Nbsp; IZRAČUN Sistemi za oskrbo s toploto s solarnimi kolektorji Metodična navodila za opravljanje računsko-grafičnega dela za študente vseh oblik usposabljanja na smeri Elektrarne, elektrarne na netradicionalnih in obnovljivih virih energije IZRAČUN Sistemi oskrbe s toploto z uporabo sončnih toplotnih kolektorjev: metodološka navodila za izvajanje računskih in grafičnih del za študente št. vse oblike usposabljanja na specialnosti Elektrarne, elektrarne na osnovi netradicionalnih in obnovljivih virov energije / A. V. VSEBINA 1. TEORETIČNE DOLOČBE 1.1. Zasnova in glavne značilnosti ravnega sončnega kolektorja 1.2. Osnovni elementi in shematski diagrami sistemov sončno ogrevanje 2. FAZE PROJEKTIRANJA 3. IZRAČUN TOPLOTE ZA OGREVANJE STAVBE 3.1. Temeljne določbe 3.2. Določanje prenosnih toplotnih izgub 3.3. Določanje porabe toplote za ogrevanje prezračevalni zrak 3.4. Ugotavljanje porabe toplote za oskrbo s toplo vodo 4. IZRAČUN SISTEMA SONČNE TOPLOTE BIBLIOGRAFIJA TEORETIČNE DOLOČBE

Zasnova in glavne značilnosti ploščatega sončnega kolektorja

Ploščati sončni kolektor (SC) je glavni element sistemov sončno ogrevanje in oskrbo s toplo vodo. Njegovo načelo delovanja je preprosto. Večino sončnega sevanja, ki pade na kolektor, absorbira površina, ki je glede na sončno sevanje »črna«. Del absorbirane energije se prenese na tekočino, ki kroži skozi kolektor, preostanek pa se izgubi zaradi izmenjave toplote z okoljem. Toplota, ki jo odnese tekočina, je koristna toplota, ki se shrani ali uporabi za pokritje ogrevalne obremenitve.

Glavni elementi kolektorja so: vpojna plošča, običajno kovinska, z nerefleksnim črnim premazom za maksimalno absorpcijo sončnega sevanja; cevi ali kanali, skozi katere kroži tekočina ali zrak in so v toplotnem stiku z vpojno ploščo; toplotna izolacija dna in stranskih robov plošče; ena ali več zračnih rež, ločenih s prozornimi premazi, da se plošča izolira od zgoraj; in končno ohišje za vzdržljivost in odpornost na vremenske vplive. Na sl. 1 oddaje prečni prerezi grelnik vode in zraka.

riž. 1. Shematski prikaz sončnih kolektorjev z vodnim in zračnim hladilnim sredstvom: 1 - toplotna izolacija; 2 - zračni kanal; 3 - prozorni premazi; 4 - vpojna plošča; 5 - cevi, priključene na ploščo.

Prozoren pokrov je običajno izdelan iz stekla. Steklo ima odlično vremensko odpornost in dobre mehanske lastnosti. Je relativno poceni in ima lahko z nizko vsebnostjo železovega oksida visoko prosojnost. Pomanjkljivosti stekla so krhkost in velika teža. Poleg stekla se lahko uporabljajo tudi plastični materiali. Plastika je na splošno manj nagnjena k lomljenju, lahka in poceni v obliki močvirnih listov. Vendar pa na splošno ni tako odporen na vremenske vplive kot steklo. Površina plastične pločevine se zlahka opraska, številne plastike pa se sčasoma razgradijo in porumenijo, zaradi česar se njihova prepustnost sončnega sevanja zmanjša in poslabša. mehanska trdnost... Druga prednost stekla pred plastiko je ta, da steklo absorbira ali odbije vse dolgovalovno (toplotno) sevanje, ki pade nanj z absorbirajoče plošče. Izguba toplote v okolje v tem primeru jih sevanje zmanjša učinkoviteje kot pri plastičnem premazu, ki prepušča del dolgovalovnega sevanja.

Ploski kolektor absorbira tako neposredno kot razpršeno sevanje. Neposredno sevanje povzroči, da predmet, osvetljen s soncem, meče senco. Razpršeno sevanje se odbija in razprši z oblaki in prahom, preden doseže zemeljsko površino; za razliko od neposrednega sevanja ne proizvaja senc. Ploščati kolektor je običajno vgrajen trajno na objekt. Njena orientacija je odvisna od lokacije in letnega časa, v katerem bo sončna elektrarna obratovala. Ploščati kolektor zagotavlja nizko stopnjo toplote, potrebno za ogrevanje vode in ogrevanje prostora.

