Размещено на http://www.allbest.ru/

Дипломна робота магістра

Аналіз техніко-економічних характеристик сонячних колекторів різних типів

ЗМІСТ

• Анотація
• Реферат
• ВСТУП
• 1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА
• 1.1 Огляд існуючих схем гарячого водопостачання
• 1.2 Вибір гідравлічної схеми системи гарячого водопостачання
• 2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА
• 2.1 Розрахунок кліматичних характеристик
• 2.1.1 Щомісячний прихід енергії на 1 м2
• 2.1.2 Вибір кута установки геліоколектора
• 2.1.3 Перерахунок місячного приходу енергії для нахиленої поверхні
• 2.2 Визначення місячного теплового навантаження
• 2.3 Розрахунок параметрів геліоколекторів
• 2.3.1 Визначення геометричних параметрів геліоколекторів
• 2.3.2 Визначення площі геліоколекторного поля
• 2.3.3 Визначення температур поверхонь ГК
• 2.3.4 Втрати теплоти через тильну теплоізоляцію
• 2.3.5 Витрати теплоти через світлопрозору верхню теплоізоляцію
• 2.3.6 Визначення кількості поглинутої геліоколектором енергії
• 2.3.7 Уточнення температури поглинальної пластини
• 2.3.8 Уточнення кількості поглинутої енергії
• 2.4 Розрахунок розширювального бака
• 2.5 Розрахунок відцентрового насосу
• 2.5.1 Розрахунок гідравлічних втрат першого контуру системи гарячого водопостачання
• 2.5.2 Розрахунок параметрів відцентрового насосу
• 2.5.3 Розрахунок спірального дифузора
• 2.6 Розрахунок бака акумулятора
• 2.7 Розрахунок теплообмінника
• 2.7.1 Розрахунок теплового напору теплообмінника
• 2.7.2 Розрахунок розмірів теплообмінника
• 2.8 Розрахунок газового догрівача
• ВИСНОВКИ
• ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА

АНОТАЦІЯ

У даній роботі розглядається можливість використання енергії сонячного випромінювання для гарячого водопостачання в теплий період року (з квітня по жовтень), в холодний та перехідні періоди від геліосистеми береться частина енергії, частина від дублюючого джерела енергії. Розраховано тепловий акумулятор що дає змогу запасати кількість теплової енергії достатню для автономної роботи системи впродовж 2-3 дні. Для цього запропонована сонячна система з плоскими сонячними колекторами, що встановлюються на землі під кутом 45? до горизонту з південним напрямком.

У загальній частині зроблений огляд існуючих схем сонячного гарячого водопостачання і елементів цих схем; вибрана схема сонячної установки для гарячого водопостачання.

У спеціальній частині виконаний розрахунок основних кліматичних характеристик; розраховано основні елементи геліосистеми, а саме зроблено розрахунок сонячного колектора, теплового акумулятора, розширювального бачка, відцентрового насоса, теплообмінника.

Зроблено висновок про ефективність комплексної системи сонячного теплопостачання. Поставлені задачі що мають бути вирішені в магістерській дипломній роботі.

РЕФЕРАТ

Записка містить 71 сторінок, 18 рисунків, 27 таблиць, 17 бібліографічних посилань.

Ключові слова: відновлювана енергетика, геліоколектор, геліосистема, відновлювані джерела енергії, сонячна енергія, бак акумулятор, теплообмінник, відцентровий насос, розрахунок, проектування, тепловий потік, теплоізоляція

Дана дипломна робота являє собою вибір та розрахунок елементів схеми для сонячного гарячого водопостачання, цілорічної дії.

Спроектовано схему сонячного гарячого водопостачання на основі досвіду проектувань подібних конструкцій. Розглянуті різноманітні принципові схеми. В результаті огляду було розроблено оптимальну схему роботи.

Загальна частина роботи містить відомості щодо принципових схем подібних установок та аналіз спроектованої схеми.

В спеціальній частині виконано розрахунок приходу сонячної енергії на 1 кв.м. поверхні геліоколектора. Розглянуто принципові конструкції геліоколекторів та спроектовано сонячний колектор. Розраховано параметри роботи колектора, баку оперативного розходу, баку акумулятора, теплообмінників, відцентрового насосу. Обрано оптимальну товщину ізоляції баків акумуляторів, описано методику оптимізації товщини ізоляції.

Розроблені робочі складальні креслення основних вузлів сонячної системи гарячого водопостачання.

Зроблено висновок про доцільність розробленої схеми та установки в цілому.



ВСТУП

В світі щорічно зростають потреби в енергії, а кількість традиційного палива невпинно зменшується. Сонячна теплова енергія за цих обставин набуває все більшої зацікавленості громадськості. Отримання енергії від Сонця має низку переваг:

1. Сонячна енергія доступна в кожній точці нашої планети, розрізняючись по щільності потоку сонячного випромінювання не більше ніж в два рази. Тому вона приваблива для всіх країн, відповідаючи їх інтересам в напрямку енергетичної незалежності;

2. Сонячна радіація - це екологічно чисте джерело енергії, що дозволяє використовувати його у все більш зростаючих масштабах без негативного впливу на довкілля;

3. Сонячне випромінювання - це практично невичерпне джерело енергії, яке буде доступне через мільйони років.

Основними напрямами використання сонячній енергії вважаються:

1. Здобуття тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання;

2. Перетворення сонячної радіації на електричну енергію.

Отримання тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання являє собою найбільш простий, з боку технічної реалізації, спосіб використання сонячної енергії. Тепло, отримане в результаті прямої абсорбції сонячної радіації, використовується для нагрівання води, обігріву приміщень, охолодження приміщень, сушіння матеріалів та продуктів сільськогосподарського виробництва. Великий практичний інтерес до обігріву приміщень та отримання гарячої води, за рахунок сонячної радіації, обумовлений тим, що в промислово розвинутих країнах близько 30-40% виробленої енергії споживається на так зване низькотемпературне нагрівання (<100^°С).

