewacze pomieszczeń na paliwo stałe

Spis treści. 4. WYMIANA POWIETRZA W BUDYNKACH Współczynnik przenoszenia ciepła przez wentylację 65

Odnawialne źródła energii - pompy ciepła

NAGRZEWANIE ELEKTRODOWE

Analiza wymiany ciepła w przekroju rury solarnej Heat Pipe w warunkach ustalonych

Radon w powietrzu. Marcin Polkowski 10 marca Wstęp teoretyczny 1. 2 Przyrządy pomiarowe 2. 3 Prędkość pompowania 2

Nazwa kwalifikacji: Eksploatacja urządzeń i systemów energetyki odnawialnej Oznaczenie kwalifikacji: B.22 Numer zadania: 01

ANALIZA WYMIANY CIEPŁA OŻEBROWANEJ PŁYTY GRZEWCZEJ Z OTOCZENIEM

AUDYT NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

PL B1. Sposób chłodzenia ogniw fotowoltaicznych oraz urządzenie do chłodzenia zestawów modułów fotowoltaicznych

Analiza działania kolektora typu B.G z bezpośrednim grzaniem. 30 marca 2011

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

POMIAR PRZEWODNOŚCI CIEPLNEJ IZOLATORÓW

WSKAZÓWKI DO WYKONANIA SPRAWOZDANIA Z WYRÓWNAWCZYCH ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH

Oferta Małopolskiego Centrum Budownictwa Energooszczędnego skierowana różnych grup przedsiębiorców oraz osób indywidualnych.

IV. Wyznaczenie parametrów ogniwa słonecznego

LABORATORIUM PROMIENIOWANIE W MEDYCYNIE

Aktywne i pasywne systemy energetyki słonecznej w budownictwie

Solary Termiczne Präsentationstitel in der Fußzeile Viessmann Group

Projekt 1. Udowodnij, że moduły fotowoltaiczne cienkowarstwowe są sprawniejsze od krystalicznych, przy mniejszym promieniowaniu słonecznym.

Polecenie 3. 1.Obliczenia dotyczące stężenia SO 2 zmierzonego w emitorze kotłowni. Dane:

Alternatywne źródła energii

KOLEKTORY SŁONECZNE SŁOŃCE NIE WYSTAWIA FAKTUR

NARODOWY FUNDUSZ OCHRONY ŚRODOWISKA I GOSPODARKI WODNEJ

Zestaw Solarny SFCY

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

EFEKTYWNOŚĆ ABSORBERA W FUNKCJI TEMPERATURY OTOCZENIA I PARAMETRÓW EKSPLOATACYJNYCH KOLEKTORA CIECZOWEGO

KONCEPCJA TECHNICZNA

POLITECHNIKA GDAŃSKA

Modelowanie zjawisk przepływowocieplnych. i wewnętrznie ożebrowanych. Karol Majewski Sławomir Grądziel

Ćwiczenie 2 WSPÓŁPRACA JEDNAKOWYCH OGNIW FOTOWOLTAICZNYCH W RÓŻNYCH KONFIGURACJACH POŁĄCZEŃ. Opis stanowiska pomiarowego. Przebieg ćwiczenia

Projektowana charakterystyka energetyczna

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Rys.1 Rozkład mocy wnikającej do dielektryka przy padaniu fali płaskiej Natężenie pola wewnątrz dielektryka maleje wykładniczo. Określa to wzór: (1)

Transkrypt:

Laboratorium odnawialnych źródeł energii Ćwiczenie nr 4 Temat: Wyznaczanie sprawności kolektora słonecznego. Politechnika Gdańska Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Fizyka i technika konwersji energii VI semestr