Fokusirajoči (koncentracijski) sončni kolektorji, vključno s tistimi s paraboličnim ali Fresnelovim koncentratorjem, se lahko uporabljajo v solarnih sistemih za ogrevanje. Večina kolektorjev za fokusiranje uporablja samo neposredno sončno sevanje. Prednost fokusnega kolektorja pred ravnim kolektorjem je, da ima manjšo površino, s katere se toplota izgublja v okolje, zato delovna tekočina se lahko v njem segreje na več visoke temperature kot ploščati kolektorji. Za potrebe ogrevanja in oskrbe s toplo vodo pa višja temperatura skoraj (ali sploh ni) ni pomembna. Za večino sistemov za koncentracijo mora zbiralnik spremljati položaj sonca. Sistemi, ki ne prikazujejo sonca, običajno zahtevajo prilagajanje večkrat na leto.

Razlikovati je treba med trenutnimi značilnostmi rezervoarja (to je značilnostmi v danem trenutku, odvisno od meteoroloških in obratovalnih pogojev v tem trenutku) in njegovimi dolgoročnimi značilnostmi. V praksi sončni kolektor deluje v različnih pogojih skozi vse leto. V nekaterih primerih je za način delovanja značilna visoka temperatura in nizek izkoristek kolektorja, v drugih primerih, nasprotno, nizka temperatura in visok izkoristek.

Za upoštevanje delovanja kolektorja v spremenljivih pogojih je treba določiti odvisnost njegovih trenutnih značilnosti od meteoroloških in obratovalnih dejavnikov. Za opis lastnosti kolektorja sta potrebna dva parametra, od katerih eden določa količino absorbirane energije, drugi pa toplotne izgube v okolje. Te parametre je najbolje določiti s testi, ki merijo trenutno učinkovitost rezervoarja v ustreznem razponu pogojev.

Koristna energija, odstranjena iz kolektorja v določenem trenutku, je razlika v količini sončna energija absorbira zbiralna plošča in količino energije, izgubljene v okolju. Enačba, ki velja za izračun skoraj vseh obstoječih struktur ploščati kolektor ima obliko:

kjer je uporabna energija, odstranjena iz kolektorja na enoto časa, W; - površina zbiralnika, m 2; - koeficient odvzema toplote iz kolektorja; - gostota pretoka celotnega sončnega sevanja v ravnini kolektorja W / m 2; - prenosna zmogljivost prozornih premazov glede na sončno sevanje; - absorpcijska sposobnost kolektorske plošče glede na sončno sevanje; - skupni koeficient toplotne izgube kolektorja, W / (m 2 ° C); - temperatura tekočine na vstopu v kolektor, ° C; - temperatura okolice, ° C.

Sončno sevanje, ki pade na kolektor v vsakem trenutku, je sestavljeno iz treh delov: neposrednega sevanja, razpršenega sevanja in sevanja, ki se odbija od tal ali okoliških predmetov, katerih količina je odvisna od kota naklona kolektorja do obzorja in narave. teh predmetov. Ko se kolektor testira, gostota pretoka sevanja jaz merjeno s piranometrom, nameščenim pod enakim kotom naklona proti obzorju kot kolektor. Uporablja se pri izračunih f-metoda zahteva poznavanje povprečnih mesečnih prihodov sončnega sevanja na površino kolektorja. Najpogosteje referenčne knjige vsebujejo podatke o povprečnem mesečnem prihodu sevanja na vodoravno površino.

Gostota pretoka sončnega sevanja, ki ga v nekem trenutku absorbira kolektorska plošča, je enaka zmnožku gostote pretoka vpadnega sevanja jaz, prenosna zmogljivost sistema prozornega premaza t in vpojno sposobnostjo zbiralne plošče a... Obe slednji količini sta odvisni od materiala in vpadnega kota sončnega sevanja (tj. kota med normalo na površino in smerjo sončnih žarkov). Pod površino kolektorja vstopajo neposredne, razpršene in odbite komponente sončnega sevanja različnih kotov... Zato so optične lastnosti t in a je treba izračunati ob upoštevanju prispevka vsake od komponent.

Kolektor izgublja toploto različne poti... Toplotne izgube s plošče na prozorne prevleke in iz zgornjega premaza na zunanji zrak nastanejo zaradi sevanja in konvekcije, vendar razmerje teh izgub v prvem in drugem primeru ni enako. Toplotne izgube skozi izolirano dno in stranske stene kolektorja so posledica toplotne prevodnosti. Kolektorji morajo biti zasnovani tako, da so vse toplotne izgube čim manjše.

