Quyosh energiyasidan foydalanib yassi suv isitish kollektorni issiqlik fizikaviy jarayonlarini optimallashtirish

Quyosh energiyasidan foydalanib yassi suv isitish kollektorni issiqlik fizikaviy jarayonlarini optimallashtirish
G‘aniyev S.Y – Toshkent Kimyo-Texnologiyalar Instituti Shahrisabz filiali.assistent
Xayriddinov A.A – Toshkent Davlat Texnika Universiteti. Magistr
Annotatsiya
Maqolada quyosh energiyasidan foydalanib energetik resurslarni tejash bo‘yicha ikki konturli yassi suv isitish kollektorining issiqlik fizikaviy parametrlari va issiqlik almashinuv jarayonlari optimal rejimlarining nazariy va eksperimental natijalari keltirilgan .
Kalit so‘zlar: energetik resurslar, yassi kollektor, issiqlik fizikaviy parametrlar, optimallashtirish, akkumulyator, quyosh panellari.
Резюме
В статье приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований оптимальных режимов теплообменного процесса и теплофизических параметров двухконтурных плоских солнечных водонагревательных коллекторов по сбережению энергетических ресурсов.
Ключевые слова: энергетические ресурсы, плоский коллектор, тепло- физические параметры, оптимизация, аккумулятор, солнечные панели.
Аbstrakt
The article presents the results of theoretical and experimental studies of the optimal modes of the heat exchange process and thermophysical parameters of two-circuit flat solar water heating collectors for saving energy resources.
Key words: energy resources, flat collector, thermophysical parameters, optimization, battery, solar panels.
Jaxonda va Respublikamizda so‘vgi yillarda quyosh energiyasidan foydalanish va energiya resurs tejamkorlik bilan issiqlik qurilmalarini energiya samaradorligini noshirish muammolarini, o‘ziga xos issiqlik, fizikaviy va issiqlik almashinuv tizimlarini optimallashtirish muammolarini yechimlari bo‘yicha tadqiqotlar olib borish dolzarb masalalardandir. Shuning uchun kombinatsiyalashtirilgan quyosh energiyasi va energetik resurslardan foydalanib issiq suv olish tarmoqlarini takomillashtirishga aloxida etibor berilmoqda. Buning uchun energetik resurslar va quyosh ikki tarmoqli sistemalar asosida qo‘llaniladigan qurilmalarni texnologik jixatdan qayta jixozlashga erishish bilan ularning energetik resurslar tejamkorligini oshirish masalasini yechish talab etiladi.
Issiqlik sig‘imli qurilmalarni ikki tomonlama quyosh sistemasida ishlashini taminlashda foydalaniladigan sistemalarni boshqarish jarayonlarini bir qismini quyosh energiyasidan foydalanishga moslashtirish bilan qish-baxor faslida 30-40 %, kuz va yoz oylarida esa 80-90 % energiya tejamkorligiga erishish mumkin. Buning uchun quyosh qizdirgichlarini sistemaga bog‘lashda tushadigan quyosh radiatsiyasining intensivligiga, tashqi xavo temperaturasiga, suv qizdirgichning FIK ni quyosh radiatsiyasiga bog‘liqligiga va qurilmaning issiqlik saqlash darajasiga aloxida etibor berish kerak[1,2].
Quyosh energiyasidan foydalanib suv qizdirgich qurilmalarini issiqlik fizikaviy jarayonlarini otimallash uchun funksionirovat qiladigan sistemaning ishlash faoliyatini xar soat kuzatib borib, nur tushadigan sistemani suv temeraturasiga tasiri o‘rganilib tajribalar o‘tkazildi.
Fermer va tadbirkorlik xo‘jaliklari uchun mo‘ljallangan quyosh va foto energetik resurslar sistemasidan dush sifatida ishlaydigan suv qizdirish uchun mo‘ljallangan kombinatsiyalashtirilgan qurilmalar sistemasini optimal variantini ishlab chiqishga yetarli texnik iqtisodiy ko‘rsatkichlarga erishish maqsadida issiqlik fizikaviy jarayonlarini optimallashtirishni talab etadi.
Quyosh va energetik resurslardan dush qurilmalarini suv isitish sistemasining kombinatsiyalashtirilgan yassi quyosh suv isitish kollektorda qo‘shimcha ikkinchi yassi elektr qurilma joriy qilish bilan issiq suv taminlanishi lozim bo‘lgan sistemani issiqlik berish qobilyatini xarakteristikasini , talab qilinadigan issiq suvning temperaturasi – teng deb olamiz.
= Gg (1)
Bu yerda G – xar soat talab qilinadigan issiq suv sarfi koeffisienti; g – sutka davomida talab qilinadigan issiq suv sarfi; m³/sut.

