Fizyka prze-

mian energe-

tycznych

Imię i nazwisko
1. Amelia Mucha
2. Mariola Urban
3. Monika Świdrak

Wydział

EiP

Rok

IV

Specjalność

GPiE

Zespół

1

Ćwiczenia labo-

ratoryjne

Temat: Kolektor słoneczny

Nr ćwiczenia

25

Data wykonania

18.05.2015

OCENA

1. Cel ćwiczenia.



Zapoznanie się z instalacją kolektorową



Badanie parametrów instalacji kolektorowej

2. Wyniki pomiarów

Założone średnie natężenie promieniowania słonecznego w dniu wykonywania ćwiczenia: 600
kW/m

2

.

kolektor I

Nr

pom

ia

ru

Przepływ -

wskazanie

rotametru

[l/min]

Przepływ -

wskazanie

ciepłomierza

[m

3

/h]

Przepływ - wskazanie

wodomierza początko-

we i końcowe [m

3

/h]

Temperatura

medium w
kolektorze

[C]

Temperatura

wody w

zasobniku [C]

Temperatura

zasilania

(ciepłomierz)

[C]

Temperatura

powrotu

(ciepłomierz)

[C]

Moc wg

wskazań

ciepłomierza

[kW]

początkowe końcowe

1

1,5

0,06

4429,440

4429,450

27,9

27,0

35,9

32,4

0,5

2

3

0,09

4429,451

4429,462

28,0

28,5

37,0

32,8

0,4

3

4

0,12

4429,463

4429,480

28,4

27,0

36,8

32,9

0,7

4

5

0,16

4429,481

4429,498

28,7

26,5

36,0

32,7

0,4

5

6

0,21

4429,499

4429,523

28,8

25,9

34,8

33,4

0,3

kolektor II - hybrydowy

Nr

pom

ia

ru

Przepływ -

wskazanie

rotametru

[l/min]

Przepływ -

wskazanie

ciepłomierza

[m

3

/h]

Przepływ - wskazanie

wodomierza początko-

we i końcowe [m

3

/h]

Temperatura

medium w
kolektorze

[C]

Temperatura

wody w

zasobniku [C]

Temperatura

zasilania

(ciepłomierz)

[C]

Temperatura

powrotu

(ciepłomierz)

[C]

Moc wg

wskazań

ciepłomierza

[kW]

początkowe końcowe

1

1,5

0,08

4429,536

4429,539

23,7

28,3

27,8

27,6

0

2

3

0,13

4429,541

4429,551

23,7

29,0

30,3

25,9

0,5

3

4

0,20

4429,552

4429,574

24,0

26,6

27,7

26,6

0,3

Obliczenia.

kolektor I

Nr

pom

ia

ru

Rotametr

Ciepłomierz

Wodomierz

[ l/min]

[m

3

/h]

[l/min]

początkowe

[m

3

]

końcowe

[m

3

]

różnica

[m

3

/5min]

[l/min]

1

1,5

0,06

1,00

4429,440

4429,450

0,010

2,0

2

3

0,09

1,50

4429,451

4429,462

0,011

2,2

3

4

0,12

2,00

4429,463

4429,480

0,017

3,4

4

5

0,16

2,67

4429,481

4429,498

0,017

3,4

5

6

0,21

3,50

4429,499

4429,523

0,024

4,8

kolektor II - hybrydowy

Nr

pom

ia

ru

Rotametr

Ciepłomierz

Wodomierz

[ l/min]

[m

3

/h]

[l/min]

początkowe

[m

3

]

końcowe

[m

3

]

różnica

[m

3

/5min]

[l/min]

1

1,5

0,08

1,33

4429,536

4429,539

0,003

0,6

2

3

0,13

2,17

4429,541

4429,551

0,010

2,0

3

4

0,20

3,33

4429,552

4429,574

0,022

4,4

3. Opracowanie wyników pomiaru.

a) Wyznaczono wartości przepływu medium grzewczego trzema sposobami - za pomocą ro-

tametru, ciepłomierza i wodomierza. Wartości te różniły się.
W używanym rotametrze wartość natężenia przepływu została odczytana poprzez porów-
nanie położenia pływaka ze skalą umieszczoną na rurze lub obudowie rotametru. Ustawie-
nie wartości natężenia przepływu zależało od precyzji oka ludzkiego i mogło być obarczone
błędem.
Wskazania przepływu na ciepłomierzu obliczane są według wskazań wodomierza (są od
nich uzależnione), który wysyła do ciepłomierza jeden impuls po przepływie jednego litra
medium.
Zarówno w rotametrze jak i wodomierzu błąd pomiaru wynika głównie z błędnego odczy-
tu. Można uznać, że najdokładniejszym z urządzeń użytych w ćwiczeniu jest wodomierz, a
najmniej dokładnym urządzeniem jest ciepłomierz.