Produkt koeficienta skupne izgube U L in temperaturna razlika v enačbi (1) predstavlja toplotno izgubo iz absorbirajoče plošče, pod pogojem, da je njena temperatura povsod enaka temperaturi tekočine na vstopu. Ko se tekočina segreje, ima kolektorska plošča višjo temperaturo od temperature tekočine na vstopu. tole nujen pogoj prenos toplote s plošče na tekočino. Zato dejanske toplotne izgube iz kolektorja večjo vrednost deluje. Razlika v izgubah se upošteva s koeficientom toplotne zavrnitve F R.

Faktor skupne izgube U L enak vsoti koeficientov izgube skozi prozorno izolacijo, dno in stranske stene kolektorja. Za dobro zasnovan kolektor je vsota zadnjih dveh faktorjev običajno približno 0,5 - 0,75 W / (m 2 °C). Koeficient izgube skozi prozorno izolacijo je odvisen od temperature vpojne plošče, števila in materiala prozornih premazov, stopnje črnine plošče v infrardečem delu spektra, temperature okolice in hitrosti vetra.

Enačba (1) je primerna za izračun sončnih energetskih sistemov, saj se uporabna energija kolektorja določi iz temperature tekočine na vstopu. Izguba toplote v okolje pa je odvisna od povprečne temperature absorberske plošče, ki je vedno višja od temperature vhoda, če se tekočina segreva med prehodom skozi razdelilnik. Koeficient odvajanja toplote F R je enako razmerju med dejansko uporabno energijo, ko se temperatura tekočine v rezervoarju poveča v smeri toka, in koristno energijo, ko je temperatura celotne absorberske plošče enaka temperaturi tekočine pri dovod.

koeficient F R je odvisna od pretoka tekočine skozi kolektor in konstrukcije vpojne plošče (debelina, lastnosti materiala, razdalja med cevmi itd.) in je skoraj neodvisna od intenzivnosti sončnega sevanja ter temperatur absorbirajoče plošče in okolja.

Osnovni elementi in shematski diagrami solarnih ogrevalnih sistemov

Sončne ogrevalne sisteme (ali sončne elektrarne) lahko razdelimo na pasivne in aktivne. Najenostavnejši in najcenejši so pasivni sistemi oz. sončne hiše«, ki za zbiranje in distribucijo sončne energije uporablja arhitekturno in gradbeni elementi stavbe in ne potrebujejo dodatne opreme. Najpogosteje takšni sistemi vključujejo zatemnjeno steno stavbe, obrnjeno proti jugu, na neki razdalji od katere se nahaja prozorna obloga. V zgornjem in spodnjem delu stene so odprtine, ki povezujejo prostor med steno in prozorno oblogo z notranjim volumnom objekta. Sončno sevanje segreva steno: iz nje se segreva zrak, ki preplavi steno, in skozi zgornjo odprtino vstopi v zgradbo. Kroženje zraka je zagotovljeno z naravno konvekcijo ali z ventilatorjem. Kljub nekaterim prednostim pasivnih sistemov se uporabljajo predvsem aktivni sistemi s posebej vgrajeno opremo za zbiranje, shranjevanje in distribucijo sončnega sevanja, saj ti sistemi izboljšujejo arhitekturo stavbe, povečujejo učinkovitost izrabe sončne energije ter zagotavljajo večje možnosti za uravnavanje toplotne obremenitve in razširitev področja uporabe. Izbira, sestava in razporeditev elementov aktivni sistem oskrbo s sončno toploto v vsakem posameznem primeru določajo klimatski dejavniki, vrsta objekta, način porabe toplote, ekonomski kazalniki. Poseben element teh sistemov je sončni kolektor; rabljeni elementi, kot so toplotni izmenjevalci, akumulatorji, dvojni viri toplote, sanitarne armature, se pogosto uporabljajo v industriji. Sončni kolektor pretvarja sončno sevanje v toploto, ki se prenese na ogreto hladilno tekočino, ki kroži v kolektorju.

Poleg zgoraj opisanih osnovnih elementov, solarni sistemi Sistemi za oskrbo s toploto lahko vključujejo črpalke, cevovode, instrumente in elemente avtomatizacije itd. Različna kombinacija teh elementov vodi do široke palete solarnih sistemov za oskrbo s toploto glede na njihove značilnosti in stroške. Na podlagi uporabe sončnih elektrarn se izvajajo naloge ogrevanja, hlajenja in oskrbe s toplo vodo stanovanj, upravnih stavbah, industrijskih in kmetijskih objektih.

