Nr ćwiczenia: 25
Temat ćwiczenia:
Data wykonania ćwiczenia:
Kolektor słoneczny. 10.03.2011r.
Nr zespołu:
WEiP - Energetyka, rok III, gr. I
Imię i nazwisko
Teoria Wykonanie ćwiczenia Końcowa ocena z ćwiczenia
1. Adamczyk Justyna
2. Kołodziej Marcin
I Wprowadzenie:
Kolektor słoneczny jest to urządzenie do konwersji energii promieniowania
słonecznego na ciepło.
Kolektory można podzielić na:
�� płaskie:
o gazowe,
o cieczowe,
o dwufazowe,
�� płaskie próżniowe,
�� próżniowo-rurowe (nazywane też próżniowymi, w których rolę izolacji spełniają
próżniowe rury),
�� skupiające (prawie zawsze cieczowe),
�� specjalne (np. okno termiczne, izolacja transparentna).
Kolektor płaski składa się z:
�� przezroczystego pokrycia,,
�� absorbera (najczęściej blachy miedzianej pokrytej powłoką selektywną),
�� wymiennika ciepła (najczęściej rurki miedziane przylutowane do absorbera),
�� izolacji (przeważnie wełna mineralna lub pianka poliuretanowa).
Kolektor próżniowo-rurowy składa się z:
�� rur próżniowych, w których element zbierający ciepło, tzw. absorber, znajduje się
w próżni, co znacznie poprawia działanie kolektora w obrębie szerokości
geograficznych takich, na jakich znajduje się Polska. Absorpcja ciepła słonecznego
nie jest wówczas uzależniona w tak znaczącym stopniu od temperatury
zewnętrznej, dzięki czemu stosując panel tego typu można liczyć na znaczne zyski
ciepła w instalacji nawet w mroz
ne zimowe słoneczne dni,
�� niektóre z kolektorów posiadają zwierciadło, dodatkowo doświetlające absorber ze
strony odsłonecznej. Jest ono wykonane poza rurkami, bądz
naniesione na rurkę
próżniową w postaci lustra, w zależności od producenta
Sprawność kolektora to stosunek energii odebranej przez czynnik roboczy do ilości
promieniowania docierającego do kolektora. Sprawność kolektora płaskiego znacznie
spada wraz ze wzrostem różnicy temperatur pomiędzy czynnikiem roboczym a
otoczeniem. Z tego powodu w naszej strefie klimatycznej powinno się stosować kolektory
próżniowe w wypadku których wpływ temperatury otoczenia na sprawność jest
minimalny.
II Wykorzystanie kolektorów.
Kolektory słoneczne najpowszechniej wykorzystywane są do:
�� podgrzewania wody użytkowej,
�� podgrzewanie wody basenowej,
�� wspomagania centralnego ogrzewania,
�� chłodzenia budynków,
�� ciepła technologicznego.
Do celów tych służą cieczowe kolektory płaskie i próżniowe. Prosta instalacja do
podgrzewania ciepłej wody użytkowej zawiera:
1. kolektory słoneczne (w domkach jednorodzinnych od dwóch do czterech),
2. regulator (uruchamiający pompę obiegu gdy zaistnieje odpowiednia różnica
temperatur pomiędzy wyjściem z kolektora a zbiornikiem),
3. pompę,
4. naczynie przeponowe (kompensujące rozszerzalność temperaturową czynnika),
5. zbiornik magazynujący ciepłą wodę użytkową, z dwiema wężownicami lub
płaszczami grzejnymi (dolna zasilana czynnikiem z kolektorów słonecznych, górna
innym z
ródłem ciepła),
6. inne z
ródło ciepła (kocioł, pompa ciepła, kominek z płaszczem wodnym).
Wodomierz - to potoczna nazwa wskaz
nika lub przyrządu pomiarowego będącego
połączeniem przepływomierza z licznikiem. Jednostką miary stosowaną w wodomierzach
jest m3 (metr sześcienny).
Pozwala określić zużycie wody przez odbiorcę, dzięki czemu jest możliwe ustalenie
opłaty innej niż ryczałtowa. Wodomierze możemy dzielić na:
�� mokrobieżne
�� suchobieżne
�� hybrydowe (z liczydłem zanurzonym w roztworze gliceryny)
�� przemysłowe
�� sprzężone
�� jedno-strumieniowe
�� wielo-strumieniowe
�� objętościowe
�� z pionową osią wirnika
�� z poziomą osią wirnika
Wodomierz często też jest dzielony ze względu na klasę metrologiczną (dokładność):
od najgorszej "A" do najlepszej "D"
Ciepłomierz (licznik ciepła)  całkujący przyrząd pomiarowy przeznaczony do pomiaru
ilości przepływającej energii cieplnej. Jego wskazanie jest podstawą do rozliczania się
między dostawcą a odbiorcą tej energii. Jednostką miary energii cieplnej w układzie SI
jest dżul równy 1wat* 1sekunda (watosekunda), natomiast powszechnie używaną
jednostką miary tej energii jest gigadżul [GJ].
