Neįstiklinto pratakaus saulės kolektoriaus tyrimas taikant skaičiuojamosios fluidų dinamikos metodą

Abstract

Neįstiklintas pratakus saulės kolektorius – puikus ekologiškas ir nemokamas būdas sušildyti į patalpas tiekiamą lauko orą, vartojant saulės energiją. Tai orinis saulės kolektorius, skirtas pro jį pratekančiam orui sušildyti saulės spinduliuotės energija, montuojamas ant labiausiai saulės apšviesto (dažniausiai pietinio) pastato fasado. Jis taip pat dažnai vadinamas saulės siena dėl dažno jo montavimo ant pastato išorinės sienos. Šio straipsnio tikslas – naudojant „ANSYS Fluent“ skaičiuojamosios fluidų dinamikos (SFD) programų paketą, skaitiškai išnagrinėti neįstiklinto pratakaus saulės kolektoriaus (saulės sienos) veikimą vėsaus vidutinių platumų klimate, kuriam priklauso ir Lietuvos klimatas. Straipsnyje tiriamas Vilniaus Gedimino technikos universiteto (VILNIUS TECH) Aplinkos inžinerijos fakulteto neįstiklintas pratakus saulės kolektorius, priklausantis universiteto Pastatų energetinio mikroklimato sistemų (PEMS) laboratorijai, įrengtas ant išorinės fakulteto sienos, kurio bendras plotas yra 100 m². Kadangi visa minėta saulės siena yra labai didelė, tai gali labai apkrauti SFD skaičiavimus, todėl pasirinktas tirti tik nedidelis 0,085 m² ploto jos fragmentas. Tyrimui atlikti naudojamas vienas populiariausių tarp pasaulio mokslininkų „ANSYS Fluent“ SFD programų paketas minėtam nagrinėjamos saulės sienos fragmentui analizuoti. Straipsnyje nagrinėjamas oro temperatūros bei greičio pasiskirstymas nagrinėjamame saulės sienos fragmente, taip pat nustatomas bendras kolektoriaus efektyvumas.

Unglazed transpired solar collector is an ideal environmentally friendly and costless way to preheat outdoor air using solar energy. Such a device is an air solar collector, which is used to preheat outdoor air with solar radiation energy, installed on mostly irradiated by sun building façade, which is usually south one. Unglazed transpired solar collector is also often called “solar wall” as it is usually installed on a building outer wall. The purpose of this article is to numerically investigate the operation of the unglazed transpired solar collector (“solar wall”) work in a moderate intermediate (Lithuanian) climate, using “ANSYS Fluent” computational fluid dynamics (CFD) software package. There is a Vilnius Gediminas technical university (VGTU) Environmental engineering faculty unglazed transpired solar collector investigated. It is installed on Vilnius Gediminas Technical University (“VILNIUS TECH”) Environmental engineering faculty building. It is owned by the laboratory of building energy and indoor climate systems. The total area of the solar wall equals to 100 m². To reduce the computation time needed to obtain numerical results, a small piece of 0.085 m² of the solar wall was chosen to investigate. The paper analyses temperature and velocity variations in a selected fragment of a solar wall, also the total efficiency of collector is calculated.