Бақылау сұрақтары:

1. Күн коллекторларының түрлері және оны жасайтын материалдардың түрлері.

2. Жазық күн коллекторларының негізгі элементтерінің жұмыс істеу тәртібі.

3. Жазық коллекторлардың жылу қабылдайтын беттік пішіні?

4. Шоғырландырғыш (фокустағыш) күн қондырғыларының түрлері және оның пішіндері.

5. Парабола цилиндрлі шоғырландырғыштың негізгі элементтері, жұмыс істеу тәртібі.

6. Параболоид шоғырландырғыштың негізгі элементтері, жұмыс істеу тәртібі.

7. Френель линзалы шоғырландырғыштың негізгі элементтері жұмыс істеу тәртібі.

8. Түтікті вакуумдалған күн коллекторларының түрлері, негізгі элементтері және жұмыс істеу тәртібі.

9. Күн коллекторларының тиімділігін арттыратын тәсілдердің түрлері.

10. Ауаны жылытуға арналған күн коллекторы, оның жылу қабылдайтын беттік пішіні және жұмыс істеу тәртібі?

11. Жылу бак-аккумуляторларының түрлері, материалдары, негізгі элементтері және жұмыс істеу тәртібі.

7-ДӘРІС

Тақырып: Күн коллекторларының әдістемелік есебі және жобалау

Жоспар:

Күнмен жылыту жүйесінің есебі және коллектордың сипаттамасын

анықтау

Күн радиациясы қарқындылығының горизонтқа көлбей орналасқан күн коллекторының бетке түсуінің есебі

Күн радиациясының горизонтал беттікке күндізгі уақытта келіп түсуінің орташа айлық мәндері көптеген географиялық аймақтар үшін белгілі болса, ал көлбеу орналасқан беттік үшін мұндай мәліметтер белгісіз болды. Оңтүстікке бағытталған көлбеу беттікке әр ай үшін күн радиациясының күндізгі уақытта орташа келіп түсуін Лю және Джордан есептеу әдісімен шешуге болады. Есептік және тәжірибелік мәліметтерді салыстыру арқылы бұл әдіс оңтүстік-шығысқа және оңтүстік-батысқа бағытталған көлбеу беттіктерге радиацияның келіп түсуін есептеу үшін қолдануға мүмкіндік берді [19, 33, 40, 42].

Күн радиациясының көлбеу беттікке Н_Т күндізгі уақытта орташа айлық келіп түсуі:

(8.1)

мұндағы, – горизонтал беттікке қосынды радиацияның күндізгі уақытта орташа айлық келіп түсуі; – горизонталь және көлбеу беттіктерге қосынды радиацияның күндізгі уақытта орташа айлық келіп түсулерінің қатынасы.

анықтау үшін күн радиациясының құраушыларын: тікелей, диффузиялық, шағылып түсуін білу қажет. Диффузиялық сәуле изотропты (яғни, аспан кеңістігіне қалыпты таралған) деп болжасақ, онда келесі түрде жазуға болады:

8.1-сурет. Күн радиациясы қарқындылығының горизонтқа көлбей орналасқан күн коллекторының бетіне түсуінің есептік сұлбасы

(8.2)

мұндағы: H_d – горизонталь беттікке диффузиялық радиацияның күндізгі уақытта орташа айлық келіп түсуі; – горизонталь және көлбеу беттіктерге қосынды радиацияның күндізгі уақытта орташа айлық келіп түсулерінің қатынасы;  – коллектордың горизонтқа көлбеу бұрышы; ρ – жердің шағылысу қабілеттілігі және ρ қар жабынының ұзақ жатыуына байланысты 0,2-ден 0,7 дейін өзгереді.

Бұл теңдеудің бірінші, екінші және үшінші мүшелері аспан кеңістігінің тікелей және диффузиялық сәулеленуіне және жерден коллектордың бетіне шағылысып сәулеленуіне сәйкесті үлесін көрсетеді.