Отримання такого низькотемпературного тепла можна здійснити за допомогою пласких та вакуумних сонячних колекторів, що працюють за принципом тепличного ефекту. Фізична суть цього ефекту полягає в тому, що сонячне випромінювання, падаюче на поверхню сонячних колекторів, прозору для сонячних променів, практично без втрат проникає всередину та, потрапляючи на теплоприймач геліоколектора нагріває його, а процес розсіювання теплової енергії теплоприймача в сонячному колекторі мінімізований. Оскільки основна інтенсивність сонячного випромінювання в наземних умовах знаходиться в спектральному інтервалі 0,4 мкм -1,8 мкм, то як прозорий верхній шар використовується звичайне скло, що має коефіцієнт пропускання в цьому спектральному діапазоні до 95%. Розташований в нижній частині сонячного колектора (плаский) або всередині трубки (вакуумний) теплоприймач геліоколектора є абсорбуючим покриттям з коефіцієнтом поглинання сонячного випромінювання до 82-95%. Поглинаючи пряме сонячне випромінювання, це абсорбуюче покриття може нагріватися залежно від потужності падаючого сонячного випромінювання до 50-90°С. Нагріте до таких температур тіло випромінює теплову енергію, основна потужність якого знаходиться в інфрачервоному діапазоні.

Для спектрального діапазону, відповідного інфрачервоному випромінюванню, скло володіє низьким коефіцієнтом пропускання, а вакуум в вакуумних сонячних колекторах зводить це до нуля. Це й призводить до тепличного ефекту, що полягає в накопиченні енергії під склом і збільшенні температури теплоприймача до 160°С для плаского геліоколектора та 250°С для вакуумного геліоколектора у режимі стагнації (коли енергія не відводиться теплоносієм). У робочому режимі накопичене тепло витрачається на нагрів води, яка циркулює через геліосистему.

В середній смузі Європи в літній період продуктивність пласких колекторів може досягати 50-60 літрів води, а вакуумних сонячних колекторах 70-90 літрів води, нагрітої до 60-70°С із з кожного квадратного метра геліоколектора в день. ККД плаского сонячного колектора складає до 70% та залежить від температури довкілля, щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. ККД вакуумного сонячного колектора складає до 92% та залежить в основному від щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. Із зменшенням температури, до якої необхідно нагрівати воду, циркулюючу через геліоколектор, ККД сонячного колектора підвищується. Проте стандартна температура води, що нагрівається складає 50-60°С. Для сонячного колектора основною технічною характеристикою є об'єм води, нагрітої до заданої температури протягом світлового дня квадратним метром. Цей параметр залежить від пори року та географічного положення місця, в якому встановлюються геліоколектори. Ефективність сонячного колектора залежить від характеристик селективно-поглинаючого покриття, яке володіє властивістю добре поглинати видиму частину сонячного спектру та практично не випромінювати в інфрачервоної області спектру. Селективні покриття є одним з наукоємких елементів в конструкції геліоколектора.

Одним з основних економічних показників сонячного колектора, поряд з його вартістю, є надійність та довговічність. Термін служби геліоколектора складає не менше 10 років. У геліосистему отримання низькотемпературного тепла, також входять накопичувачі тепла (баки акумулятори), які в простому випадку є термоізольованими ємкостями (термоси) для зберігання гарячої води. Об'єм бака акумулятора та необхідна площа геліоколекторів, визначаються добовим споживанням тепла та середнім числом сонячних днів на рік в даній місцевості. Якщо сонячний колектор використовує не воду, а незамерзаючу рідину, то за допомогою теплообмінника в накопичувальному теплоізольованому баці та додаткового нагрівача (газ, електрика і тому подібне) можна протягом року економити до 50-60% енергії, необхідної для обігріву будинку та інших теплових домашніх потреб, що практично широко використовується в промислово-розвинених країнах. В цьому випадку сонячні колектори працюють цілий рік в автоматичному режимі, паралельно із звичайними паливними або електричними нагрівачами води. У геліосистемах для сушки матеріалів та продуктів сільського господарства в якості теплоносія використовується повітря.

На території України енергія сонячної радіації за один середньорічний світловий день складає в середньому 4 кВт за годину на 1 м² (у літні дні - до 6-6,5 кВт на годину ) тобто близько 1,5 тисячі кВт·годин за рік на кожен квадратний метр. Це приблизно стільки ж, скільки в середній Європі, де використання сонячної енергії носить досить широкий характер.

Вище викладене дає підставу вважати, що на Україні існують всі необхідні та достатні умови для широкомасштабного впровадження геліоенергетики та сонячних колекторів для виробництва теплової енергії в народному господарстві.



1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1 Огляд існуючих схем гарячого водопостачання

Розглянемо принципові конструкції поглинаючої панелі геліоколектора.

Каналами для теплоносія можуть бути найрізноманітніших конструкцій (рис.1.1).[1]:

Рисунок 1 - Конструкції поглинаючих панелей колекторів:

а) стандартний панельний опалювальний радіатор;

б) панель з двох стальних листів - гофрованого і плоского;

в) прокатно-сварна алюмінієва панель;

г) регістр з труб із прикріпленим до них листом;

д) способи з'єднання металевого листа і труби;

е) регістр з труб з металевими пластинами, що розпирають;

ж) регістр з труб із поперечними ребрами;

з) регістр з труб із подовжніми ребрами

Самі геліоколектори виконують різних геометричних форм і принципових конструкцій. Основні напрямки вдосконалення геліоколекторів:

· використання більш простих конструкцій, пластмас, прокатних теплоприймальних панелей, заміна міді більш дешевим матеріалом;

· вдосконалення теплоізоляційних якостей геліоколекторів, встановлення поглинаючих пластин із селективними поверхнями, використання скла з більшими світлопропускними властивостями.

