solarni kolektor za ogrevanje sanitarne vode · Če želi evropa doseči 50-odstoten delež pri...
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Aleks HEDL
SOLARNI KOLEKTOR ZA OGREVANJE
SANITARNE VODE
Diplomsko delo
visokošolskega strokovnega študijskega programa 1. stopnje
Strojništvo
Maribor, februar 2015
SOLARNI KOLEKTOR ZA OGREVANJE
SANITARNE VODE
Diplomsko delo
Študent(ka): Aleks HEDL
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje
Strojništvo
Smer: Energetsko, procesno in okoljsko strojništvo
Mentor: red. prof. dr. Aleš HRIBERNIK
Somentor: asist. dr. Gorazd BOMBEK
Maribor, februar 2015
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
I
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
II
I Z J A V A
Podpisani Aleks Hedl izjavljam, da:
je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom red. prof.
dr. Aleša Hribernika in somentorstvom asist. dr. Gorazda Bombeka ;
predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor, 5.2.2015 Podpis: ___________________________
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
III
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju red. prof. dr. Alešu
Hriberniku in somentorju asist. dr. Gorazdu Bombeku
za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili
študij.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
IV
SOLARNI KOLEKTOR ZA OGREVANJE SANITARNE VODE
Ključne besede: obnovljivi viri energije, izkoristek, kolektor, sončno obsevanje, temperatura
UDK: 621.383.51:696.48(043.2)
POVZETEK
Poglavitna tema diplomskega dela je izdelava solarnega kolektorja, izvedba meritev in na
koncu razlaga dobljenih rezultatov. V diplomskem delu so najprej opisane teoretične osnove,
predvsem ploščatih solarnih kolektorjev oz. sistemov s ploščatimi solarnimi kolektorji. V
nadaljevanju je opisano načrtovanje in izdelava kolektorja glede na izbrane materiale. Ko je
bil kolektor narejen, smo postavili merilno progo in nato izvedli meritve. Vse tri meritve smo
podrobno opisali in jih grafično prikazali. Dobljene rezultate smo med seboj primerjali in jih
tudi razložili. Na koncu diplomskega dela poskušamo ugotoviti, ali je izdelava in uporaba
takšnega kolektorja smiselna.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
V
SOLAR COLLECTOR FOR WATER HEATING
Key words: renewable energy sources, efficiency, collector, solar radiation, temperature
UDK: 621.383.51:696.48(043.2)
ABSTRACT
The main theme of this thesis is constructing a solar collector, performing measurements and
finally interpreting the collected data. Theoretical fundamentals are defined at the beginning
of the thesis, particularly flat plate collectors and systems with flat plate collectors. Next,
planning and construction of the collector is described according to chosen materials. When
the collector was made, a measurement strip was set up and the data was collected. The
measurements are analyzed in detail and graphically demonstrated. The collected data are
compared with one another and explained. In the last part of the thesis we try to find out if the
construction and usage of such a collector is effective.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VI
KAZALO VSEBINE
1 Uvod ............................................................................................................................... - 1 -
1.1. Opis splošnega področja diplomskega dela ............................................................ - 2 -
1.2. Opredelitev diplomskega dela ................................................................................ - 2 -
1.3. Struktura diplomskega dela .................................................................................... - 3 -
2 Obnovljivi viri energije (OVE) ...................................................................................... - 4 -
2.1. Sončna energija [2] ................................................................................................. - 5 -
2.1.1. Lastnosti sončnega sevanja [3] ........................................................................ - 5 -
2.1.2. Geometrijska razmerja med Zemljo in Soncem [1],........................................ - 6 -
3 Toplotni solarni sistemi (TSS) ..................................................................................... - 13 -
3.1. Srednje temperaturni solarni sistemi [6], [7] ........................................................ - 13 -
3.2. Solarni sistem s ploščatim oz. ravnim SSE ........................................................... - 15 -
3.2.1. Sprejemnik sončne energije – SSE (kolektor) [7] ......................................... - 16 -
3.2.2. Nosilec toplote oz. solarni ali delovni medij [5], [6] ..................................... - 17 -
3.2.3. Hranilnik toplote (HT) s prenosnikom toplote (PT) [6], [7] ......................... - 18 -
3.2.4. Obtočna črpalka [6], [7]................................................................................. - 20 -
3.2.5. Sistem cevi ter vključeni varnostni elementi [5] ........................................... - 20 -
3.2.6. Regulator sistema [7] ..................................................................................... - 21 -
3.3. Prenos toplote in učinkovitost SSE [6], [7] .......................................................... - 22 -
3.4. Izračun učinkovitosti SSE [6] ............................................................................... - 23 -
4 Načrtovanje, dimenzioniranje in izdelava prototipa .................................................... - 27 -
4.1. Opis sestavnih delov ................................................................................................. - 27 -
5 Izvedba merilne proge .................................................................................................. - 31 -
5.1. Omejitve meritev .................................................................................................. - 31 -
5.2. Merilna proga ........................................................................................................ - 31 -
5.2.1. Sistem za zajemanje podatkov ....................................................................... - 33 -
5.3. Priprave na meritve ............................................................................................... - 34 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VII
6 Izvedba meritev ............................................................................................................ - 36 -
6.1. Prva opravljena meritev dne 18. 8. 2014 .............................................................. - 36 -
6.2. Druga opravljena meritev dne 8. 9. 2014 .............................................................. - 39 -
6.3. Tretja opravljena meritev dne 18. 9. 2014 ............................................................ - 41 -
7 Rezultati meritev .......................................................................................................... - 44 -
8 Diskusija ....................................................................................................................... - 49 -
8.1. Možnosti uporabe kolektorja ................................................................................ - 49 -
8.2. Izboljšanje naprave ............................................................................................... - 51 -
9 Zaključek ...................................................................................................................... - 52 -
Viri in literatura ................................................................................................................... - 53 -
Priloga 1: Odseki grafov iz slik za izračun izkoristka ......................................................... - 58 -
Priloga 2: Tehnične karakteristike pretokomera .................................................................. - 61 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
VIII
UPORABLJENI SIMBOLI
ψ – azimut sonca
α – višina sonca
ϕ – zenitni kot
δ – deklinacija
ηSSE – učinkovitost/izkoristek SSE
ηo – optična učinkovitost SSE
λ – toplotna prevodnost
cp – specifična toplota pri konstantnem tlaku
Gex – solarna konstanta
V – prostornina
– masni pretok
QSSE – toplotni tok/moč
β – naklonski kot SSE
Gdir – direktno sončno sevanje
Gdif – difuzno sončno sevanje
Gglob – globalno sončno sevanje
Iglob,β – povprečno urno obsevanje na poljubno ploskev
T – temperatura
T* – nadtemperatura sprejemnika
r – polmer cevi
l – dolžina
ρok – odbojnost oz. albedo okolice
ASSE – površina zasteklitve SSE
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
IX
UPORABLJENE KRATICE IN TUJKE
OVE – obnovljivi viri energije
TSS – toplotni solarni sistem
SSE – sprejemnik sončne energije
HT – hranilnik toplote
PT – prenosnik toplote
IR – infrardeče sevanje
UV – ultravijolično sevanje
PR – pretokomer
TB – terminalni blok
NI – National Instruments
T1, T2, T3, T4 – termoelementi 1, 2, 3 in 4
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 1 -
1 Uvod
Dandanes je eden največjih problemov človeštva zagotovitev zadostne količine energije iz
obnovljivih virov (OVE), ki bi nadomestili fosilne oz. neobnovljive vire energije (plin, nafta,
premog). Ti bi naj bili, po mnenju mnogih znanstvenikov, ki se ukvarjajo s tem področjem,
glavni krivec za onesnaževanje našega planeta s toplogrednimi plini. Zaradi teh plinov se
ozračje ogreva, saj povzročajo učinek tople grede. Dokazano je, da s povečevanjem deleža
CO2 narašča temperatura po vsem svetu. Večina energije je danes pridobljena ravno iz
fosilnih virov in glede na to, da se populacija ljudi povečuje in s tem tudi potreba po energiji,
bomo sčasoma, delno smo že sedaj, prisiljeni v uporabo OVE, ki imajo ničen ogljični odtis.
Tudi jedrska energija ne more nadomestiti fosilnih goriv, saj bo tudi urana v takšni obliki
sčasoma zmanjkalo, pa še iz ekološkega vidika so jedrske elektrarne sporne v primeru, da
pride do okvar, čemur smo tudi že bili priča. Ker razvoj zelenih tehnologij ne more dohajati
tako velikih potreb po energiji, je potrebna tudi varčnost oz. smotrna raba energije. Največ k
temu lahko pripomorejo razvite države, ki so najbolj potratne, pridružiti pa se jim morajo tudi
države v razvoju, saj tam prihaja do velikega porasta prebivalstva, ki bo z vse večjim
razvojem postalo energijsko zelo lačno. Posledično bi naj uporaba neobnovljivih virov
vplivala tudi na vse večje spremembe v okolju (naravne katastrofe, kot so suše, poplave,
orkani itd.), ki smo jim priča že danes. Obenem pa OVE povečujejo konkurenčnost
posameznih držav in vplivajo na razvoj tehnoloških in industrijskih inovacij. Država, ki ima
večji delež OVE, si s tem zagotovi tudi večjo energetsko preskrbljenost in ni več toliko
odvisna od morebitnega uvoza energije. Slej kot prej bo fosilnih goriv začelo primanjkovati,
posledično bodo rastle tudi cene. Kljub temu da so trenutno cene energije iz OVE večje kot pa
iz fosilnih goriv, se bodo zmanjšale z bolj učinkovitimi napravami in tehnološkim razvojem,
medtem ko bodo cene fosilnih goriv še naprej naraščale. Kljub temu da je vedno večji
poudarek na čim večjem deležu pridobljene energije iz OVE in obstajajo celo določeni
dogovori o odstotnih deležih OVE v prihodnjih letih, je razvoj v tej smeri prepočasen ali pa
ga sploh ni. Tudi Slovenija v tem smislu zaostaja za svojimi cilji oz. celo nazaduje (gradnja 6
bloka TE Šoštanj). Nesporno je, da so OVE ključnega pomena za trajnostno prihodnost sveta
in da bodo odigrali ključno vlogo pri ohranjanju našega planeta, kljub temu da ogrevanja ne
bomo mogli popolnoma ustaviti v tako kratkem časovnem obdobju.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 2 -
1.1. Opis splošnega področja diplomskega dela
Kot strojnik energetik, te problematike enostavno ne morem spregledati, zato razmišljam v
smeri kako lahko sam pripomorem k ohranjanju našega okolja. Zaradi tega sem se tudi
odločil, da bomo za diplomsko nalogo izdelali solarni kolektor za ogrevanje sanitarne vode, ki
naj bo čim bolj učinkovit, iz materialov, ki so vsem na voljo, saj menim, da lahko vsak
posameznik vpliva na zmanjšanje onesnaževanja okolja z emisijami toplogrednih plinov. Tak
sistem bi lahko bil dodatek k že obstoječemu viru ogrevanja sanitarne vode, predvsem v
poletnih mesecih. Za delovanje je potrebno le sončno sevanje in električna energija, ki
zagotavlja pogon obtočne črpalke. Kljub dokaj nezapleteni izvedbi, je bila potrebna velika
mera iznajdljivosti in spretnosti, saj sem se sam prvič srečal s konkretno praktično izvedbo
takšnega sistema.
Sončna energija je neomejen vir energije, iz katerega izvira posredno ali neposredno
večina drugih virov energije na Zemlji. Znano je, da bi z eno uro sončnega sevanja, ki prispe
na celotno Zemljo, lahko pokrili potrebe po energiji za celo leto za ves svet. Tukaj se kaže
velik potencial izrabe sončne energije, ki je vsem na voljo, ovira je le cena in tehnologija
trenutnih obstoječih sistemov. V Sloveniji je stopnja izkoriščanja neposrednega sončnega
obsevanja relativno majhna, kljub dokaj ugodni legi in velikem številu sončnih dni.
Če želi Evropa doseči 50-odstoten delež pri oskrbi s toploto s toplotnimi solarnimi sistemi
(TSS), bo potrebno vgraditi 8 kvadratnih metrov sprejemnikov sončne energije (SSE) na
prebivalca Evropske unije.
1.2. Opredelitev diplomskega dela
Solarni kolektor za ogrevanje sanitarne vode (slika 1) je naprava, ki izkorišča sevanje sonca
za ogrevanje vode, ki jo po sistemu poganja črpalka. Naloga naprave je, da v čim večji meri s
pomočjo delovnega medija (v našem primeru voda) prenese prestreženo energijo sonca v
hranilnik toplote, kjer je potem na voljo uporabnikom. Hranilnik toplote shrani presežek
toplote, ki je trenutno ne potrebujemo, za poznejšo uporabo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 3 -
Slika 1: Skica sistema s solarnim kolektorjem za ogrevanje sanitarne vode
Diplomsko delo je poleg splošnega teoretičnega opisa zastavljeno kot mali projekt izdelave
kolektorja. Zamisli je sledila groba skica, ki je prešla v shemo kolektorja. Nato je sledil
natančen izris kolektorja, na podlagi katerega smo izdelali napravo in jo tudi preizkusili. Na
podlagi meritev smo lahko določili učinkovitost takšne naprave.
Naš namen je, da s pomočjo naprave povečamo uporabo obnovljivih virov energije in s
tem pripomoremo k razbremenitvi okolja. Upoštevati moramo tudi to, da smo za izdelavo
uporabili nekatere tako rekoč odpadne dele, kar tudi ni zanemarljivo z vidika varovanja
okolja.
1.3. Struktura diplomskega dela
Diplomsko delo je razdeljeno na dva dela:
Teoretični del, kjer so opisane različne izvedbe solarnih kolektorjev ter posamezni
sestavni deli ploščatega solarnega kolektorja za ogrevanje sanitarne vode. Opisana je
tudi problematika obnovljivih virov energije in vpliv sonca na delovanje solarnega
sistema.
Praktično izvedbeni del, kjer je opisana praktična izvedba solarnega kolektorja, opis
posameznih sestavnih delov ter izvedba meritev z opredelitvijo rezultatov. Zapisana je
tudi ugotovitev, ali je postavitev sistema s takšnim kolektorjem glede na dosežen
izkoristek racionalna in kje bi bila možna uporaba takšnega kolektorja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 4 -
2 Obnovljivi viri energije (OVE)
OVE so bili včasih edini vir energije, ki ga je človeštvo uporabljalo, v nerazvitih državah pa
še vedno predstavljajo velik del potrebne energije. Ironično je, da je ravno v nekaterih
nerazvitih deželah zelo velik potencial uporabe OVE, ljudje pa v teh deželah uporabljajo
večinoma le manjše enote naprav za izkoriščanje OVE, npr. za pripravo hrane ali pa
osvetljavo doma.
