Nbsp; PRORAČUN Sustavi opskrbe toplinom pomoću solarnih kolektora Smjernice izvođenje računskih i grafičkih radova za studente svih oblika obrazovanja specijalnosti Elektrane, elektrane na netradicionalne i obnovljive izvore energije na bazi netradicionalnih i obnovljivih izvora energije / AV SADRŽAJ 1. TEORIJSKE ODREDBE 1.1. Dizajn i glavne karakteristike ravnog solarnog kolektora 1.2. Osnovni elementi i sheme sklopova sustava solarno grijanje 2. FAZE PROJEKTIRANJA 3. PRORAČUN TOPLINE ZA GRIJANJE ZGRADE 3.1. Osnovne odredbe 3.2. Određivanje prijenosnih toplinskih gubitaka 3.3. Određivanje utroška topline za grijanje ventilacijski zrak 3.4. Određivanje troškova topline za opskrbu toplom vodom 4. PRORAČUN SUSTAVA SOLARNE TOPLINE BIBLIOGRAFIJA TEORIJSKE ODREDBE

Dizajn i glavne karakteristike ravnog solarnog kolektora

Ravni solarni kolektor (SC) glavni je element sustava solarno grijanje i opskrba toplom vodom. Princip njegovog rada je jednostavan. Većinu sunčevog zračenja koje pada na kolektor apsorbira površina koja je "crna" u odnosu na sunčevo zračenje. Dio apsorbirane energije prenosi se na tekućinu koja cirkulira kroz kolektor, a ostatak se gubi kao rezultat izmjene topline s okolinom. Toplina koju nosi tekućina korisna je toplina koja se ili pohranjuje ili koristi za pokrivanje opterećenja grijanja.

Glavni elementi kolektora su sljedeći: apsorbirajuća ploča, obično izrađena od metala, s nereflektirajućim crnim premazom kako bi se osigurala maksimalna apsorpcija sunčevog zračenja; cijevi ili kanali kroz koje cirkulira tekućina ili zrak i koji su u toplinskom kontaktu s upijajućom pločom; toplinska izolacija dna i bočnih rubova ploče; jedan ili više zračnih raspora odvojenih prozirnim premazima kako bi se ploča izolirala odozgo; i konačno, kućište koje pruža izdržljivost i otpornost na vremenske uvjete. Na sl. 1 prikazano presjeci grijač vode i zraka.

Riža. 1. Shematski prikaz solarnih kolektora s vodom i zrakom za hlađenje: 1 - toplinska izolacija; 2 - zračni kanal; 3 - prozirne prevlake; 4 - upijajuća ploča; 5 - cijevi spojene na ploču.

Prozirni premaz obično je izrađen od stakla. Staklo ima izvrsnu otpornost na vremenske uvjete i dobra mehanička svojstva. Relativno je jeftin i, s niskim sadržajem željeznog oksida, može imati visoku prozirnost. Nedostaci stakla su krtost i velika masa. Uz staklo mogu se koristiti i plastični materijali. Plastika je općenito manje sklona lomljenju, lagana je i jeftina u obliku mokrih plahti. Međutim, općenito nije otporan na vremenske uvjete kao staklo. Površina plastične ploče lako se izgrebe, a mnoge vrste plastike s vremenom se razgrađuju i žute, što rezultira smanjenom propusnošću sunčeve svjetlosti i propadanjem. mehanička čvrstoća. Još jedna prednost stakla u odnosu na plastiku je ta što staklo apsorbira ili reflektira svo dugovalno (toplinsko) zračenje koje pada na njega, a koje emitira apsorbirajuća ploča. Gubitak topline u okoliš smanjuju se zračenjem učinkovitije nego u slučaju plastične prevlake, koja propušta dio dugovalnog zračenja.

Ravni kolektor apsorbira i izravno i difuzno zračenje. Izravno zračenje uzrokuje bacanje sjene od strane predmeta obasjanog suncem. Difuzno zračenje se reflektira i raspršuje oblacima i prašinom prije nego što dospije na zemljinu površinu; za razliku od izravnog zračenja, ne dovodi do stvaranja sjena. Pločasti kolektor obično je fiksiran na zgradu. Njezina orijentacija ovisi o lokaciji i godišnjem dobu u kojem solarna elektrana radi. Pločasti kolektor osigurava nisku toplinu potrebnu za toplu vodu i grijanje prostora.