Sončne elektrarne imajo naslednjo klasifikacijo:

1) po namenu:

Sistemi za oskrbo s toplo vodo;

Ogrevalni sistemi;

Kombinirane inštalacije za oskrbo s toploto in hladom;

2) glede na vrsto uporabljene hladilne tekočine:

Tekočina;

zrak;

3) glede na trajanje dela:

Celo leto;

sezonsko;

4) po tehnično rešitev shema:

Enokrožni;

Dvojni krog;

Večkrožni.

Najpogosteje uporabljeni toplotni nosilci v solarnih sistemih za ogrevanje so tekočine (voda, raztopina etilen glikola, organske snovi) in zrak. Vsak od njih ima določene prednosti in slabosti. Zrak ne zmrzuje, ne predstavlja večjih težav, povezanih s puščanjem in korozijo opreme. Vendar pa je zaradi nizke gostote in toplotne zmogljivosti zraka, dimenzij zračnih inštalacij poraba energije za črpanje hladilne tekočine višja kot pri tekočih sistemih. Zato imajo v večini delujočih solarnih sistemov za ogrevanje prednost tekočine. Za stanovanjske in komunalne potrebe je glavni toplotni nosilec voda.

Kadar sončni kolektorji delujejo v obdobjih z negativnimi zunanjimi temperaturami zraka, je potrebno bodisi uporabiti antifriz kot hladilno tekočino ali pa se na nek način izogniti zmrzovanju hladilne tekočine (na primer s pravočasnim odvajanjem vode, segrevanjem, izolacijo sončne tekočine). zbiralec).

Sistemi za oskrbo s sončno toploto z nizko zmogljivostjo, ki zagotavljajo majhne oddaljene porabnike, pogosto delujejo na principu naravnega kroženja toplotnega nosilca. Rezervoar za vodo se nahaja nad sončnim kolektorjem. Ta voda se dovaja v spodnji del SC, ki se nahaja pod določenim kotom, kjer se začne segrevati, spreminjati svojo gostoto in se z gravitacijo dvigniti navzgor po kanalih kolektorja. Nato vstopi zgornji del rezervoar, njegovo mesto v razdelilniku pa je hladna voda z njegovega dna. Nastavljen je način naravne cirkulacije. V močnejših in učinkovitejših sistemih kroženje vode v solarnem krogu zagotavlja črpalka.

Shematski diagrami sistemov za oskrbo s sončno toploto so prikazani na sl. 2, 3, lahko razdelimo v dve glavni skupini: inštalacije, ki delujejo v krogu z odprto zanko ali z neposrednim tokom (slika 2); inštalacije, ki delujejo v zaprtem krogu (slika 3). V napravah prve skupine se hladilna tekočina dovaja v sončne kolektorje (sl. 2 a, b) ali v toplotni izmenjevalnik solarnega kroga (slika 2 c), kjer se segreje in vstopi bodisi neposredno v porabnika bodisi v rezervoar za shranjevanje. Če je temperatura toplotnega nosilca po solarni elektrarni pod nastavljeno ravnjo, se toplotni nosilec segreje v redundantnem viru toplote. Obravnavane sheme se uporabljajo predvsem v industrijskih objektih, v sistemih z dolgotrajnim shranjevanjem toplote. Da bi zagotovili konstanten temperaturni nivo hladilne tekočine na izhodu iz kolektorja, je treba spremeniti pretok hladilne tekočine v skladu z zakonom sprememb intenzivnosti sončnega sevanja čez dan, kar zahteva uporabo avtomatske naprave in zaplete sistem. V shemah druge skupine se prenos toplote iz sončnih kolektorjev izvaja bodisi skozi zalogovnik bodisi z neposrednim mešanjem hladilnih tekočin (slika 3 a) ali preko toplotnega izmenjevalnika, ki se lahko nahaja tako znotraj rezervoarja (slika 1.4 b) in zunaj njega (slika 3 c). Ogrevana hladilna tekočina vstopi v porabnika skozi rezervoar in se po potrebi segreje v redundantnem viru toplote. Naprave, ki delujejo po shemah, prikazanih na sl. 3, je lahko enokrožna (slika 3 a), dvokrožna (slika 3 b) ali večkrožna (slika 3 c, d).

riž. 2. Shematski diagrami sistemov z direktnim tokom: 1-sončni kolektor; 2- baterija; 3-toplotni izmenjevalec

riž. 3. Shematski diagrami sistemov solarnega ogrevanja

Uporaba te ali one različice sheme je odvisna od narave obremenitve, vrste potrošnika, podnebnih, gospodarskih dejavnikov in drugih pogojev. Upoštevano na sl. Trenutno najdena 3 vezja največja uporaba, saj se razlikujejo po relativni preprostosti, zanesljivosti delovanja.

