Разработка гелиоаккумуляционной сушильной установки на основе теоретических исследований аккумуляции солнечной энергии

Рассмотрен процесс нагрева обезвоживаемого объекта в инфракрасной гелиосушильной установке (с парафином на дне) с аккумуляцией солнечной энергии. Для решения этой задачи принято, что теплоемкость парафина превосходит теплоемкость обезвоживаемого объекта. На верхний слой падают ИК-лучи, а также происходит теплообмен за счет тепломассообмена с поверхностным воздухом, находящимся между металлической пластиной и обезвоживаемым объектом. Приведены уравнения теплопроводности для обезвоживаемого объекта, определена его связь на границе раздела фаз с помощью равенства температур и потока теплоты. Для экспозиции перегрева с периодом 6,5 ч время прохождения границы раздела фаз, согласно закону движения границы расплавления (затвердения),

определяли по формуле ξ = α √6,5 ч ≅ 12 ч.

Получена оптимальная толщина слоя аккумулирующего парафина. На основе теоретических исследований проводились опыты по изучению температурного поля различных теплоаккумулирующих материалов в лаборатории Ташкентского государственного технического университета. Выявлено, что из всех теплоаккумулирующих материалов парафин обладает лучшей способностью удерживания теплоты при его толщине 2–4 см. Сконструирован оптимальный вариант гелиоаккумуляционной сушильной установки с аккумулятором теплоты – парафином. В частности, 2–4 см слоя парафина массой 50 кг с соответствующей плоской поверхностью в пересчете на удельную теплоемкость испарения – это 2400 кДж/кг. Удельное значение плавления парафина (150 кДж/кг) позволяет дополнительно испарять 5,8 л влаги при сушке объектов. Предлагаемая гелиоаккумуляционная сушильная установка может использоваться для обезвоживания лекарственных трав.

1. Mondal, A. K. A Brief History and Future Aspects in Automatic Cleaning Systems for Solar Photovoltaic Panels / A. K. Mondal, K. Bansal // Adv. Robot. 2015. Vol. 29, No 8. P. 515–524. https://doi.org/10.1080/01691864.2014.996602

2. Tasbihi, М. Deposition and Possible Influence of a Self-Cleaning Thin TiO2/SiO2 Film on a Photovoltaic Module Efficiency / M. Tasbihi, M. Kete, U. L. Štangar // Catal. Today. 2015. Vol. 252. P. 54–60. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.10.021

3. Mohammad, S. M. Recent Developments in Multifunctional Coatings for Solar Panel Applications / S. M. Mohammad [et al.] // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2019. Vol. 189. P. 75–102. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2018.09.015

4. Aziz, F. Spray Coating Methods for Polymer Solar Cells Fabrication / F. Aziz, A. F. Ismail // Mater. Sci. Semicond. Process. 2015. Vol. 39. P. 416–425. https://doi.org/10.1016/j.mssp.2015.05.019

5. Tai, Q. Emerging Semitransparent Solar Cells: Materials and Device Design / Q. Tai, F. Yan // Adv. Mater. 2017. Vol. 29, No 34. P. 1700192. https://doi.org/10.1002/adma.201700192

6. Effect of Dust on the Transparent Cover of Solar Collectors / H. K. Elminir [et al.] // Energy Convers. Manag. 2006. Vol. 47, No 18. P. 3192–3203. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2006.02.014

7. Coatings for Concentrating Solar Systems / C. Atkinson [et al.] // Renew. Sustain. Energy Rev. 2015. Vol. 45. P. 113–122. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.01.015

8. Рахмонов, И. У. Математические модели и алгоритмы оптимального управления нагрузкой электропотребителей / И. У. Рахмонов, K. М. Реймов // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 528–535. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-528-535.

9. Бабаев, Б. Дж. Разработка и исследование энергосистем на основе возобновляемых источников с фазопереходным аккумулированием тепла / Б. Дж. Бабаев. Махачкала, 2016. 345 с.