Геліосистеми проектують активного та пасивного типу.

Геліосистеми активного типу як правило містять у собі:

– колектор сонячної енергії;

– акумулятор теплоти;

– додаткове джерело енергії;

– теплообмінники;

– насоси чи вентилятори з електроприводом;

– трубопроводи з арматурою;

– пристрої автоматичного керування роботою системи.

У залежності від виду теплоносія, що циркулює в контурі колектора сонячної енергії, розрізняють рідинні і повітряні геліосистеми теплопостачання.

У рідинних геліосистемах теплоносіями найчастіше є незамерзаючі рідини (антифризи), недоліком яких у ряді випадків можна вважати підвищену корозійну активність стосовно конструкційних матеріалів і токсичність. Використання повітря як теплоносія виключає проблеми корозії, замерзання і токсичності, однак значно знижує теплову ефективність систем через низькі значення коефіцієнтів теплопровідності і теплопередачі повітря в порівнянні з водою.

Перевагою активних геліосистем є легкість інтегрування систем з будинком і традиційними системами теплопостачання, а також можливість автоматичного керування роботою системи. Недоліком цих систем є велика вартість і не завжди висока надійність устаткування.

Активні геліосистеми по своєму технічному рівні й економічних показниках можуть значно розрізнятися, наприклад та сама геліосистема у залежності від якості її окремих вузлів і проектного виконання може відрізнятися від вихідної за економічними показниками в 1...3 рази.

Найбільш широке поширення одержали активні геліосистеми для гарячого водопостачання. Принципові схеми таких геліосистем показані на рис. 1.2. [2]

Активні системи гарячого водопостачання з примусовою циркуляцією теплоносія відрізняються від пасивних геліосистем наявністю циркуляційного насоса і використанням автоматичних датчиків температури й інших контрольно-вимірювальних приладів. Бак-акумулятор, як і насоси, може бути розташований по висоті на будь-якому рівні щодо колектора сонячної енергії, що полегшує контроль за роботою устаткування, і, крім того, відпадає необхідність установки важких водяних баків-акумуляторів вище рівня сонячних колекторів на даху будинку. Двоконтурна схема нагрівання води (рис. 1.2, б) дозволяє використовувати антифриз у першому контурі й експлуатувати геліосистему гарячого водопостачання в холодні періоди.

Рисунок 1.2 - Принципові схеми активних систем сонячного гарячого водопостачання:

а - геліосистема проточного типу: 1 - колектор сонячної енергії; 2 - вентиль регулювання температури води; 3 - бак-акумулятор; 4 - додатковий електричний нагрівач; 5 - вихід гарячої води; 6 - душ;

б - геліосистема із примусовою циркуляцією води (двоконтурна); 1 - колектор сонячної енергії; 2 - датчик різниці температур; 3 - розширювальний бак; 4 - вихід гарячої води; 5 - акумуляторний бак; 6 - колекторний насос; 7 - подача води;

Для одноповерхових будинків, водопостачання яких забезпечується міською водогінною мережею, доцільно використовувати безнасосну систему гарячого водопостачання за схемою, широко застосовуваної у Японії (рис. 1.3). [2]

Перевагою цієї схеми є відсутність циркуляційних насосів, для привода яких необхідна електроенергія. Недолік системи - це скрутне розміщення вище рівня колектора сонячної енергії бака-акумулятора, маса якого звичайно дорівнює від 200 до 500 кг.

Рисунок 1.3 - Схема системи гарячого водопостачання одноповерхового житлового будинку

1 - бак-акумулятор; 2 - колектор сонячної енергії з природною циркуляцією води; 3 - трубопровід подачі води з водопроводу; 4 - трубопровід подачі нагрітої води з бака-акумулятора; 5 - газовий водопідігрівач; 6 - датчик-регулятор температури; 7 - подача води від сонячного колектора, минаючи газовий водопідігрівач; 8 - кухня; 9 - ванна.

Геліосистеми гарячого водопостачання з примусовою циркуляцією води найчастіше бувають трьох видів:

· система з безпосереднім нагріванням і використанням бака-акумулятора з відкритим відбором води;

· аналогічна система з закритим відбором води;

· система з опосередкованим (двоконтурним) нагріванням і використанням бака-акумулятора з закритим відбором води.

Перша з цих систем (рис. 1.4) обладнана баком-акумулятором, що сполучений з навколишнім середовищем і розташований нижче рівня сонячного колектора. Вода з акумуляторного бака подається колекторним насосом 5 нагору, проходить через колектор, нагрівається сонячним випромінюванням і повертається в бак-акумулятор. Ця система відрізняється високою ефективністю, однак має і недоліки: для неї потрібні потужні насоси - колекторний і гарячої води. Крім того, для запобігання замерзання води при низьких температурах необхідно забезпечувати злив води із системи. Для зливу води у верхній точці колектора встановлюється повітряний клапан. Тому місце установки акумуляторного бака обмежується цим.

Рисунок 1.4 - Схема геліосистеми гарячого водопостачання з безпосереднім нагріванням і використанням бака-акумулятора з відкритим відбором води

1 - колектор сонячної енергії; 2 - повітряний клапан; 3 - акумуляторний бак з відкритим відбором води; 4 - подача питної води; 5 - колекторний насос; 6 - насос гарячої води; 7 - електричний підігрівник; 8 - кухня; 9 - ванна.

Рисунок 1.5 - Схема геліосистеми безпосереднього нагрівання з використанням акумуляторного бака з закритим відбором води

1 - колектор; 2 - повітряний клапан; 3 - бак-акумулятор (сполучений з підігрівником); 4 - колекторний насос; 5 - електричний нагрівач; 6 - подача питної води; 7 - кухня; 8 - ванна; 9 - злив води.