Fokusirajući (koncentrirajući) solarni kolektori, uključujući one s paraboličnim ili Fresnelovim koncentratorom, mogu se koristiti u solarnim sustavima grijanja. Većina fokusirajućih kolektora koristi samo izravno sunčevo zračenje. Prednost fokusirajućeg kolektora u odnosu na ravni kolektor je u tome što ima manju površinu s koje se toplina gubi u okolinu, pa stoga radna tekućina može se u njemu zagrijati do više visoke temperature nego ravni kolektori. Međutim, za potrebe grijanja i tople vode viša temperatura je gotovo (ili uopće nije) važna. Za većinu koncentrirajućih sustava, kolektor mora pratiti položaj sunca. Sustavi koji ne prikazuju sunce obično zahtijevaju podešavanje nekoliko puta godišnje.

Treba razlikovati trenutne karakteristike akumulacije (tj. karakteristike u određenom trenutku u vremenu koje ovise o meteorološkim i radnim uvjetima u tom trenutku) i njegove dugoročne karakteristike. U praksi, kolektor solarnog sustava grijanja radi u širokom rasponu uvjeta tijekom cijele godine. U nekim slučajevima, način rada karakterizira visoka temperatura i niska učinkovitost kolektora, u drugim slučajevima, naprotiv, niska temperatura i visoka učinkovitost.

Za razmatranje rada kolektora u promjenjivim uvjetima potrebno je utvrditi ovisnost njegovih trenutnih karakteristika o meteorološkim i režimskim čimbenicima. Za opis karakteristika kolektora potrebna su dva parametra od kojih jedan određuje količinu apsorbirane energije, a drugi gubitak topline u okolinu. Ti se parametri najbolje određuju testovima koji mjere trenutnu učinkovitost kolektora u odgovarajućem rasponu uvjeta.

Korisna energija uklonjena iz kolektora u određenom trenutku je razlika u količini solarna energija koju apsorbira kolektorska ploča i količina energije izgubljena u okoliš. Jednadžba koja je primjenjiva za izračun gotovo svih postojeće strukture ravni kolektor, izgleda ovako:

gdje je korisna energija uklonjena iz kolektora po jedinici vremena, W; - površina kolektora, m 2; - koeficijent odvođenja topline iz kolektora; - gustoća toka ukupnog sunčevog zračenja u ravnini kolektora W/m 2 ; - propusnost prozirnih premaza u odnosu na sunčevo zračenje; - sposobnost upijanja ploče kolektora u odnosu na sunčevo zračenje; - ukupni koeficijent toplinskog gubitka kolektora, W / (m 2 ° S); - temperatura tekućine na ulazu kolektora, °S; - temperatura okoline, °S.

Sunčevo zračenje koje pada na kolektor u bilo kojem trenutku sastoji se od tri dijela: izravno zračenje, difuzno zračenje i zračenje reflektirano od tla ili okolnih predmeta, čija količina ovisi o kutu kolektora prema horizontu i prirodi tih objekata. Kada se ispituje kolektor, gustoća toka zračenja ja mjereno pomoću piranometra instaliranog pod istim kutom kao i kolektor, kut nagiba prema horizontu. Koristi se u izračunima f- metoda zahtijeva poznavanje prosječnih mjesečnih dolazaka sunčevog zračenja na površinu kolektora. Priručnici najčešće sadrže podatke o prosječnim mjesečnim dolascima zračenja na horizontalnu površinu.

Gustoća toka sunčevog zračenja koju apsorbira ploča kolektora u nekom trenutku jednaka je umnošku gustoće toka upadnog zračenja ja, prijenosni kapacitet sustava prozirnih premaza t i apsorpcijske sposobnosti kolektorske ploče a. Obje posljednje veličine ovise o materijalu i kutu upada sunčevog zračenja (tj. kutu između normale na površinu i smjera sunčevih zraka). Izravna, difuzna i reflektirana komponenta sunčevog zračenja ulazi u površinu ispod kolektora različiti kutovi. Prema tome, optičke karakteristike t I a treba izračunati uzimajući u obzir doprinos svake od komponenti.

Kolektor gubi toplinu različiti putevi. Gubici topline od ploča do prozirnih premaza i od gornjeg premaza do vanjskog zraka nastaju zračenjem i konvekcijom, ali omjer tih gubitaka u prvom i drugom slučaju nije isti. Gubici topline kroz izolirano dno i bočne stijenke kolektora nastaju zbog toplinske vodljivosti. Kolektore treba projektirati tako da su svi toplinski gubici minimalni.