Na licznik ciepła jako złożony system pomiarowy składają sie następujące moduły:
�� licznik wolumetryczny (objętościowy) lub ultradz
więkowy pomiaru objętości
przepływającego czynnika grzewczego
�� czujniki pomiaru temperatury zasilania i powrotu czynnika grzewczego
�� cyfrowy (lub analogowy, obecnie nie stosowany) układ przeliczający mierzone
wartości na ilość przepływającego ciepła
Licznik ciepła jest uniwersalnym wysoko rozwiniętym systemem pomiaru ciepła.
Ciepło nie jest mierzone w sposób bezpośredni, ale obliczone przez układ zliczający
(całkujący) jako suma iloczynów chwilowych pomiarów różnicy temperatur zasilania i
powrotu czynnika grzewczego, oraz przepływu masowego tego czynnika  według formuły
jak poniżej:
gdzie:
��  chwilowy pomiar ilości ciepła (różniczka)
��  chwilowy pomiar masy czynnika (różniczka)
�� cW  ciepło właściwe czynnika grzewczego
�� tz  temperatura zasilania czynnika (pomiar chwilowy)
�� tp  temperatura powrotu czynnika (pomiar chwilowy)
Rotametr - przepływomierz o zmiennym przekroju  przyrząd do pomiaru natężenia
przepływu płynów.
Ma postać pionowej szklanej rury, rozszerzającej się ku górze. W rurze umieszczony
jest pływak. Płyn wprowadza się od dołu rury. Ruch płynu powoduje unoszenie pływaka
do położenia, w którym zrównoważą się działające nań siły:
1. Siła ciężkości pływaka (działająca pionowo do dołu),
2. Siła tarcia przepływającego płynu o powierzchnię boczną pływaka (działająca do
góry),
3. Siła wyporu, wywołana różnicą ciśnień pod i nad pływakiem (działająca do góry).
Ciężar pływaka musi być taki, aby w nieruchomym płynie pływak tonął.
Na ścianie rury naniesiona jest skala, opisana w jednostkach natężenia przepływu.
Druga i trzecia z wymienionych sił zależą od szybkości przepływającego płynu,
dodatkowo druga zależy od rodzaju (lepkości) płynu. Szybkość z kolei zależy od przekroju
szczeliny (o kształcie pierścieniowym) między wewnętrzną ścianą rury a pływakiem.
Przekrój tej szczeliny w miarę rozszerzania się rury ku górze wzrasta i pływak przy coraz
większych przepływach zajmuje coraz wyższe położenie. Wartość mierzonego natężenia
przepływu wskazuje górna krawędz
pływaka.
III Najistotniejsze elementy układu pomiarowego.
1.Skrzynka rozdzielcza z zaworami
2.Pompy obiegowe  2 szt
3.Przepływomierze  2 szt.
4.Manometry  2 szt.
5.Elektroniczne sterowniki  2 szt.
6.Ciepłomierz;
7.Zawory poza skrzynką rozdzielczą;
8.Zasobniki na ciepłą wodę.
IV Schemat stanowiska laboratoryjnego.
VI Wnioski.
Wskazania przepływu na ciepłomierzu obliczane są według wskazań wodomierza,
który wysyła do ciepłomierza jeden impuls po przepływie jednego litra medium.
Najmniej dokładnym rodzajem pomiaru wydaje się być pomiar ciepłomierzem,
ponieważ jest on uzależniony od wskazań wodomierza. Zarówno w rotametrze jak i
wodomierzu błąd pomiaru wynika głównie z błędnego odczytu. Jeżeli założymy, że
dokładność wskazań wodomierza wynosi wartość najmniejszej działki a dokładność
wskazań ciepłomierza to wartość ostatniej cyfry znaczącej to możemy w takim wypadku
stwierdzić, że najdokładniejszym z urządzeń użytych w ćwiczeniu jest wodomierz.
Pomiar mocy wykazuje w obu przypadkach 0 [kW], ponieważ nie zachodziła
wymiana ciepła uzyskanego z kolektorów z otoczeniem(powietrzem w pomieszczeniu).
Temperatura w obiegu kolektora była niższa od temperatury wody w zasobniku, a ta z
kolei miała temperaturę porównywalną z temperaturą otoczenia. Nie było możliwe
oddanie ciepła do otoczenia (pomieszczenia, w którym znajdował się zasobnik).
Temperatura medium w obiegu kolektorów przed rozpoczęciem ćwiczenia miała
wartość zbliżoną w stosunku do temperatury wody w zasobnikach dla kolektora płaskiego,
natomiast dla kolektora próżniowego różnica ta była znacząca i wynosiła aż 13,15 [�C]
Niestety przy złych warunkach pogodowych (pochmurno, temperatura ujemna na
zewnątrz) nie byliśmy w stanie gromadzić ciepła w zasobnikach. W trakcie całego
ćwiczenia zdołaliśmy jedynie nagrzać medium w obiegu kolektorów.