Glavni značilnosti OVE sta neomejena trajnost in velik potencial izrabe, prednost pa je
tudi enakomerna porazdelitev le–teh. Kot slabost OVE pa bi lahko šteli časovno
spremenljivost moči in energije virov (izjema sta biomasa in toplota oceanov), kar nam
onemogoča rabo energije takrat, ko bi jo potrebovali, zaradi česar smo prisiljeni v
shranjevanje energij v različnih napravah, kar pa znatno podraži učinkovito izkoriščanje
virov. S tem se zmanjša učinkovitost, za OVE je značilna tudi nizka gostota moči, zato
morajo biti naprave za izkoriščanje teh virov večje od naprav za izkoriščanje neobnovljivih
virov energije pri enaki imenski moči. Zaradi tega se stremi k čim večji učinkovitosti
tovrstnih naprav, predvsem za komercialne namene.
Obnovljiva energija izvira iz treh virov posredno ali neposredno. Največji prispevek
pripisujemo soncu, saj razen direktnega sevanja, ki ga lahko spremenimo v toplotno ali
električno energijo, vpliva na premikanje zračnih, mas kar povzroča veter, valovanje, kroženje
vode, oceanske tokove, rast biomase in še kaj bi lahko našteli. Med obnovljive vire štejemo še
plimovanje, na katerega vplivajo gravitacijske sile med Zemljo in Luno, ter geotermalno
energijo, ki izvira iz notranjosti Zemlje. Iz teh virov izhajajo mnoge možnosti njihove izrabe,
od proizvodnje elektrike, toplote in goriv.
Kljub tolikim možnostim izrabe OVE pa ti predstavljajo manjši del primarnih
energetskih virov predvsem v razvitem in razvijajočem se delu sveta, kot je tudi razvidno iz
slike 2. Vendar je razvoj naprav na tem področju zelo velik, posledično so naprave vedno bolj
učinkovite. V Sloveniji največji delež iz OVE prispevajo hidroelektrarne, medtem ko sta
deleža energije vetra in neposrednega sončnega obsevanja skromnejša, kljub ugodni legi,
vendar je to bolj odvisno od državne politike kot pa od stroke.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 5 -
Slika 2: Prikaz primarne rabe energije v svetovnem merilu za leto 2010 [17]
2.1. Sončna energija [2]
Kot smo že omenili, bi lahko vso energijo, ki jo potrebuje človeštvo, pridobili iz sončnega
obsevanja, ob predpostavki, da bi bila tehnologija za odvzem energije dovolj učinkovita.
Sončno sevanje z različnimi napravami spremenimo v toplotno ali električno energijo. V tej
diplomski nalogi se bomo posvetili pretvarjanju sončne energije v toploto. Sončno sevanje je
kratkovalovno sevanje, ki ga lahko imenujemo tudi specifični sevalni tok Sonca, merimo pa
ga v W/m2.
Spekter sončnega sevanja (valovne dolžine med 0,3 in 100+ μm) delimo na tri področja, in
sicer:
infrardeče ali IR sevanje, katerega delež je 51 %,
ultravijolično ali UV sevanje, katerega delež je 9 %,
vidno svetlobo, katere delež pa je 40 %.
V inženirski praksi sončni spekter omejimo na valovne dolžine med 0,3 in 3 μm, saj v tem
območju prihaja na Zemljo večina sevanja.
2.1.1. Lastnosti sončnega sevanja [3]
Sonce lahko obravnavamo kot optično črno telo, saj je spektralna porazdelitev
zunajzemeljskega sevanja (vrh atmosfere) zelo podobna spektralni porazdelitvi sevanja črnega
telesa (slika 3). Za optično črno telo velja, da je idealno difuzno sevalo. Pri sončnem sevanju
ne smemo pozabiti omeniti tudi solarne konstante oz. jakosti sončnega sevanja ali gostote
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 6 -
sončnega sevanja, ki znaša približno Gex = 1367 W/m2. To je specifični sevalni tok na m
2
površine zunanjega roba atmosfere na ploskev, ki je pravokotna na smer sončnih žarkov.
Računsko solarno konstanto določimo s Stefan-Boltzmanovim zakonom. Najmočnejše
sevanje na Zemlji doseže 1000 W/m2.
Slika 3: Spekter sončnega sevanja [12]
Sevanje na površju Zemlje oz. zemeljsko sevanje se zmanjša zaradi vplivov atmosfere
(oblačnost, onesnaženost ozračja s plini, prašnimi delci itd.) in je odvisno od dolžine poti
sončnih žarkov skozi atmosfero, dolžina pa se spreminja zaradi gibanja Zemlje okoli Sonca.
To dolžino imenujemo relativna debelina atmosfere, upošteva pa tudi onesnaženost ozračja. Z
večanjem relativne debeline atmosfere se manjša moč sončnega sevanja na površju Zemlje.
Zaradi tega se spremenita jakost sevanja in tudi spektralna porazdelitev sevanja. Ker se
spreminja tudi kot sevanja med letom (posledica kroženja okoli Sonca), moč sevanja na
površini Zemlje ni konstantna, tudi med dnevom se spreminja bodisi zaradi vplivov ozračja
ali spreminjanja položaja Sonca (posledica kroženja okrog svoje osi) ali obojega. Osončenje
določene površine je pomemben meteorološki podatek za preračun solarnega sistema kakor
tudi za izračun potrebne moči za sistem ogrevanja.
2.1.2. Geometrijska razmerja med Zemljo in Soncem [1], [6], [3]
Ekvatorialna ravnina Zemlje ni vzporedna s sončnimi žarki (razen v jesenskem in pomladnem
enakosončju), temveč je nagnjena za določen kot, ki ga imenujemo odklonski kot ali
deklinacija δ. Zaradi kroženja Zemlje okoli Sonca se ta kot tako rekoč spreminja vsak dan, za
poljuben dan v letu ga lahko določimo z naslednjo enačbo:
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 7 -
(°) (1)
Kjer pomeni:
N – tekoče število dni
δ0 = 23,5°
Lego Sonca, katerega položaj se med dnevom spreminja, na nebu v poljubnem trenutku
določimo z višino in azimutom Sonca (slika 4). Azimut sonca ψ je kot med projekcijo
sončnega žarka na vodoravno ravnino in nebesno smerjo juga ter ustreza urnim spremembam
Sonca in se spremeni vsako uro za približno 15°. Opoldan je točno 0°. Po dogovoru je v
jutranjih urah do poldneva negativen. Izračunamo ga lahko po enačbi:
(°) (2)
Kjer pomeni:
sin ω – urni kot, po dogovoru je negativen v jutranjih urah, nič ob sončnem poldnevu in
pozitiven v popoldanskih urah.
Višina sonca α pa je kot med sončnimi žarki in horizontalno ravnino na opazovanem mestu.
Ob sončnem vzhodu in zahodu je enaka 0°, ob sončnem poldnevu pa je Sonce tega dne
najvišje na nebu. Višino sonca lahko določimo:
(°) (3)
Kjer pomeni:
sin ϕ – geografska širina poljubnega kraja (°)
Namesto višine Sonca lahko podamo zenitni kot ϕ, ki je enak:
(4)
Iz povezave teh dveh veličin (azimut, višina Sonca) lahko analitično določimo in izdelamo
letni diagram poti Sonca, iz katerega sta razvidna višina in azimut Sonca, za poljuben
trenutek v letu. Iz tega ugotovimo, da se vpadni kot sončnih žarkov na fiksno postavljen
solarni kolektor ves čas spreminja, zato vpadnega sevanja ne more prestreči v celoti.
Nepremične naprave, ki naj prestrezajo sončno sevanje skozi celo leto, zato usmerimo proti
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 8 -
jugu in nagnemo proti horizontali za kot, ki je enak zemljepisni širini. Če želimo prestrezati
žarke predvsem v poletnih mesecih, kar velja tudi za moj primer, ta kot zmanjšamo za 15° oz.
povečamo za 15°, kadar naj bo to predvsem pozimi.
Slika 4: Tipične relacije med Zemljo in Soncem [22]
Tako bi bil optimalni nagibni kot mojega solarnega kolektorja za 15° manjši od naše severne
zemljepisne širine, ki znaša 46,5° za Maribor. Nagib bi bil torej približno 30° z usmeritvijo
proti jugu.
Obstajajo pa tudi naprave za avtomatsko sledenje vpadnega kota, s katerimi je mogoče doseči
90° vpadne kote v večjem delu obratovanja, odvisno od mehanizma za sledenje vpadnemu
kotu. Mehanizem je lahko dvoosen, to pomeni, da soncu sledimo po višini in azimutu. Pri
enoosnem mehanizmu pa soncu sledimo ali po višini ali po azimutu. S pomočjo računalniških
orodij lahko izdelamo ekliptični diagram, ki prikazuje položaj Sonca za vse leto. Na vertikalni
osi je navedena višina sonca, na horizontalni pa azimut, kot je prikazano na sliki 5. Na ta
način lahko določimo tudi osenčenje določene površine v določenem času v letu, če so v
bližini morebitne ovire.
Slika 5: Primer ekliptičnega diagrama [13]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 9 -
Obstaja bistvena razlika med sončnim sevanjem in obsevanjem. Sevanje pomeni specifično
moč, medtem ko časovni integral sevanja predstavlja energijo. Gostoto energije imenujemo
sončno obsevanje, ki ga merimo v Wh/m2 ali J/m
2. Zaradi različnega časa integracije (ura,
dan, mesec, leto) je to potrebno posebej navesti pri navajanju podatkov o obsevanju. V
inženirski praksi se glede obsevanja zanašamo na dolgoletne meteorološke podatke (slika 6),
trajanje sonca je osnovni meteorološki dolgoletni podatek, ni pa najbolj primeren za
inženirsko prakso. Zato so z uporabo statističnih metod poiskali korelacijo med trajanjem in
sončnim obsevanjem.
Slika 6: Globalno letno obsevanje na horizontalno površino v Sloveniji [13]
Sevanje, ki pride do zemeljske površine, je sestavljeno iz:
direktnega sevanja sončnih žarkov (Gdir),
difuznega (Gdif) ali razpršenega sevanja (difuzno sevanje neba, difuzno sevanje
obzorja, cirkumsolarno difuzno sevanje in odbito sevanje),
odbitega sevanja, ki se odbija od okolice in pada na opazovano površino (obstaja le,
kadar površina ni vodoravna).
Celotno sončno sevanje na površini Zemlje je tako sestavljeno iz difuznega, direktnega in
odbitega sevanja. To imenujemo globalno sončno sevanje (Gglob). Za postavitev solarnega
kolektorja zadošča, če poznamo globalno sončno sevanje. Pri določitvi obsevanja na
sprejemnike sončne energije položaj teh v prostoru opredelimo z njihovim naklonskim kotom
β in azimutom ψ. V našem primeru moramo poznati tudi povprečno urno obsevanje na
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 10 -
poljubno ploskev (Iglob,β), saj smo meritve opravljali v določenem dnevu ob določeni uri.
Enačba za izračun Iglob,β se glasi:
(Wh/m2h) (5)
kjer pomenijo:
– direktno urno obsevanje na vodoravno ploskev (Wh/m2h)
– razmernik direktnega obsevanja, ki ga določimo pri povprečnem vpadnem kotu i v
opazovani uri z izrazom:
(6)
Slika 7: Relacije med soncem in kolektorjem za izračun razmernikov [6]
– difuzno urno obsevanje na vodoravno ploskev (Wh/m2h)
– razmernik difuznega obsevanja, ki ga za izotropno nebo določimo z izrazom:
(7)
– globalno urno obsevanje na vodoravno ploskev (Wh/m2h)
– albedo ali odbojnost okolice (0 – 1)
– razmernik od okolice odbitega obsevanja, ki ga za izotropno okolico določimo z
izrazom:
(8)
Vsaka površina ima različno odbojnost oz. albedo okolice (preglednica 1). Albedo je 1 pri
popolni odbojnosti okolice oz. 0 pri popolni absorpciji sevanja. Upoštevati pa moramo tudi
morebitno zmanjšanje sončnega obsevanja zaradi ovir.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 11 -
Preglednica 1: Albedo okolice za različne površine [6]
albedo okolice (1)
svež sneg 0,75–0,95
star sneg 0,4–0,7
pesek 0,3–0,4
beton 0,25–0,35
zemlja 0,3–0,5
trava 0,2–0,3
gozd 0,05–0,2
asfalt 0,1–0,2
voda 0,05–0,1
Enako kot globalno sončno sevanje tudi povprečno urno obsevanje dobimo z vsoto
direktnega in difuznega urnega obsevanja. Ker smo med meritvami spremljali samo podatke
globalnega sončnega sevanja za določeno uro, je potrebno določiti delež difuznega urnega
obsevanja. Najpogosteje citirani korelaciji za določitev razmerja med difuznim in globalnim
urnim obsevanjem sta Orgill in Hollandsova korelacija ter Erbsova korelacija. Navajata po tri
različna razmerja med difuznim in globalnim urnim obsevanjem, ki so odvisna od indeksa
jasnosti kT:
(9)
kjer pomeni:
– globalno obsevanje na vodoravno ploskev na zunanjem robu atmosfere
(Wh/m2dan)
Ko poznamo indeks jasnosti, lahko določimo razmerje med difuznim in globalnim
obsevanjem po eni izmed korelacij. Predstavili bomo samo Ogrill in Hollandsovo korelacijo,
ki navaja naslednja razmerja:
→ (10)
→ (11)
→ (12)
kT večji od 0,75 pomeni jasno nebo brez oblakov, s povečevanjem deleža oblačnosti se indeks
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 12 -
jasnosti znižuje. Vidimo, da se navedena razmerja skladajo z deleži v preglednici 2, ki navaja
difuzne deleže sevanja glede na vremenske pogoje. Ko poznamo razmerje med globalnim in
difuznim urnim obsevanjem, lahko določimo direktno urno obsevanje po enačbi:
(Wh/m2h) (13)
Preglednica 2: Deleži globalnega sevanja ob različnih vremenskih pogojih [13]
Sončno sevanje in trajanje sonca merimo z različnimi merilnimi instrumenti. Ko želimo
izmeriti samo globalno sevanje, se navadno uporabljajo najpreprostejši izmed merilnikov, to
so heliografi, medtem ko se za merjenje direktnega in difuznega sončnega sevanja
poslužujemo piranometrov in pirheliometrov.
