Obrázek 8.1: Základní části slunečního kolektoru

HTML
DOWNLOAD

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Obrázek 8.1: Základní části slunečního kolektoru"

Dalibor Švec
před 9 lety
Počet zobrazení:

1 49 Kapitola 8 Měření účinnosti slunečního kolektoru 8.1 Úvod Sluneční kolektor je zařízení, které přeměňuje elektromagnetické sluneční záření na jiný druh energie. Většinou jde o přeměnu na elektrickou energii, případně na energii tepelnou. 8.2 Experimentální uspořádání Úkolem je stanovit účinnost kolektoru, který přeměňuje světelnou energii na teplo. Tento kolektor se skládá ze tří základních částí, viz. obrázek 8.1. Obrázek 8.1: Základní části slunečního kolektoru 1. Absorbér pohlcuje dopadající záření, ohřívá se a předává teplo pracovnímu médiu, v našem případě vodě, kterou je transformovaná energie odváděna. 2. Transparentní kryt materiál, který nepropouští tepelné dlouhovlnné záření. Absorbér, který má vyšší teplotu než okolí vyzařuje teplo, které krytem neprojde. 3. Tepelná izolace slouží ke snížení tepelných ztrát. Na kolektor je třeba pohlížet jako na soustavu, jejíž teplota je vyšší než teplota okolí. Je zřejmé, že čím vyšší bude pracovní teplota kolektoru, tím vyšší budou i tepelné ztráty.

Tento kolektor se skládá ze tří základních částí, viz. obrázek 8.1. Obrázek 8.1: Základní části slunečního kolektoru 1.

2 50 Bartoň, Křivánek, Severa Pro účinnost libovolného stroje a zařízení platí vztah: η = P i P o, kde { Po = Příkon dodávaný stroji P i = Činný výkon stroje Vpřípadě laboratorního slunečního kolektoru tento vztah přejde na η = mc T Wτ = Q m c (T o T i ) W 100%, τ = čas c = měrné teplo náplně, (voda c = 4186 Jkg 1 K 1 ) m = hmotnost proteklá za čas τ kde Q m = m/τ, hmotnostní tok T i = teplota vstupujícího media T o = teplota vystupujícího media W = zářivý výkon žárovek = 1000 W. (8.1) Protože účinnost kolektoru závisí na tepelných ztrátách, tedy na tepelném spádu mezi kolektorem a okolím, je třeba ještě stanovit parametr kolektoru A. Platí: A = S (T k T e ) W, kde T e = teplota okolí, místnosti T k = (T o T i )/2, teplota kolektoru S = plocha kolektoru Funkční závislost η = η(a) se nazývá charakteristikou kolektoru a je rozhodujícím kritériem pro posouzení jeho kvality. 8.3 Měření a vyhodnocení Cílem tohoto měření je stanovit účinnost a pracovní charakteristiku laboratorního kolektoru, který transformuje záření simulovaného slunečního zdroje. Tímto zdrojem jsou čtyři světelné lampy pracující v infračervené oblasti, s celkovým výkonem W = 1000 W. Budeme postupovat následujícím způsobem: 1. Nejprve je po zapnutí čerpadla nutné stanovit Q m. Do odměrného válce napouštíme vodu z výstupu kolektoru a pomocí stopek stanovíme čas τ, za který nateče V =500ml= m 3. Pro vodu počítáme s hustotou ρ = 1000 kg m 3. Pozor! Při měření pomocí odměrného válce dáváme pozor, aby nedošlo k vylití vody mimo odměrný válec nebo zásobník kolektoru. 2. Vypočteme Q m = Vρ/τ, stanovíme krajní chybu měření η Qm 3. Zapneme osvětlení kolektoru mezi zapnutím první a druhé dvojice žárovek vyčkáme přibližně 5 s. 4. Zapneme digitální teploměr a spustíme počítač.

vstupujícího media T o = teplota vystupujícího media W = zářivý výkon žárovek = 1000 W. (8.

