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Performance of a collector-cum-storage type of solar water heater

1976; Elsevier BV; Volume: 18; Issue: 4 Linguagem: Francês

10.1016/0038-092x(76)90059-1

1471-1257

Rajinder Singh Chauhan, V. Kadambi,

Solar Radiation and Photovoltaics

An inexpensive solar water heater of about 701 capacity, combining collection and storage, has been tested. The blackened plate (1.5 m2) of the collector-cum-storage unit of this heater absorbs solar energy and transfers it to the water stored in its enclosure (140 × 90 × 5.5 cm), the water being in direct contact with the absorber plate. The collector-cum-storage unit is enclosed in a wooden box with 10 cm thick glass wool insulation at the bottom and one glass cover. Experiments have been carried out to test the performance of the water heater under four different modes of operation: (a) water circulation with a small pump (b) natural convection conditions (c) water draw-offs taking place when the water is around 50–60°C (d) water flowing continuously past the absorber plate with flow rates of 38, 60, and 75.9 kg/hr. The day-long collection efficiency under the first two modes has been ascertained to be around 50–53 per cent for a rise in water temperature of 57-50°C. For water temperatures between 60 and 70°C, the collection efficiency is around 65-58 per cent. No appreciable difference in the collection efficiencies has been observed under the first two modes of operation. The average collection efficiency under the third mode of testing has been found to be 64.8 per cent with 202.61 of water heated from 38.5 to 58°C. In continuous flow of water past the absorber plate, a collection efficiency as high as 71.8 per cent was attained at the mass flow rate of 75.9 kg/hr, when tested under steady flow conditions. If no water is drawn off during the day, temperatures between 50 and 60°C are reached at about 11 a.m.–12 noon, 60–70°C at 12 noon–1 p.m., and 70–80°C at about 1–2 p.m., the maximum being as high at 86°C by about 3.30 p.m. In addition a theoretical calculation based on Hottel and Woertz equation for the overall heat loss coefficient between the absorber plate and the surroundings for the hourly rise in water temperature shows a very good agreement with the experimentally measured values of water temperatures. Ha sido probado un colector solar barato de cerca de setenta litros de capacidad combinado con un acumulador de agua caliente. La placa colectora de 1.5 m2 absorbe la energía solar y por contacto directo la transfiere al agua encerrada en su recipiente de 1.40 m × 0.90 m × 0.055 m calentándola. La unidad está encerrada en una caja de madera aislada por el fondo con 10 cm de lana de vidrio y cubierta en su frente por un vidrio. Las experiencias se han llevado a cabo para probar el comportamiento del calentador en cuatro modos de operación diferentes: (a) Circulación de agua con una pequeña bomba. (b) Convección natural. (c) Ectracción de agua cuando su temperatura alcanzaba los 50–60°C. (d) Flujo continuo de agua pasando por la placa colectora con regímenes de 38.6 y 75.9 kg h−1. A lo largo del dia el rendimiento bajo los dos primeros modos de operación han sido del 50–53% para una elevación de la temperatura del agua de 57-50°C. para temperaturas del agua del orden de 60–70°C el rendimiento de colección es cercano a 65-58%. No se ha observado apreciable diferencia en el rendimiento en los dos primeros modos de operación. En el tercer modo, se estableció 64.8% con 202.6 1 de agua calentada desde 38.5°C hasta 58°C. En flujo continuo el rendimiento es alto 71.8% obtenido con un caudal de 75.9 kg h−1, probado en régimen estacionario de flujo. Si el agua no se extrae durante el dia, se obtienen temperaturas de 50–60°C cerca de las 11–12 hs, 60–70°C a las 12–13 hs y 70–80°C a las 13–14 hs. El máximo obtenido es de 86°C para cerca de las 15:30 hs. Además, el cálculo teórico basado en las ecuaciones de Hottel y Woertz para los coeficientes de pérdidas globales de calor entre la placa absorbente y el ambiente circundante para el incremento horario de la temperatura del agua tiene una muy buena correlación con los valores experimentales medidos de la última. On a expérimenté un réchauffeur d'eau solaire bon marché, d'environ 70 litres de capacité, combinant captation et stockage. La plaque noircie (1.5 m2) de l'ensemble capteur-accumulateur absorbe l'énergie solaire et la transfère à l'eau stockée dans son emplacement (140 × 90 × 5.5 cm), l'eau étant en contact direct avec la plaque absorbante. Le système capteur-accumulateur est enfermé dans une boite de bois, avec 10 cm d'isolation de laine de verre en dessous, et une couverture de verre. Les expériences ont été conduites pour évaluer le fonctionnement du réachauffeur d'eau selon trois modes d'opération: (a) circulation d'eau par une petite pompe (b) conditions de convection naturelle (c) soutirage quand l'eau est à une température voisine de 50 à 60°C (d) circulation d'eau permanente sous l'absorbeur avec des débits de 38, 60 et 75.9 kg./h Le rendement de captation pour les deux premiers modes opératoires a étéétabli à environ 50–53 pour cent, avec une élévation de température de l'eau de 57-50°C. Pour des températures d'eau de 60–70°C, le rendement de captation est d'environ 65-58 pour cent. On n'a pas trouvé de différence appréciable entre les rendements de captation des deux premiers modes opératoires. Le rendement moyen pour le troisième mode d'opération a été trouvéégal à 64.8 pour cent., avec 202.6 litres d'eau chauffée de 38.5 à 58°C. Avec la circulation continue de l'eau, un rendement aussi élevé que 71.8 pour cent a étéátteint ávec un débit massique de 75.9 kg/h en fonctionnement permanent. Si l'eau n'est pas soutirée pendant la journée, des températures de 50 à 60°C sont obtenues vers 11 h du matin ou midi. 60–70° vers midi ou 1 heure de l'après midi le maximum atteignant 86°C vers 3 heures environ. En outre, un calcul théorique basé sur l'équation de Hottel et Woertz pour le coefficient global de déperdition de chaleur entre la plaque absorbante et l'environnement pour l'élévation horaire de la température de l'eau, montre un très bon accord avec les valeurs de température de l'eau mesurées expérimentalement.