Vremenski pogoji Globalno sevanje - celotno
sevanje (W/m2)
Difuzni delež (%)
jasno 500–1000 10–20
megleno - oblačno 200–500 20–80
oblačno 50–200 80–100
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 13 -
3 Toplotni solarni sistemi (TSS)
Toplotni solarni sistemi so namenjeni segrevanju snovi (voda, zrak, razne zmesi z vodo), ki v
sistemu prenaša toploto, namenjeno potrebam, ki so za vsak sistem različne.
Obstajata dva različna tipa delovanja TSS, to sta pasivni in aktivni solarni sistem.
Bistvena razlika med njima je ta, da prvi za delovanje ne potrebuje dodatnega vira energije za
obratovanje in deluje pri nižjih temperaturah kot aktivni solarni sistem. Med pasivne oz.
nizkotemperaturne solarne sisteme se šteje ogrevanje stavb, ki izkoriščajo naravni tok energije
(pot Sonca, velike steklene površine, obrnjene proti jugu itd.). Obratujejo v območju
temperatur od 25 °C do 45 °C.
Aktivne solarne sisteme pa lahko razdelimo na:
srednjetemperaturne, s pomočjo katerih segrevamo sanitarno vodo, bazensko vodo,
grejemo ali hladimo stavbe itd; obratujejo v območju temperatur od 45°C do 120°C,
visokotemperaturne sisteme za obratovanje sončnih elektrarnah, za industrijske
namene proizvodnje pare in procesne toplote, za kuhanje itd; obratujejo v območju
temperatur od 200 °C do 1000 °C. [6]
V nadaljevanju se bomo osredotočili na srednjetemperaturne sisteme, saj v to območje
temperatur spada tudi solarni kolektor, ki smo ga izdelali. Podrobneje bom opisal delovanje
ploščatih kolektorjev.
3.1. Srednje temperaturni solarni sistemi [6], [7]
Med aktivnimi srednjetemperaturnimi sistemi so najbolj razširjeni prav sistemi za
pridobivanje toplote za ogrevanje sanitarne vode. Možna je izvedba z naravnim ali prisilnim
obtokom. Sistemi z naravnim obtokom ali konvekcijo (lahko bi jim rekli pasivni solarni
sistemi) so enostavnejši za izdelavo in montažo, delujejo na principu naravnega kroženja
tekočine. Ko se medij oz. voda segreje, se ji zmanjša gostota, zaradi tega se začne dvigati do
hranilnika toplote, ki je nad SSE, tam odda toploto, se ohladi in zaradi manjše gostote vrne v
SSE. Ti sistemi so primernejši za toplejše podnebje, saj niso zaščiteni proti zamrzovanju in jih
je zato treba sprazniti, če temperature padejo pod ledišče.
Drugače pa je pri sistemih s prisilnim obtokom, kjer za tok nosilca toplote skrbi črpalka.
Takšni sistemi so primerni za vsa podnebja, v hladnejših podnebjih se vodi kot delovnemu
mediju doda protizamrzovalno sredstvo. Višje kot so zahtevane temperature, zahtevnejša je
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 14 -
tehnična izvedba solarnega sistema. Cilj vsakega proizvajalca je, da naredi čim bolj učinkovit
solarni kolektor, to pomeni, da so toplotne izgube čim manjše ob sprejemljivih stroških
izdelave.
Poznamo tri osnovne izvedbe kolektorjev, srednjetemperaturnih solarnih sistemov:
Vakuumski, ki imajo najvišji izkoristek izmed naštetih pri večjih temperaturnih
razlikah, vendar so dražji od ploščatih zaradi zahtevnejše izdelave. Sestavljeni so iz
serije okroglih cevi, v katerih je vakuum, na sredino je vstavljen absorber, ki je lahko
ploščat ali okrogel. Toploto iz absorberja odvzamemo s cevmi, po katerih se pretaka
medij, ki se dvigne do kondenzatorja in tam odda toploto. Zaradi odstranjenega zraka
med absorberjem in zunanjim obodom stekla se močno zmanjšajo konvektivne izgube
in prevod toplote, zaradi tega je takšen kolektor učinkovit tudi pri difuzijskem sevanju
ob oblačnem vremenu. Obstajata dve različni izvedbi: sistem z direktnim prenosom
toplote ter toplotna cev (heat pipe sistem) s kondenzatorjem na vrhih cevi.
Ploščati, ki se najpogosteje uporabljajo za ogrevanje sanitarne vode. Učinkovitost jim
povečajo s selektivnimi nanosi in dobro izolacijo, vendar ne morejo doseči izkoristka
vakuumskih, razen v določenih primerih.
SSE za ogrevanje bazenov so najenostavnejši izmed naštetih, navadno so kolektorji
kar nezastekljene črne gumijaste cevi, po katerih se pretaka voda. Poznamo eno in
dvokrožne sisteme. Pri prvih se bazenska voda segreva direktno, pri dvokrožnih pa se
toplota prenaša preko prenosnika.
Kateri tip kolektorja bomo izbrali, je odvisno od več faktorjev, ki upoštevajo geografsko lego,
količino tople vode, ki jo mora kolektor čez dan segreti (odvisno od porabe), za kakšne
namene ga bomo uporabljali (npr. za pomoč pri ogrevanju ali samo za sanitarno vodo), ali je
potrebno dogrevanje z drugimi viri in katerimi itd. Slika 8 podaja učinkovitost različnih SSE,
glede na razliko temperature med absorberjem in okolico.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 15 -
Slika 8: Učinkovitost različnih SSE, glede na razliko temperature med absorberjem in
okolico [21]
3.2. Solarni sistem s ploščatim oz. ravnim kolektorjem (SSE) [7]
Najpomembnejši člen sistema je zagotovo SSE, vendar ni dovolj, če imamo kvaliteten SSE,
medtem ko se druge komponente ne skladajo ali imajo prevelike izgube, saj je izkoristek
sistema odvisen od delovanja vseh komponent skupaj kot celote. Sestavni deli so v osnovi
enaki pri vseh izvedbah SSE z majhnimi razlikami. Zaradi specifičnosti bom opisal samo dele
solarnega sistema s ploščatim SSE, natančneje aktivnega, dvokrožnega oz. indirektnega,
zaprtega sistema s prenosnikom toplote za ogrevanje sanitarne vode.
Osnovni sestavni deli vsakega aktivnega sistema za ogrevanje sanitarne vode s
ploščatim SSE so: sprejemnik sončne energije SSE, kapljevina, ki je nosilec toplote, cevi in
povezave od SSE do hranilnika toplote z vsemi varnostnimi elementi, hranilnik toplote s
prenosnikom toplote, obtočna črpalka za poganjanje kapljevine po sistemu ter elementi za
regulacijo sistema. V nadaljevanju so na kratko opisani osnovni sestavni deli. Nekateri
sistemi imajo v hranilniku dodaten prenosnik toplote za dogrevanje z drugim obnovljivim ali
konvencionalnim virom, saj le tako lahko dosegajo želene temperature. Tak sistem je prikazan
na sliki 9.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 16 -
Slika 9: Sistem za ogrevanje sanitarne vode s konvencionalnim virom dogrevanja [18]
3.2.1. Sprejemnik sončne energije – SSE [7]
SSE je, kot je bilo že omenjeno, najpomembnejši člen sistema, saj v tem delu prihaja do
pretvorbe sončne energije v toplotno energijo, ki jo prenaša medij. Težimo k temu, da se v
koristno toplotno energijo pretvori čim več sončnega sevanja.
Sprejemnik (slika 10) je sestavljen iz aluminijastega, plastičnega ali celo lesenega ohišja
(kot v našem primeru). Zadnja stran je toplotno izolirana, da zmanjšamo prevod toplote skozi
hrbtno stran, prav tako je pomembna izolacija ob straneh, najboljša konstrukcija ohišja je brez
toplotnih mostov. Material za izolacijo mora biti takšen, da prenese visoke temperature med
morebitno stagnacijo sprejemnika v vročih dneh, ko je v hranilniku dosežena želena
temperatura.
Slika 10: Sestavni deli SSE [15]
Zgornja površina oz. pokrov sprejemnika je najpogosteje prekrit s steklom, lahko pa tudi s
pokrovom iz polimernih materialov. Z zasteklitvijo zmanjšamo konvekcijske izgube in
ustvarimo učinek tople grede. Pomembno, je kakšno steklo bomo uporabili, saj se od stekla
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 17 -
nekaj sevanja odbije in nekaj absorbira. Vrednost odbitega sevanja imenujemo refleksivnost.
Najpomembnejši del sprejemnika je absorber. Od konstrukcije absorberja je odvisno, kolikšna
količina toplote se prenese na fluid. Obstaja več vrst absorberjev, navadno so izdelani iz
bakrenih ali aluminijastih cevi, spojenih na ploščo iz bakra ali jekla. Kovine se pogosto
uporabljajo zaradi dobre toplotne prevodnosti. Od premera cevi, kapljevine, ki se po njej
pretaka, ter smeri gibanja kapljevine je odvisen upor, ki ga povzroča trenje tekočine. To
pomeni, da se v ceveh z manjšim premerom večkrat pojavlja turbulenca, kar ima za posledico
boljši prenos toplote. Zgornja stran absorberja je prevlečena s selektivnimi premazi, ki
zmanjšajo sevalne izgube. Premaz samo s črno barvo ni najbolj primeren, ker ob višjih
temperaturah, črna barva močno seva in se tako izgubi veliko koristne toplote. Pomembna je
tudi širina rege med absorberjem in steklom, saj v primeru male razdalje več sevanja preide
skozi steklo. Če pa je razdalja velika, se poveča izguba toplote zaradi kroženja zraka
(konvekcija). Optimalna razdalja je približno med 2 in 2,5 cm. Ob straneh so priključki za
dvižni in povratni vod. Omeniti je potrebno še reže, namenjene senzorjem za merjenje
temperature.
3.2.2. Nosilec toplote oz. solarni ali delovni medij [5], [6]
Nosilec toplote sprejme toploto oddano v SSE, jo prenese preko cevi do prenosnika toplote in
tam odda energijo v hranilnik toplote, v katerem je npr. sanitarna voda. Kapljevina, ki se
najpogosteje uporablja kot nosilec toplote je voda, zaradi svojih karakteristik. Njena
specifična toplota pri konstantnem tlaku cp in temperaturi 20 °C znaša 4182 J/kgK, kar je
veliko, saj ima le malo nam znanih snovi večjo specifično toploto. Toplota, ki jo snov lahko
prenese, je premosorazmerna gostoti in specifični toploti pri konstantnem tlaku. To pomeni,
da je vodo potrebno dalj časa segrevati in tudi toploto oddaja dalj časa kot druge snovi. V
primeru, da sistem deluje tudi v hladnejših mesecih, je vodi potrebno primešati snov proti
zamrzovanju (glikol), kar posledično zmanjša količino toplote, ki jo je zmes zmožna prenesti,
zaradi tega je potrebno povečati pretočne kapacitete sistema. Prednost vode je njena
neoporečnost, dostopnost ter nizka cena. Problem lahko predstavlja le pH nenevtralna, trda
voda ali voda, ki vsebuje nečistoče in druge primesi, saj lahko pride do neželenih reakcij v
sistemu, kar vpliva na zmogljivost sistema.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 18 -
3.2.3. Hranilnik toplote (HT) s prenosnikom toplote (PT) [6], [7]
Hranilnik toplote potrebuje večina solarnih sistemov, saj je v redkih primerih dovolj toplote
ravno takrat, ko jo potrebujemo. Izdelani so iz bakra, nerjavečega jekla ali premazanega jekla.
Pri HT sta pomembna predvsem čim večja količina shranjene toplote in njena kakovost, ki jo
merimo s temperaturo vode v hranilniku. Zaradi tega mora biti hranilnik dobro izoliran, da
zmanjšamo izgube akumulirane toplote. Nekateri hranilniki so izvedeni tako, da imajo
dodaten prenosnik toplote iz sistema dodatnega ogrevanja (olje, plin, drva, toplotna črpalka
itd.), saj v hladnejših mesecih težko dosegamo želene temperature sanitarne vode samo s
solarnim sistemom. Medij za akumuliranje toplote je večinoma voda, ravno zaradi njenih
dobrih toplotnih lastnosti in ker je okoljsko neoporečna. Velikost hranilnika se določi za
vsakega posameznega uporabnika in je odvisna od števila porabnikov ter njihovih potreb. To
lahko določimo s preprostim izračunom:
(14)
Kjer je:
– število oseb
– potreben volumen hranilnika sanitarne tople vode (l)
– povprečna poraba vode posamezne osebe na dan, ki jo lahko ocenimo na
podlagi podatkov v preglednici 3 (l)
Preglednica 3: Prikaz porabe vode za posamezne aktivnosti [20]
Mala poraba
Aktivnost Poraba tople
vode (l)
Umivanje rok 3
Kopanje 35
Tuširanje 120
Kuhanje 5
Osebna nega 3
Pralni stroj 20
Pomivalni stroj 30
15–30 litrov, na osebo, na dan
Srednja poraba 30–60 litrov, na osebo, na dan
Velika poraba 60–120 litrov, na osebo, na dan
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 19 -
Pomembno je, da hranilnik ni premajhen, ker lahko pride do pregrevanja ob vročem sončnem
dnevu oz. je kolektor izpostavljen visokim stagnacijskim temperaturam. Zaradi manjše
gostote tople vode se ta v HT dviga navzgor, kjer so najvišje temperature, medtem ko so v
najnižji točki HT najnižje temperature vode. To vpliva na vgraditev prenosnika toplote, ki
mora imeti izhod iz HT na najnižji možni točki zaradi doseganja višjega izkoristka. Tudi na
HT so izdelane reže, v katere vstavimo senzorje temperature (slika 11). Vsaj dve reži sta
priporočljivi, ena blizu vrha, druga pa blizu dna, saj le tako dobimo kvalitetne informacije o
stanju v hranilniku.
Naloga prenosnika toplote je, da v hranilnik preda čim več toplote, prenesene iz SSE.
Prenosnik toplote ločuje pitno vodo od nosilca toplote, ki lahko vsebuje razne primesi (npr.
protizamrzovalno sredstvo), kar preprečuje kontaminacijo vode. Izdelani so iz istih materialov
kot HT. PT so lahko vgrajeni v hranilnik v obliki spirale ali nameščeni izven hranilnika, v
neposredni bližini. Prednost zunanjih je, da jih je lažje očistiti, medtem ko so nekateri notranji
fiksno vgrajeni v HT. Velja, da večja kot je površina prenosnika, boljši je prenos toplote v
HT, posledično je temperatura nosilca toplote nižja, ko se vrača v SSE. Rezultat je višji
izkoristek sistema. Vendar velikost prenosnika ni edino merilo, za primerjavo različnih
prenosnikov toplote je pomemben karakteristični koeficient prenosa toplote. Ta upošteva
površino in prestop toplote, ki je odvisen od materiala prenosnika.