6

5

3 4 2
Issiq suv bilan taminlashga mo‘ljallangan quyosh energiyasi va energetik resurslardan samarali foydalanish qurilmasining tuzilish sistemasi quyidagi 1-rasmda keltirilgan.
1
9
7 10 8
1-rasm. Quyosh va energetik resurslardan foydalanib ishlatiladigankombinatsitashtirilgan suv isitish qurilmasining sxemasi keltirildi.
1-rasmda: 1-quyosh suv isitish kollektori; 2-issiq suvni akkumlyatsiya qilish; 3-issiqlik almashinish qurilmasi; 4-quyosh panelidan uzatiladigan elektr taminoti xisobidan suvni isitib beruvchi qurilma yordamida issiqlik akkumlyatorga beriladi. 5-quyish energiyasini elektr energiyaga aylantiruvchi panel; 6-issiq suvni taqsimlash va boshqarishni avtomatik nazorat qilish qurilmasi; 7-suvni quyosh kollektoriga xaydovchi nasos; 8-sovuq suv bilan taminlash qurilmasi; 9-issiq suvni uzatish sistemasi; 10-issiq va sovuq suvni boshqarish krani;
Kombinatsiyalashtirilgan quyosh va energetik resurslardan foydalanib isitiladigan issiq suv qizdirgichli issiqlik saqlovchi dush qurilmasi quyidagicha ishlaydi.
Quyosh nurlarini qabul qiluvchi 1-qurilma qishda muzlamaydigan antifriz to‘ldirilgan bo‘lib, quyosh radiatsiya tasirida bo‘g‘lanadi va 3-teploobmennik orqali utib, issiqlikni akkumlyatorga beriladi. Bunda quyosh kollektori (1) orqali bo‘g‘lanib oqadigan suv-antifriz temperaturasi – ga qiziydi, natijada suv akkumlyatoridagi temperature – darajasi ∆T ko‘rsatkichgacha ko‘tariladi. 7-nasos yordamida quyosh energiyasi bilan sistemadagi issiqlik tashuvchi suv serkulyatsiya qilib isib boradi. Agar quyosh suv isitish sistemasidagi issiqlik tashuvchini temperaturasi atrof-muxit temperaturasidan past bo‘lsa 7-nasos ishlamasdan turadi. Shuningdek, issiq suv sarfi elektr suv qizdirgich orqali sistemaga berib boriladi.
Quyosh suv isitish kollektoriga tushadigan nur energiyasi miqdorini Q desak, suv isitish sistemasiga kiruvchi va undan chiquvchi issiqlik taswhuvchi (suv-antifriz) temperaturalari xamda issiqlik akkumlyatorining temperaturasi , atrof- muxit temperatirasi ga teng desak,dush qurilmasidagi quyosh suv isitish sistemasining FIK quyidagi formula bo‘yicha aniqlanadi [3,4]
𝛈 = (2)
Bu yerda a va b doimiy koeffisient kattaliklar tajribadan olinadi.
Issiqlik akkumlyatorning suv xajmi bo‘lib, atrofi issiqlik saqlovchi material bilan qoplangan. Issiq suv to‘plangan sig‘imdan belgilagan sistemaga issiq suv sarfi yuboriladi. Issiqlik akkumlyatordan issiq suv sistemaga yuboriladigan issiqlik miqdori quyidagi ifoda orqali xisoblanadi.
(3)
Bu yerda issiqlik akkumlyatorning issiqlik berish koeffisienti. Agar iisiqlik akkumlyatorning temperaturasi , bo‘lsa u xolda qo‘shimcha isitish sistemasi avtomatik boshqariladi va elektr suv isitgich sistemasi ishga tushib ketadi xamda bunda issiq suv sarfi – quyidagi (4) formula bilan aniqlanadi va talab qilinadigan issiqlik bilan qoplanadi xamda kombinatsiyalashgan sistema uchun quyidagi tenglama bilan ifodalanadi.
(4)
Issiq suv sarfi xisoblanadi. Isitiladigan sistemaning temperaturalari yordamida normallashtirilib turiladi va qizdirish sistemasidagi temperaturalarni 9 qurilma-isitgichga qaytib boradi.
Natijada isitiladigan sistemaga beriladigan issiq suv sarfi doimiy saqlanadi va quyidagi formula yordamida aniqlanadi[5].
(5)
(6)
(7)
m – kombinatsiyalashgan quyosh energiyasidan foydalanib suv isitish kollektor samaradorlik koeffisienti bo‘lib m=0.15…0.40 demak, agar yani bunda
(8)
bo‘lsa, 1-rsmda sxema bo‘yicha kombinatsiyalashtirilgan quyosh energiyasi va qo‘shimcha quyoshdan uzatiladiugan qo‘shimcha elektr energiya bilan suv isitiladigan sistemadanormal temperaturali issiqlik tashuvchi issiq suv olinadi.
Agar quyosh kollektorini quvvati yetmasa 10 klapn yopiladi va sistema ikkinchi elektr tarmoq qizdirgich qurilmasidan temperaturasi bosim
Issiq suv sarfi bo‘lgan suv issiqlik akkumlyatori orqali uzatiladi.
Agar bo‘lsa , klapn ochiladi va issiqlik akkumlyatorida issiqlik to‘planadi va akkumlyatorni temperaturasi issiqlik akkumlyatori orqali 6 ga beriladi.
Agar bo‘lsa u xolda isitiladigan yuvinish xonasining temperaturasi quyosh energiyasi xisobidan to‘plangan akkumlyatordagi issiq suv va energiyasi xisobidan isitiladi. Albatta, isitish sistemasini temperaturasi normallashtirib borish faqat issiq suv sarfi va qaytish bosimi =2Pa orqali belgilanib tartibga tushiriladi. 2-rasmda Qarshi Davlat universiteti gelio poligonida qurilgan ikki konturli yassi quyosh nur energiyasidan foydalanib suv isitish qurilmasining tajriba variantining umumiy ko‘rinishi keltirildi.