Faze IZVEDBE DELA

Obračunsko in grafično delo je sestavljeno iz naslednjih glavnih faz:

1) Izvedba risbe "Načrt zgradbe".

2) Izbira toplotnega diagrama ogrevalnega sistema s sončnimi kolektorji

3) Izvedba risbe "Ogrevanje in oskrba s toplo vodo s solarnimi kolektorji"

4) Izračun ogrevalne obremenitve (ogrevanje in oskrba s toplo vodo).

5) Izračun solarnega ogrevalnega sistema in deleža toplotne obremenitve s sončno energijo f- metoda.

6) Izvedba pojasnila.

V povprečju med letom, odvisno od podnebnih razmer in zemljepisne širine območja, se pretok sončnega sevanja na zemeljsko površino giblje od 100 do 250 W / m2, doseže najvišje vrednosti opoldne ob jasnem nebu, v skoraj vseh (ne glede na to) zemljepisne širine) kraj, približno 1000 W / m 2. V pogojih srednji pas V Rusiji sončno sevanje na zemeljsko površino "prinese" energijo, ki ustreza približno 100-150 kg ekvivalenta goriva na m2 na leto.

Matematično modeliranje najpreprostejše sončne instalacije za ogrevanje vode, ki je bilo izvedeno na Inštitutu za visoke temperature Ruske akademije znanosti z uporabo sodobne programske opreme in podatkov iz tipičnega meteorološkega vremena, je pokazalo, da je v realnem klimatske razmere V osrednji Rusiji je priporočljivo uporabljati sezonske ploščate sončne grelnike vode, ki delujejo od marca do septembra. Za namestitev z razmerjem med površino sončnega kolektorja in prostornino zalogovnika 2 m 2/100 l je verjetnost dnevnega segrevanja vode v tem obdobju na temperaturo najmanj 37 ° C 50-90% , do temperature najmanj 45 ° C - 30-70%, do temperature ne nižje od 55 ° C - 20-60%. Največje vrednosti verjetnosti se nanašajo na poletne mesece.

"Tvoj Sončna hiša»Razvija, sestavlja in zagotavlja tako pasivno kot aktivno kroženje hladilne tekočine. Opis teh sistemov najdete v ustreznih razdelkih našega spletnega mesta. Naročila in nakupi se izvajajo preko.

Pogosto se postavlja vprašanje, ali se v Rusiji za ogrevanje lahko uporabljajo solarne instalacije. O tem je bil napisan ločen članek - "Podpora za sončno ogrevanje"

nadaljujte z branjem

1. Sončni kolektorji.

Sončni kolektor je glavni element instalacije, v katerem se energija sončnega sevanja pretvori v drugo obliko uporabne energije. Za razliko od običajnih toplotnih izmenjevalnikov, pri katerih je intenziven prenos toplote iz ene tekočine v drugo, sevanje pa je nepomembno, se pri sončnem kolektorju energija prenaša na tekočino iz oddaljenega vira sevalne energije. Brez koncentracije sončne svetlobe je gostota pretoka vpadnega sevanja v najboljšem primeru -1100 W/m2 in je spremenljivka... Valovne dolžine so v območju od 0,3 do 3,0 mikrona. So bistveno manjše od valovnih dolžin intrinzičnega sevanja večine površin, ki absorbirajo sevanje. Tako je preučevanje sončnih kolektorjev povezano z edinstvenimi problemi prenosa toplote pri nizki in spremenljivi gostoti pretoka energije ter relativno veliko vlogo sevanja.

Sončni kolektorji se lahko uporabljajo z ali brez koncentracije sončnega sevanja. Pri ravnih kolektorjih je površina, ki sprejema sončno sevanje, tudi površina, ki absorbira sevanje. Fokusni kolektorji, običajno s konkavnimi reflektorji, koncentrirajo sevanje, ki pada na celotno površino, na toplotni izmenjevalnik z manjšo površino, s čimer se poveča gostota energijskega pretoka.

1.1. Ploščati sončni kolektorji. Ploščati sončni kolektor je toplotni izmenjevalec, zasnovan za ogrevanje tekočine ali plina z energijo sončnega sevanja.