Specifična moč prenosnika naj bo med 50 in 80 W/K za vsak m2 površine prenosnika
toplote.
Slika 11: Tipičen HT v prerezu s priključki [14]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 20 -
3.2.4. Obtočna črpalka [6], [7]
Namenjena je poganjanju kapljevine po sistemu, to pomeni od SSE do hranilnika toplote in
nazaj do SSE. Črpalke so električno gnane, navadno se uporabljajo takšne na izmenično
napetost. Možna je tudi povezava črpalke s sončnimi celicami, kar še dodatno zmanjša
obremenjevanje okolja. Pri dimenzioniranju črpalke upoštevamo tlačni padec pri pretoku
nosilca toplote, ki je sorazmeren kinematični viskoznosti kapljevine. Tlačni padec je odvisen
tudi od premerov cevi v sistemu in črpalne višine. Z večanjem tlačnega padca v sistemu se
povečuje potrebna moč črpalke. Večji kot je izkoristek, manj električne energije porabi
črpalka za prenos enake količine kapljevine. Priključena je navadno na hladni strani za
izhodom iz HT.
3.2.5. Sistem cevi ter vključeni varnostni elementi [5]
V veliki meri se uporabljajo bakrene cevi različnih dimenzij. Redkeje se uporabljajo cevi iz
plastičnih mas, ki naj ne bodo blizu kolektorjev. Tudi cevi je potrebno toplotno izolirati, tako
da so toplotne izgube čim manjše. Podvržene so nihanjem temperatur in visokim tlakom, kar
zahteva kvalitetne povezave med njimi oz. priključki. Na sistem cevi so dodani razni
priključki za namene varnosti ali merjenja temperature in tlaka. Koliko bo teh priključkov, je
odvisno od vsakega posameznega sistema.
Večina zaprtih sistemov ima priključeno raztezno posodo, ki lahko sprejme presežek
nosilca toplote, ko se ta razširi zaradi zvišanja temperature. Brez raztezne posode lahko pride
do poškodb v sistemu zaradi velikega tlaka, ki nastane ob širjenju kapljevine. V raztezni
posodi je gumijasta membrana pod določenim tlakom, ki se skrči, ko tlak v sistemu naraste in
dovoli vstop kapljevini.
Odzračevalnik omogoča izpust zraka iz sistema, ki je vedno prisoten v vodi in lahko
povzroči korozijo in nastanek zračnih žepov, kar otežuje kroženje kapljevine po sistemu.
Odzračevalnik mora biti vertikalno priključen na najvišji točki sistema, takoj za izhodom iz
kolektorja. Na vrhu odzračevalnika je navadno priključen še zračni filter.
Varnostni ventil ali tlačni razbremenilni ventil preprečuje, da bi v sistemu prišlo do
poškodb zaradi nenadnega povečanja tlaka. Pred namestitvijo s privijanjem ali odvijanjem
vijaka nastavimo napetost vzmeti in posledično tlak, pri katerem se bo ventil odprl in izpustil
kapljevino v okolico. Različni viri navajajo različne možne priključitve ventilov.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 21 -
Najpogosteje je priključen pred raztezno posodo. V hladnejših okoljih se vgrajujejo tudi
ventili proti zamrzovanju.
Protipovratni ventil preprečuje gibanje kapljevine v nasprotno smer. S tem preprečimo,
da bi se kapljevina ponoči oz. ko je voda v hranilniku toplejša kot v kolektorju, dvigala
navzgor v primeru, ko je hranilnik v nižjem položaju kot kolektor. Tako preprečimo dodatne
toplotne izgube sistema. Ventil je lahko nameščen na vhodni ali izhodni strani blizu
hranilnika. Ko se cirkulacija kapljevine konča, vzmet avtomatsko zapre ventil ter tako
prepreči povratni tok.
Manometri, termometri in temperaturni senzorji nam sporočajo stanje v sistemu.
Potrebna sta minimalno dva temperaturna senzorja, da lahko preko regulatorja krmilita
črpalko. Prvi mora biti nameščen pri izhodu iz kolektorja, drugi pa na spodnji hladnejši strani
hranilnika, dodaten senzor je v veliko primerih nameščen pri vrhu hranilnika. Z dodatnim
termometrom na povratnem in dvižnem vodu iz kolektorja dobimo natančnejše podatke o
stanju sistema.
Če manometra priključimo na obeh straneh črpalke, lahko določimo pretok skozi
sistem, upoštevajoč karakteristike proizvajalca črpalke, ki temeljijo na padcu tlaka. Na sliki
12 so prikazani nekateri zgoraj opisani elementi, vključeni v sistem.
Slika 12: Možnost priključitve varnostnih elementov v sistem [19]
3.2.6. Regulator sistema [7]
Skrbi za varnost in boljši izkoristek delovanja. Navadno imajo regulatorji zaslone, na katerih
se nam prikazujejo informacije o delovanju sistema. Najpogosteje uporabljen način regulacije
deluje na principu razlike v temperaturah, ki jo merijo temperaturni senzorji na določenih
mestih v sistemu. Povezan je z obtočno črpalko, ki jo krmili glede na nastavljeno
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 22 -
temperaturno razliko. V primeru, da je temperaturna razlika večja, kot je nastavljena na
regulatorju, se črpalka vklopi in obratno. Takšne regulatorje imenujemo temperaturno
diferenčni regulatorji. Napredni termostati lahko celo spreminjajo hitrost črpalke in s tem
optimizirajo delovanje sistema. Nove tehnologije omogočajo neštete možnosti upravljanja
sistemov tako preko pametnega telefona kot računalnika.
Vprašljiva je uporaba plastičnih absorberjev zaradi njihove slabe toplotne prevodnosti
pa tudi zaradi visokih temperatur v kolektorju, vendar bomo kljub temu za naš izdelek
uporabili absorber iz umetnih mas, zaradi cenovne dostopnosti, saj smo prepričani, da lahko
tudi iz cenenih materialov naredimo sprejemljivo kvaliteten SSE.
3.3. Prenos toplote in učinkovitost SSE [6], [7]
Poznamo tri različne mehanizme prenosa toplote: prestop, prevod in sevanje. Vse moramo
upoštevati, kadar želimo izraziti učinkovitost delovanja oz. izgube SSE. Ob opisih vseh treh
mehanizmov prenosa toplote bomo opisali, kako lahko izboljšamo učinkovitost SSE.
Prevod toplote je pomemben pri absorberju, saj je od le-tega odvisno, kolikšen delež
toplotne energije bo prešel skozi absorber in prestopil na nosilec toplote. Ravno zaradi dobre
prevodnosti se najpogosteje uporabljajo bakrene cevi. Prevod toplote poteka tudi skozi
izolacijo SSE, težimo k temu, da je ta vrednost čim manjša, kar dosežemo z zadostno debelino
izolacije in konstrukcijo brez toplotnih mostov.
Prestop toplote se pojavi pri vrhu pokrova SSE, odvisen je od vremenskih pogojev,
večja kot je npr. hitrost vetra, intenzivnejši je prestop toplote. Zaradi tega mora biti absorber v
zaprtem prostoru, saj bi drugače prihajalo do prevelikih izgub toplote s prestopom. Tudi v
samem SSE prihaja do prestopa, kar vpliva na učinkovitost. Ko je zrak v stiku s toplejšo
površino v SSE, se začne segrevati, zmanjša se mu gostota in posledično se začne dvigati
zaradi vzgona, na njegovo mesto pa doteka zrak z nižjo temperaturo. Pomembno vlogo pri
prestopu znotraj SSE ima širina rege med absorberjem in zasteklitvijo, kot smo že prej
omenili. Prestop toplote lahko zmanjšamo z izsesavanjem zraka iz SSE, ki s kroženjem
prenaša toploto, v tem primeru more SSE imeti dodatne oporne elemente v kritičnih točkah,
da ne pride do poškodb zaradi razlike v tlakih. Zmanjšanje prestopa dosežemo tudi s prosojno
izolacijo med absorberjem in pokrovom. Takšna izolacija je sestavljena iz vzporednih odprtih
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 23 -
cevk z debelino stene nekaj μm in premerom nekaj mm. Sončno sevanje se na stenah cevk
odbija in potuje do absorberja, uporabne so le steklene cevke zaradi visokih temperatur.
Sonce oddaja toplotno energijo s sevanjem, ki za prenos ne potrebuje materije. Delež
vpadnega sevanja, ki doseže material, lahko razdelimo na tri komponente: refleksivnost
(odbojnost), transmisivnost (prepustnost) pri optično prozornih telesih in absorptivnost
(vpojnost). Slika 13 prikazuje toplotne tokove v SSE. Idealen SSE bi absorbiral vso sončno
sevanje, vendar na tekočino prestopi le del tega sevanja. Nekaj se ga od pokrova odbije, nekaj
absorbira. Delež se odbije tudi na absorberju. Segreti absorber nato toploto oddaja nazaj v
hladnejšo okolico, večinoma v daljših valovnih dolžinah, kot jo sprejme. Delež odsevane
toplote zmanjšamo s selektivnimi nanosi na absorberju, ki ta pojav močno zmanjšajo, medtem
ko vpojnost stekla povečamo z odstranitvijo železovega oksida pri sami izdelavi.
Transmisivnost pokrova pa povečamo z zmanjšanjem reflektivnosti površine pokrova, z
nanašanjem tankega sloja, katerega lomni količnik je manjši kot lomni količnik stekla.
Slika 13: Prikaz toplotnih tokov v SSE [7]
3.4. Izračun učinkovitosti SSE [6]
Toplotni tok (neto koristna toplota), dobljen s pretvorbo sončne energije, ki ga kapljevina
odvede iz SSE, lahko izračunamo po naslednji enačbi:
(15)
Kjer pomenijo:
QSSE – toplotni tok, dobljen s pretvorbo sončne energije (W)
FR – brezdimenzijski faktor učinkovitosti absorberja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 24 -
ASSE – površina SSE (m2)
Gglob,SSE – globalno sevanje na ravnino pokrova SSE (W/m2)
τpokrov – transmisivnost vseh pokrovov
αabs – absorbtivnost površine absorberja
kSSE – koeficient toplotne prehodnosti SSE (W/(m2K)
TSM,sr – srednja temperatura solarnega medija v SSE (°C)
TOK – temperatura okolice (°C)
Izkoristek ( ) ali učinkovitost SSE pomeni zmožnost pretvorbe sončne energije v koristno
toplotno energijo. Torej je enak razmerju med odvedenim toplotnim tokom, ki se izračuna po
enačbi 15, in trenutno vpadlo energijo sonca. Izkoristek je močno odvisen od razlike v
temperaturi med okolico in absorberjem, višja kot je razlika, manjši je izkoristek, ker se
povečajo toplotne izgube. Izračunamo ga po naslednji enačbi:
(%)
(16)
Če namesto QSSE vstavimo izraz 15 in enačbo ustrezno uredimo, dobimo naslednji izraz:
(17)
Zmnožek:
(18)
imenujemo tudi optična učinkovitost ηo sprejemnika, saj se nanaša na optične lastnosti
pokrova in absorberja (usmerjeno navpično sevanje na površino SSE). Optična učinkovitost je
največji možni teoretični izkoristek SSE, saj je izračunan pri razliki temperatur med
absorberjem in okolico enaki 0. Najboljši zastekljeni SSE imajo ηo okoli 90 %.
Izraz:
(19)
imenujemo nadtemperatura sprejemnika in ga skrajšano označimo s T*.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 25 -
Učinkovitost SSE lahko ponazorimo v diagramu s krivuljami oz. premico učinkovitosti. Na
sliki 14 so prikazane tipične relacije med izkoristkom in razliko med temperaturama ter
intenziteto globalnega obsevanja.
Slika 14: Tipične vrednosti izkoristka kolektorja pri različnih temperaturnih razlikah in
obsevanjih [15]
Enačba:
(20)
predstavlja naklonski kot premice učinkovitosti v diagramu. Tako lahko zapišemo skrajšano
enačbo za izračun izkoristka SSE:
(21)
Ker redko poznamo točne optične lastnosti sprejemnikov in vse konstrukcijske parametre,
izkoristek lažje določimo po drugi enačbi, ki jo imenujemo kalorimetrična. Po tej enačbi
odveden toplotni tok QSSE izmerimo pri časovno ustaljenem oz. kvazistacionarnem delovanju.
(W) (22)
Enačbo za izkoristek SSE potem lahko zapišemo
(23)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 26 -
Kjer pomenijo:
– povprečni masni pretok solarnega medija (kg/s)
– specifična toplota solarnega medija (J/kgK)
– temperatura solarnega medija na izstopu iz SSE (°C)
– temperatura solarnega medija na vstopu v SSE (°C)
Seveda pa na učinkovitost delovanja kolektorja vplivajo še drugi parametri, ki jih je potrebno
upoštevati. To so:
stagnacijska temperatura pri maksimalnem sončnem sevanju;
efektivna termalna kapaciteta; nanaša se na material, iz katerega je sestavljen kolektor;
nekateri materiali imajo visoko termalno kapaciteto in se počasi odzivajo na zunanje
spremembe, medtem ko za nekatere velja obratno;
sposobnost črpanja skozi kolektor; padec tlaka, ki ga more premagati črpalka pri
določenem pretoku.
Vidimo, da se na ta način izognemo parametrom, ki jih morebiti ne poznamo ali jih ne
moremo natančno izmeriti in bi zaradi tega lahko prišlo do rezultatov z odstopanjem od
dejanske vrednosti. Tudi sami se bomo posluževali te enačbe izračuna izkoristka za naš
kolektor, saj vključuje samo veličine, ki jih lahko izmerimo med meritvami, v nasprotnem
primeru bi lahko prišlo do težav zaradi pomanjkanja podatkov. Verjetno sploh ne bi bilo
mogoče določiti vseh potrebnih parametrov, saj bomo za izdelavo kolektorja uporabili
nestandardne materiale z neznanimi karakteristikami. V bistvu ta izračun temelji na dejansko
izmerjenih vrednostih, medtem ko je potrebno v drugih izračunih poznati neke določene
parametre, ki se mogoče ne skladajo z dejanskim stanjem.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 27 -
4 Načrtovanje, dimenzioniranje in izdelava prototipa
Pri načrtovanju izdelave kolektorja smo se držali načela, da ga izdelamo s čim manjšimi
stroški ter dosežemo čim večji izkoristek delovanja kolektorja. Zaradi tega smo se odločili, da
kjer se le da, uporabimo odpadne materiale oz. materiale, ki so na voljo doma. Ko smo imeli
na voljo vse dele, smo kolektor še dimenzionirali, nato je sledila izdelava kolektorja. V
preglednici 4 so prikazani uporabljeni materiali, njihov namen in stroški nabave materiala.
