Nbsp; ИЗЧИСЛЯВАНЕ Топлоснабдителни системи с използване на слънчеви топлинни колекториНасоки за извършване на изчислителна и графична работа за студенти от всички форми на обучение по специалността Електрически централи, електроцентрали, базирани на нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници ИЗЧИСЛЯВАНЕ Топлоснабдителни системи с използване на слънчеви топлинни колектори: указания за извършване на изчислителна и графична работа за студенти от всички форми на обучение по специалността Електрически централи, централи на нетрадиционни и възобновяеми енергийни източници / А. В. СЪДЪРЖАНИЕ 1. ТЕОРЕТИЧНИ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Конструкция и основни характеристики на плосък слънчев колектор 1.2. Основни елементи и принципни схеми на системислънчево отопление 2. ЕТАПИ НА ПРОЕКТИРАНЕ 3. ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА ТОПЛИНАТА ЗА ОТОПЛЕНИЕ НА СГРАДА 3.1. Основни положения 3.2. Определяне на топлинните загуби при пренос 3.3. Определяне на потреблението на топлина за отоплениевентилационен въздух

3.4. Определяне на топлинните разходи за снабдяване с гореща вода 4. ИЗЧИСЛЯВАНЕ НА СЪСТОМАЧНА СИСТЕМА ЗА ТОПЛОСНАБДЯВАНЕ БИБЛИОГРАФИЯ ТЕОРЕТИЧНИ РАЗПОРЕДБИ

Конструкция и основни характеристики на плосък слънчев колектор Плоският слънчев колектор (СК) е основният елемент на системитеслънчево отопление и захранване с топла вода. Принципът на действието му е прост. Повечетопопадайки върху колектора, се абсорбира от повърхността, която е „черна” по отношение на слънчевата радиация. Част от погълнатата енергия се предава на флуида, циркулиращ през колектора, а останалата част се губи в резултат на топлообмен с околната среда. Топлината, пренасяна от флуида, е полезна топлина, която или се съхранява, или се използва за покриване на отоплителния товар.

Основните елементи на колектора са следните: абсорбираща плоча, обикновено изработена от метал, с неотразяващо черно покритие за осигуряване на максимално поглъщане на слънчевата радиация; тръби или канали, през които циркулира течност или въздух и които са в термичен контакт с абсорбиращата плоча; топлоизолация на дъното и страничните ръбове на плочата; една или повече въздушни междини, разделени с прозрачни покрития с цел топлоизолация на плочата отгоре; и накрая, корпус, който гарантира издръжливост и устойчивост на атмосферни влияния. На фиг. 1 показано напречни сечениянагревател за вода и въздух.

ориз. 1. Схематично изображение на слънчеви колектори с воден и въздушен охладител: 1 – топлоизолация; 2 – въздушен канал; 3 – прозрачни покрития; 4 – абсорбираща плоча; 5 – тръби, свързани с плочата.

Прозрачното покритие обикновено е от стъкло. Стъклото има отлична устойчивост на атмосферни влияния и добри механични свойства. Той е сравнително евтин и може да има висока прозрачност с ниско съдържание на железен оксид. Недостатъците на стъклото са крехкостта и голямата маса. Наред със стъклото могат да се използват и пластмасови материали. Пластмасата обикновено е по-малко склонна към счупване, лека и евтина в тънки листове. Въпреки това, обикновено не е толкова устойчив на атмосферни влияния, колкото стъклото. Повърхността на пластмасовия лист лесно се надрасква и много пластмаси се разграждат и пожълтяват с времето, което води до намалена слънчева пропускливост и влошаване. механична якост. Друго предимство на стъклото пред пластмасата е, че стъклото абсорбира или отразява цялото падащо върху него дълговълново (топлинно) лъчение, излъчвано от абсорбиращата плоча. Топлинни загуби в средачрез радиация се намаляват по-ефективно, отколкото в случая на пластмасово покритие, което пропуска част от дълговълновото лъчение.

