Использование энергии солнца - Гелиосушильные установки

Солнечную энергию широко применяют для подогрева воздуха в процессах сушки разнообразной сельскохозяйственной продукции, в том числе сена. Методом активного вентилирования при досушивании сена в скирдах и на сеновалах (сараях) можно существенно повысить его качество. Интенсифицировать этот процесс позволяет подогрев атмосферного воздуха. Так, время досушивания воздухом, подогретым до плюс 30° С, сокращается в 2 раза, а до плюс 40° С — в 2,7 раза по сравнению с досушиванием неподогретым воздухом.

Пленочный солнечный коллектор.

Разработан ВНИИкормов им. Вильямса. Предназначен для сушки сена, семенников и семян трав и зерновых, табака и фруктов. Коллектор бескаркасной конструкции многоразового использования с цилиндрическими модулями, в которых труба из черной пленки вложена в трубу из прозрачной пленки большего диаметра, сборно-разборный.
Представляет собой 10 цилиндрических модулей, присоединенных с одного конца к распределителю, с другого — к приемнику. Подача воздуха в коллектор осуществляется отдельным вентилятором с двигателем мощностью 4,5 кВт. Нагнетаемый в распределитель воздух растекается по модулям, где, омывая нагретую солнечными лучами черную пленку с обеих сторон, нагревается и через приемную полость направляется к заборному устройству установки активного вентилирования и в смеси с атмосферным воздухом поступает в подстожный канал скирды.
В солнечный день коллектор подогревает воздух до 20—35° С, снижая при этом относительную влажность воздуха с 50—70 % до 30—40 %. При облачной погоде без осадков под действием рассеянной радиации воздух в коллекторе подогревается на 6—8° С, а его относительная влажность снижается на 15—30 %.

Техническая характеристика пленочного коллектора

Гелиоустановка для сушки сена.

Разработана ВНИПТИМЭСХ. Предназначена для подогрева воздуха при досушивании сена активным вентилированием в скирдах и хранилищах. Может быть использована также при сушке вороха семенников трав, зерна кукурузы и маслосемян подсолнечника.
Состоит из осевого нагнетательного вентилятора 1 (рис. 9) и надувного пленочного коллектора, включающего распределительный 2 и сборный 4 воздухопроводы и секции 3 теплоприемника. Распределительный и сборный воздухопроводы взаимозаменяемы и состоят каждый из 2 секций. На крайних секциях имеются окна, к которым присоединены выпускные патрубки 5. Секция теплоприемника 3 представляет собой черную полиэтиленовую пленку W-образной волнистости 6, соединенную по вершинам с верхней 7 и, нижней 8 прозрачными защитными оболочками. Секции теплоприемников соединены со сборным и распределительным трубопроводами переходными рамками.
Атмосферный воздух нагнетается вентилятором в распределительный трубопровод и через окна поступает в полости секций теплоприемника. При достижении определенного давления секции коллектора расправляются и приводятся в рабочее состояние. Воздух, омывая теплоприемную поверхность коллектора, нагревается и через выпускные патрубки сборного трубопровода подается к заборному отверстию вентилятора установки УВС-16, где смешивается с атмосферным воздухом, нагнетаемым в подстожный канал скирды.

Техническая характеристика гелиоустановки для сушки сена
Рабочая площадь коллектора, м² 200
Расход воздуха, тыс. м³/ч   11—16
Количество секций теплоприемника, шт.  13
Длина секции теплоприемника, м    15

Рис.8. Схема гелиоустановки для сушки сена конструкции ВНИПТИМЭСХ: 1 — вентилятор; 2 — распределительный воздуховод; 3 — секция теплоприемника ; 4 — сборный воздуховод; 5 — выпускной патрубок; 6 — черная полиэтиленовая пленка; 7, 8 — защитная прозрачная оболочка

Толщина пленок, мм: теплопоглощающей   0,25
защитного покрытия    0,15
трубопроводов (армированная)    0,6
Мощность электродвигателя нагнетательного вентилятора, кВт 3
Масса коллектора, кг   220

Гелиоколлектор для сушки сена.