Preglednica 4: Uporabljeni materiali za izdelavo kolektorja, njihov namen ter cena
Material ter namen Cena [€]
Gumijasta solarna cev ɸ 16 - za absorber 15
Odpadno okno z dvoslojno zasteklitvijo – za okvir kolektorja z zasteklitvijo 0
Deli palet – za spodnji del okvirja kolektorja, podstavek in držalo za kolektor 0
Poliuretanska pena – za izolacijo ob straneh kolektorja 4
Silikonski kit x 2 – za zamašitev por 8
Barva 0
Ročaj x 4 – za držala ob straneh kolektorja 10
Polistirenska plošča z lesenim okvirjem (28 mm) – za hrbet kolektorja, izolacija 0
Kovinska plošča črne barve – za prekritje notranje površine hrbtišča kolektorja 0
Cevne plastične objemke ɸ 16 x 40 – za pritrditev absorberja na hrbet kolektorja 7
Kovinski nastavek za cev z navojem x 2 – za spojitev cevi pri meritvah 5
Kovinske objemke kovinske za spajanje cevi – za spojitev cevi pri meritvah 3
Skupaj: 52 €
4.1. Opis sestavnih delov
Za absorber smo uporabili gumijasto solarno cev zunanjega premera 16 mm, z debelino stene
1,5 mm pritrjeno na pločevino črne barve. Slabost gume je njena nizka toplotna prevodnost,
ki znaša (iz KSP) λ ≈ 0,16 W/mK, medtem ko toplotna prevodnost bakra, iz katerega so
navadno narejeni konvencionalni absorberji, znaša: λ = 395 W/mK, kar je neprimerno več.
Prednost gumijaste cevi je nizka cena in enostavna namestitev v samo ohišje, to pomeni, da
absorber lahko namestimo v obliko, ki nam najbolj ustreza. Potrebno se je bilo le še odločiti,
v kakšni obliki bomo absorber namestili v ohišje kolektorja. V konkretnem primeru smo se
odločali med tremi oblikami namestitve. Na sliki 15 so prikazane vse tri izvedbe.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 28 -
Slika 15: Absorber, zavit v spiralo, absorber, zavit v kačo, ter absorber z dvižnim in
povratnim vodom
Kot prva je odpadla možnost namestitve absorberja z dvižnim in povratnim vodom, saj bi si s
tako postavitvijo zelo otežili delo, tudi pozneje bi lahko nastopile težave s puščanjem
tekočine. Za spiralno namestitev smo se odločili, ker smo v kolektorju želeli maksimalno
dolžino cevi in smo le tako, zaradi omejene gibkosti, lahko v kolektor namestili celotno cev
dolžine 25 m, kljub temu da je ob robovih ostal neizkoriščen prostor.
Količina vode, ki jo sprejme absorber po enačbi 24, znaša:
(24)
Kjer pomenijo:
V – volumen cevi/absorberja (m3)
r – notranji polmer cevi (m)
L – dolžina cevi (m)
Za okvir in zasteklitev smo uporabili staro okno z dvoslojno zasteklitvijo, katere prednost je
manjša izguba s prestopom, slabost pa je povečanje refleksivnosti sevanja, kar pomeni, da se
poveča delež sončnega sevanja, ki se od stekla odbije v okolico. Posledično to vpliva na
manjše dosežene temperature v samem kolektorju, kar pomeni tudi nižji izkoristek. Površina
zasteklitve (ASSE) je 1,1 m2. Deli palet, ki smo jih uporabili za stranice kolektorja (širine 78
mm), obenem nudijo tudi toplotno izolacijo, kljub temu da je toplotna prevodnost 4 krat
manjša od polistirena.
Ko smo vedeli kakšna, bo namestitev absorberja, smo kolektor izrisali v tlorisu (slika
16) in prerezu (slika 17) glede na sestavne dele, ki smo jih pozneje uporabili za izdelavo, ter
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 29 -
ga dimenzionirali. Zasnovo kolektorja smo morali samo še prenesti iz virtualnega okolja v
realno in se lotiti izdelave.
Slika 16: Tloris kolektorja
Slika 17: Prerez kolektorja
Najprej smo izdelali okvir z zasteklitvijo, to pomeni, da smo pripravili okno in nanj pritrdili
leseni okvir narejen iz palet. S poliuretansko peno smo zapolnili režo, ki je zaradi oblike okna
ostala med okvirjem okna in lesenim okvirjem. Nato smo na hrbtišče, ki je hkrati tudi
izolacija, pritrdili pločevino. Absorber smo na hrbtišče pričvrstili s plastičnimi objemkami,
tako da so cevi bile dvignjene od pločevine za 13 mm. Hrbtišče z absorberjem smo nato
pritrdili na okvir z zasteklitvijo. Vsak spoj smo še dodatno obdelali s silikonskim kitom, da bi
zmanjšali toplotne izgube. Ker smo hoteli estetski videz, smo okvir obdelali z lesenimi
ploščami in jih pobarvali z isto barvo kot spodnji del kolektorja. Ko je bil kolektor sestavljen,
smo na okvir pritrdili še ročaje za lažje prenašanje, saj je končan kolektor tehtal kar 80 kg.
Sestavni deli so prikazani na sliki 18.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 30 -
Slika 18: Sestavni deli kolektorja
Izdelava ni bila posebno zahtevna, potekala je brez večjih zapletov, potrebno je bilo le
upoštevati nekatere podrobnosti in natančno prilagoditi vse dele, ki smo jih spajali.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 31 -
5 Izvedba merilne proge
Merilno progo smo izvedli tako, da smo lahko merili pretok in na štirih mestih temperaturo.
Podatke meritev smo s pomočjo aplikacije, ki smo jo naredili, beležili na računalniku. Tako
smo lahko sproti spremljali spremembe. Termoelemente smo razporedili po merilni progi,
tako da smo iz dobljenih rezultatov lahko izračunali izkoristek.
5.1. Omejitve meritev
Pred začetkom meritev smo si postavili določene zahteve, ki smo jih skušali izpolniti. Tako
smo želeli dobiti čim bolj primerljive rezultate. Zahteve so povzete v naslednjih točkah:
Vodo bomo poskušali segreti na > 50 °C, zaradi tega, ker se v primeru nižje
temperature v stoječi vodi lahko razvijejo mikroorganizmi legioneloze, ki povzročajo
legionarsko bolezen in pontiaško vročico.
Kolektor bomo ob vsaki meritvi obrnili proti jugu z naklonom 30° glede na
horizontalno ravnino, ker nas zanima izkoristek v primeru, da je kolektor fiksno
postavljen na neko površino npr. na streho hiše. Pomagali smo si s kompasom.
Zanemarili bomo vetrovne razmere, saj bodo meritve potekale v relativnem zavetju.
Predpostavili bomo, da je vpliv vetra zanemarljivo majhen in nima občutnega vpliva
na rezultate meritev.
5.2. Merilna proga
Slika 19: Skica merilne proge
Na merilni progi (slika 19) si v smeri pretoka sledijo: ventil za nastavitev pretoka, merilnik
pretoka in termoelementi. Vsi termoelementi so bili tipa K. Maksimalni pretok, ki ga
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 32 -
omogoča vodovod, znaša 0,167 l/s, ob polno odprtem ventilu, medtem ko je minimalni
pretok, ki ga je še zaznal senzor, znašal 0,004 l/s.
Slika 20: Termoelement (T1) ter merilnik pretoka (PR) pred vstopom vode v kolektor
Prvi termoelement (T1) meri temperaturo vode pred vstopom v SSE, takoj za njim je
postavljen merilnik pretoka (PR), kot je razvidno iz slike 20.
Z naslednjim termoelementom (T2), ki smo ga vstavili skozi izolacijo v sredino SSE (slika
21), smo merili temperaturo zraka v notranjosti kolektorja.
Slika 21: Termoelement (T2) ter terminalni blok (T4) na levi strani
Na iztočni cevi kolektorja je termoelement (T3) meril temperaturo ogrete vode (slika 22), ki
smo jo nato spuščali v odtok. Prvi ter tretji termoelement sta bila vstavljena v bakreno cev, ki
je predstavljala tudi povezavo med dotočno cevjo in absorberjem ter absorberjem in odtočno
cevjo.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 33 -
Slika 22: Termoelement (T3) v ozadju T1, PR in TB
Temperaturo okolice smo merili kar s terminalnim blokom (TB), ki ima senzor za merjenje
temperature hladnega spoja. Terminalni blok (slika 21) smo postavili pod kolektor in ga še
dodatno zaščitili pred direktnim sončnim sevanjem. Enako smo storili tudi s preostankom cevi
pred vstopom v kolektor, s čimer smo zmanjšali vpliv vremenskih razmer na rezultate
meritev. Takšna razporeditev termoelementov nam omogoča, da lahko izračunamo razliko v
temperaturi vode po izstopu iz SSE, medtem ko nam je znana temperatura okolice, notranjosti
kolektorja ter masni pretok vode skozi kolektor.
Za spremljanje meritev smo uporabili računalniški program LabVIEW 2012, v katerem
je bila izdelana merilna aplikacija, ki je prikazovala in shranjevala podatke iz senzorjev. Iz
dobljenih podatkov zgoraj navedenih termoelementov in pretokomera je program sproti
prikazoval še moč kolektorja.
5.2.1. Sistem za zajemanje podatkov
Uporabili smo večfunkcijsko kartico NI PCI EXPRES 6363. Maksimalna frekvenca
zajemanja kartice je 2 MHz po 1 kanalu in ločljivost 16 bitov. Ločljivost je primerna za te
meritve signalov termoelementov, dejanske meritve pa smo izvedli s frekvenco zajemanja
1000 Hz in povprečenjem. Vsi senzorji so bili priključeni na terminalni blok SCC 68, ki je bil
povezan s kartico, s kablom SHC 68-68M.
Signal pretokomera je bil pravokotne oblike z minimalno frekvenco okoli 1 Hz, zato
smo za zajem potrebovali vsaj 5-sekundni interval. Signal pretokomera je bil viden na zaslonu
in v primeru, da senzor ni zaznal pretoka (pretoka ni ali pa je premajhen) je prikazal vrednost
okrog 4 l/s oz. 50 Hz, kar pomeni napako.
Podatki so se osveževali vsakih 6 sekund.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 34 -
5.3. Priprave na meritve
Preden smo opravili prvi test, smo namestili kolektor pod naklonskim kotom β = 30° (kot med
ravnino ploskve in horizontalno ravnino) na podlago iz palete (slika 24). Na podlagi želenega
naklonskega kota in dolžine spodnje ploskve smo izračunali še dolžino vertikalne oporne
stranice (X) in dolžino hipotenuze (Y) oz. točko, kjer smo pritrdili oporno stranico (slika 23).
Slika 23: Izračun dolžin za postavitev SSE
→
(25)
(26)
Tako smo dobili dolžine stranic in lahko smo postavili kolektor. Naklonski kot je pomemben
zaradi kota višine sonca, ki v poletnih mesecih znaša okrog poldneva približno 60°
(podrobnejši opis je v poglavju 2.1.2.). Naslednja naloga, ki smo jo naredili, ko smo imeli vse
povezano, je bila kontrola pretoka, da smo ugotovili, če se prikazana vrednost sklada z
realnim pretokom. To smo naredili tako, da smo pretok nastavili na 0,05 l/s, na izteku pa smo
podstavili čašo in s štoparico merili čas 20 sekund. Po dvajsetih sekundah je bila čaša
napolnjena malenkost čez 1 liter, kar pomeni, da smo dobili zadovoljivo vrednost. Ugotovili
smo, da je nemogoče vzdrževati konstanten pretok, saj zaradi priklopa na vodovodno omrežje
vedno pride do manjših odstopanj. Naslednja naloga bi bila umerjanje termoelementov,
vendar smo se temu lahko izognili, saj so bili pred kratkim umerjeni z majhnim odstopanjem,
ki bistveno ne vpliva na naše rezultate.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 35 -
Slika 24: Kolektor, postavljen pod kotom 30° in obrnjen proti jugu
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 36 -
6 Izvedba meritev
Skupno smo opravili tri cikle meritev od 18. 8. 2014 do 18. 9. 2014. Pred meritvami smo
opravili test, pri katerem smo ugotavljali, ali so vsi instrumenti na merilni progi usklajeni.
Vsaka meritev je potekala nekoliko drugače v primerljivih vremenskih pogojih. Za vsako
meritev smo iz podatkov za sončno sevanje izračunali povprečno vrednost sončnega sevanja.
Temperatura zraka, ki smo jo merili s terminalnim blokom, je bila vedno višja od dejanske
temperature. Do razlike je prišlo zaradi tega, ker smo terminalni blok postavili pod kolektor 3
cm nad tlemi, kjer je toplotno sevanje od tal intenzivno, ob straneh pa smo ga pred direktnim
sončnim sevanjem zaščitili le s kartonom. Preden so se meritve začele zapisovati, je bil
kolektor že nekaj minut izpostavljen sončnemu sevanju zaradi priprave merilne proge, kar
pomeni, da je bila temperatura zraka v kolektorju na začetku meritev že povišana. Vse
meritve smo opravili ob približno enaki uri (med 11:50 in 14:15). Poudariti je potrebno tudi
to, da vremenski podatki, ki so navedeni pri opravljenih meritvah, veljajo splošno za Maribor
in ne nujno tudi za specifično mesto, kjer smo opravljali meritve. Povprečne rezultate meritev
smo pri vsaki meritvi posebej razdelili v preglednico v smiselnih časovnih intervalih, z
namenom, da prikažemo čim bolj točne rezultate.
6.1. Prva opravljena meritev dne 18. 8. 2014
Namen prve meritve je bil kolektor ogreti na maksimalno možno temperaturo in nato
ugotoviti, kakšno količino vode, ogrete nad 50 °C, dobimo, če vzpostavimo maksimalni
pretok. Rezultati so prikazani na sliki 25.