Плоският колектор абсорбира както директното, така и дифузното излъчване. Директното лъчение предизвиква хвърляне на сянка от осветен от слънцето обект. Дифузната радиация се отразява и разсейва от облаците и праха, преди да достигне земната повърхност; За разлика от директното излъчване, не води до образуване на сенки. Плоският колектор обикновено се монтира неподвижно върху сградата. Неговата ориентация зависи от местоположението и времето от годината, през което слънчевата инсталация трябва да работи. Плоският колектор осигурява нискокачествената топлина, необходима за загряване на вода и отопление на помещението.

Фокусиращи (концентриращи) слънчеви колектори, включително такива с параболичен концентратор или френелов концентратор, могат да се използват в слънчеви отоплителни системи. Повечето фокусиращи колектори използват само пряка слънчева радиация. Предимството на фокусиращия колектор в сравнение с плоския е, че има по-малка повърхност, от която се губи топлина в околната среда и следователно работна течностможе да се нагрее в него до повече високи температуриотколкото в плоските колектори. Въпреки това, за нуждите от отопление и топла вода, по-високите температури правят малка или никаква разлика. За повечето концентриращи системи колекторът трябва да проследява позицията на слънцето. Системите, които не изобразяват слънцето, обикновено изискват корекции няколко пъти в годината.

Трябва да се прави разлика между моментните характеристики на резервоара (т.е. характеристиките в даден момент, в зависимост от метеорологичните и работни условия в този момент) и неговите дългосрочни характеристики. На практика колекторът на слънчевата топлинна система работи при широк диапазон от условия през цялата година. В някои случаи режимът на работа се характеризира с висока температура и ниска ефективност на колектора, в други случаи, напротив, с ниска температура и висока ефективност.

За да се разгледа работата на резервоар при променливи условия, е необходимо да се определи зависимостта на неговите моментни характеристики от метеорологичните и експлоатационните фактори. За да се опишат характеристиките на колектора са необходими два параметъра, единият от които определя количеството погълната енергия, а другият – топлинните загуби в околната среда. Тези параметри се определят най-добре чрез тестове, които измерват моментната ефективност на резервоара при подходящ диапазон от условия.

Полезната енергия, отнета от колектора в даден момент, е разликата в количеството слънчева енергия, погълната от колекторната плоча, и количеството енергия, загубено в околната среда. Уравнение, което може да се използва за изчисляване на почти всичко съществуващи структуриплоският колектор има формата:

където е полезната енергия, отнета от колектора за единица време, W; - площ на колектора, m2; - коефициент на топлоотвеждане от колектора; - плътност на потока на сумарната слънчева радиация в равнината на колектора W/m2; - пропускливост на прозрачни покрития по отношение на слънчевата радиация; - абсорбционна способност на колекторната плоча по отношение на слънчевата радиация; - коефициент на обща топлинна загуба на колектора, W/(m 2 °C); - температура на течността на входа на колектора, °C; - температура на околната среда, °C.

Слънчевата радиация, падаща върху колектора по всяко време, се състои от три части: пряка радиация, дифузна радиация и радиация, отразена от земята или околните обекти, чието количество зависи от ъгъла на наклона на колектора спрямо хоризонта и естеството на тези обекти. Когато колекторът се тества, плътността на радиационния поток азизмерено с помощта на пиранометър, инсталиран под същия ъгъл на наклон към хоризонта като колектора. Използва се при изчисления f-методът изисква познаване на средните месечни пристигания на слънчева радиация на повърхността на колектора. Най-често справочниците съдържат данни за средните месечни постъпления на радиация върху хоризонтална повърхност.

Плътността на потока на слънчевата радиация, абсорбирана от колекторната плоча в определен момент от времето, е равна на произведението от плътността на потока на падащата радиация аз, пропускливост на системата за прозрачно покритие tи абсорбционна способност на колекторната плоча а. И двете последни величини зависят от материала и ъгъла на падане на слънчевата радиация (т.е. ъгълът между нормалата към повърхността и посоката на слънчевите лъчи). Преки, дифузни и отразени компоненти на слънчевата радиация достигат до повърхността на колектора под различни ъгли. Следователно оптичните характеристики tи атрябва да се изчисли, като се вземе предвид приносът на всеки компонент.

Колекторът губи топлина по различни начини. Топлинните загуби от плочата към прозрачните покрития и от горното покритие към външния въздух възникват чрез излъчване и конвекция, но съотношението на тези загуби в първия и втория случай не е същото. Топлинните загуби през изолираното дъно и страничните стени на колектора се дължат на топлопроводимостта. Колекторите трябва да бъдат проектирани по такъв начин, че всички топлинни загуби да са минимални.