Ploščati kolektorji se lahko uporabljajo za ogrevanje hladilne tekočine na zmerne temperature, t ≈ 100 o C. Njihove prednosti vključujejo možnost uporabe tako neposrednega kot razpršenega sončnega sevanja; ne potrebujejo sledenja soncu in ne zahtevajo vsakodnevnega vzdrževanja. Strukturno so enostavnejši od sistema, sestavljenega iz koncentrirajočih reflektorjev, vpojnih površin in sledilnih mehanizmov. Področje uporabe sončnih kolektorjev so ogrevalni sistemi za stanovanjske in industrijske zgradbe, klimatski sistemi, oskrba s toplo vodo, pa tudi elektrarne z delovno tekočino z nizkim vreliščem, ki običajno delujejo po Rankineovem ciklu.

Glavni elementi tipičnega ravnega sončnega kolektorja (slika 1) so: »črna« površina, ki absorbira sončno sevanje in svojo energijo prenaša na hladilno sredstvo (običajno tekočino); obloge, prosojne za sončno sevanje, ki se nahajajo nad absorpcijsko površino, ki zmanjšujejo konvekcijske in sevalne izgube v ozračje; toplotna izolacija povratne in končne površine kolektorja za zmanjšanje izgub zaradi toplotne prevodnosti.

Slika 1. Shematski diagram ploščati sončni kolektor.

a) 1 - prozorni premazi; 2 - izolacija; 3 - cev s toplotnim nosilcem; 4 - vpojna površina;

b) 1.površina, ki absorbira sončno sevanje, 2-kanali za hladilno sredstvo, 3-steklo (??), 4-ohišje,

5- toplotna izolacija.

Slika 2 Solarni kolektor iz pločevine.

1 - zgornji hidravlični razdelilnik; 2 - spodnji hidravlični razdelilnik; 3 - n cevi, ki se nahajajo na razdalji W drug od drugega; 4 - list (vpojna plošča); 5- povezava; 6 - cev (ne v merilu);

7 - izolacija.

1.2. Učinkovitost kolektorja... Učinkovitost kolektorja je odvisna od njegove optične in toplotne učinkovitosti. Optični izkoristek η o kaže, koliko sončnega sevanja, ki doseže površino zasteklitve kolektorja, absorbira črna površina, ki absorbira, in upošteva izgube energije, povezane z razliko od enote prepustnosti stekla in absorpcijskega koeficienta absorbcije. površino. Za zbiralce z enojno zasteklitvijo

kjer je (τα) n zmnožek prepustnosti stekla τ z absorpcijskim koeficientom α absorpcijskega površinskega sevanja pri normalen padec sončni žarki.

V primeru, da se vpadni kot žarkov razlikuje od neposrednega, se uvede korekcijski faktor k, ki upošteva povečanje izgub zaradi odboja od stekla in površine, ki absorbira sončno sevanje. Na sl. 3 prikazuje grafe k = f (1 / cos 0 - 1) za kolektorje z enojno in dvojno zasteklitvijo. Optična učinkovitost ob upoštevanju vpadnega kota žarkov, ki niso neposredni,

riž. 3. Korekcijski faktor za odboj sončne svetlobe od steklene površine in črne vpojne površine.

Poleg teh izgub v kolektorju katere koli izvedbe obstajajo toplotne izgube v okolje Q znoj, ki se upoštevajo s toplotnim izkoristkom, ki je enak razmerju med količino koristne toplote, odvzete iz kolektorja za določen čas na količino energije sevanja, ki mu jo dovaja sonce v istem času:

kjer je Ω površina odprtine kolektorja; I - gostota pretoka sončnega sevanja.

Optična in toplotna učinkovitost kolektorja sta povezana z razmerjem

Za toplotne izgube je značilen faktor skupnih izgub U

kjer je T a temperatura črne površine, ki absorbira sončno sevanje; T o je temperatura okolice.

Vrednost U se lahko šteje za konstantno z natančnostjo, ki zadostuje za izračune. V tem primeru zamenjava Q znoja v formuli za toplotno učinkovitost vodi do enačbe

Toplotno učinkovitost kolektorja lahko zapišemo tudi s povprečno temperaturo hladilne tekočine, ki teče skozi njega:

kjer je T t = (T in + T izhod) / 2 povprečna temperatura hladilne tekočine; F "je parameter, ki se običajno imenuje "učinkovitost kolektorja" in označuje učinkovitost prenosa toplote s površine, ki absorbira sončno sevanje na hladilno tekočino; odvisen je od zasnove kolektorja in je skoraj neodvisen od drugih dejavnikov; tipične vrednosti parameter F" ≈: 0,8- 0,9 - za ravne zbiralnike zraka; 0,9-0,95 - za ravne zbiralnike tekočine; 0,95-1,0 - za vakuumske kolektorje.

