ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí
Protokol o zkoušce tepelného výkonu solárního kolektoru při ustálených podmínkách podle ČSN EN 12975-2
Ing. Tomáš Matuška, Ph.D. Ing. Bořivoj Šourek
Zakázka č. 41-06021 TS 310
Objednatel:
THERMO/SOLAR Žiar s.r.o.
Adresa:
Na vartičke 14, 965 01 Žiar nad Hronom (Slovenská republika)
Zpracovatel:
Ústav techniky prostředí, Fakulta strojní, ČVUT v Praze
Adresa:
Technická 4, 166 07, Praha 6
Telefon:
+420 224 352 586, +420 224 352 433
Fax:
+420 224 355 606
E-mail:
[email protected],
[email protected]
Datum:
září 2006
Obsah 1.
Všeobecně ...................................................................................................................................... 3
2.
Popis solárního kolektoru ............................................................................................................... 3 2.1. Kolektor......................................................................................................................................... 3 2.2. Zasklení (kryt kolektoru) ............................................................................................................... 3 2.3. Absorbér: ...................................................................................................................................... 3 2.4. Tepelná izolace a skříň................................................................................................................. 4 2.5. Omezení ....................................................................................................................................... 4 2.6. Další omezení ............................................................................................................................... 4 2.7. Fotografie kolektoru ...................................................................................................................... 4 2.8. Popis kolektoru ............................................................................................................................. 5 2.9. Montáž kolektoru........................................................................................................................... 5 2.10. Poznámky ke konstrukci kolektoru ............................................................................................. 5
3.
Zkušební trať................................................................................................................................... 5 3.1. Schéma zkušební trati .................................................................................................................. 5 3.2. Podmínky zkoušky ........................................................................................................................ 5
4.
Tepelný výkon a účinnost ............................................................................................................... 6 4.1. Křivka účinnosti (naměřená) ......................................................................................................... 6 4.2. Standardní křivka účinnosti (G = 800 W/m2) ................................................................................ 7
5.
Tepelný výkon solárního kolektoru ................................................................................................. 8
6.
Stagnační teplota ............................................................................................................................ 8
7.
Tlaková ztráta ................................................................................................................................. 8
8.
Časová konstanta ........................................................................................................................... 9
9.
Účinná tepelná kapacita ................................................................................................................. 9
10.
Modifikátor úhlu dopadu ............................................................................................................. 9
11.
Pozorovaná selhání.................................................................................................................... 9
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Strana 2 (celkem 9)
1. Všeobecně Referenční číslo kolektoru:
41-06021
Zkoušku provedl:
Ing. Tomáš Matuška, Ph.D, Ing. Bořivoj Šourek
Zkušebna:
Solární laboratoř, Ústavu techniky prostředí, ČVUT v Praze
Adresa:
Technická 4, 166 07 Praha 6
Datum:
srpen - září 2006
2. Popis solárního kolektoru 2.1. Kolektor Výrobce:
THERMO/SOLAR Žiar s.r.o. Na vartičke 14, 965 01 Žiar nad Hronom
Typové označení:
TS 310
Sériové číslo:
S1521/0256023011
Rok výroby:
2006
Plochý/vakuovaný/podtlakový:
plochý, zasklený
Délka / výška / hloubka:
2009 mm x 1009 mm x 95 mm
Plocha kolektoru:
2.03 m2
Připojovací rozměr potrubí (DN):
2 x příruba na O kroužek, průměr 22 mm
Hmotnost v prázdném stavu:
38 kg
Obsah kapaliny:
1.65 l
Rozsah průtoků:
od 30 do 100 l/h (dle výrobce)
Doporučený provozní přetlak:
hydrostatická výška + 70 kPa (max. do 600 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
kPa
2.2. Zasklení (kryt kolektoru) Počet krytů:
1
Materiál krytu:
bezpečností solární antireflexní sklo
Tloušťka krytu:
4 mm
Propustnost slunečního záření krytu:
92 %
Rozměry apertury:
1.914 m x 0.924 m = 1.77 m2
2.3. Absorbér: Materiál:
Al
Tloušťka absorbéru:
0.4 mm
Povrchová úprava, povlak:
Mirotherm
Pohltivost slunečního záření α:
0,94 - 0,96 %
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Strana 3 (celkem 9)
Emisivita ε:
5%
Konstrukční typ trubkového registru:
meandrový
Počet trubek nebo kanálů:
1
Průměr trubky nebo rozměr kanálu:
Cu 10 mm x 0.6 mm
Rozteč trubek nebo kanálů:
- mm
Rozměry:
1.914 m x 0.907 m = 1.74 m2
2.4. Tepelná izolace a skříň Tloušťka tepelné izolace zadní strany:
60 mm
Tloušťka tepelné izolace boční strany:
15 mm
Izolační materiál:
minerální plsť
Materiál skříně:
Al-Mg plech
Těsnicí materiál:
EPDM
Rozměry skříně:
2.009 m x 1.009 m = 2.027 m2
2.5. Omezení Nejvyšší provozní teplota:
doporučená 120 °C (dáno výrobcem – je však nižší než stagnační teplota!)