3 Měření účinnosti slunečního kolektoru Spustíme promíchávání vody v zásobníku přepínač na zásobníku přepneme na polohu H0. 6. Nyní je třeba počkat přibližně 4 min, dokud se neustálí rozdíl teplot výstupní a vstupní vody. Nyní je možné zahájit měření pomocí počítače. Na ploše monitoru spustíme měřící program kliknutím na ikonu s popisem kolektor. Zadáme frekvenci záznamu dat (po konzultaci s vyučujícím). Vlastní měření spustíme kliknutím na červené tlačítko, označující záznam hodnot. Až do ukončení experimentu probíhá ukládání dat (vstupní teplota média T i, výstupní teplota média T o a rozdíl teplot T = T o T i ), a to s nastavenou frekvencí. Ukázka plochy monitoru je na obr. 8.2 Obrázek 8.2: Pracovní okno programu Podle požadavků vedoucího cvičení bud spustíme přihřívání vody v zásobníku přepínač na zásobníku přepeneme na polohu H4, nebo ponecháme přepínač v poloze H0. 7. Po dosažení stanovené teploty nebo uplynutí doby měření, upřesní vyučující, ukončíme záznam dat kliknutím na černou ikonu. Naměřená data je vhod-

Na ploše monitoru spustíme měřící program kliknutím na ikonu s popisem kolektor. Zadáme frekvenci záznamu dat (po konzultaci s vyučujícím).

4 52 Bartoň, Křivánek, Severa né zkontrolovat kliknutím na ikonu. Zobrazí se tabulka naměřených hodnot, viz obr Možné je též zobrazení grafu závislosti teplot na době měření. Obrázek 8.3: Kontrola naměřených hodnot Graf se zobrazí po kliknutí na ikonu se symbolem grafu. 8. Vypneme světelný zdroj a za dalších 5 min vypneme čerpadlo kolektoru, aby nedošlo k jeho přehřátí! 9. Naměřené hodnoty uložíme na pevný disk počítače do adresáře D:\data\. Doporučuje se název souboru ve tvaru: datum_jméno. Soubor bude na pevném disku archivován po dobu jednoho měsíce a slouží jako záloha pro případ ztráty nebo poškození dat na disketě. Po uplynutí jednoho měsíce bude soubor odstraněn. Dále je třeba soubor uložit na vlastní disketu. Data na disketě později slouží k vyhodnocení a zpracování nezbytnému pro vypracování závěrečného protokolu. Data se ukládají ve formátu *.prn. 10. Změříme rozměry kolektoru potřebné pro stanovení plochy S.

$Naměřené hodnoty uložíme na pevný disk počítače do adresáře D:\data\. Doporučuje se název souboru ve tvaru: datum_jméno.$

5 Měření účinnosti slunečního kolektoru Pokud bude probíhat další měření, je třeba vypustit ohřátou vodu ze zásobníku vody a nahradit ji studenou vodou. Informujte se u vedoucího cvičení! 12. Pokud nenásleduje další cvičení, je možné vypnout digitální teploměr a počítač. Z vypočtených hodnot účinnosti η a parametru A je třeba sestrojit graf η = η(a). Způsob zpracování grafu určí vedoucí cvičení. 8.4 Závěr a diskuse V závěru je třeba provést analýzu grafické závislosti η = η(a) a zdůvodnit, proč není účinnost kolektoru během měření konstantní. 8.5 Kontrolní otázky 1. Jak je účinnost obecně definovaná? 2. Který člen našeho výrazu pro účinnost je možno nazvat příkonem a který výkonem? 3. Proč není křivka grafu proložená vypočtenými body hladká? 4. Je reálné, aby účinnost našeho kolektoru nabývala hodnot větších než 100%, jak občas někdo naměří? 5. Jaké podmínky musí být splněny, aby účinnost počítaná podle vzorce 8.1 byla vyšší než 100%? 6. Na čem všem závisí teplota náplně vytékající z kolektoru? 7. Může být účinnost kolektoru záporná? 8. Co znamená záporná účinnost kolektoru? 9. Jaké podmínky musí být splněny, aby účinnost počítaná podle vzorce 8.1 byla záporná? 10. Vyjmenujte hlavní konstrukční části slunečního kolektoru. 11. Výkon čerpadla kolektoru, pracujícího za běžných provozních podmínek stoupne na dvojnásobek. Co se stane s účinností kolektoru?

Způsob zpracování grafu určí vedoucí cvičení. 8.4 Závěr a diskuse V závěru je třeba provést analýzu grafické závislosti η = η(a) a zdůvodnit, proč není účinnost kolektoru během měření konstantní. 8.5 Kontrolní otázky 1.

Podobné dokumenty

Stanovení měrného tepla pevných látek

61 Kapitola 10 Stanovení měrného tepla pevných látek 10.1 Úvod O teple se dá říci, že souvisí s energií neuspořádaného pohybu molekul. Úhrnná pohybová energie neuspořádaného pohybu molekul, pohybu postupného,