Диффузиялық радиацияны өлшеуді сирек жүргізетіндіктен, оны күннің қосынды радиациясын өлшеу арқылы жүргізеді. Зерттеу қосынды радиацияда диффузиялық құраушының үлесібұлтты күндердің көрсеткішінебайланысты болатынын көрсетті.

Бұл жерде – жердің атмосферасының шектігінен тыс горизонталь беттікке радиацияның күндізгі уақытта орташа айлық келіп түсуі. Атмосфералық қабаттан тыс күн радиациясын (күн тұрақтысын) пайдалана отырып, геометриялық тұрғыда есептеледі. Солтүстік ендік үшін мәндері 8.1-кестеде келтірілген. 8.1-суреттегі тәуелділік талдамалы түрде көрсетілуі мүмкін:

(8.3)

Теориялық жағынан алып қарағанда атмосфераның өткізгіш қабілеттілігінің функциясы болып табылады. Алайда бұл шаманы горизонталь және көлбеу беттіктерге радиацияның атмосферадан тыс келіп түсулерінің қатынасы арқылы анықтауға болады.

Оңтүстікке қарай бағытталған беттіктер үшін (8.4) теңдеуі арқылы табуға болады. Аз ғана қателігі бар-ның бұл мәндерін, абсолюттік мәні бойынша азимуты 15⁰ аспайтын беттіктер үшін де пайдалануға болады.

Оңтүстік бағыттан ауытқу үлкен болғанда есептеу үшін Клейн тәсілін қолдануға болады:

, (8.4)

мұндағы – батып бара жатқан күннің горизонталь беттікке сағаттық бұрышы; – батып бара жатқан күннің көлбеу беттікке сағаттық бұрышы.

келесі формуламен анықталады:

, (8.5)

мұндағы, – күннің иілуі.

Күннің иілуі :

(8.6)

мұндағы, п – жылдың ішіндегі күннің реттілік нөмірі.

Күн қондырғысының негізгі көрсеткіштері

Күн коллекторының жұмыстық тәртібі күн радиациясының энергиясын пайдалы энергия мен шығынға жіктейтін энергетикалық баланстың теңдеуімен өрнектеледі. Коллектордың энергетикалық балансын тұтастай былай көрсетуге болады:

, (8.7)

мұндағы, Н – ағымдағы бағдарланған беттің бірлік ауданына келетін күн сәулесінің ағынының тығыздығы; R – тік түскен немесе шашыраған сәуле ағынының тығыздығын коллектордың бағдарлану жазықтығындағы сәуле ағынының тығыздығына айналдыру коэффициенті; – жабынды жүйесінің тік түскен және шашыраған сәулеге қатысты келтірілген жұту қабілеті; – коллектор ауданы; – күн коллекторында жұмыстың сұйыққа берілген жылу ағыны (пайдалы жылу); – коллектордың қоршаған ортадағы сәулеленуі және конвекция, сонымен қатар жұтатын пластинаның тірегіштеріндегі жылуөткізгіштік арқылы туындайтын жылулық шығындары.

Жабындыдан шағылудың әсерінен туындайтын шығындар мүшесімен анықталады, Q– коллектор өндіретін (аккумуляциялайтын) жылудың ағыны.

Коллектордың жетілдірілгендігінің өлшемі болып қандай да бір уақыт аралығындағы пайдалы жылу мөлшерінің сол уақыт аралығында коллекторға түскен күн сәулесінің энергиясына қатынасымен анықталатын пайдалы әсер коэффициенті болып табылады [1, 19, 25].

(8.8)

Келесі бөлімдерде (8.8) теңдеудегідей энергия балансының теңдеулері әртүрлі типті коллекторлардың жылулық өндіргіштігін және пайдалы әсер коэффициентін есептеу үшін қолданылады. Күн энергетикалық құрылғыны жобалаудағы мәселелердің бірі энергияның ең төмен бағасын қамту болып табылады. Осылайша, коллектордың технологиялық тұрғыдан жасалатынын емес, егер бұл жағдайда құны арзан бола алса, аз ПӘК-ке ие коллекторды жасау пайдалырақ болуы мүмкін.