b) 𝑃 = 𝑚 ∙ 𝐶

𝑝

∙ 𝛥𝑇 ∙ 𝜌

ρ = 1000 kg/m

3

C

p

= 3,17 kJ/kg*K (dla Ergolid A-20 35%)

http://www.chlodnictwo-sklep.pl/product_info.php?products_id=77

Moce obliczone:

Dla pomiaru 1.:

𝑃 =

0,06

𝑚

3

ℎ ∙ 3,17

𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾 ∙ (35,9 − 32,4)𝐾 ∙ 1000

𝑘𝑔

𝑚

3

3600

𝑠

ℎ

= 0,185 𝑘𝑊

kolektor I

Nr pomiaru

Moc obliczona P

[kW]

Moc wg wskazań

ciepłomierza [kW]

1

0,185

0,5

2

0,333

0,4

3

0,412

0,7

4

0,465

0,4

5

0,259

0,3

kolektor II – hybrydowy

Nr pomiaru

Moc obliczona P

[kW]

Moc wg wskazań

ciepłomierza [kW]

1

0,014

0

2

0,504

0,5

3

0,194

0,3

Wartości mocy różnią się znacznie. W większości przypadków wartości mocy obliczonej są niższe od

wartości mocy wskazanych przez ciepłomierz. Można uznać, iż dokładniejsze są wartości mocy obli-

czonej, ponieważ do jej wyznaczenia użyto wartości stałych, znaczenie miały też natężenie przepływu
wskazane przez ciepłomierz (uzależnione od wskazań wodomierza) oraz temperatury zasilania i po-

wrotu.

Moc wskazana ciepłomierza jest mniej dokładną wartością.

c) 𝑄 = 𝑚 ∙ 𝐶

𝑝

∙ ∆𝑇

1

= 𝑉 ∙ 𝜌 ∙ 𝐶

𝑝

∙ ∆𝑇

1

ρ = 1000 kg/m

3

C

p

= 4,19 kJ/kg*K

t=300 s/1 pomiar

Dla pomiaru 1.:

𝑉 =

0,06

𝑚

3

ℎ ∙ 300

𝑠

𝑝𝑜𝑚𝑖𝑎𝑟

3600

𝑠

ℎ

= 0,005

𝑚

3

𝑝𝑜𝑚𝑖𝑎𝑟

𝑄 = 0,005

𝑚

3

𝑝𝑜𝑚𝑖𝑎𝑟

∙ 1000

𝑘𝑔

𝑚

3

∙ 4,19

𝑘𝐽

𝑘𝑔 ∙ 𝐾

∙ (27,9 − 27,0)𝐾 = 18,86

𝑘𝐽

𝑝𝑜𝑚𝑖𝑎𝑟

kolektor I

Nr po-

miaru

Ciepło Q

[kJ]

1

18,86

2

15,71

3

58,66

4

122,91

5

212,64

kolektor II – hybrydowy

Nr po-

miaru

Ciepło Q

[kJ]

1

96,37

2

166,55

3

108,94

d) 𝑄 = 𝑃 ∙ 𝑡

Dla pomiaru 1.:
𝑄 = 0,185 𝑘𝑊 ∙ 300𝑠 = 55,48 𝑘𝐽

kolektor I

Nr po-

miaru

Ciepło Q

[kJ]

1

55,48

2

99,86

3

123,63

4

139,48

5

77,66

kolektor II – hybrydowy

Nr po-

miaru

Ciepło Q

[kJ]

1

4,23

2

151,10

3

58,12

Ilości ciepła obliczone w punkcie c) i d) różnią się. Do obliczenia mocy w punkcie b), a następnie ciepła

w punkcie d) użyto stałych dla roztworu glikolu, a także temperatur zasilania i powrotu. Do obliczenia

ciepła w punkcie c) zaś użyto stałych dla wody oraz różnicy temperatur w zasobniku i kolektorze.

Różnice w ostatecznych wynikach obliczeń wynikają właśnie z użycia innych danych.

Ze względu na bezpieczeństwo instalacji kolektora hybrydowego nie zostały wykonane pomiary dla

przepływu na rotametrze dla wartości 5 i 6 l/min. Kolektor hybrydowy służy nie tylko do ogrzewania

wody użytkowej, ale także do produkcji energii elektrycznej.

Wyniki pomiarów mocy są również zróżnicowane, jest to wynikiem zachodzenia wymiany ciepła uzy-
skanego z kolektorów z otoczeniem. Temperatura wody w zasobniku była niższa od temperatury w

obiegu kolektora I. Sytuacja była odwrotna w przypadku kolektora hybrydowego.

28,8 − 27,9

27,9

∙ 100% = 3,23%

24,0 − 23,7

23,7

∙ 100% = 1,27%

Temperatura medium w kolektorze I wzrosła o 3,23%, zaś w kolektorze hybrydowym o 1,27%. Wyni-

ka to z faktu, że część energii pozyskana w kolektorze hybrydowym służy jako energia elektryczna. Na
taki wynik obliczeń miał też fakt niewykonania pomiarów dla przepływu na rotametrze 5 i 6l/min.