У системі безпосереднього нагрівання з використанням акумуляторного бака з закритим відбором води (рис. 1.5) бак не сполучений з атмосферою. Особливістю цієї системи є сполучення бака-акумулятора з електричним водопідігрівачем в одному агрегаті і порівняно невисока необхідна потужність колекторного насоса при відсутності спеціального насоса гарячої води. Недоліком системи є небезпека замерзання води, як і в попередній схемі на рис. 1.4. При зниженні температури зовнішнього повітря автоматично перекривається електромагнітний клапан, що йде від акумуляторного бака, і відкривається електромагнітний клапан, що зливає воду з колекторної частини.

Двоконтурна система нагрівання з закритим відбором води представлена на рис. 1.6. У даній схемі внаслідок двухконтурності передачі теплоти і зв'язаних з цим збільшенням тепловтрат ефективність перетворення сонячного випромінювання в теплоту виявляється нижче, ніж у попередніх одноконтурних системах. Основною перевагою системи є можливість роботи при низьких температурах зовнішнього повітря. У показаній на рис. 1.6 схемі додатковим джерелом теплоти для підігріву повітря є окремий електричний водопідігрівач, однак немає ніяких причин, що перешкоджають установці електричних нагрівальних елементів у баці-акумуляторі, як це показано на рис. 1.5. Звичайно прийнято вважати, що розчин антифризу в геліосистемах зберігає свою працездатність протягом 3...5 років.

Рисунок 1.6 - Схема системи опосередкованого нагрівання (двохконтурна) з використанням бака-акумулятора з закритим відбором води

1 - колектор; 2 - розширювальний бак для антифризу; 3 - акумуляторний бак із закритим відбором води; 4 - колекторний насос; 5 - подача води; 6 - електричний водонагрівач; 7 - кухня; 8 - ванна.

В даний час пропонується багато різних геліосистем гарячого водопостачання активного типу. У кожної з них є свої переваги і недоліки. Тому при виборі системи варто виходити з потреб конкретного домогосподарства з урахуванням вартості основного устаткування і надійності його роботи.



1.2 Вибір гідравлічної схеми системи гарячого водопостачання

Для даного дипломного проекту була спроектована двоконтурна схема гарячого водопостачання, в першому контурі циркулює теплоносій на основі пропіленгліколю, що виключає можливість замерзання навіть в найсуворіші періоди зими.

Рисунок - 1.7 Двоконтурна система гарячого водопостачання з примусовою циркуляцією.

1 - сонячний колектор; 2 - триходовий автоматичний вентиль; 3 - БОР (бак оперативного розходу); 4 - теплообмінник БОР; 5 - БА (бак-акумулятор); 6 - теплообмінник БА; 7 - автоматичний вентиль; 8 - циркуляційний насос теплоносія; 9 - автоматичний догрівач; 10 - термостатичний змішувач системи ГВП; 11 - зливний вентиль; 12 - розповітрювач; 13 - розширювальній бачок.

В спроектованій схемі геліоустановки пропонується паралельне підключення колекторів, що спрощує монтаж, скорочує довжину трубопроводів та зменшує сумарний гідравлічний опір системи. Теплоносій подається у колектори по схемі підключення знизу-вверх, що забезпечує більш рівномірний прогрів теплоносія вздовж колектора.

Бак оперативного розходу має меншу (порівняно з БА) емність та прогрівається першочергово, що дозволяє підігрівати воду від сонячних колекторів у зимову пору до більш високих температур. Бак акумулятор має ємність достатню для запасаня теплової енергії необхідної на споживання впродовж 2-3 днів.

Всистемі запропоноване використання насосу (8) з регулюємим розходом теплоносія, що значно підвищує ефективну температуру теплоносія в дні з малою щільністю потоку сонячної радіації.

Для цілорічної безвідмовної дії системи до неї входять розповітрувач контуру теплоносія (12) та розширювальний бачок (13).

Керування роботою контуру теплоносія виконує система автоматичного управління(САУ). В залежності від показань температури на термопарах Т1 та Т2 приймається рішення щодо перемикання автоматичних вентилів (2) та (7).

Робота САУ:

1. Якщо Т1 > Т2 триходовий вентиль (2) перемикає розход теплоносія на теплові акумулятори, вентиль (7) - відкрито; БОР та БА заряджаються тепловою енергією, циркуляційний насос (8) працює на основному режимі.

2. Якщо Т1< Т2 триходовий вентиль (2) перемикає розход теплоносія в обхід теплових акумуляторів, щоб не «вимивати» з них теплову енергію, вентиль (7) - закривається. Насос (8) - переходить в роботу на економічному режимі з мінімальним розходом теплоносія.

Якщо температура води після виходу з бака-акумулятора не достатня для використання в системі гарячого водо-забезпечення, автоматично вмикається додотковий догрівач (9). При надто високій температурі гарячої води оптимальна температура досягається у змішувачі (10).



2. СПЕЦІАЛЬНА ЧАСТИНА

2.1 Розрахунок кліматичних характеристик

Місто Дніпропетровськ знаходиться по обидва береги річки Дніпро, в південно-східній частині України. Клімат міста помірно-континентальний з м'якою зимою та спекотним літом. Середньорічна температура повітря складає 8,5°С; найнижча вона у січні (мінус 5,5°С), найвища у липні (21,3°С). В табл. 2.1, приведені основні кліматичні характеристики м. Дніпропетровська ц_p = 48,5? _ПН.Ш [3].