Vremenski podatki med 11:50 in 13:40:
Povprečna moč globalnega sončnega sevanja na ravno površino: 831 W/m2
Največja moč globalnega sončnega sevanja na ravno površino: 847 W/m2
(med 13:00
in 13:30)
Oblačnost: 1/8 ves čas meritev
Hitrost vetra: 4,8 m/s, močni sunki ves čas meritev
Povprečna temperatura ozračja: 24 °C
Povprečna temperatura ozračja, izmerjena s terminalnim blokom: 29,0 °C
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 37 -
Slika 25: Potek pretoka in temperatur – meritev 1
Pred meritvijo smo preizkusili merilnik pretoka tako, da smo najprej pretok odprli na
minimum, nato še na maksimum in primerjali vrednosti s tistimi iz testiranj. Ker so bile
vrednosti podobne (razlika 0,001 l/s), smo lahko pričeli z meritvami.
Najprej smo vzpostavili konstanten pretok vode skozi kolektor. Vidimo lahko (slika 25),
da sta se temperaturi v kolektorju in na izstopu počasi, ampak konstantno dvigali.
Temperaturna razlika med njima je bila 16 °C pri povprečnem pretoku 0,006 l/s. Po pol ure,
ko so se temperature ustalile, smo pretok zaprli in čakali, da se kolektor ogreje na maksimalno
temperaturo. Kolektor se je ogreval zelo počasi in neenakomerno, predvidevamo, da zaradi
močnega vetra in posledično povečanih konvekcijskih izgub. Zaradi takšnih razmer smo se
odločili, da pri 92 °C odpremo ventil za vodo na maksimalno vrednost. Kolektor se je do te
temperature ogreval kar 70 minut. Ko smo ventil odprli, je temperatura na izstopu strmo
padla, po 36 sekundah je bila nižja od 50 °C. Če izračunamo povprečen pretok vode (0,165
l/s) v teh 36 sekundah, dobimo količino vode, ogrete nad 50 °C.
(27)
Po dveh minutah (po odprtju ventila) je temperatura vode na izstopu padla na 28 °C, medtem
ko je senzor v kolektorju prikazoval 78 °C. Temperaturna razlika med vstopom in izstopom
je znašala le še 5 °C.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
0,16
0,18
0,2
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
22
21
2
40
1
59
1
78
1
97
0
11
59
13
48
1
53
8
17
27
19
16
21
05
22
95
24
84
2
67
3
28
63
3
05
2
32
41
34
30
3
62
0
38
09
39
98
41
88
43
77
45
66
4
75
5
49
45
51
34
53
23
55
12
57
02
5
89
1
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s) T4 temrblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
Odsek, katerega smo upoštevali za izračun izkoristka kolektorja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 38 -
Ker s takšnim režimom ni možna kontinuirana proizvodnja, bi bila bolj smiselna saržna
proizvodnja tople vode.
Moč oz. odveden toplotni tok QSSE lahko zapišemo:
(W) (28)
Kjer je:
– masni pretok vode
– specifična toplota vode
T3 – izstopna temperatura
T1 – vstopna temperatura
Odveden toplotni tok torej izračunamo pri časovno ustaljenem oz. kvazistacionarnem
delovanju. Interval stacionarnega delovanja smo označili na sliki 25. Glede na to, da je med
20 °C (4182 J/kgK) in 40 °C (4178 J/kgK) razlika v specifični toploti vode le 4 J/kgK, smo se
lahko izognili interpolaciji in sami ocenili vrednost, saj tako mala razlika nima vpliva na
rezultat. Potrebna bi bila tudi pretvorba iz volumskega v masni pretok, saj se gostota vode
znižuje z višanjem temperature. Vendar pa le-ta nima velikega vpliva na rezultat, saj je
sprememba v izračunu moči kvečjemu 1 W. Zato bomo v nadaljevanju računali s konstantno
gostoto. Če vstavimo vrednosti za prvi primer v enačbo (28), dobimo:
Preglednica 5: Povprečni rezultati prve meritve
Čas (ure:min)
Vstop T1
(°C)
Komora T2
(°C)
Izstop T3
(°C)
Razlika T3 –
T1 (°C)
Pretok
(l/s)
Moč
(W)
11:50 –
12:20
24,1
47,0
32,9
8,8
0,006
220,7
12:20–
13:30
/
T2 max =
91,8
/
/
Pretok
zaprt
/
13:30 –
13:32
24,1
86,1
49,4
25,3
0,147
/
13:32 –
13:40
26,8
73,4
33,0
6,2
0,051
*
1321,7
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 39 -
Rezultate v posameznih časovnih intervalih prikazuje preglednica 5. Moči, ki smo jih v
tabelah označili z *, pomenijo vrednosti, dobljene pri neustaljenih razmerah, kar pomeni, da
vsaj ena izmed temperatur ni bila konstantna.
6.2. Druga opravljena meritev dne 8. 9. 2014
Pri drugi meritvi smo kolektor za eno uro postavili na sonce, da se segreje na maksimalno
temperaturo, nato smo vzpostavili pretok. Naš namen je bil, da ugotovimo kakšno
moč/izkoristek kolektor doseže pri določenem konstantnem pretoku oz. kontinuirani
proizvodnji tople vode. Rezultati so prikazani na sliki 26.
Vremenski podatki med 12:15 in 14:15:
Povprečna moč globalnega sončnega sevanja na ravno površino: 731,7 W/m2
Največja moč globalnega sončnega sevanja na ravno površino: 740 W/m2 (med 12:30
in 13:00)
Oblačnost: 1/8 ves čas meritev
Hitrost vetra: 2,8 m/s
Povprečna temperatura ozračja: 23 °C
Povprečna temperatura ozračja, izmerjena s terminalnim blokom: 29,5 °C
Slika 26: Potek pretoka in temperatur – meritev 2
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,1
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
13
25
1
49
0
72
8
96
6
12
04
14
42
16
80
19
18
21
60
23
98
26
36
28
74
31
13
33
51
35
89
38
27
40
65
43
03
45
41
47
79
50
18
52
56
54
94
57
32
59
70
62
08
64
46
66
85
69
23
71
61
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s) T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
Odseka, ki smo ju
upoštevali pri izračunu
izkoristka kolektorja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 40 -
Po eni uri se je zrak v kolektorju ogrel na 85,2 °C, torej je temperaturna razlika glede na
začetek merjenja znašala 42,2 °C. Ko smo vzpostavili pretok, je temperatura v kolektorju
najprej strmo padla, nato pa konstantno padala. Vidimo, da je takoj po vzpostavitvi pretoka
temperatura vode na izstopu bila celo višja kot v kolektorju. Vzrok tega je bila ogreta cev in
termoelement na izteku iz kolektorja. Po sedmih minutah se je temperatura vode na izstopu
ustalila pri 37 °C, medtem ko je temperatura v kolektorju še rahlo padala. Ko so se
temperature ustalile, smo pretok povečali iz 0,011 na 0,013 l/s. Temperatura na izstopu je
padla na 34,5 °C. Ko se je ponovno ustalila, smo še dodatno povečali pretok na 0,031 l/s.
Tokrat je senzor izmeril 28,8 °C. Pri konstantnem pretoku vode in ustaljenih razmerah je bila
povprečna razlika med temperaturo v kolektorju (T2) in temperaturo na izstopu (T3) 26,1 °C.
Iz tega lahko sklepamo, da je prenos toplote v kolektorju slab, kakor smo tudi predvidevali
zaradi uporabe absorberja (cevi) iz gume.
Preglednica 6: Povprečni rezultati druge meritve
Čas
(ure:min)
Vstop T1
(°C)
Komora T2
(°C)
Izstop T3
(°C)
Razlika T3 –
T1 (°C)
Pretok
(l/s)
Moč
(W)
12:15 –
13:15
/ T2 max =
85,2
/
/
Zaprt
pretok
/
13:15–
13:22
24,3
69,6
64,6
40,3
0,019
*
3200,6
13:22 –
13:55
24,6
62,8
36,7
12,1
0,011
556,3
13:55 –
14:10
24,6
59,7
35,1
10,5
0,013
570,6
14:10 –
14:15
23,3
58,9
27,7
4,4
0,032
*
588,5
V preglednici 6 vidimo, da se nam je moč povečala, ko smo povečali pretok, kljub zmanjšani
temperaturni razliki med vstopom in izstopom. Pri primerjavi izračunanih moči med prvo in
drugo meritvijo hitro ugotovimo, da druga meritev močno odstopa od prve. Če pogledamo
graf na sliki 26, vidimo, da je temperatura v kolektorju še padala, kar pomeni, da je kolektor
oddajal akumulirano toploto. Zaradi tega smo se odločili, da opravimo še eno meritev, da
bomo lažje primerjali dobljene moči in izkoristke kolektorja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 41 -
6.3. Tretja opravljena meritev dne 18. 9. 2014
Namen tretje meritve je bil ugotoviti, kako se kolektor odziva na spremenljivo vreme, zato
smo simulirali oblačnost, ves čas meritev je bil vzpostavljen konstanten pretok. Rezultati so
prikazani na sliki 27.
Vremenski podatki med 12:10 in 13:55
Povprečna moč globalnega sončnega sevanja na ravno površino: 700,2 W/m2
Največja moč globalnega sončnega sevanja na ravno površino: 705 W/m2 (med 12:30
in 13:30)
Oblačnost: 2/8 na začetku, potem 1/8
Hitrost vetra: 2,6 m/s
Povprečna temperatura ozračja: 18 °C
Povprečna temperatura ozračja, izmerjena s terminalnim blokom: 26,4 °C
Slika 27: Potek pretoka in temperatur – meritev 3
Ob postavitvi kolektorja na mesto smo vzpostavili konstanten pretok vode, vrednosti med
0,004 l/s in 0,007 l/s, saj natančnejša regulacija ni mogoča zaradi vezave na vodovodno pipo.
Iz grafa je razvidno, da se je kolektor pred začetkom meritev že nekoliko ogrel, vendar je
temperatura takoj padla, ko smo vzpostavili pretok. Zaradi pretežno jasnega vremena na
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0
10
20
30
40
50
60
14
19
8
38
1
56
4
74
7
93
1
11
14
12
97
1
48
1
16
64
18
48
20
31
22
14
2
39
7
25
80
27
63
2
94
7
31
30
33
13
3
49
6
36
79
38
62
4
04
6
42
29
44
12
45
95
47
78
49
62
51
45
53
28
55
11
56
94
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s) T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
Odseki , ki smo jih
upoštevali pri
izračunu izkoristka.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 42 -
začetku se kolektor ni enakomerno ogreval oz. je temperatura nihala. V grafu so ta nihanja
lepo vidna in na temperaturo vode na izstopu nimajo posebno velikega vpliva. Ko se je vreme
zjasnilo, je temperatura začela konstantno naraščati. Proti koncu meritev, ko so se temperature
ustalile, smo želeli preveriti odzivnost kolektorja ob daljšem času oblačnosti, saj je vreme
velikokrat nestabilno, zato smo simulirali oblačnost (slika 28) in ga prekrili, prvič za 5, nato
še za 7 minut. S tem smo hoteli videti, kako dolgo potrebuje kolektor, da se temperature
ponovno stabilizirajo, in kakšna je moč kolektorja, ko se temperature ponovno ustalijo.
Slika 28: Simulacija oblačnosti
V prvem primeru (5 min) je temperatura v kolektorju (T2) padla za 10 °C (iz 57 °C na 47
°C), zaradi daljše "oblačnosti" je padla tudi temperatura na izstopu (T3) za 2,7 °C (iz 31,7 °C
na 29 °C). Po enajstih minutah se je temperatura v kolektorju, kakor tudi na izstopu iz njega,
ponovno ustalila pri 56 °C oz. 31,7 °C.
V drugem primeru (7 min) je temperatura v kolektorju padla za 13 °C (iz 56 °C na 43
°C), temperatura na izstopu pa na 28 °C, torej za 3,7 °C. Tokrat se je temperatura ponovno
ustalila po desetih minutah, v kolektorju pri 55,2 °C ter na izstopu pri 32,3 °C. Na sliki 29
vidimo, kako se kolektor odziva. Razvidno je, da se je pri večjem padcu temperature ta tudi
hitreje dvignila in normalizirala, ko smo kolektor odkrili. Očitna je tudi razlika med
ohlajanjem in ogrevanjem v kolektorju. Ko smo ga prekrili, je namreč temperatura
sorazmerno linearno padala, medtem ko je pri ponovnem ogrevanju najprej hitro, nato pa
vedno počasneje naraščala, kar je značilnost odziva sistema prvega reda.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 43 -
Slika 29: Odzivnost kolektorja na oblačnost
Vidimo tudi, da sta temperatura vode pred vstopom v kolektor in temperatura okolice
konstantni ves čas meritev. Približno na sredini meritev je prišlo do motenj pri zaznavanju
pretoka, kar vidimo na grafu (slika 27) kot vertikalne črte.
Preglednica 7: Povprečni rezultati tretje meritve
Čas
(ure:min)
Vstop T1
(°C)
Komora T2
(°C)
Izstop T3
(°C)
Razlika T3 –
T1 (°C)
Pretok
(l/s)
Moč
(W)
12:15 –
12:40
22,7
32,2
28,8
6,1
0,009
*
239,7
12:40 –
13:05
23,8
46,7
32,0
8,2
0,006
*
205,7
13:05 –
13:30
23,6
54,8
30,9
7,3
0,007
213,6
13:30 –
13:55
23,7
52,1
30,6
6,9
0,007
201,9
Ves čas meritev je kolektor deloval s podobno močjo (preglednica 7), tudi takrat, ko
temperature še niso bile ustaljene, predvsem v začetnem delu meritev. Vidimo, da so
izračunane moči primerljive s prvo meritvijo.
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0
10
20
30
40
50
60
14
11
2
21
0
30
8
40
5
50
3
60
1
69
9
79
6
89
4
99
2
10
89
11
87
12
85
13
82
14
81
15
79
16
77
17
74
18
72
19
70
20
67
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s) T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 44 -
7 Rezultati meritev
Meritve smo poskusili opraviti v karseda podobnih pogojih, v glavnem nam je to tudi uspelo.
Želeli smo jih opraviti v krajšem časovnem obdobju, vendar so nam slabe vremenske razmere
to onemogočale. V roku enega meseca se je spremenil kot sevanja sonca, zmanjšalo se je
sončno obsevanje, posledično se je ohladilo tudi ozračje. Zaradi tega je prišlo do razlik v
izmerjenih močeh pri različnih meritvah. Vpliv na različnost rezultatov je imelo tudi to, da
smo vsako meritev opravili na drugačen način. To je bil tudi naš namen, saj smo želeli
ugotoviti, kako se kolektor odziva pri različnih okoliščinah. Vendar kljub temu lahko
potegnemo vzporednice med vsemi tremi meritvami.