Продукт на общия коефициент на загуба У Ли температурната разлика в уравнение (1) представлява загубата на топлина от абсорбиращата плоча, при условие че нейната температура е навсякъде равна на температурата на входящия флуид. Когато течността се нагрява, колекторната плоча има по-висока температура от температурата на входа на течността. това необходимо условиепренос на топлина от плочата към течността. Следователно действителната загуба на топлина от колектора по-голяма стойностработи. Разликата в загубите се взема предвид с помощта на коефициента на отвеждане на топлината Ф Р.

Коефициент на обща загуба У Ле равна на сумата от коефициентите на загуби през прозрачната изолация, дъното и страничните стени на колектора. За добре проектиран колектор сумата от последните два коефициента обикновено е около 0,5 - 0,75 W/(m 2 °C). Коефициентът на загуба чрез прозрачна изолация зависи от температурата на абсорбиращата плоча, броя и материала на прозрачните покрития, степента на излъчване на плочата в инфрачервената част на спектъра, температурата на околната среда и скоростта на вятъра.

Уравнение (1) е удобно за изчисляване на системи за слънчева енергия, тъй като полезната енергия на колектора се определя от температурата на течността на входа. Загубата на топлина в околната среда обаче зависи от средната температура на абсорбционната плоча, която винаги е по-висока от температурата на входа, ако течността се нагрява, докато преминава през колектора. Коефициент на разсейване на топлината Ф Ре равна на съотношението на действителната полезна енергия, когато температурата на флуида в колектора нараства по посока на потока, към полезната енергия, когато температурата на цялата абсорбираща плоча е равна на температурата на входящия флуид.

Коефициент Ф Рзависи от потока на флуида през колектора и конструкцията на абсорбиращата плоча (дебелина, свойства на материала, разстояние между тръбите и др.) и е почти независима от интензитета на слънчевата радиация и температурите на абсорбиращата плоча и околната среда.

Основни елементи и принципни схеми на слънчеви отоплителни системи

Слънчевите отоплителни системи (или слънчевите топлинни системи) могат да бъдат разделени на пасивни и активни. Най-простите и евтини са пасивните системи, или “ слънчеви къщи“, които използват архитектурни и строителни елементисгради и не изискват допълнително оборудване. Най-често такива системи включват почерняла стена на сградата с южно изложение, на известно разстояние от която е разположено прозрачно покритие. В горната и долната част на стената има отвори, които свързват пространството между стената и прозрачното покритие с вътрешността на сградата. Слънчевата радиация загрява стената: въздухът, измиващ стената, се нагрява от нея и навлиза в сградата през горния отвор. Циркулацията на въздуха се осигурява или чрез естествена конвекция, или чрез вентилатор. Въпреки някои предимства на пасивните системи, основно се използват активни системи със специално инсталирано оборудване за събиране, съхранение и разпределение на слънчевата радиация, тъй като тези системи подобряват архитектурата на сградата, повишават ефективността на използването на слънчевата енергия и също така осигуряват по-голям контрол на топлинната енергия. натоварване и разширяване на обхвата на приложение. Подбор, композиция и разположение на елементите активна системаслънчево отопление във всеки конкретен случай се определят от климатични фактори, вид на обекта, режим на потребление на топлина, икономически показатели. Специфичен елемент от тези системи е слънчевият колектор; използваните елементи, като топлообменни устройства, батерии, резервни източници на топлина, водопроводни инсталации, са широко използвани в индустрията. Слънчевият колектор осигурява преобразуването на слънчевата радиация в топлина, предадена на нагрятата охлаждаща течност, циркулираща в колектора.

В допълнение към основните елементи, описани по-горе, слънчеви системиотоплителните системи могат да включват помпи, тръбопроводи, елементи на системи за измерване и автоматизация и т.н. Различни комбинации от тези елементи водят до голямо разнообразие от слънчеви отоплителни системи по отношение на техните характеристики и цена. Въз основа на използването на слънчеви електроцентрали, проблемите с отоплението, охлаждането и захранването с топла вода за жилищни, административни сгради, промишлени и селскостопански съоръжения.

