Heat balance equation of air solar collector with heat accumulator

Abstract

The aim of the paper is to find the mathematical dependence of temperature of heat-receiving surface of heat accumulator of a solar collector on its operating time under conditions of variable external factors. In this case, variable solar activity throughout the day is considered as the key external factor. Air solar collector with heat accumulator is a basic element of solar power plants intended, for example, for grain drying, water heating, natural ventilation systems of livestock houses etc. By the example of operation of a drum solar grain dryer with water heat accumulator, the differential equation of heat balance of solar collector is obtained. The equation takes into account the following components of heat balance: amount of heat coming into solar collector with atmospheric air; amount of heat coming from solar energy and absorbed by heat-receiving surface of water accumulator; amount of heat taken away by drying agent (warmed-up atmospheric air) after heat exchange with heat-receiving surface; amount of heat for heating of accumulator walls; amount of heat for heating of water in accumulator; external heat loss. On the basis of available experimental data, it is assumed that water temperature in accumulator is directly proportional to the temperature of its walls, and the enthalpy of atmospheric air is proportional to the flow density of solar energy. Required dependence of temperature of heat-receiving surface of a heat accumulator is found by solving the Cauchy problem for differential equation of heat balance of solar collector. The obtained exponential expression connects the parameters of variable external factors with design and technological parameters of a solar collector. This allows to model the output thermal performance of solar power plants used in agriculture depending on various external conditions.

Keywords

heat balance equation / air solar collector / heat accumulator / heat receiving surface

References

[1] Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. Конструкция зернохранилища со встроенной гелиосушильной системой // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: Сб. науч. работ междунар. науч.-техн. конф. Брянск: Изд-во БГСХА, 2010. С. 3-8.

[2] Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. Экономическая эффективность барабанной гелиосушилки зерна // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. 2012, №5. C. 41-44.

[3] Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. и др. Зерносушильный комплекс на основе альтернативного источника энергии // Труды ГОСНИТИ. 2015, т. 120. С. 49-53.

[4] Купреенко А.И., Дьяченко О.В. Направления совершенствования гелиоводонагревателей для горячего водоснабжения пастбищных доильных установок // Научно-технический прогресс в животноводстве - ресурсосбережение на основе создания и применения инновационных технологий и техники: Сб. науч. трудов ВНИИМЖ. 2008, т. 18, ч. 4. С. 209-211.

[5] Купреенко А.И., Чащинов В.И., Байдаков Е.М. Возобновляемые источники энергии как основа энергосберегающих технологий // Инновационные технологии и технические средства для АПК: Мат-лы межрег. науч.-практ. конф. молодых ученых. Ч. II. Воронеж: ВГАУ, 2009. С. 181-186.

[6] Байдаков Е.М., Купреенко А.И., Исаев Х.М. и др. Разработка барабанной гелиосушилки зерна и обоснование ее конструктивно-технологических параметров // Технология колесных и гусеничных машин. 2014, №6. С. 10-16.

[7] Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. Эффективность использования барабанной гелиосушилки зерна // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2012, №3. C. 33-35.

[8] Купреенко А.И., Байдаков Е.М., Исаев Х.М. К обоснованию параметров барабанной гелиосушилки зерна // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2012, №1. C. 48-51.

[9] Купреенко А.И., Василенко Н.И. Применение гелиоактивных стен в животноводстве // Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения: Сб. науч. работ междунар. науч.-техн. конф. Брянск: Изд-во БГСХА, 2009. С. 13-17.

[10] Купреенко А.И., Шкуратов Г.В. Результаты испытания вентиляционно-отопительной панели для животноводческих помещений // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. 2014, №3. С. 12-16.

[11] Купреенко А.И., Шкуратов Г.В. Вентиляционно-отопительная панель в системе естественной вентиляции животноводческих помещений // Вестник ВНИИМЖ. 2014, №4(16). С. 126-129.

[12] Купреенко А.И., Ченин А.Н. К обоснованию вместимости водяного аккумулятора теплоты барабанной гелиосушилки // Вестник ФГОУ ВПО Брянская ГСХА. 2015, №4. С. 46-48.

[13] Купреенко А.И., Ченин А.Н. К обоснованию режима работы резервных систем подогрева и вентиляции барабанной гелиосушилки // Тракторы и сельхозмашины. 2015, №2. С. 30-31.

[14] Ченин А.Н., Купреенко А.И. Результаты испытания резервных систем подогрева и вентиляции барабанной гелиосушилки // Агротехника и энергообеспечение. 2014, т. 1, №1. С. 227-230.

RIGHTS & PERMISSIONS

Kupreenko A.I., Komogortsev V.F., Isaev K.M., Chenin A.N., Shkuratov G.V.