Umnožak ukupnog koeficijenta gubitka U L a temperaturna razlika u jednadžbi (1) je gubitak topline s upijajuće ploče, pod uvjetom da je njezina temperatura posvuda jednaka temperaturi tekućine na ulazu. Kada se tekućina zagrijava, kolektorska ploča ima višu temperaturu od temperature tekućine na ulazu. Ovaj nužan uvjet prijenos topline s ploče na tekućinu. Dakle, stvarni gubitak topline iz kolektora više vrijednosti djela. Razlika u gubicima se uzima u obzir pomoću koeficijenta odvođenja topline F R.

Faktor ukupnog gubitka U L jednak zbroju koeficijenata gubitaka kroz prozirnu izolaciju, dno i bočne stijenke kolektora. Za dobro dizajniran kolektor, zbroj posljednja dva faktora obično je oko 0,5 - 0,75 W/(m 2 °C). Faktor gubitka kroz prozirnu izolaciju ovisi o temperaturi upijajuće ploče, broju i materijalu prozirnih premaza, stupnju crnila ploče u infracrvenom dijelu spektra, temperaturi okoline i brzini vjetra.

Jednadžba (1) je prikladna za proračun solarnih energetskih sustava, budući da je korisna energija kolektora određena temperaturom fluida na ulazu. Međutim, gubitak topline u okolinu ovisi o prosječnoj temperaturi apsorberske ploče, koja je uvijek viša od ulazne temperature ako se tekućina zagrijava tijekom prolaska kroz kolektor. Koeficijent rasipanja topline F R jednaka je omjeru stvarne korisne energije kada temperatura tekućine u kolektoru raste u smjeru strujanja i korisne energije kada je temperatura cijele apsorpcijske ploče jednaka temperaturi tekućine na ulazu.

Koeficijent F R ovisi o protoku tekućine kroz kolektor i izvedbi upijajuće ploče (debljini, svojstvima materijala, razmaku između cijevi i dr.) te je gotovo neovisna o intenzitetu sunčevog zračenja i temperaturama upijajuće ploče i okoline.

Osnovni elementi i principijelni dijagrami solarnih sustava grijanja

Solarni sustavi grijanja (ili solarna postrojenja) mogu se podijeliti na pasivne i aktivne. Najjednostavniji i najjeftiniji su pasivni sustavi ili " solarne kuće“, koji za prikupljanje i distribuciju sunčeve energije koriste arhitektonske i građevinski elementi zgrade i ne zahtijevaju dodatnu opremu. Najčešće takvi sustavi uključuju crni zid zgrade okrenut prema jugu, na određenoj udaljenosti od koje se nalazi prozirni premaz. U gornjem i donjem dijelu zida nalaze se otvori koji povezuju prostor između zida i prozirne obloge s unutarnjim volumenom zgrade. Sunčevo zračenje zagrijava zid: iz njega se zagrijava zrak koji pere zid i ulazi kroz gornji otvor u prostor zgrade. Kruženje zraka osigurava se prirodnom konvekcijom ili ventilatorom. Unatoč nekim prednostima pasivnih sustava, aktivni sustavi se uglavnom koriste s posebno instaliranom opremom za prikupljanje, skladištenje i distribuciju sunčevog zračenja, jer ovi sustavi poboljšavaju arhitekturu zgrade, povećavaju učinkovitost korištenja sunčeve energije, a također omogućuju veću kontrolu nad toplinsko opterećenje i proširiti područje primjene. Izbor, sastav i raspored elemenata aktivni sustav solarnu toplinsku opskrbu u svakom konkretnom slučaju određuju klimatski čimbenici, vrsta objekta, način potrošnje toplinske energije i ekonomski pokazatelji. Specifičan element ovih sustava je solarni kolektor; primijenjeni elementi, kao što su izmjenjivači topline, baterije, redundantni izvori topline, vodovodne instalacije, naširoko se koriste u industriji. Solarni kolektor osigurava pretvorbu sunčevog zračenja u toplinu koja se prenosi na zagrijanu rashladnu tekućinu koja cirkulira u kolektoru.

Uz gore opisane osnovne elemente, solarni sustavi opskrba grijanjem može uključivati ​​pumpe, cjevovode, instrumente i elemente automatizacije, itd. Različita kombinacija ovih elemenata dovodi do širokog spektra solarnih sustava grijanja u smislu njihovih karakteristika i troškova. Na temelju korištenja solarnih instalacija problemi grijanja, hlađenja i opskrbe toplom vodom stambenih, upravne zgrade, industrijski i poljoprivredni objekti.