Слънчевите инсталации имат следната класификация:

1) по предназначение:

Системи за захранване с топла вода;

Отоплителни системи;

Комбинирани инсталацииза топлоснабдяване и студоснабдяване;

2) според вида на използваната охлаждаща течност:

течност;

въздух;

3) по продължителност на работа:

Целогодишно;

Сезонен;

4) от техническо решениесхеми:

Едноконтурни;

Двуконтурен;

Многоверижен.

Най-често използваните охладители в слънчевите отоплителни системи са течности (вода, разтвор на етиленгликол, органични вещества) и въздух. Всеки от тях има определени предимства и недостатъци. Въздухът не замръзва и не създава големи проблеми, свързани с течове и корозия на оборудването. Въпреки това, поради ниската плътност и топлинен капацитет на въздуха, размерът на въздушните инсталации и консумацията на енергия за изпомпване на охлаждащата течност са по-високи от тези на течните системи. Следователно течностите са предпочитани в повечето работещи слънчеви топлинни системи. За жилищни и комунални нужди основната охлаждаща течност е водата.

При работа на слънчеви колектори по време на периоди с отрицателни външни температури е необходимо или да се използва антифриз като охлаждаща течност, или по някакъв начин да се избегне замръзването на охлаждащата течност (например чрез навременно източване на вода, загряване, изолиране на слънчевия колектор).

Слънчевите отоплителни системи с малък капацитет, които захранват малки, отдалечени потребители, често работят на принципа на естествената циркулация на охлаждащата течност. Резервоарът за вода се намира над слънчевия колектор. Тази вода се подава в долната част на водоснабдителната система, разположена под определен ъгъл, където започва да се нагрява, променя плътността си и се издига гравитационно нагоре през колекторните канали. Тогава тя отива при горна частрезервоар, а мястото му в колектора е заето студена водаот долната му част. Установява се режим на естествена циркулация. При по-мощни и ефективни системи циркулацията на водата във веригата на слънчевия колектор се осигурява с помощта на помпа.

Принципните схеми на слънчеви отоплителни системи са представени на фиг. 2, 3 могат да бъдат разделени на две основни групи: инсталации, работещи в отворена верига или верига с директен поток (фиг. 2); инсталации, работещи в затворена верига (фиг. 3). В инсталациите от първата група охлаждащата течност се подава към слънчеви колектори (фиг. 2 a, b) или към топлообменника на соларния кръг (фиг. 2 c), където се нагрява и подава или директно към потребителя, или към резервоар за съхранение. Ако температурата на охлаждащата течност след слънчевата инсталация е под определеното ниво, тогава охлаждащата течност се загрява в резервен източник на топлина. Разглежданите схеми се използват главно в промишлени съоръжения, в системи с дългосрочно акумулиране на топлина. За да се осигури постоянно ниво на температурата на охлаждащата течност на изхода на колектора, е необходимо да се промени дебитът на охлаждащата течност в съответствие със закона за промените в интензивността на слънчевата радиация през деня, което изисква използването на автоматични устройстваи усложнява системата. В схемите от втората група преносът на топлина от слънчеви колектори се осъществява или чрез резервоар за съхранение, или чрез директно смесване на охлаждащи течности (фиг. 3 а), или чрез топлообменник, който може да бъде разположен както вътре в резервоара ( Фиг. 1.4 b) и извън нея (фиг. 3c). Нагрятата охлаждаща течност се подава към потребителя през резервоара и, ако е необходимо, се загрява отново в резервен източник на топлина. Инсталации, работещи по схемите, представени на фиг. 3, може да бъде едноконтурен (фиг. 3 а), двуконтурен (фиг. 3 б) или многоконтурен (фиг. 3 в, г).

ориз. 2. Принципни схеми на прямоточни системи: 1-слънчев колектор; 2- батерия; 3-топлообменник

ориз. 3. Принципни схеми на слънчеви отоплителни системи

Използването на една или друга версия на схемата зависи от естеството на товара, вида на потребителя, климатичните, икономическите фактори и други условия. Разгледаните на фиг. До момента са намерени 3 схеми най-голямото приложение, тъй като се характеризират със сравнителна простота и надеждност при работа.