1.3. Vakuumski kolektorji. V primeru, ko je potrebno ogrevanje na višje temperature, se uporabljajo vakuumski kolektorji. V vakuumskem kolektorju je prostornina, ki vsebuje črno površino, ki absorbira sončno sevanje, ločena od okolja z evakuiranim prostorom, ki lahko znatno zmanjša toplotne izgube v okolje zaradi toplotne prevodnosti in konvekcije. Izgube sevanja se v veliki meri zmanjšajo z uporabo selektivnih premazov. Ker je skupni faktor izgube v vakuumskem kolektorju majhen, se lahko hladilno sredstvo v njem segreje na višje temperature (120-150 ° C) kot v ravnem kolektorju. Na sl. 9.10 prikazuje primere konstruktivne izvedbe vakuumskih kolektorjev.

riž. 4. Vrste vakuumskih kolektorjev.

1 - cev s hladilno tekočino; 2 - plošča s selektivno prevleko, ki absorbira sončno sevanje; 3 toplotna cev; 4 element za odvajanje toplote; 5 steklena cev s selektivno prevleko; b - notranja cev za dovod hladilne tekočine; 7 zunanja steklena posoda; 8 vakuum

MINISTRSTVO ENERGIJA IN ELEKTRIFIKACIJA ZSSR

GLAVNI ZNANSTVENI IN TEHNIČNI ODDELEK
ENERGIJA IN ELEKTRIFIKACIJA

NAVODILA
IZRAČUN IN PROJEKTIRANJE
SONČNI OGREVNI SISTEMI

RD 34.20.115-89

STORITEV NAJBOLJŠE IZKUŠNJE SOYUZTEKHENERGO

Moskva 1990

RAZVIJENO Državni red Rdečega transparenta delovnega raziskovalnega Energetskega inštituta po imenu G.M. Krzhizhanovsky

IZVAJALCI M.N. EGAY, O.M. A. S. Koršunov LEONOVICH, V.V. NUSHTAIKIN, V.K. RYBALKO, B.V. TARNIZHEVSKY, V.G. BULYCHEV

ODOBRIL OD Glavni znanstveno-tehnični direktorat za energetiko in elektrifikacijo 07.12.89.

Vodja V.I. GORI

Rok veljavnosti je določen

od 01.01.90

do 01.01.92

Te smernice določajo postopek za izvedbo izračuna in vsebujejo priporočila za načrtovanje solarnih ogrevalnih sistemov za stanovanjske, javne in industrijske zgradbe in strukture.

Smernice so namenjene projektantom in inženirjem, ki se ukvarjajo z razvojem sistemov za oskrbo s sončno toploto in toplo vodo.

... SPLOŠNE DOLOČBE

kjer je f - delež skupne povprečne letne toplotne obremenitve s sončno energijo;

kjer je F - površina SC, m 2.

kjer je H povprečno letno skupno sončno sevanje na vodoravni površini, kWh/m2 ; nahaja iz aplikacije;

a, b - parametri, določeni iz enačbe () in ()

kjer je r - značilnost toplotnoizolacijskih lastnosti ovoja stavbe pri fiksni vrednosti obremenitve sanitarne vode, je razmerje med dnevno ogrevalno obremenitvijo pri zunanji temperaturi zraka 0 °C in dnevno obremenitvijo sanitarne vode. Bolj r , večji je delež ogrevalne obremenitve v primerjavi z deležem obremenitve sanitarne vode in manj popolna je konstrukcija stavbe glede toplotnih izgub; r = 0 se upošteva samo pri izračunu Sistemi sanitarne vode... Značilnost je določena s formulo

kjer je λ specifična toplotna izguba stavbe, W / (m 3 ° C);

m - število ur na dan;

k - hitrost izmenjave zraka za prezračevanje, 1 / dan;

ρ v - gostota zraka pri 0 ° C, kg / m 3;

f - stopnja zamenjave, v grobem od 0,2 do 0,4.

Vrednosti λ, k, V, t in, s so določeni v načrtu FTS.

Vrednosti koeficienta α za sončne kolektorje II in III vrste

Β vrednosti za sončne kolektorje II in III vrste

Vrednosti koeficientov a in bso iz mize. ...

Vrednosti koeficientov a in b odvisno od vrste sončnega kolektorja

kjer je q i je specifična letna ogrevalna zmogljivost sanitarne vode pri vrednostih f razen 0,5;

Δq - sprememba letne specifične ogrevalne zmogljivosti sanitarne vode, %.

