Solární kolektor s dvojí funkcí

Abstract

Tématem práce je solární kolektor s dvojí funkcí, který by měl ohřívat vzduch v zimě a vodu v létě. Návrh kolektoru byl motivován snahou využít komerčně dostupné komponenty, aby bylo dosaženo přijatelné ceny kolektoru. Řešení je založeno na principu lamelového výměníku tepla, který se běžně vyrábí pro vzduchotechnické jednotky. Několik variant návrhu bylo analyzováno s užitím manuálních výpočtů a CFD simulací. Byla vytvořena řada modelů pro simulace v softwaru ANSYS Fluent, jejichž účelem bylo prozkoumat chování kolektoru na straně vzduchu a na straně vody. Analýza zahrnovala proudění s přenosem tepla vedením, konvekcí a radiací, včetně výpočtu zisků od slunečního záření. Uspokojivé výsledky byly získány pro stranu kolektoru obtékanou vzduchem, model pro stranu vody nefungoval správně. Z rozboru vyplynuly závěry o vlivu mezer mezi lamelami na tlakové ztráty a ztráty sáláním a dále o vlivu selektivity povrchu kolektoru vůči slunečnímu ozáření.

The thesis deals with a dual-function solar collector, which would perform the function of heating the air during the winter and heating up the water during the summer. In order to achieve a reasonably priced collector, the design approach is motivated by the utilization of components that are commercially available. The collector is based on fin-tube water-air heat exchanger, which is normally produced for air handling units. Several design options were analyzed using manual calculations and CFD simulations. A number of models were created and simulated in ANSYS Fluent software to study the performance of both the water and air side of the collector. The analysis included fluid flow with heat transfer by conduction, convection and radiation, including solar load calculations. Satisfactory results were obtained for the air side, the model for the water side did not work properly. Conclusions were made regarding the influence of fin spacing on pressure losses and radiative heat losses and regarding the surface selectivity with respect to solar radiation.