Етапи на изпълнение на работата

Изчислително-графичната работа се състои от следните основни етапи:

1) Изпълнение на чертежа “План на сградата”.

2) Избор на топлинна схема за отоплителна система със слънчеви колектори

3) Изпълнение на чертежа „Схема на отопление и топла вода с помощта на слънчеви термични колектори“

4) Изчисляване на отоплителния товар (отопление и топла вода).

5) Изчисляване на слънчевата отоплителна система и дела на топлинния товар, осигурен от слънчевата енергия f- метод.

6) Съставяне на обяснителна записка.

Средно за годината, в зависимост от климатичните условия и географската ширина на района, потокът от слънчева радиация върху земната повърхност варира от 100 до 250 W/m2, достигайки пикови стойности по обяд при ясно небе, почти на всяко място (независимо от географската ширина), около 1000 W/m2. В условия средна зонаВ Русия слънчевата радиация „извежда“ на повърхността на земята енергия, еквивалентна на приблизително 100-150 kg стандартно гориво на m 2 годишно.

Математическо моделиране на най-простата слънчева водонагревателна инсталация, извършено в Института по високи температури Руска академиянауките, използващи модерен софтуер и данни от типична метеорологична година, показаха, че в действителност климатични условияВ Централна Русия е препоръчително да се използват сезонни плоски слънчеви бойлери, работещи от март до септември. За инсталация със съотношение на площта на слънчевия колектор към обема на резервоара от 2 m 2 /100 l, вероятността за ежедневно загряване на водата през този период до температура най-малко 37 ° C е 50-90% , до температура най-малко 45 ° C - 30- 70%, до температура най-малко 55 ° C - 20-60%. Максимални стойностивероятностите се отнасят за летните месеци.

„Твоя Слънчева къща» разработва, монтира и доставя системи с пасивна и активна циркулация на охлаждащата течност. Можете да намерите описание на тези системи в съответните раздели на нашия уебсайт. Поръчките и покупките се извършват чрез.

Често се задава въпросът дали е възможно да се използват слънчеви отоплителни системи за отопление в руски условия. По този въпрос е написана отделна статия - „Поддръжка на слънчево отопление“

Продължете да четете

1. Слънчеви колектори.

Слънчевият колектор е основният елемент на инсталацията, в който енергията на слънчевата радиация се преобразува в друга форма на полезна енергия. За разлика от конвенционалните топлообменници, при които се осъществява интензивен топлопренос от един флуид към друг и радиацията е незначителна, в слънчевия колектор преносът на енергия към флуида се извършва от отдалечен източник на лъчиста енергия. Без концентрацията на слънчевите лъчи, плътността на потока на падащата радиация е в най-добрия случай -1100 W/m2 и е променлива. Дължините на вълните са в диапазона 0,3 - 3,0 микрона. Те са значително по-малки от дължините на вълните на присъщото лъчение на повечето повърхности, които абсорбират лъчение. По този начин изследванията на слънчевите колектори представляват уникални предизвикателства за пренос на топлина при ниски и променливи плътности на енергийния поток и относително голяма роля на радиацията.

Слънчевите колектори могат да се използват с или без концентрирана слънчева радиация. При плоските колектори повърхността, която приема слънчевата радиация, е и повърхността, която абсорбира радиацията. Фокусиращите колектори, обикновено с вдлъбнати рефлектори, концентрират падащото лъчение върху цялата им повърхност върху топлообменник с по-малка повърхност, като по този начин увеличават плътността на енергийния поток.

1.1. Плоски слънчеви колектори.Плоският слънчев колектор е топлообменник, предназначен да загрява течност или газ, използвайки енергия от слънчева радиация.

Плоските колектори могат да се използват за нагряване на охлаждащата течност до умерени температури, t ≈ 100 o C. Техните предимства включват възможността за използване както на пряка, така и на дифузна слънчева радиация; те не изискват проследяване на слънцето и не изискват рутинна поддръжка. Структурно те са по-прости от система, състояща се от концентриращи рефлектори, абсорбиращи повърхности и механизми за проследяване. Обхватът на приложение на слънчевите колектори е отоплителни системи за жилищни и промишлени сгради, климатични системи, топла вода, както и електроцентрали с нискокипящ работен флуид, обикновено работещи по цикъла на Ранкин.

