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 V_гв – средний суточный расход горячей воды, л/день; q_г.в – среднесезонная суточная удельная производительность системы по горячей воде, л/(м 2 ×день); η_т=0,8÷0,85 – коэффициент, учитывающий теплопотери трубопроводов.

Величину среднесезонной суточной удельной производительности системы по горячей воде q_г.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 f_ср на горячее водоснабжение Q_г.в., а резервный источник даст (1-f_ср)×Q_г.в. теплоты.

Пример расчета сезонной ССГВ в Ростове-на-Дону: V_г.в.=4,8 м 3 /день, t_г.в.=45°С и t_к.в.=15°С.

Выбираем КСЭ типа НПК-2, β=φ-15°=32°.

Вычислим F_к и экономию топлива.

Определяем Е=15,84 МДж/(м 2 ·день) (апрель) и 23,62 МДж/(м 2 ·день) (июнь). По рис. 13 находим q_г.в.=52,5 л/день (апрель) и 80 л/день (июнь) на 1 м 2 площади КСЭ.

q, кг/м 2 Äдень

Ег, МДж/м 2 Äдень

Рис.13. Зависимость удельной суточной производительности системы

солнечного горячего водоснабжения от суточного суммарного поступления солнечной энергии Е_г на горизонтальную поверхность

По формуле (11) находим F_к=107,6 м 2 (апрель) и 70,6 м 2 (июнь). При отсутствии резервного источника энергии целесообразно использовать КСЭ с F_к=107,6 м 2 , а при его наличии – F_к = 70,6 м 2 . Месячные величины f равны: f_IV=0,66; f_V=0,83, f_VI=f_VII=1, f_VIII=0,82, f_IX=0,61, a средняя за сезон доля нагрузки солнечной системы горячего водоснабжения составляет f_ср=0,82.

Объем аккумулятора V_ак=0,05×V_к=3,5 м 3 . Расход энергии от резервного источника теплоты за сезон составит:

Экономия топлива (при КПД теплогенератора, равном η_т.г.=0,55):

.

Расчет систем ССГВ рекомендуется проводить с помощью номограммы, представленной на рис. 14, согласно которой по исходным данным (φ, Е, Е_к, Т_в и Q_н) определяют F_к.

По номограмме на рис. 14 при φ=47° для июня (Е=23,62 МДж/(м 2 ·день)) получим Е_к=22 МДж/(м 2 ·день), по известным величинам φ, Е, Е_к и Т_в=19,2 °С при суточной тепловой нагрузке Q_н=V_r.в·ρ×c_p·Δt=4,8·1000×4,19×(47-15)=603 МДж/день находим F_к=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 F_к
и среднемесячного суточного поступлении солнечной энергии Е_к
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 / следует определять по формуле:

qi = + (1.8)

Где — интенсивность прямой солнечной радиации, падающею на горизонтальную поверхность Вт /

– интенсивность рассеянной солнечной радиации падающей на горизонтальную поверхность Вт /

– коэффициенты положения солнечного коллектора для прямой и рассеянной радиации соответственно.

Коэффициент положения солнечного коллектора для рассеянной радиации следует определять по формуле:

= b/2 (1.9)

Где b – угол наклона солнечного коллектора к горизонту.

Коэффициент положения солнечного коллектора для прямой солнечной радиации следует определять по таблице данного приложения.

Приведенную интенсивность поглощенной солнечной радиации q Вт / , следует определять по формуле:

q = 0.96 ( + ) (1.10)

Где и – соответственно приведенные оптические характеристики солнечного коллектора для прямой и рассеянной радиации. При отсутствии паспортных данных могут быть приняты: и – для одностекольных и 0.63 и 0.42 для двухстекольных солнечных коллекторов.

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 кг/

= = =1.5 кг/ (1.11)

Температура на входе =

Температура на выходе = 35

U – 8 Вт/( • К) для двухстекольных коллекторов;

Приведенная интенсивность поглощения солнечной радиации q Вт/

q = 0.96 ( + )

qθ =0.96 (0.7 • 0.91 • 554 + 0.61 • 0.40 • 97) = 361.5 Вт/ (1.12)

Равномерная температура каждого часа

=qθ/U + = +28.8 = 73.9 (1.13)

Площадь солнцепоглощающей поверхности коллекторов установки без дублера A,

А = G/ q i А = = 50 (1.14)

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 = А = = 29.9 = 30 (1.15)

Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле:

ŋ = 0.8 •

ŋ = 0.8 (1.16)

где θ – двух стекольных

где q – интенсивность поглощенной солнечной радиации

qi = + q = 0.7 • 554 + 0.61 • 97 = 614 Вт/ (1.17)

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 солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в летнее время обеспечит ежедневный нагрев воды до температуры не менее 70°С

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, , следует определять по формуле:

А = G/ q i (1.1)

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 поверхность солнечного коллектора , кг/

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, , кг/ определяется по формуле:

= (1.2)

Где U – приведенный коэффициент теплопотерь солнечного коллектора Вт/( • К) в случае отсутствия паспортных данных может быть принят 8 Вт/( • К)для относительных коллекторов и 5 Вт/( • К) для двухстекольных;

– температура теплоносителя на входе и выходе солнечного коллектора

Температура на входе определяется по формуле:

= + 5 (1.3)

Где – требуемая температура горячей воды.

Температура на выходе определяется по формуле:

= + 5 (1.4)

Где – температура холодной воды.

В однократных системах = и =

Равновесная температура каждого часа

=qθ/U + (1.5)

qθ – приведенная интенсивность поглощенной солнечной радиации

Вт / определяется по приложению 1.

– температура наружного воздуха

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 количество поглощенной радиации снижается на 5% при отклонении до на -10%.

Площадь солнцепоглощающей поверхности установок с дублером A, следует определить по формуле:

А = (1.6)

Где – интенсивность поглощающей солнечной радиации в плоскости коллектора Вт / определяется по приложению 1. В интервале от 8 до 17 ч для солнечных коллекторов южной ориентации. При отклонении от юга к востоку или западу на каждые интервал времени начинается раньше или позже на 1 ч.

Ŋ – КПД солнечного горячего водоснабжения.

Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле:

ŋ = 0.8 • (1.7)

где 0 – приведенная оптическая характеристика коллектора. При отсутствии паспортных данных может быть принята равной 0.73 для одностекольных коллекторов и 0.63 – для двухстекольных.

– средняя дневная температура воздуха .

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/ • ч

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.