2-rasm. Qarshi Davlat universitetining gelio poligonida qurilgan yassi ikki konturli quyosh va foto energetik tizim asosida ishlaydigan suv isitgichining tajriba variantini umumiy ko‘rinishi.

Bu yerda issiqlik tashuvchini issiq suvning sarfi va isitiladigan sistemadan chiqadigan issiq suv temperaturasi (5) formula bilan aniqlanadi.
Kombinatsiyalashgan quyosh energiyasi va paneldan olingan elektr energiya xisobidan suv isitish qurilmasida issiqlik akkumlyatorida issiqlik balansi energiyani saqlash qonuniga asosan [6,7].
(9)
formula yirdamida xisoblanadi. Bu kombinatsiyalashtirilgan issiqlik to‘plab undan samarali foydalanish ε – parameter orqali xarakterlanadi.
Eksperement o‘tkazish jarayoni ikki konturli yassi quyosh nur energiyasi va qo‘shimcha quyosh panelidan olingan elektr energiyasidan foydalanib suv isitish qurilmasida suv bosimi doimiy saqlandi va tadqiqotlar 2022-yil 16-23 noyabr kunlari o‘tkazildi har 30 minutda davriy o‘lchab borildi. 2-rasmda ko‘rinadiki ikki konturli yassi shisha-plyonkali tiniq yuzali kollektorga kiradigan va chiqadigan suvning temperaturasi quyosh nur energiyasi va qo‘shimcha energiyadan foydalanilganda issiqlik tashuvchini sutka davomida issiqlik akkumlyatordagi xarorati, quyosh nur energiyasidan foydalanib ishlatishga nisbatan 20-25° C gacha yuqori bo‘lishi aniqlandi. Tajribalardan olingan natijalar asosida atrof-muxitga sarflanadigan issiqlik yo‘qotishni umumiy koeffisienti orqali baxolanadi.
Ikki konturli quyosh nur energiyasidan foydalanib suv isitish kollektoridan statsionar rejimdagi issiqlik balans tenglamasi quyidagicha ifodalanadi.
(10)
Issiqlik tashuvchidan uzatiladigan foydali issiqlik miqdori Q quyidagi formuladan aniqlanadi.
(11)
Bu yerda: τ -kollektorni keltirilgan energiya yurtish qobilytati, -plastinkaning o‘rtacha temperaturasi; -issiqlik tashuvchini massasi; C-issiqlik tashuvchining issiqlik sig‘imi.
(10) va (11) tenglamalardan dinamik xolatdagi MATLAB/SEMENS dasturi orqali blok sxemasi tuzilib, issiqlik-fizikaviy parametrlari optimal o‘zgarishi 2-3-rasmlarda keltirildi. -aniqlanadi.
(12)
temperaturalar farqi va issiq suv bo‘lib, η=0.68 va isitiladigan xona xavosining entropiyasi bo‘lib, issiq suv sarfining bosimi P=2Pa bo‘lganda talab qilinadigan issiqlik miqdorining bir qismi quyosh panelidan uzatiladigan elektr energiya xisobidan qoplanadi. Bu ε – koeffisientini aniqlash uchun kombinatsiyalashtirilgan suv isitish qurilmasi yordamida xona temperatuirasini boshqarish uchun teplofizik parametrlar asosida joyning geografik kengligini etiborga olib, sistemaning modellashtirishni qo‘llash maqsadga muofiq deb xisoblanadi.
Ikki konturli yassi quyosh va foto energetik tizimdan foydalanib suv isitish kollektoridan chiqadigan va kiradigan suv temperaturasi farqi ∆T sarfi, 6-tashqi xavo temperaturasi. Koeffisient τa quyosh koordinata bo‘yicha ma’lum tizimdan foydalaniladi [5]. (3) formulani 2-rasmdagi ma’lumotlardan foydalanib baholanadi va quyosh suv isitish kollektor plastinkali tiniq yuzasi shisha plyonka bilan qoplangan.(2-rasm)