Najbolj smiselno je, da med seboj primerjamo temperature ozračja, sončno obsevanje,
vetrovne razmere ter dobljeno moč in izračunamo izkoristek. V preglednici 8 so navedene
samo moči v časovnih intervalih, ko so bile temperature (vstop, izstop, komora) vsaj 5 minut
ustaljene (če je bilo možno). Slike z grafi odsekov so priložene v prilogi 1.
Preglednica 8: Primerjava meteoroloških podatkov in izračunane moči med meritvami
Datum / časovni
interval upoštevane
meritve
Temperatura
ozračja
(°C)
Hitrost vetra
(m/s)
Globalno
sončno sevanje
(W/m2)
Izračunana
moč
(W)
18.8.2014
12:20–12:25
22 4,8 822 169,2
8.9.2014 13:50–13:57 23 3,0 732 469,2*
14:01–14:11 24 2,6 724 530,9*
18.9.2014
13:17–13:22 20 2,4 608 231,2
13:30–13:38 21 2,9 618 222,1
13:50–13:55 21 2,5 590 229,6
Za računanje izkoristkov za posamezen časovni interval smo uporabili kalorimetrično enačbo
(23), saj ne poznamo vseh konstrukcijskih parametrov in optičnih lastnosti kolektorja. Znana
pa sta nam površina zasteklitve kolektorja (ASSE) in globalno sevanje na ravnino kolektorja
(Gglob,SSE). Če želimo dobiti realno vrednost izkoristka, je potrebno globalno sevanje pretvoriti
v povprečno urno obsevanje na poljubno ploskev za časovne intervale, ki so navedeni v
preglednici 8. To moramo narediti zaradi tega, ker je bil naš kolektor postavljen pod
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 45 -
določenim kotom, globalno sevanje pa je merjeno na horizontalno ploskev. Vidimo, da
izračunane moči pri drugi meritvi odstopajo od prve in tretje, kljub temu bomo za to meritev
izračunali izkoristek zgolj v informativne namene.
Prvo smo določili deleže difuznega in direktnega obsevanja na horizontalno ravnino ter
višino sonca oz. zenitni kot sonca (z). Zenitni kot sonca smo izračunali kar s splošnim
kalkulatorjem lege Sonca, ki uporablja enake enačbe, kot smo jih navedli. Podatki so zapisani
v preglednici 9. Glede na to, da je bilo vreme jasno pri vseh meritvah, upoštevajoč tiste
odseke meritev, ki jih potrebujemo za izračun izkoristka, lahko za vse odseke izberemo enak
indeks jasnosti kT > 0,75. Po Ogrill in Hollandsovi korelaciji (izraz 12) tako dobimo razmerje
med difuznim in globalnim obsevanjem, ki je enako:
Če vstavimo vrednost za prvi primer, dobimo naslednji rezultat:
Vrednost direktnega sevanja je po enačbi 13 sledeča:
Preglednica 9: Vrednosti obsevanj ter zenitni koti za vse odseke iz slik
Datum / časovni
interval upoštevane
meritve
Globalno urno
obsevanje
(Wh/m2h)
Direktno urno
obsevanje
(Wh/m2h)
Difuzno urno
obsevanje
(Wh/m2h)
Povprečen
zenitni kot
(°)
18.8.2014 12:20–
12:25
822 676,5 145,5 33,6
8.9.2014 13:50–
13:57 732 602,4 129,6 47,9
14:01–
14:11 724 595,9 128,1 49,5
18.9.2014
13:17–
13:22 608 500,4 107,6 48,5
13:30–
13:38 618 508,6 109,4 49,8
13:50–
13:55 590 485,6 104,4 51,6
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 46 -
Ko imamo podatke o obsevanju in zenitnih kotih, se lahko lotimo računanja povprečnega
urnega obsevanja na poljubno ploskev (enačba 5).
Potrebno je izračunati samo še razmernike (izrazi (6), ( 7), ( 8)) in določiti albedo okolice.
Vrednost kota i (slika 4) dobimo, če od zenitnega kota z odštejemo kot nagiba kolektorja β.
Albedo okolice določimo iz preglednice 1. Izberemo srednjo vrednost za asfalt, ki znaša 0,15.
Razmernik difuznega in odbitega sevanja je za vse izračune enak, saj upošteva le naklonski
kot kolektorja, ki je bil pri vseh meritvah enak. Če vrednosti vstavimo v enačbo za urno
obsevanje, dobimo naslednji rezultat.
Wh/m2h
Izkoristek (enačba (23)) v primeru prve meritve je enak:
Dobili smo relativno majhen izkoristek za prvo meritev glede na to, da je bila na ta dan
vrednost globalnega sevanja bila najvišja. V preglednici 10 izkoristke posamezne meritve
primerjamo z drugimi.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 47 -
Preglednica 10: Izkoristki
Datum / časovni
interval upoštevane
meritve
Povprečno urno
obsevanje na SSE (β)
(Wh/m2h)
Povprečen
zenitni kot
(°)
Moč
kolektorja
(W)
Izkoristek
(%)
18.8.2014 12:20–12:25 954,5 33,6 169,2 16
8.9.2014 13:50 –13:57 983,1
47,9 469,2 43*
14:01–14:11 991,4
49,5 530,9 49*
18.9.2014
13:17–13:22 822,6
48,5 231,2 25
13:30–13:38 849,8
49,8 222,1 24
13:50–13:55 830,3
51,6 229,6 25
Iz preglednice 10 je razvidno, da je vrednost povprečnega urnega obsevanja (na kolektor z
naklonskim kotom 30°) pri drugi meritvi večja kljub manjšemu globalnemu sevanju glede na
prvo meritev. Celo pri tretji meritvi, kjer je bilo obsevanje najmanjše, je izkoristek višji kot
pri prvi meritvi. Po teh rezultatih lahko sklepamo, da so na prvo meritev močno vplivale
neugodne vetrovne razmere (hitrost vetra 4,8 m/s) in je posledično prihajalo do velikih izgub s
prestopom toplote. Zaradi tega se notranjost kolektorja ni ogrela na temperaturo, kot bi se ob
normalnih razmerah. Poleg tega pa smo imeli vzpostavljen relativno majhen pretok, kar tudi
ni zanemarljivo pri preračunu moči. Če pogledamo preglednico 5, vidimo, da smo za moč
izračunali vrednost 220,7 W ob pretoku 0,006 l/s, ko pa smo računali moč samo za odsek na
sliki 25, je bila povprečna vrednost za pretok 0,0046 l/s. Posledično smo dobili za 50 W
manjšo moč (169,2 W) ob nespremenjenih ostalih podatkih.
Slika 30: Primerjava izkoristkov
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
12:20 – 12:25
13:17 – 13:22
13:30 – 13:38
13:50 – 13:57
14:01 – 14:11
izko
rist
ek
(%)
časovni interval (ura:min)
prva meritev
tretja meritev
druga meritev
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 48 -
Na razliko v izkoristkih (slika 30) verjetno vpliva tudi način izvedbe meritve. Torej ni
presenetljivo, da smo največji izkoristek dobili ravno pri drugi meritvi, kjer smo kolektor
predhodno pregrevali in nato vzpostavili pretok. Na sliki 31 vidimo, da je bil pri drugi meritvi
kolektor ogret na 85 °C in je nato oddajal akumulirano toploto. Verjetno bi se v daljšem
časovnem obdobju izkoristek zmanjšal, vendar je o tem težko govoriti. S podaljševanjem
meritve bi se zmanjšalo globalno sevanje tako kot tudi temperatura in kot sevanja, kar bi
imelo vpliv na rezultat. Pri prvi meritvi se je kolektor ogreval najkrajši čas in ni bil predhodno
ogret. Na sliki 30 vidimo tudi, da smo izkoristek računali najbolj zgodaj, ko še ozračje ni tako
ogreto, manjše je tudi sevanje od tal, poleg tega je takrat pihal še močan veter. Ob vseh teh
dejavnikih vrednost izkoristka ni tako majhna, kot se zdi na prvi pogled. Pri tretji meritvi je
kolektor zaradi oblačnosti na začetku meritev potreboval nekoliko več časa, do stabilizacije
temperatur. Sončno sevanje pri tej meritvi je bilo najmanjše kakor tudi temperatura ozračja.
Vrednost izkoristka pa je med prvo in drugo meritvijo. Sklenemo lahko, da smo se realnemu
izkoristku najbolj približali pri prvi in tretji meritvi. Lahko bi bil še celo večji, saj je
temperatura pri tretji meritvi še rahlo naraščala (upoštevajoči odsek), pri prvi pa je močno
nihala zaradi neugodnih vetrovnih razmer (slika 31).
Slika 31: Primerjava temperatur v kolektorju
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
13
27
6
53
8
80
1
10
63
13
26
15
89
18
51
21
17
2
38
0
26
42
29
05
31
67
34
30
36
93
39
55
42
18
44
80
47
43
50
05
52
68
55
31
57
93
60
56
63
18
65
81
68
43
71
06
Tem
pe
ratu
ra (
C)
Čas meritev (s)
1. meritev (18.8.)
2. meritev (8.9.)
3. meritev (18.9.)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 49 -
8 Diskusija
Pri primerjavi vremenskih podatkov med meritvami smo že ugotovili, da se razlikujejo.
Lahko rečemo, da je bil podoben samo čas (ura) izvajanja meritev. Posledično smo dobili tudi
različne vrednosti izkoristkov kolektorja. Če primerjamo vremenske podatke, vidimo, da je
globalno sončno sevanje pri prvi meritvi približno za 100 W/m2 večje kot pri drugi in za nekaj
več kot 200 W/m2
večje kot pri tretji meritvi (upoštevajoč odseke, ki smo jih uporabili za
izračun izkoristkov). Tudi kot sončnega sevanja je med meritvami različen, pri prvi meritvi
znaša povprečno 56,4 ° medtem ko pri drugi in tretji med 42,1 ° in 38,4 °. Maksimalna razlika
v temperaturah ozračja je bila 4 °C, kar ne predstavlja velike razlike v izgubah za izoliran del
kolektorja, izjema je zasteklitev. Prva meritev se od ostalih dveh razlikuje tudi po vetrovnih
razmerah, saj je ta dan pihal veter z visoko hitrostjo in močnimi sunki. Ugotovili smo tudi, da
na velikost izkoristka močno vpliva pretok vode. To pomeni, da je potrebno izbrati optimalno
vrednost pretoka, ki pa ne sme biti prevelika, saj hitrost vode skozi cev odločilno vpliva na
količino toplote, ki prestopi na medij. Pri drugi meritvi smo se optimalni vrednosti pretoka
vode močno približali, saj smo kljub pretoku 0,012 l/s dosegli povprečno ΔT med vstopom in
izstopom 10 °C oz. 11 °C (tudi na račun oddajanja akumulirane toplote). Zaradi tega smo
posledično dobili višji izkoristek.
8.1. Možnosti uporabe kolektorja
Slika 32: Letna porazdelitev globalnega sončnega sevanja [24]
Z ozirom na meteorološke podatke o povprečnem dnevnem sončnem obsevanju (slika 32),
povprečnem trajanju sončnega obsevanja in temperaturah ozračja (slika 33) bi bila uporaba
kolektorja smiselna od začetka maja pa do konca septembra (pogojno tudi konec aprila).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 50 -
Slika 33: Povprečne mesečne dnevne temperature in trajanje sončnega obsevanja
(obdobje 1981–2010) [23]
Glede uporabe kolektorja imamo možnost izbire med dvema režimoma, to je kontinuiran ter
saržni način proizvodnje toplote. Predpostavimo, da imamo kolektor priklopljen v sistemu s
prisilnim obtokom z vsemi potrebnimi komponentami. Če bi se odločili za saržni način
delovanja, bi na regulator obtočne črpalke morali priklopiti vsaj dva temperaturna senzorja iz
kolektorja (v notranjosti kolektorja T2 ter na izstopu T3). Ko bi se notranjost kolektorja
ogrela do določene temperature, bi regulator zagnal črpalko in jo izklopil, ko bi voda na
izstopu iz kolektorja imela enako temperaturo kot voda na vrhu hranilnika toplote. Prednost
saržnega režima bi bila višja obratovalna temperatura, ki preprečuje razvoj mikroorganizmov
legineloze (v ceveh). Slabost saržnega načina proizvodnje toplote bi bil slabši prenos toplote
zaradi visokega pretoka, razen če bi pretok bil manjši od tistega, ki smo ga vzpostavili pri prvi
meritvi. Pri meritvi je bila razlika v temperaturi med notranjostjo kolektorja in na izstopu iz
kolektorja skoraj 40 °C, to pomeni, da je bilo veliko toplotne energije neizkoriščene.
Druga možnost uporabe bi bila kontinuirana proizvodnja tople vode s prenosnikom
toplote v hranilniku. Tudi v tem primeru bi bilo potrebno na regulator priklopiti vsaj dva
temperaturna senzorja (T2, T3). Ko bi bila temperatura na izstopu iz kolektorja vsaj 2 °C višja
kot tista na vrhu hranilnika, bi regulator gnal črpalko. Pametno bi bilo, da bi se pretok
uravnaval glede na temperaturo v kolektorju. Višja kot je temperatura, intenzivnejši je prenos
toplote na absorber in večji je lahko pretok. Da je za maksimalni izkoristek pomembna izbira
optimalnega pretoka, smo dokazali pri drugi meritvi. Dobili smo 6 % višji izkoristek
(vremenski pogoji se niso bistveno spremenili) ob pretoku, večjem za 0,0035 l/s ,medtem ko
je bila temperatura na izstopu iz kolektorja manjša za 2,4 °C. Slabost kontinuirane
proizvodnje toplote so nižje temperature vode, zaradi česar je večja možnost, da se razvije
-0,8 0,9
5,3
10,2
15,4 18,6
20,4 19,6
15,1
10,3
4,7
0,4 3,3
6
10,9
15,8
21,1 24
26,3 25,8
21
15,6
8,9
3,9
-3 -3,4
0,3
4,6
9,4 12,7
14,3 13,8
10,1
6
1,1
-3
86 118 148 185
237 242 277 253
191 143
90 6 0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
Meseci
(ure
)
Tem
pe
ratu
ra (
C)
Povprečna dnevna temperatura (°C)
Povprečna najvišja dnevna temperatura (°C) Povprečna najnižja dnevna temperatura (°C) Povprečno trajanje sončnega obsevanja (ure)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 51 -
legioneloza. Rešitev bi bila občasno pregrevanje vode v hranilniku, kar pa zahteva dodatno
energijo. Izključena pa ni niti možnost uporabe kolektorja za predgrevanja tople vode v
gospodinjstvu, kar bi mogoče bila celo najboljša rešitev za njegovo uporabo. S tem bi
prihranili veliko energije in posledično denarja, saj povprečno gospodinjstvo za pripravo tople
vode porabi okrog tretjino celotne energije. Če pa bi zaporedno vezali še en podoben kolektor,
bi to občutno vplivalo na porabo npr. električnega grelnika vode. Spodaj so opisane prednosti
in slabosti uporabe našega kolektorja.