. Wstęp. Kolektor słoneczny wykorzystuje zjawisko absorpcji promieniowania słonecznego do ogrzewania wody. Składa się on z powierzchni absorbującej promieniowanie oraz z obiegu wody pozwalającego na przekazywanie energii cieplnej wodzie. Nie cała energia padająca jest przekazywana wodzie - część jest rozpraszana w zjawiskach odbicia i konwekcji. Od udziału tych zjawisk w ogólnym bilansie energetycznym kolektora zależy jego sprawność. Na ograniczaniu tych zjawisk oraz na poprawianiu zdolności adsorpcyjnej adsorbera, którym pokryta jest powierzchnia absorbująca, polega poprawianie sprawności kolektora, która określa opłacalność stosowania danego rozwiązania. W ogólności między kolektorem i otoczeniem panuje stan równowagi cieplnej, charakteryzowany temperaturą równowagową, która opisana jest prawem Stefana - Boltzmanna: T 4 równ = αr Hb ε σ ; gdzie: αr współczynnik adsorpcji; ε współczynnik emisji; αr/ε współczynnik selektywności adsorbera; σ = 5.669*0-8 W m 2 K4 - stała Stefana- Boltzmanna; Hb natężenie promieniowania słonecznego [ W m 2 ]. Do wyznaczenia sprawności kolektora stosuje się bilans cieplny; porównuje się energię zaabsorbowaną przez wodę: Qu=m*cp*(t2-t) z energią padającą na kolektor: H*Ak (H natężenie promieniowania słonecznego [ W m2 ]; Ak - powierzchnia kolektora). Stąd: m*cp*(t2 - t) η = A * H Qstr - jest ciepłem strat, które należy zminimalizować, aby podnieść sprawność kolektora. Jednym ze sposobów podnoszenia sprawności kolektora jest ograniczanie strat na przewodzenie ciepła do otoczenia za pomocą różnego rodzaju materiałów izolujących, które zatrzymują zaabsorbowane ciepło wewnątrz kolektora, powodując jego przekazywanie do wody, podnosząc tym samym jej temperaturę, a w ogólnym rozrachunku sprawność kolektora. Aby podnieść sprawność można również stosować próżnię w przestrzeni miedzy płytą czołową kolektora (wystawioną na promieniowanie) a adsorberem. 2. Przebieg doświadczenia. Doświadczenie przeprowadzono na stanowisku, które schematycznie przedstawiono na poniższym rysunku.

W celu wyznaczenia sprawności kolektora należy zmierzyć temperatury wody w każdym z pięciu przewodów grzewczych w kolektorze, a także temperatury wody na zewnątrz kolektora (oznaczenie podano w dalszej części). Konieczny jest również pomiar natężenia promieniowania słonecznego (nasłonecznienia) za pomocą solarymetru, a także pomiar objętości wody przepompowanej przez instalację. W oparciu o otrzymane wielkości oraz o tablicowe wartości ciepła właściwego wody dla średniej temperatury pomiaru można wyznaczyć strumienie ciepła generowane w każdym z przewodów grzewczych wewnątrz kolektora oraz w całym kolektorze. 3. Wyniki pomiarów. t[min] V[dm3] H [W/m] tg[ C] tg2[ C] tg3[ C] tg4[ C] tg5[ C] td[ C] td2[ C] td3[ C] td4[ C] td5[ C] tg[ C] td[ C] 0,00 700,00 24,50 24,48 24,8 25,52 26,05 2,46 20.82 20,3 8,53 2,02 23,33 22,63 5,00 3,29 730,00 25,65 25,59 25,86 26,55 27,06 22,20 2,65 20,95 9,6 2,85 23,94 23,09 0,00 6,50 805,00 26,55 26,25 26,7 27,23 27,86 23,00 22,55 28,89 20,67 22,75 24,99 23,66 5,00 9,9 8,00 27,43 27,09 27,50 28,7 28,63 23,7 23,34 22,74 2,59 23,50 26,00 24,6 20,00 3,26 836,00 28,2 27,73 28,32 28,9 29,33 24,3 23,99 23,46 22,38 24,7 26,44 24,53 25,00 6,62 840,00 29,00 28,56 29,02 29,56 30,00 24,8 24,60 24,07 23,08 24,74 27,47 24,5 30,00 9,99 825,00 29,94 29,25 29,80 30,34 30,65 25,29 25, 24,62 23,69 25,27 27,49 25,30 35,00 23,38 82,00 30,55 29,88 30,43 3,07 3,33 25,70 25,57 25,2 24,26 25,68 28,56 25,50 38,00 25,43 850,00 30,9 30,39 30,88 3,27 3,50 26,03 25,90 25,47 24,66 26,02 29,05 25,92 4. Obliczenia i wyniki. Sprawność obliczono dla dwóch przypadków: dla strumienia ciepła niesionego przez wodę poza kolektorem (użyto temperatur tg i td) oraz dla strumienia ciepła oddawanego w rurach kolektora (użyto średnich temperatur na wlocie oraz wylocie rur - tdi, tgi, i = 5). W pierwszym przypadku sprawność obliczono ze wzoru: m*cp*(tg - td) η = A * H, w drugim przypadku zaś skorzystano ze wzoru: η2 = Vz*ρ*cp τ Η Α Σtgi i - Σtdi i, i = 5. Rachunek błędów: - niepewność pomiaru objętości wody: Sv = 3 ( e)2 + 3 ( w)2 ; niepewność eksperymentatora e = 0.000 l; niepewność wzorcowania w = 0.00 l; Sv = 0,00 l;