Solarne elektrane se klasificiraju kako slijedi:

1) po dogovoru:

Sustavi opskrbe toplom vodom;

Sustavi grijanja;

Kombinirane instalacije za potrebe opskrbe toplinom i hlađenjem;

2) prema vrsti korištenog rashladnog sredstva:

tekućina;

Zrak;

3) prema trajanju rada:

Tijekom cijele godine;

Sezonski;

4) prema tehničko rješenje shema:

Jednokružni;

Dvostruki krug;

Višestruka petlja.

Najčešće korišteni mediji za prijenos topline u solarnim sustavima grijanja su tekućine (voda, otopina etilen glikola, organske tvari) i zrak. Svaki od njih ima određene prednosti i nedostatke. Zrak se ne smrzava, ne stvara velike probleme povezane s curenjem i korozijom opreme. Međutim, zbog niske gustoće i toplinskog kapaciteta zraka, veličine zračnih instalacija, potrošnja energije za pumpanje rashladne tekućine veća je od potrošnje tekućih sustava. Stoga se u većini operativnih solarnih sustava grijanja preferiraju tekućine. Za stambene i komunalne potrebe glavna rashladna tekućina je voda.

Kada solarni kolektori rade u razdobljima s negativnim vanjskim temperaturama, potrebno je ili koristiti antifriz kao rashladno sredstvo ili na neki način izbjeći smrzavanje rashladnog sredstva (npr. pravovremenim ispuštanjem vode, zagrijavanjem, izolacijom solarnog kolektora).

Solarni sustavi malog kapaciteta koji opskrbljuju male udaljene potrošače često rade na principu prirodne cirkulacije rashladne tekućine. Spremnik za vodu nalazi se iznad solarnog kolektora. Ova voda se dovodi u donji dio SC-a, koji se nalazi pod određenim kutom, gdje se počinje zagrijavati, mijenjati svoju gustoću i gravitacijom se dizati u kolektorske kanale. Zatim ona ulazi Gornji dio spremnik, a njegovo mjesto u kolektoru zauzima po hladna voda sa svog dna. Uspostavlja se način prirodne cirkulacije. U snažnijim i produktivnijim sustavima, cirkulaciju vode u krugu solarnog kolektora osigurava pumpa.

Shematski dijagrami solarnih sustava grijanja, prikazani na sl. 2, 3 mogu se podijeliti u dvije glavne skupine: instalacije koje rade prema otvorenom ili izravnom strujnom krugu (slika 2); instalacije koje rade u zatvorenom krugu (slika 3). U instalacijama prve skupine, rashladna tekućina dovodi se do solarnih kolektora (Slika 2 a, b) ili do izmjenjivača topline solarnog kruga (Slika 2 c), gdje se zagrijava i dovodi izravno u potrošača ili u spremnik. Ako je temperatura nositelja topline nakon solarne elektrane ispod zadane razine, nositelj topline se zagrijava u rezervnom izvoru topline. Razmatrane sheme koriste se uglavnom u industrijskim objektima, u sustavima s dugotrajnim skladištenjem topline. Da bi se osigurala stalna razina temperature rashladne tekućine na izlazu iz kolektora, potrebno je mijenjati protok rashladne tekućine u skladu sa zakonom promjene intenziteta sunčevog zračenja tijekom dana, što zahtijeva korištenje automatski uređaji i komplicira sustav. U shemama druge skupine, prijenos topline iz solarnih kolektora provodi se ili kroz spremnik, ili izravnim miješanjem nositelja topline (slika 3 a), ili kroz izmjenjivač topline, koji se može nalaziti i unutar spremnika. (Sl. 1.4 b) i izvan njega (Sl. 3c). Grijana rashladna tekućina ulazi u potrošača kroz spremnik i, ako je potrebno, zagrijava se u rezervnom izvoru topline. Instalacije koje rade prema shemama prikazanim na sl. 3, može biti jednokružni (Sl. 3 a), dvokružni (Sl. 3 b) ili višekružni (Sl. 3 c, d).

Riža. 2. Shematski prikazi jednokratnih sustava: 1-solarni kolektor; 2- baterija; 3-izmjenjivač topline

Riža. 3. Shematski dijagrami solarnih sustava grijanja

Korištenje jedne ili druge verzije sheme ovisi o prirodi opterećenja, vrsti potrošača, klimatskim, ekonomskim čimbenicima i drugim uvjetima. Razmatran na sl. Do sada su pronađena 3 kruga najveća primjena, budući da ih karakterizira komparativna jednostavnost, pouzdanost u radu.