Таблиця 2.1

Основні кліматичні характеристики м. Дніпропетровська

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
середня денна температура, °С	-5,5	-4,1	0,8	9,4	16,0	19,6	21,3	20,6	15,4	8,4	2,5	-2,1
амплітуда коливання температури, °С	5	5	5	8	10	9	9	10	11	7	3	3
тривалість світового дня, год	8,76	10,35	11,8	13,6	15,17	16,0	15,66	14,4	12,63	10,93	9,30	8,40
коефіцієнт сонячного випромінювання	0,18	0,24	0,39	0,45	0,55	0,61	0,67	0,71	0,61	0,47	0,29	0,18
швидкість повітряних мас, м/с	5,4	5,7	5,2	5,0	4,4	3,8	3,7	3,8	4,1	4,6	4,9	5,2

Температуру зовнішнього повітря для і-тої години j-того місяця можна визначити за формулою[4]:

t_ij = t_j + 0,5 k_i A_j (2.1)

де t_j - середньодобова температура повітря j-того місяця, °С;

A_j - середньодобова амплітуда коливань температури у j-тому місяці, °С;

k_i - коефіцієнт перерахунку для і-тої години (табл. 2. 2) та на (рис. 2.1).

Таблиця 2.2

	Години
	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Кі	0	0,26	0,5	0,71	0,87	0,97	1	1	0,97	0,87

Рисунок 2.1 - Графік залежності амплітуди коливання температури від часу

Розрахунок установки гарячого водопостачання виконується за годинними сумами прямої та розсіяної сонячної радіації та температурою зовнішнього повітря. Інформація на цю тему наведена в [4].

В атласі [3] приведена інформація про інтенсивність сонячної радіації при безхмарному небі. Перерахуємо відомі довідкові дані для м. Київ 50,5? пн.ш., для Дніпропетровська с широтою 48,5? пн.ш.

Перерахунок будемо вести за лінійною емпіричною залежністю для горизонтальної поверхні:

(2.2)

де Е_мр - максимальне розрахункове значення інтенсивності сонячної радіації, (Вт/м²);

Е_мб - базова інтенсивність сонячної радіації в м. Києві, (Вт/м²);

ц_б = 50,5?- широта м. Києва (базова);

ц_р = 48,5? - розрахункова широта.

З урахуванням того, що широти ц_р та ц_б відомі, то рівняння (2.2) можна переписати у вигляді:

(2.3)

Дані базової інтенсивності сонячної радіації для 11-12 годин дня, приведені в табл. 2.3 [3].

Таблиця 2.3

Базова інтенсивність сонячної радіації для 11-12 годин дня

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Емб, Вт/м2	315	490	655	765	865	880	845	785	675	510	355	280

За формулою 2.3 розраховуємо значення потужності сонячної радіації:

Для 1 місяця:

;

Для наступних місяців розрахунок проводиться аналогічно, результати розрахунку зведено до табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Інтенсивність сонячної радіації в м. Дніпропетровськ

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Емр, Вт/м2	330,1	513,5	686,4	801,7	906,5	922,2	885,6	822,7	707,4	534,5	372,0	293,4



2.1.1 Щомісячний прихід енергії на 1 м2

Для обчислення щомісячного приходу енергії на 1 м² використовується емпірична формула [5]:

(2.4)

де Е_мр - максимальне розрахункове значення інтенсивності сонячної радіації, Дж/(м²міс). (з табл. 2.4)

ф_с - тривалість світового дня, год. (з табл. 2.1)

ш_с - коефіцієнт сонячного випромінювання. (з табл. 2.1)

n_міс- кількість днів у місяці.

Щомісячний приход енергії на 1 м², горизонтальної поверхні визначаємо за формулою 2.4, для розрахунків зіставимо зведену табл. 2.5

Таблиця 2.5

Щомісячний приход енергії на 1 м², горизонтальної поверхні

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Емр, , Вт/м2	330,1	513,5	686,4	801,7	906,5	922,2	885,6	822,7	707,4	534,5	372	293,4
фс, год	8,76	10,35	11,8	13,6	15,17	16	15,66	14,4	12,63	10,93	9,3	8,4
шс	0,18	0,24	0,39	0,45	0,55	0,61	0,67	0,71	0,61	0,47	0,29	0,18
nміс, шт	31	28	31	30	31	30	31	31	30	31	30	31
Еміс, 108Дж/ (м2 день)	0,370	0,819	2,245	3,374	5,375	6,190	6,603	5,977	3,748	1,951	0,690	0,315

1 місяць:

Для наступних місяців розрахунок проводиться аналогічно, результати розрахунку наведено у табл. 2.5.

Прихід енергії на 1 м² горизонтальної поверхні протягом всього року дорівнює:

2.1.2 Вибір кута установки геліоколектора

Кут схилення визначається за приблизною формулою Купера [5,6]:

(2.5)

де n - порядковий номер дня в році;

1 місяць:

Для наступних місяців розрахунок проводиться аналогічно. Значення д_с наведені в табл. 2.6, та на рис. 2.2

Таблиця 2.6

Кут схилення Сонця

Місяці	1	2	3	4	5	6
дс, град	-21,27	-13,29	-2,82	9,41	18,79	23,31
Місяці	7	8	9	10	11	12
дс, град	21,52	13,78	2,22	-9,60	319,00	-23,34

Рисунок 2.2 - Кут схилення Сонця.

Для забезпечення найліпших умов поглинання енергії сонячним колектором при цілорічному використанні, його поглинальна поверхня має бути орієнтована на південь із нахилом в_опт, що дорівнює[7]:

в_опт = ц_р - д_с (2.6)

Рисунок 2.3 - Оптимальний кут встановлення колекторів

Остаточно із врахуванням рекомендацій приймемо в = 45?.

2.1.3 Перерахунок місячного приходу енергії для нахиленої поверхні

Використовуючи кут схилення Сонця та широту регіону, можна знайти кут заходу (сходу) Сонця для горизонтальної поверхні.