- niepewność pomiaru temperatury: St = 0,0082 stc; - niepewność pomiaru czasu: Sτ = 3 ( e)2 + 3 ( w)2 = - niepewność wyznaczenia powierzchni kolektora: SA = 3 ( e)2 + 3 ( w)2 = 3 (0,0)2 + 3 (0,0)2 = 3 (0,25)2 + 3 (0,06)2 = 0,4 min. 3 (0.005)2 + 3 (0.00)2 = 0,0029; - niepewność złożona wyznaczenia masowego natężenia przepływu: Sm = (ρ Sv) 2 = 0,24 kg/s; - niepewność złożona wyznaczenia energii zaabsorbowanej przez wodę w kolektorze: SQ = (c*t*sm) 2 + (m*c*st) 2 (odrębna wartość dla każdego z pomiarów) ; - niepewność złożona wyznaczenia sprawności; Sη = SQ I*A 2 + Q*SA I*A 2 2, Sη2 = SQ I*A 2 + Q*SA I*A 2 2 (odrębna wartość dla każdego z pomiarów) ; Poniższa tabela zawiera wyniki obliczeń. tśr [stc] m [kg/s] Q [J] SQ [%] η [%] Sη [%] η2 [%] Sη2 [%] 22,98 0,00000000 0,000 0,00000 0,00 0 0,00 0 23,52 0,0097667 756,00 20,8562 20,59 4,28 33,55 3,76 24,33 0,0083333 36309,000 6,782 7,83 0,42 2,74 0,38 25,08 0,000556 76545,840 3,3326 0,92 0,5 28,64 0,45 25,49 0,005000 0637,720 2,45287,05 0,68 28,84 0,59 25,8 0,007867 2372,392,4959 9,6 0,54 28,80 0,55 26,40 0,00667 83886,46,49454 2,90 0,7 30,08 0,62 27,03 0,0343 300428,352 0,94568 8,5 0,69 3,79 0,73 27,49 0,05395 33435,926 0,8693 7,97 0,56 3,94 0,7 Poniżej przedstawiono wykres obrazujący zmiany w czasie nasłonecznienia oraz odpowiadającą temu nasłonecznieniu sprawność kolektora. 900,00 nasłonecznienie/sprawność 40,00 800,00 35,00 H [W/m2] 700,00 600,00 500,00 400,00 300,00 200,00 00,00,00 0 0 20 t [min] 30 40 30,00 25,00 20,00 5,00 0,00 5,00 0,00 H = f(t) h = f(t) h2 = f(t)

5. Wnioski. Na pierwszy rzut oka można stwierdzić, iż sprawność kolektora (η2) różni się w znacznym stopniu od sprawności całego układu (η). Sprawność układu jest dużo mniejsza, co świadczy o mniejszej ilości ciepła zaabsorbowanego przez wodę układu, w porównaniu z ciepłem zaabsorbowanym przez wodę w samym kolektorze. Wskazuje to jednoznacznie na straty ciepła w obiegu (poza kolektorem), których największym źródłem może być zbiornik na wodę ma on największą powierzchnię wymiany ciepła z otoczeniem. Istotne polepszenie sprawności kolektora można również osiągnąć zwiększając efektywną powierzchnię absorbującą promieniowanie słoneczne. Osiągnąć taki cel można na dwa sposoby koncentrując promieniowanie na adsorberze oraz ustawiając kolektor prostopadle do padających promieni, a także obracając go wraz ze Słońcem.