ETAPE IZVOĐENJA RADA

Naselje i grafički rad sastoji se od sljedećih glavnih faza:

1) Provedba crteža "Građevinski plan".

2) Izbor toplinske sheme sustava grijanja pomoću solarnih kolektora

3) Izvedba crteža "Shema grijanja i tople vode pomoću solarnih kolektora"

4) Izračun ogrjevnog opterećenja (grijanje i topla voda).

5) Proračun solarnog sustava grijanja i udjela toplinskog opterećenja solarne energije f- metoda.

6) Izrada pojašnjenja.

U prosjeku tijekom cijele godine, ovisno o klimatskim uvjetima i zemljopisnoj širini, tok sunčevog zračenja na zemljinu površinu kreće se od 100 do 250 W / m 2, dostižući vrhunske vrijednosti u podne uz vedro nebo, u gotovo svim (bez obzira na geografska širina) mjesto, oko 1000 W/m2. U uvjetima srednja traka U Rusiji sunčevo zračenje "donosi" na površinu zemlje energiju ekvivalentnu oko 100-150 kg standardnog goriva po m 2 godišnje.

Matematičko modeliranje najjednostavnije solarne instalacije za grijanje vode, provedeno na Institutu za visoke temperature Ruske akademije znanosti korištenjem suvremenog softvera i tipičnih vremenskih podataka, pokazalo je da u stvarnom klimatskim uvjetima U središnjoj Rusiji preporučljivo je koristiti sezonske ravne solarne grijače vode koji rade od ožujka do rujna. Za instalaciju s omjerom površine solarnog kolektora i volumena spremnika od 2 m 2 /100 l, vjerojatnost dnevnog zagrijavanja vode tijekom tog razdoblja na temperaturu od najmanje 37 ° C je 50-90%, na temperatura od najmanje 45 °C - 30-70%, do temperature od najmanje 55 °C - 20-60%. Maksimalne vrijednosti vjerojatnosti se odnose na ljetne mjesece.

"Tvoj Sunčana kuća» razvija, kompletira i isporučuje i pasivnu i aktivnu cirkulaciju rashladnog sredstva. Opis ovih sustava može se pronaći u relevantnim odjeljcima naše web stranice. Narudžba i kupnja se obavlja putem.

Vrlo često se postavlja pitanje je li moguće koristiti solarne instalacije za grijanje u Rusiji. O tome je napisan poseban članak - "Solarna podrška za grijanje"

Nastavi čitati

1. Solarni kolektori.

Solarni kolektor je glavni element instalacije u kojem se energija zračenja Sunca pretvara u drugi oblik iskoristive energije. Za razliku od konvencionalnih izmjenjivača topline, kod kojih postoji intenzivan prijenos topline s jedne tekućine na drugu, a zračenje je neznatno, u solarnom kolektoru energija se prenosi tekućini iz udaljenog izvora energije zračenja. Bez koncentracije sunčeve svjetlosti, gustoća toka upadnog zračenja je u najboljem slučaju -1100 W/m 2 i varijabla. Valne duljine su u rasponu od 0,3 - 3,0 µm. Mnogo su manje od vlastitih valnih duljina većine apsorbirajućih površina. Stoga je proučavanje solarnih kolektora povezano s jedinstvenim problemima prijenosa topline pri niskim i promjenjivim gustoćama toka energije i relativno velikom ulogom zračenja.

Solarni kolektori mogu se koristiti sa i bez koncentracije sunčevog zračenja. Kod ravnih kolektora površina koja prima sunčevo zračenje ujedno je i površina koja apsorbira zračenje. Fokusirajući kolektori, koji obično imaju konkavne reflektore, koncentriraju zračenje koje pada cijelom svojom površinom na izmjenjivač topline manje površine, čime se povećava gustoća toka energije.

1.1. Ravni solarni kolektori. Ravni solarni kolektor je izmjenjivač topline namijenjen zagrijavanju tekućine ili plina pomoću energije sunčevog zračenja.

Pločasti kolektori mogu se koristiti za zagrijavanje rashladne tekućine do umjerenih temperatura, t ≈ 100 o C. Njihove prednosti uključuju mogućnost korištenja izravnog i raspršenog sunčevog zračenja; ne zahtijevaju praćenje sunca i ne trebaju svakodnevno održavanje. Strukturno, oni su jednostavniji od sustava koji se sastoji od koncentrirajućih reflektora, apsorbirajućih površina i mehanizama za praćenje. Opseg solarnih kolektora su sustavi grijanja stambenih i industrijskih zgrada, sustavi klimatizacije, opskrbe toplom vodom, kao i elektrane s radnim fluidom niskog vrelišta, obično rade prema Rankineovom ciklusu.

