Расчет систем солнечного теплоснабжения
Расчёт солнечных установок включает определение располагаемого количества солнечной энергии, теплопроизводительности солнечного коллектора и установки в целом, тепловой нагрузки отопления и горячего водоснабжения, энергетических и геометрических характеристик гелиосистемы, в том числе площади поверхности коллектора, объёма аккумулятора теплоты, годовой доли солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки и годовой экономии топлива. Рассмотрим методику теплового расчета применительно к солнечной системе горячего водоснабжения (ССГВ). Площадь поверхности КСЭ для сезонной солнечной системы горячего водоснабжения, работающей с апреля по сентябрь, можно упрощенно определить по формуле [1]:
где Vгв – средний суточный расход горячей воды, л/день; qг.в – среднесезонная суточная удельная производительность системы по горячей воде, л/(м 2 ×день); ηт=0,8÷0,85 – коэффициент, учитывающий теплопотери трубопроводов.
Величину среднесезонной суточной удельной производительности системы по горячей воде qг.в следует определять в зависимости
от суточного поступления солнечной энергии Е на горизонтальную поверхность согласно рис. 13.
Если в системе не предусмотрен резервный источник теплоты (РИТ), то расчет ССГВ ведется по величине Е для апреля, но при этом в летние месяцы будет возникать неиспользуемый избыток теплоты.
Если же резервный источник теплоты предусмотрен, то расчет ССГВ ведется для июня, тогда в остальной период года система обеспечит долю тепловой нагрузки fср на горячее водоснабжение Qг.в., а резервный источник даст (1-fср)×Qг.в. теплоты.
Пример расчета сезонной ССГВ в Ростове-на-Дону: Vг.в.=4,8 м 3 /день, tг.в.=45°С и tк.в.=15°С.
Выбираем КСЭ типа НПК-2, β=φ-15°=32°.
Вычислим Fк и экономию топлива.
Определяем Е=15,84 МДж/(м 2 ·день) (апрель) и 23,62 МДж/(м 2 ·день) (июнь). По рис. 13 находим qг.в.=52,5 л/день (апрель) и 80 л/день (июнь) на 1 м 2 площади КСЭ.
|
|
Рис.13. Зависимость удельной суточной производительности системы
солнечного горячего водоснабжения от суточного суммарного поступления солнечной энергии Ег на горизонтальную поверхность
По формуле (11) находим Fк=107,6 м 2 (апрель) и 70,6 м 2 (июнь). При отсутствии резервного источника энергии целесообразно использовать КСЭ с Fк=107,6 м 2 , а при его наличии – Fк = 70,6 м 2 . Месячные величины f равны: fIV=0,66; fV=0,83, fVI=fVII=1, fVIII=0,82, fIX=0,61, a средняя за сезон доля нагрузки солнечной системы горячего водоснабжения составляет fср=0,82.
Объем аккумулятора Vак=0,05×Vк=3,5 м 3 . Расход энергии от резервного источника теплоты за сезон составит:
Экономия топлива (при КПД теплогенератора, равном ηт.г.=0,55):
Расчет систем ССГВ рекомендуется проводить с помощью номограммы, представленной на рис. 14, согласно которой по исходным данным (φ, Е, Ек, Тв и Qн) определяют Fк.
По номограмме на рис. 14 при φ=47° для июня (Е=23,62 МДж/(м 2 ·день)) получим Ек=22 МДж/(м 2 ·день), по известным величинам φ, Е, Ек и Тв=19,2 °С при суточной тепловой нагрузке Qн=Vr.в·ρ×cp·Δt=4,8·1000×4,19×(47-15)=603 МДж/день находим Fк=72 м 2 . Расхождение между величиной поверхности, полученной по формуле (11), и номограммой (рис. 14) составляет 2,1%, что позволяет рекомендовать номограмму для расчетов в инженерной практике.
В индивидуальных жилых зданиях гелиоустановки, как правило, используются в теплое время для нужд горячего водоснабжения. При этом избыточное тепло может подаваться с помощью жидкого теплоносителя в основание здания, с целью его аккумуляции и дальнейшего использования в холодный период года.
Солнечные установки теплоснабжения недопустимо относить к экологически чистым видам энергии, в лучшем случае к экологически чистой можно отнести конечную стадию, то есть стадию эксплуатации солнечных установок, и то относительно. Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что приводит к сильным изменениям почвенных условий и растительности.
Рис. 14. Номограмма для определения площади коллектора солнечной энергии Fк
и среднемесячного суточного поступлении солнечной энергии Ек
на поверхность КСЭ с оптимальными углом наклона и ориентацией
Нежелательное экологическое воздействие вызывает нагрев воздуха при прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными отражателями, что приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления ветра, в некоторых случаях возможны перегрев
и возгорание систем теплоснабжения, использующих солнечные концентраторы.