Sprememba vrednosti specifične letne ogrevalne močiΔq od letnega vnosa sončnega sevanja na vodoravno površino H in koeficient f

Dodatek 2

Toplotne lastnosti sončnih kolektorjev

Dodatek 3

Tehnične značilnosti sončnih kolektorjev

Dodatek 4

Tehnične značilnosti pretočnih toplotnih izmenjevalnikov tipa TT

Dodatek 5

Letni prihod skupnega sončnega sevanja na vodoravno površino (N), kWh/m2

Opombe e. Tekočine za prenos toplote na osnovi kalijevega karbonata imajo naslednje sestave (masni delež):

Recept 1 Recept 2

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

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

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

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

Fluorescoin 0,01 0,01

Voda do 100 do 100

Glavni element aktivnih sistemov za oskrbo s toploto je sončni kolektor (SC) absorber, skozi katerega kroži hladilno sredstvo; konstrukcija je s hrbtne strani toplotno izolirana in spredaj zastekljena.

V visokotemperaturnih ogrevalnih sistemih (nad 100 ° C) se uporabljajo visokotemperaturni sončni kolektorji. Trenutno velja za najučinkovitejšega koncentrirajoči sončni kolektor Luza, ki je parabolično korito s črno cevjo v sredini, na katero se koncentrira sončno sevanje. Takšni kolektorji so zelo učinkoviti v primerih, ko je treba ustvariti temperaturne pogoje nad 100 ° C za industrijo ali proizvodnjo pare v elektroenergetski industriji. Uporabljajo se v nekaterih solarnih termoelektrarnah v Kaliforniji; za severno Evropo niso dovolj učinkoviti, saj ne morejo uporabiti razpršenega sončnega sevanja.

Svetovna izkušnja... V Avstraliji nošenje netekočine pri temperaturah pod 100 °C porabi približno 20 % celotne porabljene energije. Ugotovljeno je bilo, da zagotavlja toplo vodo 80% podeželja stanovanjske stavbe za 1 osebo potrebujete 2 ... 3 m2 površine sončnega kolektorja in rezervoar za vodo s prostornino 100 ... 150 litrov. Instalacije s površino 25 m2 in vodni kotel za 1000 ... 1500 litrov, ki zagotavljajo toplo vodo za 12 ljudi, so zelo povpraševanja.

V Veliki Britaniji prebivalci podeželskih območij zadovoljijo 40 ... 50 % svojih potreb po toplotni energiji z uporabo sončnega sevanja.

V Nemčiji naprej raziskovalna postaja blizu Dusseldorfa je bila testirana aktivna solarna naprava za ogrevanje vode (površina kolektorja 65 m2), ki omogoča prejem v povprečju 60 % zahtevane toplote na leto in 80 ... 90 % poleti. V razmerah Nemčije si lahko 4-članska družina v celoti zagotovi toploto ob prisotnosti energetske strehe s površino 6 ... 9 m2.

Sončna toplotna energija se najbolj uporablja za ogrevanje rastlinjakov in ustvarjanje umetne klime v njih; V Švici je bilo preizkušenih več načinov uporabe sončne energije v tej smeri.

Inštitut za tehnologijo, hortikulturo in kmetijstvo v Nemčiji (Hannover) preiskuje možnost uporabe sončnih kolektorjev, ki se nahajajo ob rastlinjaku ali so vgrajeni v njegovo konstrukcijo, pa tudi samih rastlinjakov kot sončnega kolektorja z uporabo obarvane tekočine, ki se prepušča preko dvojnega pokrova rastlinjaka in ogrevanega sončnega sevanja Raziskave so pokazale, da v nemških podnebnih razmerah ogrevanje na samo sončno energijo skozi vse leto ne zadostuje v celoti potreb po toploti. Sodobni sončni kolektorji v Nemčiji lahko zadovoljijo potrebe kmetijstva v topla voda poleti za 90%, pozimi za 29 ... 30% in v prehodnem obdobju - za 55 ... 60%.

Aktivna sončna energija ogrevalnih sistemov najpogostejši v Izraelu, Španiji, Tajvanu, Mehiki in Kanadi. Samo v Avstraliji ima več kot 400.000 domov sončne grelnike vode. V Izraelu je več kot 70 % vseh enodružinskih hiš (približno 900.000) opremljenih sončni grelniki vode s sončnimi kolektorji s skupno površino 2,5 milijona m2, kar zagotavlja možnost letnega prihranka goriva v višini približno 0,5 milijona toe.

Konstruktivno izboljšanje ravnih IC-jev poteka v dveh smereh:

• iskanje novih nekovinskih konstrukcijskih materialov;
• izboljšanje optično-termičnih lastnosti najbolj kritične enote absorbersko-prosojnega elementa.