Glavni elementi tipičnog ravnog solarnog kolektora (slika 1) su: "crna" površina koja apsorbira sunčevo zračenje i predaje svoju energiju rashladnom sredstvu (obično tekućini); prevlake prozirne u odnosu na sunčevo zračenje, smještene iznad apsorpcijske površine, koje smanjuju konvektivne i radijacijske gubitke u atmosferu; toplinska izolacija stražnje i čeone površine kolektora radi smanjenja gubitaka zbog toplinske vodljivosti.

Sl. 1. kružni dijagram ravni solarni kolektor.

A) 1 - prozirne prevlake; 2 - izolacija; 3 - cijev s rashladnom tekućinom; 4 - upijajuća površina;

b) 1. površina koja apsorbira sunčevo zračenje, 2-kanala rashladnog sredstva, 3-staklo (??), 4-tijelo,

5- toplinska izolacija.

Slika 2 Solarni kolektor tipa limene cijevi.

1 - gornji hidraulički razvodnik; 2 - donji hidraulički razvodnik; 3 - n cijevi smještene na udaljenosti W jedna od druge; 4 - list (upijajuća ploča); 5- veza; 6 - cijev (ne u mjerilu);

7 - izolacija.

1.2. Učinkovitost kolektora. Učinkovitost kolektora određena je njegovom optičkom i toplinskom učinkovitošću. Optička učinkovitost ηo pokazuje koji dio sunčevog zračenja koje je dospjelo do staklene površine kolektora apsorbira apsorbirajuća crna površina i uzima u obzir gubitke energije povezane s razlikom od jedinstva propusnosti stakla i koeficijenta apsorpcije upijajuća površina. Za razdjelnik s jednostrukim ostakljenjem

gdje je (τα) n umnožak propusnosti stakla τ i koeficijenta apsorpcije α koja apsorbira površinsko zračenje na normalan pad sunčeve zrake.

U slučaju da se kut upadanja zraka razlikuje od izravnog, uvodi se faktor korekcije k, uzimajući u obzir povećanje gubitaka refleksije od stakla i površine koja apsorbira sunčevo zračenje. Na sl. 3 prikazuje grafikone k = f(1/ cos 0 - 1) za kolektore s jednostrukim i dvostrukim ostakljenjem. Optička učinkovitost uzimajući u obzir kut upadanja zraka koji se razlikuje od izravnog,

Riža. 3. Faktor korekcije za refleksiju sunčeve svjetlosti od staklene površine i crne upijajuće površine.

Osim ovih gubitaka u kolektoru bilo koje izvedbe, postoje toplinski gubici u okolini Q znoj, koji se uzimaju u obzir toplinskom učinkovitošću, koja je jednaka omjeru količine korisne topline odvedene iz kolektora tijekom određeno vrijeme na količinu energije zračenja koja mu dolazi od Sunca tijekom istog vremena:

gdje je Ω površina otvora kolektora; I - gustoća toka sunčevog zračenja.

Optička i toplinska učinkovitost kolektora povezane su relacijom

Toplinske gubitke karakterizira ukupni koeficijent gubitaka U

gdje je T a temperatura crne površine koja apsorbira sunčevo zračenje; T o - temperatura okoline.

Vrijednost U se može smatrati konstantnom s dovoljnom točnošću za izračune. U ovom slučaju, zamjena Qpot u formulu za toplinsku učinkovitost dovodi do jednadžbe

Toplinska učinkovitost kolektora također se može napisati u smislu prosječne temperature rashladnog sredstva koje teče kroz njega:

gdje je T t \u003d (T in + T out) / 2 - prosječna temperatura rashladnog sredstva; F" - parametar koji se obično naziva "učinkovitost kolektora" i karakterizira učinkovitost prijenosa topline s površine koja apsorbira sunčevo zračenje na rashladnu tekućinu; ovisi o dizajnu kolektora i gotovo je neovisan o drugim čimbenicima; tipične vrijednosti ​parametra F "≈: 0,8- 0,9 - za ravne kolektore zraka; 0,9-0,95 - za ravne kolektore tekućine; 0,95-1,0 - za vakuumske kolektore.