Разработан ЛитНИИМЭСХ. Выпускается в двух вариантах.
В первом случае представляет односкатное перекрытие с прозрачным покрытием. Применяют для реконструкции уже существующих сенохранилищ и при сооружении новых. Устанавливают с южной стороны помещения.
Коллектор состоит из каркаса высотой 250—300 мм, который крепится к окрашенной в черный цвет трансформирующей плоскости. К каркасу прикреплено прозрачное покрытие — армированная поливинилхлоридная пленка.
Теплоноситель— всасываемый вентиляторами атмосферный воздух протекает через канал, образуемый между трансформирующей плоскостью и прозрачным покрытием, нагревается и в дальнейшем нагнетается в штабель сена.
При площади коллектора 600 м² на южном скате сенохранилища за день получают 2,7—3,0 тыс. кВт·ч тепловой энергии,что позволяет в среднем за это время подогревать воздух на 3,0—3,4° С при часовом расходе 180 тыс. м³. При этом увеличивается интенсивность сушки в 1,5—3,0 раза, повышается качество корма на 18—30 % и уменьшаются энергозатраты на 40—80 кВт · ч на каждую тонну сена.
Во втором варианте солнечный коллектор, который одновременно служит покрытием и ограждением, выполнен из стеклопластика и ПХВ-пленки.
Коллектор устанавливают на обоих (восточном и западном) скатах и стенах помещения габаритными размерами 60X18X11 м. Производительность сушилки за сезон с такими коллекторами— 1200 т.

Техническая характеристика гелиоколлектора для сушки сена
Общая площадь коллектора, м²    2000
Средняя дневная теплопроизводительность, 6400—11200
кВт-ч
Мощность, кВт · ч   620— 750
Число вентиляторов, шт.    20
Производительность вентиляторов, тыс. м³/ч    760

В период сеноуборки продолжительность подогрева воздуха за счет солнечной энергии в этом варианте составляет 16 часов в сутки.

Гелиосушилка для сушки сена.

Разработана СибИМЭ. Производительность — 1200 т за сезон, поверхность коллектора — 1200 м². Сезонная экономия электроэнергии — 250 тыс. кВт · ч. Установка ускоряет сушку в 2—3 раза.
Солнечный коллектор жесткой конструкции без нагнетающих вентиляторов с общей производительностью по воздуху до 50 тыс. м³/ч.

Гелиовоздухонагреватель.

Разработан НИПТИМЭСХ Нечерноземной зоны РСФСР. Предназначен для поглощения лучистой энергии солнца, преобразования ее в теплоту и передачи последней воздуху, нагнетаемому в сенохранилища для досушивания провяленной травы вентилированием.
Гелиовоздухонагреватель (рис. 10, а, б) монтируют на крыше и боковой стене сенохранилища, собран из отдельных модулей. Модуль (см. рис. 10, в) состоит из центральной (неподвижной) части 2 в виде короба, зачерненное днище которого является теплопоглотителем, и двух боковых секций 1, выполненных в виде трехгранных призм, у которых одна из граней 4 изготовлена из зачерненной листовой стали. 

Рис. 10. Гелиовоздухонагреватель сушилки конструкции НИПТИМЭСХ НЗ РСФСР:
а — расположение в сенохранилище в рабочем режиме; б — расположение в сенохранилище в режиме хранения;  1 — модули; 2 — боковой нагреватель; 3 — вентилятор; в — модуль; 1 — боковые секции; 2 — центральный короб, 3 — шарниры, 4 — грань из листовой стали; г — схема воздушного потока