Prednosti: nizka cena – poceni energija, dostopnost vsakemu, potrebe po vzdrževanju
skorajda ni, poraba odpadnih materialov.
Slabosti: obratovanje samo v toplejših mesecih, manjši izkoristek, uporabljeni
nestandardni sestavni deli.
8.2. Izboljšanje naprave
Že tekom meritev smo prišli do ugotovitve, da bi napravo bilo možno še izboljšati in
posledično povečati izkoristek delovanja. Izboljšave se nanašajo na konstrukcijske elemente
oz. absorber. Kot prvo bi bilo potrebno spremeniti lego absorberja, tako da bi nalegal na
hrbtišče kolektorja. Ker je sedaj dvignjen za nekaj mm, na absorber prestopi manj toplote, saj
je mehanizem prenosa toplote s sevanjem oz. prestopom manj intenziven kot pa prenos
toplote s prevodom. Naslednja stvar, ki bi jo spremenili, bi bila izbira absorberja z manjšim
premerom in tanjšo steno. S tem bi povečali omočeno površino cevi in prenos toplote bi se
ponovno povečal. Zaradi tanjše stene cevi bi povečali prevod toplote, ki je pri materialih iz
gume že sam po sebi majhen. Tudi uporaba dvoslojnega okna je dvorezen meč, kljub manjšim
izgubam s prestopom toplote se večja količina sevanja odbije od stekla. Zato bi bila mogoče
bolj smiselna uporaba enoslojne zasteklitve, posledično bi se zmanjšala tudi teža kolektorja.
Tudi za vse konvencionalne kolektorje uporabljajo enoslojno zasteklitev. Kljub vsem
spremembam verjetno ne bi drastično spremenili izkoristka, ki je, kot smo videli, odvisen tudi
od vremenskih razmer. Kljub vsemu bi bila raba kolektorja vsekakor racionalna. Glede na
strošek izdelave bi se nam investicija hitro povrnila.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 52 -
9 Zaključek
Z zadovoljstvom lahko povem, da nam je z nekaj znanja in nacdušenja uspelo narediti
napravo, ki je funkcionalna in okolju prijazna obenem, saj je kolektor izdelan iz odpadnih
materialov in za delovanje ne potrebuje veliko energije. Z njegovo uporabo smo dodali
majhen delček k OVE, ki dobivajo vedno večjo veljavo. S tem smo dokazali, da lahko skoraj
vsak z nekaj volje in znanja pripomore k čistejšemu okolju. Prepričan sem, da bi kolektor brez
problema lahko uporabili tam, kjer zahteve po topli vodi niso velike oz. je poraba majhna. To
je npr. na kakšnem vikendu ali počitniški hiši ipd.
Moramo se zavedati, da je vsak W, ki ga pridobimo na tak način, pomemben, saj cene
fosilnih goriv vztrajno rastejo praktično vsak dan. Tudi ljudje so veliko bolj ozaveščeni o
uporabi in pomembnosti OVE kot kdajkoli prej, zato ni presenetljivo, da trg z OVE nenehno
raste in se razvija. V prihodnosti bodo OVE verjetno predstavljali poglavitni vir energije, zato
je razvoj še kako pomemben.
Ob pisanju te diplomske naloge smo se odločili, da bomo nadaljevali z raziskovanjem
na tem področju in poskusili še izboljšati delovanje kolektorja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 53 -
Viri in literatura
[1] Hribernik Aleš. Obnovljivi viri energije. Maribor : Fakulteta za strojništvo, 2010.
[2] Energetika marketing. Priročnik za ogrevanje. Ljubljana : Energetika marketing, 2006.
[3] Medved Sašo, Arkar Ciril. Energija in okolje: obnovljivi viri energije. Ljubljana:
Zdravstvena fakulteta, 2009.
[4] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik, 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila
JožePuhar, Jože Stropnik. Ljubljana : Littera picta, 2003.
[5] Steeby Donald. Alternative Energy : Sources and Systems. Clifton Park: Delmar,
Cengage Learning, 2012.
[6] Medved Sašo, Novak Peter. Varstvo okolja in obnovljivi viri energije. Ljubljana :
Fakulteta za strojništvo, 2000.
[7] Laughton Chris. Solar Domestic Water Heating : The Earthscan Handbook for
Planning, Design and Installation. London; Washington : Earthscan, 2010.
[8] Volker Quaschning. Renewable energy and climate change. Chichester : J. Wiley &
Sons, 2010
[9] Babuder Maks, Andreja Urbančič. Obnovljivi viri energije v Sloveniji / Renewable
Energy Sources in Slovenia. Celje : Fit Media, 2009.
[10] Biotherm [svetovni splet]. Biotherm. Dostopno na WWW:
http://www.biotherm.si/cms/node/100 [10.4.2014].
[11] Skeptics Corner [svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://jer
skepticscorner.blogspot.com/2011/05/next-to-nothingand-more.html [23.4.2014].
[12] Wikipedija prosta enciklopedija [svetovni splet]. Slika spekter sončnega sevanja.
Dostopno na WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solar_Spectrum.png [2.5.2014].
[13] PV Portal Slovenski portal za fotovoltaiko. [svetovni splet]. Sliki Sončno obsevanje v
Sloveniji in ekliptični diagram. Dostopno na WWW: http://pv.fe.uni-lj.si/Welcome.aspx
[29.4.2014].
[14] altE store [svetovni splet]. Slika hranilnik toplote. Dostopno na WWW:
http://www.altestore.com/store/Solar-Water-Heating/Solar-Water-Tanks/Tanks-WITH-Heat-
Exchangers/Stiebel-Eltron-82-Gallon-Solar-Hot-Water-Tank-with-Heat-Exchanger/p11147/
[3.5.2014].
[15] RES, LLC [svetovni splet]. Slika kolektorja. Dostopno na WWW:
http://www.resusallc.com/solarwater.htm [15.5.2014].
[16] Volker Quaschning – Renewable Energy and Climate Protection [svetovni splet].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 54 -
Dostopno na WWW: http://www.volker-quaschning.de/articles/fundamentals4/index_e.php
[15.5.2014].
[17] Skeptic Corner [svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://jer-
skepticscorner.blogspot.com/2011/05/next-to-nothingand-more.html [29.4.2014].
[18] Hidria [svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://si.hidria.com/si/klima/ove/
[15.5.2014].
[19] Renewable heat and cold production [svetovni splet]. Dostopno na WWW:
http://www.new4old.eu/guidelines/D6_Part2_H5.html [20.5.2014].
[20] Small Scale Renewables in Rural Locations [svetovni splet]. Dostopno na WWW:
http://www.esru.strath.ac.uk/EandE/Web_sites/09-
10/Rural_renewables/Methodology_EnergyDemand_DataEstimation.html [14.5.2014].
[21] NetGreen Heat [svetovni splet]. Dostopno na WWW:
http://www.netgreensolar.com/netgreen_heat_promo/body/netgreen_system.html [14.5.2014].
[22] Solar Trader [svetovni splet]. Dostopno na WWW:
http://www.solartrader.ca/What_is_azimuth [29.4.2014].
[23] ARSO [svetovni splet]. Agencija republike Slovenije za okolje. Dostopno na WWW:
http://www.arso.gov.si/vreme/napovedi%20in%20podatki/vreme_avt.html
[24] Grobovšek Bojan. Solarni sistemi za ogrevanje in pripravo tople vode v NEH in PH
[svetovni splet]. Dostopno na WWW: http://gcs.gi-
zrmk.si/Svetovanje/Clanki/Grobovsek/PT237.htm [18.6.2014]
[25] Wikipedija prosta enciklopedija [svetovni splet]. Legioneloza. Dostopno na WWW:
http://sl.wikipedia.org/wiki/Legioneloza
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 55 -
Kazalo preglednic:
Preglednica 1: Albedo okolice za različne površine [6] ...................................................... - 11 -
Preglednica 2: Deleži globalnega sevanja ob različnih vremenskih pogojih ...................... - 12 -
Preglednica 3: Prikaz porabe vode za posamezne aktivnosti [20] ...................................... - 18 -
Preglednica 4: Uporabljeni materiali za izdelavo kolektorja, njihov namen ter cena ......... - 27 -
Preglednica 5: Povprečni rezultati prve meritve.................................................................. - 38 -
Preglednica 6: Povprečni rezultati druge meritve................................................................ - 40 -
Preglednica 7: Povprečni rezultati tretje meritve ................................................................ - 43 -
Preglednica 8: Primerjava meteoroloških podatkov in izračunane moči med meritvami ... - 44 -
Preglednica 9: Vrednosti obsevanj ter zenitni koti za vse odseke iz slik ............................ - 45 -
Preglednica 10: Izkoristki .................................................................................................... - 47 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 56 -
Kazalo slik:
Slika 1: Skica sistema s solarnim kolektorjem za ogrevanje sanitarne vode......................... - 3 -
Slika 2: Prikaz primarne rabe energije v svetovnem merilu za leto 2010 [17] ..................... - 5 -
Slika 3: Spekter sončnega sevanja [12] ................................................................................. - 6 -
Slika 4: Tipične relacije med Zemljo in Soncem [22] ........................................................... - 8 -
Slika 5: Primer ekliptičnega diagrama [13] ........................................................................... - 8 -
Slika 6: Globalno letno obsevanje na horizontalno površino v Sloveniji [13] ...................... - 9 -
Slika 7: Relacije med soncem in kolektorjem za izračun razmernikov [6] ......................... - 10 -
Slika 8: Učinkovitost različnih SSE, glede na razliko temperature med absorberjem in okolico
[21] ...................................................................................................................................... - 15 -
Slika 9: Sistem za ogrevanje sanitarne vode s konvencionalnim virom dogrevanja [18] ... - 16 -
Slika 10: Sestavni deli SSE [15] .......................................................................................... - 16 -
Slika 11: Tipičen HT v prerezu s priključki [14]................................................................. - 19 -
Slika 12: Možnost priključitve varnostnih elementov v sistem [19] ................................... - 21 -
Slika 13: Prikaz toplotnih tokov v SSE [7] ......................................................................... - 23 -
Slika 14: Tipične vrednosti izkoristka kolektorja pri različnih temperaturnih razlikah in
obsevanjih [15] ................................................................................................................... - 25 -
Slika 15: Absorber, zavit v spiralo, absorber, zavit v kačo, ter absorber z dvižnim in
povratnim vodom ................................................................................................................. - 28 -
Slika 16: Tloris kolektorja ................................................................................................... - 29 -
Slika 17: Prerez kolektorja .................................................................................................. - 29 -
Slika 18: Sestavni deli kolektorja ........................................................................................ - 30 -
Slika 19: Skica merilne proge .............................................................................................. - 31 -
Slika 20: Termoelement (T1) ter merilec pretoka (PR) pred vstopom vode v kolektor ...... - 32 -
Slika 21: Termoelement (T2) ter terminalni blok (T4) na levi strani .................................. - 32 -
Slika 22: Termoelement (T3) v ozadju T1, PR in TB ......................................................... - 33 -
Slika 23: Izračun dolžin za postavitev SSE ......................................................................... - 34 -
Slika 24: Kolektor, postavljen pod kotom 30° in obrnjen proti jugu .................................. - 35 -
Slika 25: Potek pretoka in temperatur – meritev 1 .............................................................. - 37 -
Slika 26: Potek pretoka in temperatur – meritev 2 .............................................................. - 39 -
Slika 27: Potek pretoka in temperatur – meritev 3 .............................................................. - 41 -
Slika 28: Simulacija oblačnosti ........................................................................................... - 42 -
Slika 29: Odzivnost kolektorja na oblačnost ....................................................................... - 43 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 57 -
Slika 30: Primerjava izkoristkov ......................................................................................... - 47 -
Slika 31: Primerjava temperatur v kolektorju...................................................................... - 48 -
Slika 32: Letna porazdelitev globalnega sončnega sevanja [24] ......................................... - 49 -
Slika 33: Povprečne mesečne dnevne temperature in trajanje sončnega obsevanja (obdobje
1981–2010) [23] .................................................................................................................. - 50 -
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 58 -
Priloga 1: Odseki grafov iz slik za izračun izkoristka
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 59 -
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
14
95
1
50
7
15
19
1
53
2
15
44
1
55
6
15
68
1
58
0
15
93
1
60
5
16
17
1
62
9
16
41
1
65
4
16
66
1
67
8
16
90
1
70
2
17
15
1
72
7
17
39
1
75
1
17
64
1
77
6
17
88
1
80
0
18
12
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s)
Odsek iz slike 22 (1. meritev)
T4 temrblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
56
40
56
59
56
77
56
95
57
14
57
32
57
50
57
69
57
87
58
05
58
24
58
42
58
60
58
79
58
97
59
15
59
34
59
52
59
70
59
88
60
07
60
25
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s)
Prvi odsek iz slike 23 (2. meritev)
T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
62
75
63
06
63
36
63
67
63
98
64
28
64
59
64
89
65
20
65
50
65
81
66
11
66
42
66
72
67
03
67
33
67
64
67
94
68
25
68
55
68
86
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s)
Drugi odsek iz slike 23 (2. meritev)
T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 60 -
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
40
03
40
21
40
40
40
58
40
76
40
94
41
13
41
31
41
49
41
68
41
86
42
04
42
23
42
41
42
59
42
78
42
96
43
14
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
°C)
čas (s)
Prvi odsek iz slike 24 (3. meritev)
T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
48
58
48
82
49
07
49
31
49
56
49
80
50
04
50
29
50
53
50
78
51
02
51
27
51
51
51
75
52
00
52
24
52
49
52
73
52
98
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
C)
čas (s)
Drugi odsek iz slike 24 (3. meritev)
T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
0
0,005
0,01
0,015
0,02
0,025
0,03
0,035
0,04
0,045
0,05
0 5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
60
24
60
42
60
61
60
79
60
97
61
16
61
34
61
52
61
71
61
89
62
07
62
26
62
44
62
62
62
81
62
99
63
17
pre
tok
(l/s
)
tem
pe
ratu
ra (
C)
čas (s)
Tretji odsek iz slike 24 (3. meritev)
T4 termblok T1 vstop T3 izstop T2 komora pretok (l/s)
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 61 -
Priloga 2: Tehnične karakteristike pretokomera
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 62 -