1.3. vakuumski kolektori. U slučaju kada je potrebno zagrijavanje na više temperature koriste se vakuumski kolektori. U vakuumskom kolektoru, volumen u kojem se nalazi crna površina koja apsorbira sunčevo zračenje odvojen je od okoline vakuumskim prostorom, čime je moguće značajno smanjiti gubitke topline u okolinu uslijed provođenja i konvekcije topline. Gubitak zračenja uvelike je smanjen upotrebom selektivnog premaza. Budući da je ukupni faktor gubitaka u vakuumskom kolektoru mali, rashladno sredstvo u njemu može se zagrijati na više temperature (120-150 °C) nego u ravnom kolektoru. Na sl. 9.10 prikazuje primjere izvedbe vakuumskih kolektora.

Riža. 4. Vrste vakuumskih kolektora.

1 - cijev s rashladnom tekućinom; 2 - ploča sa selektivnim premazom koji apsorbira sunčevo zračenje; 3 toplinska cijev; 4 element za uklanjanje topline; 5 staklena cijev sa selektivnim premazom; b - unutarnja cijev za dovod rashladne tekućine; 7 vanjska staklena boca; 8 vakuum

MINISTARSTVO ENERGIJA I ELEKTRIFIKACIJA SSSR

GLAVNI ZNANSTVENO-TEHNIČKI ODJEL
ENERGIJA I ELEKTRIFIKACIJA

METODIČKE UPUTE
ZA PRORAČUN I PROJEKTIRANJE
SOLARNI SUSTAVI GRIJANJA

RD 34.20.115-89

USLUGA NAJBOLJEG ISKUSTVA ZA SOYUZTEKHENERGO

Moskva 1990

RAZVIJENO Državni red Crvene zastave rada Istraživački institut za elektroenergetiku. G.M. Krzhizhanovsky

IZVOĐAČI M.N. EGAI, O.M. Koršunov, A.S. Leonovich, V.V. NUSHTAIKIN, V.K. RYBALKO, B.V. Tarniževski, V.G. BULIČEV

ODOBRENO Glavni znanstveno-tehnički odjel za energetiku i elektrifikaciju 07.12.89

Pročelnik V.I. KRVAV

Datum isteka je postavljen

od 01.01.90

godine do 01.01.92

Ove Smjernice utvrđuju postupak za izvođenje proračuna i sadrže preporuke za projektiranje solarnih sustava grijanja za stambene, javne i industrijske zgrade i strukture.

Smjernice su namijenjene projektantima i inženjerima uključenim u razvoj solarnih sustava grijanja i tople vode.

. OPĆE ODREDBE

gdje je f - udio ukupnog prosječnog godišnjeg toplinskog opterećenja solarne energije;

gdje je F - površina SC, m 2 .

gdje je H prosječno godišnje ukupno sunčevo zračenje na horizontalnoj površini, kW h / m 2 ; nalazi se iz aplikacije;

a, b - parametri određeni iz jednadžbe () i ()

gdje je r - karakteristika toplinsko-izolacijskih svojstava ovojnice zgrade pri fiksnoj vrijednosti opterećenja PTV-om, je omjer dnevnog opterećenja grijanja pri vanjskoj temperaturi od 0 °C i dnevnog opterećenja PTV-a. Više r , što je veći udio opterećenja grijanja u usporedbi s udjelom opterećenja PTV-om, te je projekt zgrade manje savršen u pogledu toplinskih gubitaka; r = 0 prihvaća se samo u izračunu Sustavi PTV-a. Karakteristika je određena formulom

gdje je λ specifični gubitak topline zgrade, W / (m 3 ° S);

m - broj sati u danu;

k - učestalost izmjene ventilacijskog zraka, 1/dan;

ρ u - gustoća zraka na 0 °S, kg/m3;

f - omjer zamjene, približno uzet od 0,2 do 0,4.

Vrijednosti λ, k, V, t in, s utvrđeno tijekom projektiranja STS-a.

Vrijednosti koeficijenta α za solarne kolektore II i III vrste

Vrijednosti koeficijenta β za solarne kolektore II i III vrste

Vrijednosti koeficijenata a i bsu sa stola. .

Vrijednosti koeficijenata a i b ovisno o vrsti solarnog kolektora

gdje je qi - specifični godišnji toplinski učin PTV-a u vrijednostima f različit od 0,5;

∆q - promjena godišnje specifične toplinske snage PTV, %.

