Авторы

Спектрометрический анализ покрытия на основе диоксида титана для применения в комбинированном солнечном коллекторе

УДК 620.92

Спектрометрический анализ покрытия на основе диоксида титана для применения в комбинированном солнечном коллекторе

Шеин В.М. , Никитин А. А., Кораблев В. А., Сулин А.Б., Кривошеев В. Е.

Аннотация
На сегодняшний день одним из интенсивно развивающихся направлений исследований в области возобновляемых источников энергии является разработка теплообменных аппаратов (солнечных коллекторов) комбинированного типа действия. Но, как показывают исследования, основным фактором для обеспечения максимальной эффективности работы подобных агрегатов, как в ночном, так и в дневном режимах работы, является применяемое в коллекторах селективные покрытия. Основная цель данной работы: проведение спектрометрического исследования поглощательной/излучательной способности в ИК диапазоне длин волн разработанного селективного покрытия на основе диоксида титана при помощи ИК-спектрометра Фурье. Особый интерес представляет диапазон длин волн, которому соответствует так называемое «окно прозрачности атмосферы» – атмосферное окно (8-13 мкм), поскольку именно по излучательной способности пластины абсорбера с нанесенным покрытием в данном диапазоне можно оценить эффективность работы комбинированного коллектора в ночном режиме работы. Проведенные экспериментальные исследования позволили определить оптимальное количество слоев и концентрацию суспензии TiO₂ для нанесения на теплообменный аппарат. Так же была подтверждена эффективность поглощения/излучения разработанного покрытия в диапазонах длин волн, соответствующих ИК диапазону. Полученные результаты станут основой для проведения натурных экспериментов по оценке эффективности работы опытного образца комбинированного коллектора дневного и ночного действия.

Ключевые слова: спектрометрия, степень черноты, НПВО, тепловой поток, атмосферное окно, ИК спектр, возобновляемые источники энергии.

Список литературы

1. Камара С., Сулин А.Б., Малинина О.С. Энергетический и экономический анализ системы хладоснабжения на базе абсорбционной бромистолитиевой гелиохолодильной машины с коллектором двойного действия. // Вестник Международной академии холода. 2022. № 4. С. 3-14. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2022‑21‑4-3-14

2. Торопов А.ЛКомбинированные тепловые гелиосистемы. Ч. 1. Тепловые солнечные коллекторы для индивидуальных и децентрализованных систем отопления и горячего водоснабжения: // Издательский дом Академии Естество знания. 2019. 88 с. DOI: 10.17513/np.346

3. Бажанов А.Г.Интенсификация теплопередачи модели солнечного коллектора / А.Г. Бажанов, С.Н. Глухов // Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы. // Материалы Международной научно-практической конференции, Саранск, 25-26 ноября 2020 года. Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва 2020. С. 311-316.

4. Vardanyan R.R.A linear model for determining the optimal tilt angle of solar collectors / R.R. Vardanyan, N.K. Badalyan // Proceedings of National Polytechnic University of Armenia. ElectricalEngineering, Energetics. 2022. No. 1. P. 78-87. DOI: 10.53297/18293328-2022.1-78.

5. Шеин В.М.,Сулин А.Б., Муравейников С.С.Проектирование комбинированного теплового коллектора на основе возобновляемых источников энергии. //Школа молодых новаторов: сборник научных статей 3-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых (Курск, 17 июня 2022 г.) 2022. Т. 3. С. 351-353.

6. Цой А.П., Бараненко А.В., Грановский А.С., Цой Д.А. Моделирование работы установки с радиационным охлаждением для кондиционирования воздуха // Вестник Международной академии холода. 2019. №3. С. 3-4. DOI: 10.17586/1606-4313-2019-18-3-3-14

7. Камара С., Сулин А.Б., Лысев В.И. Аналитическое исследование производительности коллектора комбинированного типа для солнечного нагрева и ночного радиационного охлаждения // Вестник Международной академии холода. 2022. № 1. С. 26-36. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2022‑21‑1-26-36

8. LiuD. A thermally stable cooler for efficient passive radiative cooling throughout the day. // Opt Mater (Amst) 2019. Vol. 92. DOI: 10.1016/j.optmat.2019.04.061.

9. Cheng, Z., Wang, F., Wang, H., Liang, H., Ma, L. Effect of embedded polydisperse glass microspheres on radiative cooling of a coating. // Int. J. Therm. 2019. Vol. 140.pp. 358-367. DOI: 10.1016/j.ijthermalsci.2019.03.014

10. Katramiz E., Ghaddar N.Daytime radiative cooling: To what extent it enhances office cooling system performance in comparison to night cooling in semi-arid climate // Journal of Building Engineering. 2020. Vol. 28. DOI: 10.1016/j.jobe.2019.101020.)

11. Zhao B., Hu M., Ao X. Performance evaluation of daytime radiative cooling under different clear sky conditions. // Appl Therm Eng. 2019. Vol. 155. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2019.04.028.)

12. Cai L., Song A.Y., Li W.Spectrally selective nanocomposite textile for outdoor personal cooling // Adv. Mater. 2018. Vol: 30 DOI 10.1002/adma.201802152

13. Song Jianing & Zhang Wenluan & Sun Zhengnan & Pan Mengyao & Tian Feng & Li Xiuhong & Ye Ming & Deng Xu.Durable radiative cooling against environmental aging. // Nature Communications. 2022 №13. 4805. DOI: 10.1038/s41467-022-32409-7.

14. Katramiz E., Ghaddar N., Ghali K.Daytime radiative cooling: To what extent it enhances office cooling system performance in comparison to night cooling in semi-arid climate. // Journal of Building Engineering. 2020. vol. 28. DOI: 10.1016/j.jobe.2019.101020.

15. Li Na & Wang Junfeng & Liu Defang & Huang Xia & Xu Zhikui & Zhang Chenyang & Zhang Zhijie & Zhon Mingfeng. Selective spectral optical properties and structure of aluminum phosphate for daytime passive radiative cooling application. // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2019. vol. 194. P. 103-110.DOI: 10.1016/j.solmat.2019.01.036

16. Bao H., Yan Ch., Wang B.Double-layer nanoparticle-based coatings for efficient terrestrial radiative cooling // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2017. Vol. 168. pp. 78-84. DOI: 10.1016/j.solmat.2017.04.020.

17. Шеин В.М., Сулин А.Б., НикитинА.А. Исследование процессов теплообмена излучением в тепловом коллекторе двойного действия для предприятий горнодобывающей промышленности. // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2024. № 7-1. С. 176-192. DOI:10.25018/0236_1493_2024_71_0_176

18. Ahmed Salman & Li Zhenpeng & Javed Muhammad & Ma Tao. A review on the integration of radiative cooling and solar energy harvesting. // Materials Today Energy. 2021. 100776. DOI:10.1016/j.mtener.2021.100776.

19. Рахимов Н.Р.Оптоэлектронные НПВО методы определение физико-химических параметров нефти и нефтепродуктов. // Современные технологии в нефтегазовом деле. Сборник трудов Международной научно-технической конференции, посвященной 60-летию филиала, Октябрьский, 25 марта 2016 г. Том 2. Октябрьский: Уфимский государственный нефтяной технический университет. 2016. С. 432-438.

Деев И.А., Бурындин В.Г., Ельцов О.С. Исследование возможности применения данных НПВО ИК-Фурье спектроскопии для оценки степени кристалличности полиэтилена // Вестник Казанского технологического университета. 2021. № 1. С. 90-98.