Основните елементи на типичния плосък слънчев колектор (фиг. 1) са: „черна” повърхност, която абсорбира слънчевата радиация и предава енергията й на охлаждащата течност (обикновено течност); покрития, прозрачни за слънчевата радиация, разположени над абсорбиращата повърхност, които намаляват конвективните и радиационните загуби в атмосферата; топлоизолация на обратната и крайната повърхност на колектора за намаляване на загубите поради топлопроводимост.

Фиг.1. Принципна схемаплосък слънчев колектор.

а) 1 - прозрачни покрития; 2 - изолация; 3 - тръба с охлаждаща течност; 4 - абсорбираща повърхност;

б) 1. повърхност, която абсорбира слънчевата радиация, 2-канала за охлаждаща течност, 3-стъкло (??), 4-тяло,

5- топлоизолация.

Фиг.2 Слънчев колектор от листово-тръбен тип.

1 - горен хидравличен колектор; 2 - долен хидравличен колектор; 3 - n тръби, разположени на разстояние W една от друга; 4 - лист (абсорбираща плоча); 5- връзка; 6 - тръба (не в мащаб);

7 - изолация.

1.2. Ефективност на колектора. Ефективността на колектора се определя от неговата оптична и топлинна ефективност. Оптичната ефективност η o показва каква част от слънчевата радиация, която достига повърхността на стъклото на колектора, се абсорбира от абсорбиращата черна повърхност и взема предвид загубите на енергия, свързани с разликата в пропускливостта на стъклото и коефициента на поглъщане на абсорбираща повърхност от единство. За колектор с еднослоен стъклопакет

където (τα) n е произведението на пропускливостта на стъклото τ и коефициента на поглъщане α, който абсорбира радиацията от повърхността при нормално паданеслънчеви лъчи.

Ако ъгълът на падане на лъчите се различава от директния, се въвежда корекционен коефициент k, като се отчита увеличаването на загубите на отражение от стъкло и повърхности, които абсорбират слънчевата радиация. На фиг. Фигура 3 показва графики k = f(1/ cos 0 - 1) за колектори с еднослоен и двуслоен стъклопакет. Оптична ефективност, като се вземе предвид ъгълът на падане на лъчите, различни от преките,

ориз. 3. Коефициент на корекция, отчитащ отразяването на слънчевата светлина от стъклената повърхност и черната абсорбираща повърхност.

В допълнение към тези загуби, в колектор от всякакъв дизайн има топлинни загуби в околната среда Q пот, които се вземат предвид от топлинната ефективност, която е равна на съотношението на количеството полезна топлина, отнета от колектора в a определено време до количеството радиационна енергия, идваща към него от Слънцето за същото време:

където Ω е площта на отвора на колектора; I е плътността на потока на слънчевата радиация.

Оптичната и термичната ефективност на колектора са свързани със съотношението

Топлинните загуби се характеризират с общия коефициент на загуба U

където T a е температурата на черната повърхност, която абсорбира слънчевата радиация; T около - температура на околната среда.

Стойността на U може да се счита за постоянна с достатъчна точност за изчисления. В този случай заместването на Qpot във формулата за топлинна ефективност води до уравнението

Топлинната ефективност на колектора може да се напише и чрез средната температура на охлаждащата течност, протичаща през него:

където T t = (T in + T out) /2 - средна температура на охлаждащата течност; F" е параметър, обикновено наричан "ефективност на колектора" и характеризиращ ефективността на преноса на топлина от повърхността, абсорбираща слънчевата радиация, към охлаждащата течност; зависи от дизайна на колектора и е почти независим от други фактори; типичните стойности на параметър F"≈: 0,8- 0,9 - за плоски въздушни колектори; 0,9-0,95 - за плоски течни колектори; 0,95-1,0 - за вакуумни колектори.

1.3. Вакуумни колектори.В случаите, когато е необходимо нагряване до по-високи температури се използват вакуумни колектори. Във вакуумния колектор обемът, съдържащ черната повърхност, която абсорбира слънчевата радиация, е отделен от околната среда чрез евакуирано пространство, което може значително да намали загубата на топлина в околната среда поради топлопроводимост и конвекция. Загубите на радиация се потискат до голяма степен чрез прилагане на селективно покритие. Тъй като общият коефициент на загуба във вакуумния колектор е малък, охлаждащата течност в него може да се нагрее до по-високи температури (120-150 °C), отколкото в плоския колектор. На фиг. Фигура 9.10 показва примери за проектиране на вакуумни колектори.