Nejvyšší provozní tlak:
doporučený 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 Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Strana 4 (celkem 9)
2.8. Popis kolektoru V kolektorové vaně vyrobené hlubokotažným lisováním plechů z hliníko-horčíkovej slitiny je na speciální tepelně stálé a biologicky odbouratelné minerální izolaci uložen nízkoemisní hliníkový absorbér typu mirotherm. V absorbéru jsou předlisované žlábky, do kterých se patentově chráněnou technologií zalisovává měděnou trubkou tvořený meandr. Předností této technologie je velká kontaktní plocha a tím i dobrý přestup tepla z absorbéru do teplonosné látky, bezproblémové vzájemné spojování materiálů s různou tepelnou dilatací (Al s Cu), minimalizace laminárního typu proudění kapaliny a dobrá tvarová stabilita absorbéru, umožňující udržovat optimální vzdálenost mezi absorbérem a krycím solárním bezpečnostním sklem kolektoru. 2.9. Montáž kolektoru Na skloněné střeše:
ano
Vestavěný do skloněné střechy:
ano
Na ploché střeše:
ano
Na fasádě:
ano
Vestavěný do fasády:
ne
2.10. Poznámky ke konstrukci kolektoru Konstrukce kolektoru odpovídá nejnovějším poznatkům v oboru. Umožňuje instalaci v malých i velkých solárních soustavách. Dílenské zpracování všech detailů je na vysoké úrovni.
3. Zkušební trať 3.1. Schéma zkušební trati
3.2. Podmínky zkoušky Zkušební metoda:
vnější ustálená
Zdroj ozáření:
přirozené sluneční
Zeměpisná šířka:
50°06´ severní šířky
Sklon kolektoru:
45 °
Místní čas v solární poledne:
11:51:47
Zeměpisná délka:
14°23´ východní délky
Azimut kolektoru:
jih (0°)
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
vnější kvazi-dynamická
(v době konání zkoušky)
Strana 5 (celkem 9)
4. Tepelný výkon a účinnost Zkouška tepelného výkonu Q solárního kolektoru probíhala za jasného počasí pro hodnoty slunečního ozáření vyšší než 700 W/m2. Účinnost solárního kolektoru η byla vyhodnocována pro plochu apertury Aa podle vztahu
ηa =
Q AaG
Plocha apertury Aa:
1.77 m2
Teplonosná látka použitá při zkoušce:
voda
Průtok teplonosné látky při zkoušce:
116.6 kg/h ± 3.5 kg/h
4.1. Křivka účinnosti (naměřená) Tab. 1 Naměřené hodnoty m
tin
tout
tout - tin
tm
ta
(tm - ta)/G
ηapert
ηabs
[W/m ]
[kg/h]
[°C]
[°C]
[K]
[°C]
[°C]
[m .K/W]
[-]
[-]
1
920
120.1
83.0
89.0
6.1
86.0
24.4
0.067
0.52
0.53
2
952
116.2
66.6
74.3
7.7
70.5
25.9
0.047
0.62
0.63
3
917
113.2
56.1
64.4
8.4
60.2
26.0
0.037
0.68
0.69
4
962
114.4
17.1
27.3
10.1
22.2
18.5
0.004
0.79
0.81
5
949
117.0
30.9
40.1
9.2
35.5
19.2
0.017
0.74
0.76
6
806
114.4
17.1
25.8
8.8
21.5
23.4
-0.002
0.82
0.83
7
806
114.4
17.1
25.8
8.8
21.5
23.4
-0.002
0.82
0.83
8
806
114.4
17.1
25.8
8.8
21.5
23.4
-0.002
0.82
0.83
č.