Promjena vrijednosti specifičnog godišnjeg toplinskog učinka∆q od godišnjeg dotoka sunčevog zračenja na horizontalnu površinu H i koeficijent f

Dodatak 2

Toplinske karakteristike solarnih kolektora

Dodatak 3

Specifikacije solarnih kolektora

Dodatak 4

Tehničke karakteristike protočnih izmjenjivača topline tipa TT

Dodatak 5

Godišnji dolazak ukupnog sunčevog zračenja na horizontalnu površinu (H), kWh/m 2

Bilješke e. Nositelji topline na bazi kalijevog karbonata imaju sljedeće sastave (maseni udio):

Recept 1 Recept 2

Kalijev karbonat, 1,5-vodeni 51,6 42,9

Natrijev fosfat, 12-voda 4,3 3,57

Natrijev silikat, 9-vodeni 2,6 2,16

Natrijev tetraborat, 10-vodeni 2,0 1,66

Fluorescoin 0,01 0,01

Voda do 100 do 100

Glavni element aktivnih sustava opskrbe toplinom je solarni kolektor (SC) apsorber kroz koji cirkulira rashladna tekućina; konstrukcija je toplinski izolirana sa stražnje strane i ostakljena s prednje strane.

U visokotemperaturnim sustavima opskrbe toplinom (iznad 100 °C) koriste se visokotemperaturni solarni kolektori. Trenutno je najučinkovitiji od njih koncentrirajući solarni kolektor Luza, koji je parabolično korito s crnom cijevi u sredini, na koju se koncentrira sunčevo zračenje. Ovakvi kolektori su vrlo učinkoviti u slučajevima kada je potrebno stvoriti temperaturne uvjete iznad 100 °C za industriju ili proizvodnju pare u elektroprivredi. Koriste se u nekim solarnim toplinskim postrojenjima u Kaliforniji; za sjevernu Europu nisu dovoljno učinkoviti, jer ne mogu iskoristiti raspršeno sunčevo zračenje.

Svjetsko iskustvo. U Australiji, stavljanje tekućine ispod 100°C troši oko 20% ukupne potrošene energije. Utvrđeno je da za opskrbu toplom vodom 80% ruralnih područja stambene zgrade 1 osoba treba 2 ... 3 m2 površine solarnog kolektora i spremnik za vodu kapaciteta 100 ... 150 litara. Instalacije s površinom od 25 m2 i kotlom za vodu za 1000 ... 1500 litara su u velikoj potražnji, pružajući 12 osoba s toplom vodom.

U Velikoj Britaniji stanovnici ruralnih područja svoje potrebe za toplinskom energijom zadovoljavaju 40-50% korištenjem sunčevog zračenja.

U Njemačkoj na istraživačka stanica u blizini Düsseldorfa testirana je aktivna solarna instalacija za grijanje vode (površina kolektora 65 m2), koja omogućuje dobivanje prosječno 60% potrebne topline godišnje, a ljeti 80 ... 90%. U Njemačkoj se obitelj od 4 osobe može u potpunosti opskrbiti toplinom ako postoji energetski krov s površinom od 6 ... 9 m2.

Najviše se koristi sunčeva toplinska energija za zagrijavanje staklenika i stvaranje umjetne klime u njima; u Švicarskoj je ispitano nekoliko načina korištenja sunčeve energije u tom smjeru.

U Njemačkoj (Hannover) na Institutu za tehnologiju, hortikulturu i poljoprivredu istražuje se mogućnost korištenja solarnih kolektora postavljenih uz staklenik ili ugrađenih u njegovu konstrukciju, kao i samih staklenika kao solarnog kolektora, pomoću obojene tekućine. prolaz kroz dvostruku oblogu staklenika i zagrijavanje sunčevim zračenjem Rezultati istraživanja su pokazali da u njemačkim klimatskim uvjetima grijanje samo sunčevom energijom tijekom cijele godine ne zadovoljava u potpunosti potrebe za toplinom. Moderni solarni kolektori u Njemačkoj mogu zadovoljiti potrebe poljoprivrede u Topla voda ljeti za 90%, zimi za 29...30% i u prijelaznom razdoblju - za 55...60%.

Aktivni solarni sustavi grijanja najčešći u Izraelu, Španjolskoj, otoku Tajvanu, Meksiku i Kanadi. Samo u Australiji više od 400 000 domova ima solarne grijače vode. U Izraelu je više od 70% svih obiteljskih kuća (oko 900.000) opremljeno solarni grijači vode sa solarnim kolektorima s ukupnom površinom 2,5 milijuna m2, što daje mogućnost godišnje uštede goriva od oko 0,5 milijuna toe.

Strukturno poboljšanje ravnog SC-a odvija se u dva smjera:

• traženje novih nemetalnih konstrukcijskih materijala;
• poboljšanje opto-termalnih karakteristika najkritičnijeg sklopa apsorber-translucentni element.