Кут щ_згп являє собою кут між південним напрямком та напрямком заходу Сонця. щ_згп розраховується за формулою:

(2.7)

1 місяць:

Результати розрахунку щ_згп за місяцями зведено до табл. 2.7

Таблиця 2.7

Кут між південним напрямком та напрямком заходу Сонця

Місяці	1	2	3	4	5	6
щзгп, град	63,90	74,52	86,81	100,80	112,62	119,15
Місяці	7	8	9	10	11	12
щзгп, град	116,46	106,10	92,51	78,98	10,72	60,82

Кут заходу Сонця для нахиленої поверхні підраховується за формулою:

(2.8)

1 місяць:

град

Результати розрахунку щ_знп за місяцями зведено до табл. 2.8



Таблиця 2.8

Кут між південним напрямком та напрямком заходу Сонця, для нахиленої поверхні

Місяці	1	2	3	4	5	6
щзнп, град	88,64	89,17	89,83	90,58	91,19	91,51
Місяці	7	8	9	10	11	12
щзнп, град	91,38	90,86	90,14	89,41	86,95	88,49

Для розрахунків приймемо щ_знп = 90? впродовж всього року.

Коефіцієнт Х_пр, враховуючий вплив кута установки нахиленої поверхні в на добове сприйняття прямої радіації, можна визначити як:

(2.9)

Враховуючи, що кут установки нахиленої поверхні в приблизно дорівнює широті місцевості ц_р , а щ_знп = 90?, після спрощень можна отримати:

(2.10)

1 місяць:

.

Результат розрахунку коефіцієнта Х_пр, враховуючого вплив кута установки нахиленої поверхні в на добове сприйняття прямої радіації протягом року наведений в табл. 2.9.

Таблиця 2.9

Коефіцієнт Х_пр

місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Xпр	4,89	2,60	1,65	1,17	0,94	0,85	0,89	1,05	1,41	2,16	3,93	6,45

Важливою характеристикою радіаційного режиму є відношення дифузійної складової до сумарної радіації

.

Як показують спостереження це відношення в межах України від широти місцевості практично не залежить і при ясному небі є достатньо сталою величиною. В зимні місяці можна приймати ш_диф = 0,21.

Значний вплив на значення ш_диф має хмарність. Так, при середній хмарності взимку частка дифузійної складової коливається в межах , а влітку . Через невизначеність зміни у хмарну погоду доцільно обчислити потужність сонячної радіації при ясному небі, а вплив хмарності і прозорості атмосфери урахувати за допомогою коефіцієнту сонячного сяйва . Під коефіцієнтом сонячного сяйва розуміють відношення сонячного сяйва при даних умовах до можливого.

Частина падаючої сонячної радіації Е₁ відбивається від поверхні Землі. Відношення характеризує відбивну здатність підстилаючої поверхні і носить назву альбедо Землі. В літні місяці альбедо Землі достатньо стале і його значення коливається в межах . В зимові місяці при голому грунті , а при сніговому покрові може досягати значення 0.89. В теплотехнічних розрахунках приймають влітку I_а = 0,2, а взимку I_а = 0,7.[7]

Коефіцієнт перерахунку кількості сонячної енергії з горизонтальної поверхні на похилу поверхню Хі сонячного колектора дорівнює сумі трьох складників відповідних прямому, розсіяному та відбитому сонячному випромінюванню:

(2.11)

де ш_диф- середньомісячна денна кількість розсіяного сонячного випромінювання

I_а- коефіцієнт відбиття поверхні землі й навколишніх тіл (альбедо)

ш_диф = 0,21 - для всього року;

I_а = 0,7 - для зими; 0,2 - для літа;

1 місяць:

.

Для наступних місяців коефіцієнт Хі визначається аналогічно, результати розрахунків зведено до таблиці «Коефіцієнт перерахунку кількості сонячної енергії» Табл. 2.10

Таблиця 2.10

Коефіцієнт перерахунку кількості сонячної енергії

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Х	4,142	2,335	1,588	1,130	0,952	0,884	0,910	1,039	1,324	1,986	3,390	5,375

Кінцеву середньомісячну потужність сонячної радіації Е_нп, що приходе на нахилену поверхню обчислюють за формулою:

(2.12)

де Е_міс- щомісячний прихід сонячної енергії на 1 м², Дж/(м²·міс).

Значення Е_міс (з табл. 2.5)

1 місяць:

.

Значення Е_нп для всього року приведені в табл. 2.11 та на рис 2.4.

Таблиця 2.11

Середньомісячна потужність сонячної радіації

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Енп, 108Дж/ (м2 міс)	1,532	1,912	3,565	3,811	5,115	5,471	6,008	6,210	4,963	3,874	2,339	1,694

Рисунок 2.4 - Графік середньомісячної потужності сонячної радіації

Кількість енергії, що приходить на 1 м² нахиленої поверхні за рік:

. (2.13)

2.2 Визначення місячного теплового навантаження

Місячне теплове навантаження Q_міс визначається за формулою:

. (2.14)

де Q_міс - місячна потреба теплоти, Дж/(м² міс).

G - витрати теплоносія в день, кг/день;

C - середня теплоємність робочого тіла у заданому діапазоні температур, Дж/(кг град).;

Дt - різниця температур теплоносія, ?C ;

z - кількість днів у місяці.

задамося: t₁ = 8?C

t₂ = 60?C [1]

C = 4190 Дж/(кг град) [8]

G = 800 кг/день

1 Місяць:

Результати розрахунку середньомісячного теплового навантаження зведено до табл. 2.12

гарячий водопостачання геліоколектор теплообмінник



Таблиця 2.12

Середньомісячне теплове навантаження

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Qміс, ГДж/ (м2міс)	5,715	5,162	5,715	5,531	5,715	5,531	5,715	5,715	5,531	5,715	5,531	5,715

2.3 Розрахунок параметрів геліоколекторів

На теперішній час промисловістю випускається велика кількість різноманітних за характеристиками і змістом геліоколекторів. Наразі гостро стоїть питання оптимізації параметрів та вибору найбільш підходящого варіанту.