3-rasm.Ikki konturli yasssi quyosh nur energiyasi va biogaz qozon qurilmasidan issiqlik akkumlyatoridagi uzatiladigan issiq suvdan bak akkumlaytor orqali foydalaniladigan jarayondagi taqqoslash grafigi keltirilgan.
bu yerda: 1-ikki konturli quyosh nur energiyasidan foydalanib suv isitishga mo‘ljallangan kollektor-tiniq yuzasiga tushuvchi radiatsiya; 2-shisha-plyonka qoplamali kollektor; 3-issiqlik akkumlyatorda suv issiqligini o‘zgarishi; 4-foto energetik qurilmadan olinadigan elektr energiya bilan isitish qurilmasidan uzatiladigan issiq suv temperaturasi; 5-tashqi xavo temperaturasi.
Ikki konturli yassi quyosh kollektorda suv isitish qurilmasining tiniq yuzasi bir qavat shisha bilan qoplanganda atrof-muxitga issiqlik berish sarfi shisha plyonka qoplama bo‘lganda atrof-muxitga issiqlik berish sarfi teng bo‘lib, (11) va (12) formuladan xisoblashlar natijasidan aniqlandi.
Eksprimental tadqiqotlar ikki bosqichda o‘tkazildi. Eksprimentning birinchi bosqichida uzunligi 1,2 m va diametri 20 mm bo‘lgan silliq quvurda laminar rejimda (Re soni qiymati 100 dan 500 oralig‘ida) issiqlik tashuvchining temperaturasi 20°C, o‘lchov davriyligi har 30 sekundda pezometrik trubalardan foydalanib trubaning kirish va chiqishdagi bosimlar farqi aniqlanadi. Yassi quyosh suv isitish kollektori orqali oqayotgan issiqlik tashuvchining tezligi 2·10² m/s dan 5·10³ m/s gacha o‘zgarib turadi. Ikkinchi bosqichda silliq quvurning ichki bo‘shlig‘ida h/d=6,8,10 nisbatdagi tasmali uyurmalovchilar o‘rnatildi va laminar oqim rejimi saqlab qolindi.
Demak ikki pog‘onali yassi quyosh nur energiyasini va qo‘shimcha fotopanel-bioenergiyadan foydalanib suv isitgich kollektori korpusining ikki qavatli shisha-plyonka tipidagi shaffof qoplasi orqali o‘tgan nurni yutuvchi, isiqlik almashinish panelidan issiqlik yo‘qotish koeffisientiga tashqi xavoning temperaturasining tasirlari o‘rganildi. Natijada ko‘p issiqlik fizikaviy parametrlarini optimallashtirish mazkur ikki pog‘onali kollektor korpusining shisha-plyonka ikki qavat shaffof qoplamasi orqali nur yutuvchi issiqlik almashinish jarayonidagi issiqlik berish koeffisientini optimallashtirilgan qiymati aniqlanishi va uning energetik samaradorligi bilan xarakterlanishi tadqiq etildi xamda ishlab chiqarishga joriy etish tavsiya etildi.
Foydalanilgan adabiyotlar.
1. “Solar Energy” 2007, V.17, №2, PP.111-117
2. Bayramov V.R.[i dr] “Izv. AN Turkmeniston ser.fiz-tex.,xum.i geol.i” 1997,№5, s. 37-44.
3. ”Solar Energy” 2009, V.23, №4, PP-333-341
4. Даффи Дж. А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованем солнечной енергии. М., 1977.423 с.
5. Авезов Р.Р., Вохидов А.У., Рахимов Э.Ю., Куралов М.А. Моделирование процессов тепловых потерь в водонагревательных коллекторов через светопозрачные покрытия их корпусов.// Гелиотехника, Международный научный журнал,-Тошкент,изд. «Фан» АнРУз 2019 г.-Том 55,№4-с.63-72.
6. Xayriddinov B.E., Xolmirzayev N.S. “Muqobil energiya manbalaridan foydalanish” T. ADAD Pleus 2017 c. 111-123.
7. Voxidov A.U. “Yassi quyosh isitgich kollektorlari panellarida kechadigan issiqlik va gidravlik jarayonlar”. Avtoreferat tex.fanlari bo‘yicha falsafa doktori (phD).
Qarshi-2021.20-bet.