10. Бекман, Г. Тепловое аккумулирование энергии / Г. Бекман, П. Гилли. М.: Мир, 1987. 272 с.

11. Братенков, В. Н. Теплоснабжение малых населенных пунктов / В. Н. Братенков, П. В. Ха-ванов, Л. Я. Вескер. М.: Стройиздат, 1988. 223 с.

12. Григорьев, В. А. Разработка аккумуляторов теплоты с зернистым теплоносителем и методы их расчета на основе математического моделирования / В. А. Григорьев. М., 2003. 147 с.

13. Даффи, Дж. Основы солнечной теплоэнергетики / Дж. Даффи, У. Бекман ; пер. с англ. О. С. Попеля [и др.]. Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2013. 888 с.

14. Солнечные и ветровые автономные энергоустановки с водородным накопителем / О. С. Попель [и др.] // Перспективы энергетики. 2006. Т. 10. С. 77–90.

15. Oshchepkov, M. Yu. Stratification in a Solar Tank Accumulator during Rapid Displacement of Hot Water / M. Yu. Oshchepkov, S. E. Frid, M. A. Kolobaev // Applied Solar Energy. 2015. Vol. 51, No 3. P. 177–182. https://doi.org/10.3103/s0003701x15030093

16. Ольшанский, А. И. Экспериментальные исследования тепловлагообмена в процессе конвективной сушки тонких влажных материалов / А. И. Ольшанский, С. В. Жерносек, А. М. Гусаров // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, № 6. C. 564–578.

17. Kolomiyets, Yu. G. Efficiency of Solar Energy Utilization for Water Heating on the Russian Federation Territory / Yu. G. Kolomiyets, O. S. Popel, S. E. Frid // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology. 2009. No 6. P. 16–23.

18. Effectiveness and Prospects of Using Different Solar Water Heating Systems under the Climatic Conditions of the Russian Federation / S. E. Frid [et al.] // Thermal Engineering. 2011. Vol. 58, No 11. P. 910–916. https://doi.org/10.1134/s0040601511110061

19. Polymeric Materials for Solar Thermal Applications / M. Kohl [et al.]. Weinheim: Wiley-VCH, 2012. https://doi.org/10.1002/9783527659609

20. Meyer, J. P. The Cost Must be Cut / J. P. Meyer, J. Gesthuizen // Sun Wind Energy. 2014. No 3. P. 58–59.

21. Results of the Development of a Solar Accumulationtype Water Heater Made of Polymer and Composite Materials / O. S. Popel’ [et al.] // Thermal Engineering. 2013. Vol. 60, No 4. P. 267–269. https://doi.org/10.1134/s0040601513040101

22. Polyakov, A. F. Numerical Simulation of Temperature Stratification in an Accumulation Type Solar Water-Heating Installation / A. F. Polyakov, S. E. Frid // High Temp. 2014. Vol. 52, No 3. P. 417–423. https://doi.org/10.1134/s0018151x14030225

23. Oshchepkov, M. Yu. Thermal Stratification in Storage Tanks of Integrated Collector Storage Solar Water Heaters / M. Yu. Oshchepkov, S. E. Frid // Appl. Solar Energy. 2015. Vol. 51, No 1. P. 74.

24. Электроснабжение станции нагрева нефти в скважине от ветроэлектрической установки / А. А. Бельский [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 2. С. 146–154. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-146–154.

25. Теплоустойчивость и тепломассообмен дорожных конструкций / Б. М. Хрусталев [и др.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 6. С. 536–546. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-6-536-546.