Күнмен жылыту жүйесінің есебі және коллектордың сипаттамасын анықтау

Күнмен жылыту және ыстық сумен жабдықтау жүйелері (гелиожүйелер) – күн энергиясын жұту мен оны жылу энергиясына түрлендіру, алынған жылуды аккумуляциялайтын және оны қажетіне қарай ғимараттарды жылытуға және басқа да тұрмыстық қажеттіліктерге бөлу жүзеге асырылатын жүйе.

Қарастырып отырған жүйелердің негізгі элементтері болып табылады:

–сұйықтық қыздырылатын күн коллекторы;

–су тұратын бак-аккумулятор;

–қосымша қыздырғыш немесе қазан;

–бақылау-өлшеу және реттейтін құрылғылар;

–сақтандырғыш жапқыштар;

–сорғылар мен құбырлар.

Сұйықтық жүйесінде жылу тасымалдағыш ретінде антифриз ерітіндісі қолданылады, ал аккумуляциялайтын орта – су. Жылу энергиясы сұйықтық температурасының артуы нәтижесінде бак-аккумуляторда жинақталады және қажетіне қарай жылыту мен ыстық сумен қамтамасыз ету үшін қолданылады [9,19,24,45].

Қосымша қыздырғыш (энергияның қосымша көзі) жылу жүктемелерін толықтай қанағаттандыру үшін күн энергиясы жеткіліксіз болатын кездерде қолданылады.

8.2-сурет. Ыстық су жабдықтау және жылытудың сұйықтық гелиожүйесінің сұлбасы:

1 – күн коллекторы; 2 – жылу алмастырғы; 3 – бак-аккумулятор; 4 – қазандық; 5 – жылытатын орын; 6 – сорғы; 7 – араластырғыш; 8 – ыстық су жабдықтау пішініндегі жылу алмастырғы; 9 – ыстық су багы; 10 – жеткізу жүйесі

Жазық күн коллекторы өзімен арнайы жылу алмастырғыны ұсынады, күн сәулесін жылу энергиясына түрлендіріп және оны жылутасымалдауышқа береді. Күн коллекторы жылу тасымалдау жүйесінің негізгі элементі.

Күнмен жылыту жүйесінің есебі

Бастапқы берілгендер

1. Күн жүйесі (гелиожүйе) 38,0° солтүстік ендікте орналасқан, ауаның сыртқы есептік температурасы , жылыту кезеңнiң ұзақтығы 119 күн.

2. Тұрғындар саны .

3. Ғимарат өлшемі: ұзындығы , ені , биіктігі .

4. Коллектор типі – қос шынылаумен.

5. Жылу қабылдағыш беттің бағыты

6. Көкжиекке коллектордың көлбеу бұрышы – ең үлкен жүктемеде ұтымдысын таңдаймыз.

7. Жылуалмастырғының аралық тиімділігі .

8. Анықтау әдісі - ЭЕМ ге Microsoft Excel көмегімен.

9. Бак-аккумуляторының салыстырмалы көлемі .

10. Коллектор арқылы салыстырмалы сұйықтың (ауаның) шығыны .

11. Ғимараттың жылыту түрі – сумен.

Орта айлық күндік жинақтың түсімі және диффузиялық күн радиациясы, , жазық бетке, атмосфераның айқындық коэффициенті , сыртқы ауа температурасы ,.

	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Н	7,42	10,58	13,63	18,34	24,16	26,83	26,59	24,97	20,57	14,71	9,03	6,48
НД	3,64	5,07	6,34	7,78	8,1	7,92	7,83	6,48	5,98	4,72	3,89	3,24
КЯ	0,45	0,50	0,49	0,53	0,61	0,65	0,66	0,68	0,68	0,64	0,51	0,44
ТВ	1,0	4,3	9,8	16,4	22,8	27,3	29,3	27,7	22,6	15,3	8,4	3,7