Применение низкокипящих жидкостей при неизбежной их утечке могут привести к значительному загрязнению питьевой воды. Особую опасность представляют нитраты, являющиеся высокотоксичными веществами.
Солнечные станции являются достаточно материалоемкими и требуют отчуждения значительных территорий для своего размещения.
2. Использование энергии ветра
с помощью ветроэлектрогенераторов
Расчет установок солнечного горячего водоснабжения
Расчет интенсивности солнечной радиации.
Расчет установки солнечного горячего водоснабжения выполняется по часовым суммам прямой и рассеяной солнечной радиации и температуре наружного воздуха. Величина интенсивности солнечной радиации, температура наружного воздуха принимается как правило по «Справочнику по климату СССР»
Интенсивность падающей солнечной радиации для любого простанственного положения солнечного коллектора и каждого часа светлого дня qi Вт /
qi =
Где
Коэффициент положения солнечного коллектора для рассеянной радиации следует определять по формуле:
Где b – угол наклона солнечного коллектора к горизонту.
Коэффициент положения солнечного коллектора
Приведенную интенсивность поглощенной солнечной радиации q Вт /
q
Где
Расчет
При неравномерном потреблении горячего водоснабжения в установках без дублера расчет площади солнечных коллекторов следует выполнять по величине суточного расхода горячей воды каждого месяца и принимать наибольшую из полученных площадей
Рассчитаем площадь на 12 месяцев
Часовая производительность установки
Температура на входе
Температура на выходе
U – 8 Вт/(
Приведенная интенсивность поглощения солнечной радиации q Вт/
q
qθ =0.96 (0.7 • 0.91 • 554 + 0.61 • 0.40 • 97) = 361.5 Вт/
Равномерная температура каждого часа
Площадь солнцепоглощающей поверхности коллекторов установки без дублера A,
А = G/
Где G – суточный расход горячей воды в системе горячего водоснабжения G, кг, принимается среднечасовой – 400 л/ч
Площадь солнцепоглощающей поверхности установки с дублером A,
А =
Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле:
ŋ = 0.8 •
ŋ = 0.8
где θ – двух стекольных
где q – интенсивность поглощенной солнечной радиации
qi =
Вывод: в климатических условиях города Баку солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться различными потребителями в бытовых целях в течение 6-12 месяцев в году
Для нагрева 100 л воды солнечная установка должна иметь 30-50
Практическая работа №2
Тема: устройство и принцип работы ветрогенератора
Цель: расчитать работу ветрогенератора
Расчет установок солнечного горячего водоснабжения
Дублер – традиционные источник теплоты для догрева воды, полученный в установке солнечного горячего водоснабжения.
Теплоприемный контур – контур, в котором происходит нагрев теплоносителя непосредственно солнечной энергии.
Все типы установок с дублирующими источниками рассчитываются по данным месяца с наибольшей суммы солнечной радиации в период работы, а системы без дублирующего источника – с наименьшей.
Площадь солнцепоглощающей поверхности коллектора установки без дублеров A,
А = G/
Где G – часовой расход горячей воды в системе горячего водоснабжения
G, кг принимается по СНиП 2.04 01-85;
q i – часовая производительность установки отнесенная к 1
i – расчетные часы установки.
При неравномерном потреблении горячей воды по месяца в установках без дублеров расчет площади солнечных коллекторов следует выполнять по величине суточного расхода горячей воды каждого месяца и применять наибольшую из полученных площадей.
Часова площадь установки,
Где U – приведенный коэффициент теплопотерь солнечного коллектора Вт/(
Температура на входе
Где
Температура на выходе определяется по формуле:
Где
В однократных системах
Равновесная температура каждого часа
qθ – приведенная интенсивность поглощенной солнечной радиации
Вт /
Примечание. При отсутствии технических характеристик солнечных коллекторов величины солнцепоглощающей поверхности ее следует принимать равной 0.9 – 0.95 габаритной площади коллектора.
В первый час работы установки температура на выходе принимается равной температуре воды в баке-аккумулятора
При отклонении солнечных коллекторов от южной ориентации до
Площадь солнцепоглощающей поверхности установок с дублером A,
А =
Где
Ŋ – КПД солнечного горячего водоснабжения.
Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле:
ŋ = 0.8 •
где 0 – приведенная оптическая характеристика коллектора. При отсутствии паспортных данных может быть принята равной 0.73 для одностекольных коллекторов и 0.63 – для двухстекольных.
При переменном расходе теплоносителя в теплопроводном контуре и в контуре нагреваемой воды подбор насосов производится по максимальной величине расхода. При постоянном расходе теплоносителя его удельный расход должен приниматься в пределах 20 – 40 кг/
При проектировании установок с переменным расходом теплоносителя расчет теплообменников следует производить по среднечасовым значениям расходом воды и теплоносителя.
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.