Боковые секции соединяют с центральной при помощи шарниров 3. В рабочем (раскрытом) положении все секции имеют светопрозрачное покрытие из полимерной пленки.
Модули гелиовоздухонагревателя размещают на крыше таким образом, чтобы образовался единый канал для потока воздуха, проходящего в вентилятор. Боковой гелиовоздухонагреватель 2 располагают вдоль стены сенохранилища так, чтобы вентиляторы 3 оказались внутри него. На наклонные рейки таких нагревателей натягивают полимерную пленку. Схема воздушного потока показана на рисунке 9, г.
Для увеличения срока службы прозрачного покрытия после окончания сушки травы гелиовоздухонагреватель на крыше сенохранилища переводят в режим хранения. Для этого подвижные боковые секции 1 поворачивают вокруг шарниров 3 и укладывают пленкой вниз на поверхность центральной (закрепленной на крыше) секции. При этом прозрачное покрытие оказывается защищенным от атмосферных осадков, ветра и пыли двухскатной крышей, образованной металлическими теплопоглотительными поверхностями боковых секций.
Коэффициент полезного действия гелиовоздухонагревателя составляет 0,4.
Срок окупаемости затрат на оборудование сенохранилища гелиовоздухонагревателями составляет около года при продолжительности их службы без капитального ремонта не менее пяти лет.

Гелиоколлектор-сушилка.

Разработан СибИМЭ. Используют для сушки сена в скирдах активным вентилированием с нагревом сушильного агента — воздуха как за счет солнечной энергии, так и теплоты воздуха, выходящего из скирды. Состоит из гибких надувных элементов по форме стога с двумя нагнетательными (снизу) и одним сборным (сверху) каналами. Кроме вентилятора УВС-16 используют вспомогательный вентилятор. Процесс сушки сена в такой сушилке ускоряется в 1,3—1,5 раза по сравнению с вентилированием атмосферным воздухом. Рассчитан на стандартный размер скирды.

Техническая характеристика гелиоколлектора-сушилки
Активная площадь коллектора, м² 250
Объем просушиваемого сена, м³      600
Масса сена, т    160—180
Расход воздуха,    м³/ч   12 000
Мощность вспомогательного вентилятора, кВт   2,2
Нагрев воздуха, °C      10 15

Надувная гелиоустановка.

Разработана ВНИИ механизации сельского хозяйства. Предназначена для сушки сельскохозяйственных материалов солнечной энергией. Коллекторы надувные с прозрачным покрытием и поглощающей поверхностью из черной пленки.

Техническая характеристика надувной гелиоустановки
Тепловая мощность, кВт      37,5
Площадь коллектора, м² 80
Максимальный расход теплоносителя, тыс.   м²/ч 15
Степень подогрева воздуха при максимальном
расходе, °C    6
Экономия жидкого топлива за 4-месячный сезон работы гелиоустановки, т 1,5
Масса, кг      150

Гелиовоздухонагревательная установка ГУ-15.

Разработана НПО «Армсельхозмеханизация». Предназначена для нагрева воздуха за счет солнечной энергии в системах теплоснабжения сушилок различных сельскохозяйственных материалов. Применяют в зонах со средней интенсивностью солнечного излучения в летне-осенний период 700 Вт/м² (не менее 6 часов в сутки).
Имеет жесткую конструкцию.
Материал каркаса алюминиевый. Система требует дополнительного вентилятора, питаемого от сети переменного тока.
Техвдческая характеристика гелиовоздухонагревательной установки

Общий срок службы установки — не менее 7 лет. Техническое обслуживание можно проводить не чаще 1 раза в месяц.
Для установки площадью 344 м² экономия дизельного топлива в течение сушильного сезона (100 дней) составляет 12 т.

Воздухонагреватель.

Разработан ЦНИПТИМЭЖ. Предназначен для подогрева воздуха солнечной энергией.

Представляет собой жесткую конструкцию типа «горячий ящик», лицевая часть которого выполнена из прозрачной полиэтиленовой пленки, а абсорбер — из черного материала.

Абсорбер коллектора может выполняться в двух вариантах: из окрашенной черной краской стеклоткани или из черной полиэтиленовой пленки с применением специальных мероприятий по уменьшению теплопотерь.
Солнечный коллектор выполнен из сборных деревянных элементов, обтянутых пленкой и образующих конструкцию ромбовидного сечения.
В сенохранилищах используют один коллектор на каждую вентиляционную установку, а при заготовке сена в стогу их комплектуют по четыре штуки для работы с установкой УВС-10 или УВС-16.
Затраты электроэнергии при использовании солнечного воздухонагревателя снижаются вдвое по сравнению с сушкой атмосферным воздухом без подогрева.