26. Smyth, M. Integrated Collector Storage Solar Water Heaters / М. Smyth, P. C. Eames, B. Norton // Renew. Sust. Energy Rev. 2006. Vol. 10. P. 503–538. https://doi.org/10.1016/j.rser.2004.11.001

27. Hendron, R. Development of Standartizated Domestic Hot Water Event Schedules for Residential Buildings [Electronic Resource] / R. Hendron, J. Burch // Proc. Energy Sustainability Conf., Long Beach, CA. 2007. Pap. NREL/CP-55040874. Mode of access: http://www.nrel.gov/docs/fy08osti/40874.pdf.

28. Бабаев, Б. Д. Расчет энергетических характеристик процессов зарядки и разрядки аккумулятора на основе системы MgO–Mg(ОН)2 / Б. Д. Бабаев, В. Н. Данилин, А. М. Гасаналиев // Физико-химический анализ многокомпонентных систем: Тез. докл. II Всерос. науч. конф. 2002 г. Махачкала: Изд-во ДГПУ (НИИ ОНХ), 2002. С. 27–28.

29. Экологические основы использования возобновляющихся источников энергии / В. В. Волшаник [и др.] // Вестник МГСУ. 2010. Т. 2, № 4. С. 108–119.

30. Simulation of Tandem Thin-Film Solar Cell on the Basis of CuInSe2 / A. K. Esman [et al.] // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2018. Т. 61, No 5. С. 385–395. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2018-61-5-385-395

31. Исмашюва, В. A. Возможности использования солнечной энергии для сушки фруктов и овощей / В. А. Исмашюва // Использование солнечной энергии: сборник. М., 1957. С. 232–247.

32. Хазимов, К. М. Интенсификация процесса сушки продуктов растительного происхождения с использованием солнечной энергии / К. М. Хазимов. Алматы, 2015. 201 с.

33. Design and Performance of an Air Collector for Industrial Croup Dehydration / P. W. Niles [et al.] // Solar energy. 2012. Vol. 20, No 1. P. 19–23. https://doi.org/10.1016/0038-092x(78)90136-6

34. Захидов, Р. А. Возобновляемая энергетика в начале XXI века и перспективы развития гелиотехники в Узбекистане / Р. А. Захидов, М. С. Саидов // Гелиотехника. 2009. № 1. С. 3–12.

35. Голицын, М. В. Альтернативные энергоносители / А. М. Голицын, Н. М. Пронина. М.: Наука, 2004. 159 с.

36. Бутузов, В. А. Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии / В. А. Бутузов. Краснодар, 2004. 297 с.

37. Modeling of the Unsteady Temperature Conditions of Solar Greenhouses with a Short-Term Water Heat Accumulator and its Experimental Testing / N. R. Avezova [et al.] // Applied Solar Energy. 2010. Vol. 26. P. 4–7. https://doi.org/10.3103/s0003701x10010020

38. Ахатов, Ж. С. Численные расчеты теплотехнических параметров солнечной сушилки-парника / Ж. С. Ахатов, А. С. Халимов // Гелиотехника. 2015. № 2. С. 26–30.

39. Солнечные технологии в Узбекистане: состояние, приоритеты и перспективы развития / А. А. Абдурахманов [и др.] // Гелиотехника. 2012. № 4. С. 23–31.

40. Нефтепродукты информационный портал [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.vot-nn.ru/production/paraffin/.

41. Сафаров, Ж. Э. Программное обеспечение математических моделей технологии сушки лекарственных трав на гелиосушильной установке / Ж. Э. Сафаров, Г. Т. Дадаев // Агентство по интеллектуальной собственности Республики Узбекистан. Свидетельство DGU 04385 от 17.05.2017.

42. Method for the Primary Processing of Silkworm Cocoons (Bombyx Mori) / J. E. Safarov [et al.] // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. 2019. Vol. 9, No 1. Р. 4562–4565. https://doi.org/10.35940/ijitee.a5089.119119

43. Method for Drying Fruits of Rose Hips / J. E. Safarov [et al.] // International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering. 2019. Vol. 9, No 1, Р. 3765–3768. https://doi.org/10.35940/ijitee.a4716.119119