Удосконалення плоских колекторів розвивається по двох напрямках:

1) випуск недорогих низькотемпературних колекторів для одержання гарячої води при температурі 50--60^оС, для побутових потреб у теплий період року;

2) створення колекторів з поліпшеними характеристиками при підвищених значеннях температур.

Задачі першого напрямку вирішуються шляхом заміни міді іншими матеріалами для теплоприймальної поверхні геліоколектора (такими, як сталь, алюміній, пластмаси) і використання замість трудомістких методів виготовлення теплоприймальних елементів із труб і пластин більш простої технології. Зараз промисловість випускає більш-менш удалі штамповані колектори зі сталі, прокатно-зварені з алюмінію і литі з пластмаси.

З другим напрямком зв'язані наступні проблеми:

· Забезпечення максимального пропущення через прозоре покриття, наприклад, за рахунок використання скла з низьким змістом заліза чи створення на поверхні скла невідбиваючого світло шару.

· Зниження до мінімуму теплових втрат від колектора. втрати з тильної і бічної сторін можуть бути зменшені за рахунок поліпшення ізоляції. Радіаційну і конвективну складові втрат з лицьової сторони колектора зменшують вакуумуванням простору між теплоприймальною поверхнею і прозорою ізоляцією, проте не завжди вдається забезпечити абсолютно непроникне з'єднання різнорідних матеріалів, і вакуум через якийсь час погіршується. Інший шлях - використання багатошарового скляного покриття, або використання склопластиків з поліпшеними теплоізоляційними властивостями.

2.3.1 Визначення геометричних параметрів геліоколекторів

Для даного дипломного проекту, враховуючи кліматичні характеристики місцевості та характер розв'язуваної задачі оберемо геліоколектор з «середніми» параметрами, що дозволить за прийнятною ціною спеціального обладнання забезпечити споживачів гарячою водою. Розрахунок системи будемо вести згідно рекомендацій наведених у [5,6 та 7], та виходячи із розрахунку системи гарячого сонячного водопостачання на місяць квітень. В зимові місяці забезпечення необхідної температури досягається за рахунок дублюючого джерела енергії. Влітку залишкова енергія поглинена геліосистемою може використовуватись на господарські потреби(підігрів басейну, систему сезонного кондиціювання повітря, та ін.)

Для розрахунків оберемо геліоколектор з параметрами:

Матеріал поглинальної пластини	мідь
Число прозорих покрить	2
Товщина скла, м	0,004
Товщина зазору склопакету за [9]	0,016
Тепловий опір склопакету, (м2 К)/Вт [9]	0,32
Товщина зазора між склопакетом та тепло поглинаючим елементом, м	0,025
Товщина теплопоглинаючого елемента, м	0,001
Товщина ізоляції, м	0,050
Теплопровідність ізоляції(пінополістирол при режимі роботи А), Вт/(м2 К) [10]	0,041
Ширина ГК, м	1,14
Довжина ГК, м	1,74
Товщина, м	0,104
Площа теплоприймальної пластини ГК, м2	1,6
Ступінь чорноти приймальної пластини	0,95
Зовнішній діаметр трубок ГК, м	0,012
Шаг трубок, м	0,06
Рисунок 2.5 - Сонячний колектор	Позначення: 1 - корпус; 2 - прозора ізоляція; 3 - канали для теплоносія; 4 - поглинаюча панель; 5 - теплова ізоляція

В якості теплоносія геліосистеми будемо використовувати водний розчин пропіленгліколю.

Теплоносії на основі водного розчину пропіленгліколю широко використовуються в різних галузях промисловості в якості теплоносіїв (антифризів, холодоносіїв), в системах опалення, вентиляції, кондиціювання житлових будинків і громадських будівель, в системах охолодження харчових виробництв, а також в теплообмінному обладнанні в інтервалі температур від -60 ° С до +110 ° С.

Теплоносії, виготовлені на основі пропіленгліколю, є нетоксичними та екологічно безпечними. Пропіленгліколь є харчовою добавкою (Е 1520).

Випадкові протікання теплоносія не представляють токсикологічної та екологічної небезпеки для людини, що знаходиться в цьому приміщенні і для навколишнього середовища. Незважаючи на більш високу в'язкість, теплоносії на основі пропіленгліколю володіють "змащувальні ефектом", що знижує гідродинамічний опір (до 25%) і поліпшує умови роботи насосів у вторинному контурі. Теплоносій стабільний, при експлуатації в робочому інтервалі температур, тривало не розкладається і не окислюється. Пропіленгліколь сприяє видаленню з внутрішніх поверхонь теплообмінного обладнання органічних та неорганічних відкладень, накипу. У випадку аварійного тривалого відключення системи в зимовий період низькозамерзаючі теплоносії дозволяють зберегти працездатність інженерних комунікацій при температурі навколишнього середовища до мінус 60 С. [11]

Таблиця 2.13

Основні характеристики теплоносіїв марок ХНТ

Марка теплоносія	температура початку кристалізації, С	температура кипіння, С	густина, кг/м3*	темлоємність, Дж/(кг·К)*	Теплопровідність, Вт/(м·К)*	Динамічна в'язкість , мПа·с*
ХНТ-20	-20	98	1032	3770	0.400	4.3
ХНТ-30	-30	102	1037	3615	0.368	6.00
ХНТ-50	-50	106	1044	3390	0.320	9.5
ХНТ-60	-60	108	1053	3200	0.290	14

* Примітка: значення приведені для температури + 20 С

Для даного дипломного проекту враховуючи кліматичні особливості та режими роботи геліосистеми було обрано холодоносій марки ХНТ-30.

