ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí. Protokol

Transkript

1 ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí Protokol o zkoušce tepelného výkonu solárního kolektoru při ustálených podmínkách podle ČSN EN Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. Ing. Bořivoj Šourek Zakázka č TS 400H Objednatel: Adresa: THERMO/SOLAR Žiar s.r.o. Na vartičke 14, Žiar nad Hronom Zpracovatel: Ústav techniky prostředí, Adresa: Technická 4, , Praha 6 Telefon: , Fax: borivoj.sourek@fs.cvut.cz, tomas.matuska@fs.cvut.cz Datum: červenec 2007

2 Obsah 1. Všeobecně Popis solárního kolektoru Kolektor Zasklení (kryt kolektoru) Absorbér: Tepelná izolace a skříň Omezení Další omezení Fotografie kolektoru Popis kolektoru Montáž kolektoru Poznámky ke konstrukci kolektoru Zkušební trať Schéma zkušební trati Podmínky zkoušky Tepelný výkon a účinnost Křivka účinnosti (naměřená) Standardní křivka účinnosti (G = 800 W/m 2 ) Tepelný výkon solárního kolektoru Stagnační teplota Tlaková ztráta Časová konstanta Účinná tepelná kapacita Modifikátor úhlu dopadu Pozorovaná selhání... 9 Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 2 (celkem 9)

3 1. Všeobecně Referenční číslo kolektoru: Zkoušku provedl: Ing. Tomáš Matuška, Ph.D, Ing. Bořivoj Šourek Zkušebna: Solární laboratoř, Ústavu techniky prostředí, ČVUT v Praze Adresa: Technická 4, Praha 6 Datum: červenec Popis solárního kolektoru 2.1. Kolektor Výrobce: THERMO/SOLAR Žiar s.r.o. Na vartičke 14, Žiar nad Hronom Typové označení: TS 400H Sériové číslo: - Rok výroby: 2007 Plochý/vakuovaný/podtlakový: plochý vakuovaný zasklený Délka / výška / hloubka: 1009 mm x 2009 mm x 95 mm Plocha kolektoru: 2,027 m 2 Připojovací rozměr potrubí (DN): 4 x příruba na O kroužek, průměr 40 mm Hmotnost v prázdném stavu: 45 kg Obsah kapaliny: 1,6 l Rozsah průtoků: od 30 do 100 l/h (dle výrobce) Doporučený provozní přetlak: hydrostatická výška + 70 kpa (max. do 600 kpa) kpa Teplonosná látka: voda/olej/jiná propylenglykol Specifikace (přísady atd.): inhibitory koroze Alternativní teplonosná látka: demineralizovaná voda v oblastech s celoroční teplotou nad bodem mrazu 2.2. Zasklení (kryt kolektoru) Počet krytů: 1 Materiál krytu: bezpečnostní solární antireflexní sklo Tloušťka krytu: 4 mm Propustnost slunečního záření krytu: 89,8 ± 0,3 % Rozměry apertury: 1,946 m x 0,946 m = 1,841 m Absorbér: Materiál: Al Tloušťka absorbéru: 0,4 mm Povrchová úprava, povlak: sputtering-vakuová vrstva Pohltivost slunečního záření α: 95 ± 1 % Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 3 (celkem 9)

4 Emisivita ε: 5 % Konstrukční typ trubkového registru: vodorovný meandr se sběrnými trubkami Počet trubek nebo kanálů: 1 Průměr trubky nebo rozměr kanálu: Cu 10 mm x 0,6 mm Rozteč trubek nebo kanálů: 87 mm Rozměry: 1,915 m x 0,907 m = 1,737 m Tepelná izolace a skříň Tloušťka tepelné izolace zadní strany: Tloušťka tepelné izolace boční strany: Izolační materiál: Materiál skříně: Těsnicí materiál: Rozměry skříně: - mm - mm podtlak Al-Mg plech EPDM+butyl 1,982 m x 0,982 m x 0,095 m 2.5. Omezení Nejvyšší provozní teplota: stagnační teplota!) Nejvyšší provozní tlak: doporučená 170 C (dáno výrobcem je však nižší než 0,6 MPa 2.6. Další omezení Další omezení: žádné 2.7. Fotografie kolektoru Obr. 1 Pohled zepředu (při zkoušce výkonu) Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 4 (celkem 9)

5 2.8. Popis kolektoru V kolektorové vaně vyrobené hlubokotažným lisováním plechů z hliníko-hořčíkové slitiny je uložený nízkoemisní hliníkový absorbér s vysokoselektivní vakuovou napařovanou vrstvou. V absorbéru jsou předlisované žlábky, do kterých se zalisovává měděnou trubkou tvořený meandr Montáž kolektoru Na skloněné střeše: ano Vestavěný do skloněné střechy: ano Na ploché střeše: ano Na fasádě: ano Vestavěný do fasády: ano Poznámky ke konstrukci kolektoru bez poznámek 3. Zkušební trať 3.1. Schéma zkušební trati 3.2. Podmínky zkoušky Zkušební metoda: vnější ustálená vnější kvazi-dynamická Zdroj ozáření: přirozené sluneční Zeměpisná šířka: severní šířky Sklon kolektoru: 45 Místní čas v solární poledne: 11:57:32 (v době konání zkoušky) Zeměpisná délka: východní délky Azimut kolektoru: jih (0 ) Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 5 (celkem 9)