ориз. 4. Видове вакуумни колектори.

1 - тръба с охлаждаща течност; 2 - плоча със селективно покритие, което абсорбира слънчевата радиация; 3 топлинна тръба; 4 елемент за отвеждане на топлина; 5 стъклена тръба със селективно покритие; b - вътрешна тръба за подаване на охлаждаща течност; 7 външен стъклен контейнер; 8 вакуум

МИНИСТЕРСТВО ЕНЕРГЕТИКА И ЕЛЕКТРИФИКАЦИЯСССР

ГЛАВЕН НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИ ОТДЕЛ
ЕНЕРГЕТИКА И ЕЛЕКТРИФИКАЦИЯ

МЕТОДИЧЕСКИ УКАЗАНИЯ
ЗА ИЗЧИСЛЯВАНЕ И ПРОЕКТИРАНЕ
СЛЪНЧЕВИ ОТОПЛИТЕЛНИ СИСТЕМИ

РД 34.20.115-89

УСЛУГА НА ОТЛИЧНОСТ ЗА СОЮЗТЕХЕНЕРГО

Москва 1990г

РАЗРАБОТЕН Държавен орден на Червеното знаме на труда Научноизследователски енергиен институт на името на. Г.М. Кржижановски

ИЗПЪЛНИТЕЛИ М.Н. ЕГАИ, О.М. КОРШУНОВ, А.С. ЛЕОНОВИЧ, В.В. НУЩАЙКИН, В.К. РИБАЛКО, Б.В. ТЪРНИЖЕВСКИ, В.Г. БУЛИЧЕВ

ОДОБРЕНО Главна научно-техническа дирекция по енергетика и електрификация 07.12.89 г.

Ръководител В.И. ГОРИ

Задава се срок на валидност

от 01.01.90г

до 01.01.92г

Настоящите указания установяват процедурата за извършване на изчисления и съдържат препоръки за проектиране на слънчеви отоплителни системи за жилищни, обществени и промишлени сградии структури.

Насоките са предназначени за проектанти и инженери, участващи в разработването на слънчеви системи за отопление и топла вода.

. ОБЩИ ПОЛОЖЕНИЯ

където f - дял от общия средногодишен топлинен товар, осигурен от слънчева енергия;

където F - площ на SC, m2.

където H е средната годишна обща слънчева радиация върху хоризонтална повърхност, kWh/m2 ; разположени от приложението;

а, б - параметри, определени от уравнение () и ()

където r - характеристики на топлоизолационните свойства на обвивката на сградата при фиксирана стойност на натоварването за БГВ, е съотношението на дневния отоплителен товар при температура на външния въздух от 0 °C към дневния товар за БГВ. Колкото повече r толкова по-голям е делът на отоплителния товар в сравнение с дела на БГВ и толкова по-несъвършен е проектът на сградата по отношение на топлинните загуби; r = 0 се взема предвид само Системи за БГВ. Характеристиката се определя по формулата

където λ е специфичната топлинна загуба на сградата, W/(m 3 °C);

м - брой часове в деня;

к - вентилационен въздухообмен, 1/ден;

ρ в - плътност на въздуха при 0 °C, kg/m3;

f - процент на заместване, приблизително взет от 0,2 до 0,4.

Стойности на λ, k, V, t in, s заложени при проектирането на SST.

Стойности на коефициента α за слънчеви колекториТипове II и III

Стойности на β коефициента за слънчеви колекториТипове II и III

Стойности на коефициентите a и bса от масата. .

Стойностите на коефициентите a и b в зависимост от вида на слънчевия колектор

където qi - специфична годишна топлинна мощност на СГВС при стойности f, различно от 0,5;

Δq - изменение на годишната специфична топлинна мощност на СГВС, %.