G 2
2
Okamžitá účinnost - přes plochu apertury - TS 310, měřené hodnoty
1.0 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
(tm - ta)/G [m2.K/W]
0.06
0.08
0.10
Graf 1 Naměřené body učinnosti a jejich proložení metodou nejmenších čtverců
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Strana 6 (celkem 9)
4.2. Standardní křivka účinnosti (G = 800 W/m2) Nahrazení křivkou druhého řádu: ⎛ tm − t a ⎞ ⎛t −t ⎞ ⎟ − a2AG⎜ m a ⎟ ⎝ G ⎠ ⎝ G ⎠
2
η A = η0 A − a1A ⎜ kde
G ... celkové sluneční ozáření [W/m2] ta ...
teplota okolního vzduchu [°C]
tm ... střední teplota teplonosné látky [°C] tm =
t in + t out 2
tin je teplota na vstupu do kolektoru [°C]
kde
teplota na výstupu z kolektoru [°C]
tout
Součinitel η0 vyjadřuje optické vlastnosti kolektoru, součinitelé a1 a a2 vyjadřují tepelnou ztrátu kolektoru. Pro plochu apertury:
η0a =
Pro plochu absorbéru
0.806 2
η0A =
0.821
a1a =
3.110 W/m .K
a1A =
3.168 W/m2.K
a2a =
0.021 W/m2.K2
a2A =
0.022 W/m2.K2
Okamžitá účinnost - přes plochu apertury - TS 310
1.0 0.9 0.8
Účinnost [-]
0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
(tm - ta)/G [m2.K/W]
0.07
0.08
0.09
0.10
2
POZNÁMKA Hodnota G použitá pro nahrazení druhého řádu je 800 W/m .
Graf 2 Standardní křivka účinnosti solárního kolektoru přes plochu apertury
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Strana 7 (celkem 9)
Tab. 2 Tabelární vyjádření křivky účinnosti – podle plochy apertury (G = 800 W/m2) (tm - ta)/G
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0.1
η
0.81
0.77
0.74
0.70
0.65
0.61
0.56
0.51
0.45
0.39
0.33
5. Tepelný výkon solárního kolektoru Špičkový tepelný výkon kolektoru byl stanoven pro sluneční ozáření G = 1000 W/m2. Hodnoty tepelného výkonu pro jiné podmínky jsou uvedeny v tabulce: Tab. 3 Tepelný výkon solárního kolektoru [W]
tm - ta [K] 10 20 30
Sluneční ozáření G W/m2 W/m2 W/m2 400 1000 700 512 939 1367 445 873 1301 372 799 1227
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: 165.0 °C POZNÁMKA: Stagnační teplota byla určena výpočtem z průsečíku křivky účinnosti s osou (tm – ta)/G pro 2 jmenovité hodnoty ta = 30 °C a G = 1000 W/m .
7. Tlaková ztráta Teplonosná látka:
voda
Teplota teplonosné látky:
28 °C
Jmenovitý objemový průtok: 116.6 l/h
m [kg/h] 0 20 40 60 80 100 120 140
Tlakové ztráty kolektoru TS 310
8245 Pa
∆p [Pa] 0 1241 2964 5168 7855 11023 14673 18805
20000 18000 16000 14000 Tlaková ztráta (Pa)
Tlaková ztráta:
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0
20
40
60
80
100
120
140
Průtok (kg/hod)
Tab. 4 Naměřené hodnoty
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Obr. 5 Hydraulická charakteristika kolektoru
Strana 8 (celkem 9)
160
8. Časová konstanta Časová konstanta byla / nebyla stanovena
τc =
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 Kθ:
11. Pozorovaná selhání Při měření okamžité účinnosti kolektoru TS 310 nebylo pozorováno jakéhokoliv selhání označeného jako „podstatná vada“, definované v 5.3.1 prEN 12975-1:2000. Datum:
6.10.2006
Zpracoval: Ing. Bořivoj Šourek Podpis:
Solární laboratoř Ústavu techniky prostředí Fakulta strojní, ČVUT v Praze Technická 4, 16607, Praha 6
Strana 9 (celkem 9)