6 4. Tepelný výkon a účinnost Zkouška tepelného výkonu Q & solárního kolektoru probíhala za jasného počasí pro hodnoty slunečního ozáření vyšší než 700 W/m 2. Účinnost solárního kolektoru η byla vyhodnocována pro plochu apertury A a podle vztahu η a = Q& A G a Plocha apertury A a : 1,841 m 2 Teplonosná látka použitá při zkoušce: Průtok teplonosné látky při zkoušce: voda 128,3 kg/h ± 1,4 kg/h 4.1. Křivka účinnosti (naměřená) Tab. 1 Naměřené hodnoty č. G m t in t out t out - t in t m t a (t m - t a )/G η apert η abs [W/m 2 ] [kg/h] [ C] [ C] [K] [ C] [ C] [m 2.K/W] [-] [-] ,9 86,3 91,9 5,5 89,1 29,3 0,064 0,46 0, ,9 73,4 80,1 6,7 76,7 31,0 0,049 0,56 0, ,7 51,8 59,5 7,7 55,6 32,0 0,025 0,66 0, ,4 34,8 43,5 8,7 39,1 33,8 0,006 0,76 0, ,2 21,7 30,4 8,7 26,0 34,4-0,010 0,81 0, ,2 21,7 30,4 8,7 26,0 34,4-0,010 0,81 0, ,2 21,7 30,4 8,7 26,0 34,4-0,010 0,81 0, ,2 21,7 30,4 8,7 26,0 34,4-0,010 0,81 0,86 1,0 Okamžitá účinnost - přes plochu apertury - TS400, měřené hodnoty 0,9 0,8 0,7 Účinnost [-] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0-0,02 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 (t m - t a )/G [m 2.K/W] Graf 1 Naměřené body učinnosti a jejich proložení metodou nejmenších čtverců Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 6 (celkem 9)

7 4.2. Standardní křivka účinnosti (G = 800 W/m 2 ) Nahrazení křivkou druhého řádu: tm ta tm t η A = η0a a1a a2ag G G kde G... celkové sluneční ozáření [W/m 2 ] t a... teplota okolního vzduchu [ C] t m... střední teplota teplonosné látky [ C] kde t m tin + t out = 2 t in je teplota na vstupu do kolektoru [ C] teplota na výstupu z kolektoru [ C] t out a 2 Součinitel η 0 vyjadřuje optické vlastnosti kolektoru, součinitelé a 1 a a 2 vyjadřují tepelnou ztrátu kolektoru. Pro plochu apertury: Pro plochu absorbéru η 0a = 0,777 η 0A = 0,824 a 1a = 4,360 W/m 2.K a 1A = 4,621 W/m 2.K a 2a = 0,007 W/m 2.K 2 a 2A = 0,008 W/m 2.K 2 Účinnost [-] 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Okamžitá účinnost - přes plochu apertury - TS400H 0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,10 (t m - t a )/G [m 2.K/W] POZNÁMKA Hodnota G použitá pro nahrazení druhého řádu je 800 W/m 2. Graf 2 Standardní křivka účinnosti solárního kolektoru Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 7 (celkem 9)

8 Tab. 2 Tabelární vyjádření křivky účinnosti podle plochy apertury (G = 800 W/m 2 ) (t m - t a )/G 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 η 0,78 0,73 0,69 0,64 0,59 0,54 0,50 0,44 0,39 0,34 0,28 5. Tepelný výkon solárního kolektoru Špičkový tepelný výkon kolektoru byl stanoven pro sluneční ozáření G = 1000 W/m 2. Hodnoty tepelného výkonu pro jiné podmínky jsou uvedeny v tabulce: Tab. 3 Tepelný výkon solárního kolektoru [W] t m - t a Sluneční ozáření G [K] W/m 2 W/m 2 W/m Poznámka: Hodnoty jsou stanoveny pro kolmý úhel dopadu slunečního záření 6. Stagnační teplota Stagnační teplota je teplota při provozních podmínkách bez odběru tepla ze solárního kolektoru, kdy tepelný tok pohlcený absorbérem se odvádí zpět do okolního prostředí tepelnými ztrátami obálky kolektoru. Stagnační teplota: t sm = 173,2 C (určena měřením) Stagnační teplota přepočtená pro jmenovité hodnoty t as = 30 C a G S = 1000 W/m 2. Stagnační teplota: t stg = 179,3 C 7. Tlaková ztráta Teplonosná látka: voda Teplota teplonosné látky: 28 C Jmenovitý objemový průtok: 128,3 l/h Tlaková ztráta: m π [kg/h] [Pa] Pa Tab. 4 Naměřené hodnoty Graf 3 Hydraulická charakteristika kolektoru Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 8 (celkem 9)

9 8. Časová konstanta Časová konstanta byla / nebyla stanovena τ c = s 9. Účinná tepelná kapacita Tepelná kapacita kolektoru byla / nebyla stanovena výpočtem. C = Stanovení: Výpočet: Vnitřní: Vnější: 10. Modifikátor úhlu dopadu Modifikátor úhlu dopadu vyjadřuje závislost výkonu kolektoru na úhlu dopadu slunečního záření na kolektor. Modifikátor při zkoušce byl / nebyl stanoven. Úhel: Modifikátor K θ : 11. Pozorovaná selhání Při měření okamžité účinnosti kolektoru TS 400H nebylo pozorováno jakéhokoliv selhání označeného jako podstatná vada, definované v ČSN EN :2006. Datum: Zpracoval: Ing. Bořivoj Šourek Podpis: Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Strana 9 (celkem 9)