Изменение на годишната специфична топлинна мощностΔq от годишното постъпване на слънчева радиация върху хоризонтална повърхност H и коефициент f

Приложение 2

Топлинни характеристики на слънчевите колектори

Приложение 3

Технически характеристики на слънчеви колектори

Приложение 4

Технически характеристики на проточни топлообменници тип ТТ

Приложение 5

Годишно пристигане на обща слънчева радиация върху хоризонтална повърхност (N), kWh/m 2

Бележки д. Охлаждащите течности на базата на калиев карбонат имат следния състав (масова част):

Рецепта 1 Рецепта 2

Калиев карбонат, 1,5-вода 51,6 42,9

Натриев фосфат, 12-хидрат 4,3 3,57

Натриев силикат, 9-хидрат 2.6 2.16

Натриев тетраборат, 10-хидрат 2,0 1,66

Флуорезоин 0,01 0,01

Вода До 100 До 100

Основният елемент на системите за активно топлоснабдяване е слънчевият колектор (СК) В съвременните нискотемпературни системи за топлоснабдяване (до 100 ° C), използвани за преобразуване на слънчевата енергия в нискокачествена топлина за захранване с топла вода, отопление и др. топлинни процеси, използва се така нареченият плосък колектор, който е слънчев колектор, абсорбатор, през който циркулира охлаждащата течност; Конструкцията е топлоизолирана отзад и остъклена отпред.

При високотемпературни системи за топлоснабдяване (над 100 °C) се използват високотемпературни слънчеви колектори. В момента най-ефективният от тях се счита за концентриращият слънчев колектор Luza, който представлява параболична корито с черна тръба в центъра, върху която се концентрира слънчевата радиация. Такива колектори са много ефективни в случаите, когато е необходимо да се създадат температурни условия над 100 °C за индустрията или за производство на пара в електроенергетиката. Те се използват в някои слънчеви топлинни централи в Калифорния; за Северна Европа не са достатъчно ефективни, тъй като не могат да използват дифузна слънчева радиация.

Световен опит. В Австралия течностите под 100°C консумират около 20% от общата консумация на енергия. Установено е, че за осигуряване топла вода 80% селски жилищни сградиза 1 човек се нуждаете от 2...3 m2 повърхност на слънчевия колектор и резервоар за вода с вместимост 100...150 литра. Инсталации с площ от 25 m2 и бойлер от 1000...1500 литра, осигуряващи топла вода за 12 души, са широко търсени.

В Обединеното кралство селските жители задоволяват 40...50% от нуждите си от топлинна енергия чрез използването на слънчева радиация.

В Германия на изследователска станцияБлизо до Дюселдорф е тествана активна слънчева инсталация за подгряване на вода (площ на колектора 65 m2), която дава възможност да се получават средно 60% от необходимата топлина на година и 80...90% през лятото. В германските условия едно семейство от 4 души може напълно да си осигури топлина, ако има енергиен покрив с площ от 6...9 m2.

Най-широко топлинна енергияСлънцето се използва за отопление на оранжерии и създаване на изкуствен климат в тях; В Швейцария са тествани няколко метода за използване на слънчевата енергия в тази посока.

В Германия (Хановер) в Института по технологии, градинарство и земеделие, възможността за използване на слънчеви колектори, поставени до оранжерията или вградени в нейната структура, както и самите оранжерии като слънчев колектор, използващ оцветена течност, преминала през двойно покритие на оранжерията и нагрята слънчева радиация Резултатите от изследванията показват, че в климатичните условия на Германия отоплението, използващо само слънчева енергия през цялата година, не задоволява напълно нуждите от топлина. Съвременните слънчеви колектори в германски условия могат да задоволят нуждите на селското стопанство от топла вода през лятото с 90%, през зимата с 29...30% и в преходния период - с 55...60%.

Активен слънчев отоплителни системинай-разпространен в Израел, Испания, остров Тайван, Мексико и Канада. Само в Австралия повече от 400 000 домове имат слънчеви бойлери. В Израел повече от 70% от всички еднофамилни къщи (около 900 000) са оборудвани слънчеви бойлерисъс слънчеви колектори обща площ 2,5 милиона m2, което осигурява възможност за годишно спестяване на гориво от около 0,5 милиона toe.

Конструктивното подобряване на плоските SC се извършва в две посоки:

• търсене на нови неметални конструкционни материали;
• подобряване на оптико-термичните характеристики на най-важния възел абсорбатор-прозрачен елемент.