2.3.2 Визначення площі геліоколекторного поля

Необхідну площу геліоколекторів F_гк можна визначити за формулою:

. (2.15)

де з - ефективність геліосистеми.

Використовуючи досвід проектування подібних установок задамося з = 0,4

Для розрахункового місяця квітня:

м².

Результат розрахунку за формулою (2.14) за місяцями зображено на Рис. 2.6

Рисунок 2.6- Площа необхідного геліоколекторного поля за місяцями

Як видно з рисунку 2.6 доцільно забезпечувати споживачів гарячою водою не цілорічно, а лише в період в квітня по жовтень. Тим самим забезпечуючи мінімальні капітальні втрати на впровадження системи гарячого водопостачання. В зимові місяці та в міжсезоння догрів води забезпечується дублюючим джерелом енергії.

Кількість геліоколекторів заданого типу:

. (2.16)

(2.17)

2.3.3 Визначення температур поверхонь ГК

Згідно до рекомендацій [5], можна прийняти:

1. Температуру поглинальної пластини в першому наближенні t_пл = 65°С, що на 5°С вище за потрібну температуру гарячої води.

2. Температура навколишнього середовища [4]

Т_а = Т_ср + 5. (2.18)

де Т_ср - середньодобова температура навколишнього середовища, К. (див. табл. 2.1)

Температуру теплоносія на вході приймаємо 45°С;

На виході 65°С;

Зовнішню температуру скла задамо:

. (2.19)

Температуру поверхні ізоляції:

. (2.20)

Середня температура теплоносія:

=55°С (2.21)

де Т_вх - температура теплоносія на вході в ГК, К

Т_вих - температура на виході, К

Результати розрахунку за формулами (2.18)-(2.21) за місяцями зведено до таблиці 2.13.

Таблиця 2.13

Температури поверхонь геліоколектора

Ta, K	272,5	273,9	278,8	287,4	294	297,6	299,3	298,6	293,4	286,4	280,5	275,9
Тск, K	282,5	283,9	288,8	297,4	304	307,6	309,3	308,6	303,4	296,4	290,5	285,9
Тіз, K	277,5	278,9	283,8	292,4	299	302,6	304,3	303,6	298,4	291,4	285,5	280,9
Ттн, K	328	328	328	328	328	328	328	328	328	328	328	328

2.3.4 Втрати теплоти через тильну теплоізоляцію

. (2.22)

де ч - коеф. враховуючий геометричні розміри геліоколектора

Променевий коефіцієнт тепловіддачі ізоляції:

(2.23)

де - ступінь чорноти поверхні ізольованої частини колектора.

для білої масляної фарби = 0,9



Конвективний коефіцієнт тепловіддачі ізоляції:

(2.24), (2.25)

де: - конвективний коефіцієнт тепловіддачі ізоляції при вільній конвекції

- конвективний коефіцієнт тепловіддачі ізоляції при вимушеній конвекції

W - середньомісячна швидкість повітря (з табл. 2.1)

У розрахунках приймається рівним більшому з та

Коефіцієнт тепловіддачі ізоляції обчислюється

, (2.26)

(2.27)

(2.28)

де q_із - приведений тепловий потік, Вт/м²

Q_із - повний тепловий потік, Вт

Результати розрахунку за формулами (2.22)-(2.28) за місяцями зведено до таблиці 2.14.

Таблиця 2.14

Втрати теплоти через ізоляцію

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
,Вт/ (м2К)	4,249	4,314	4,548	4,978	5,325	5,522	5,616	5,577	5,293
,Вт/ (м2К)	6,971	6,912	6,697	6,282	5,922	5,705	5,597	5,642	5,956
,Вт/ (м2К)	20,426	21,329	19,819	19,207	17,340	15,421	15,095	15,421	16,387
,Вт/ (м2К)	20,426	21,329	19,819	19,207	17,340	15,421	15,095	15,421	16,387
Kіз,Вт/ (м2К)	0,974	0,975	0,974	0,974	0,971	0,969	0,968	0,969	0,970
qіз, Вт/м2	54,07	52,77	47,91	39,53	33,03	29,45	27,79	28,48	33,56
Qіз, Вт	1989,66	1941,83	1763,09	1454,55	1215,42	1083,62	1022,59	1048,08	1234,91

Таблиця 2.14

Втрати теплоти через ізоляцію(продовження)

Міс.	10	11	12
,Вт/ (м2К)	4,926	4,630	4,408
,Вт/ (м2К)	6,333	6,619	6,826
,Вт/ (м2К)	17,967	18,899	19,819
,Вт/ (м2К)	17,967	18,899	19,819
Kіз,Вт/ (м2К)	0,972	0,973	0,974
qіз, Вт/м2	40,42	46,20	50,72
Qіз, Вт	1487,62	1700,20	1866,66

Витрати теплоти через бічну поверхню можна обчислити аналогічно до пункту 2.3.4, але враховуючи що д_із.бта л_із.б такі ж як д_із, л_із для всього колектора; то К_із.б = К_із

Тепловий потік через бічну поверхню обчислюється:

(2.29)

(2.30)

де F_б - бічна площа всього геліоколекторного поля.

Результати розрахунку за формулами (2.29)-(2.30) за місяцями зведено до таблиці 2.15.



Таблиця 2.15

Втрати теплоти через бічну поверхню

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Kб,Вт/ (м2К)	0,974	0,975	0,974	0,974	0,971	0,969	0,968	0,969	0,970	0,972	0,973	0,974
qб, Вт/м2	54,07	52,77	47,91	39,53	33,03	29,45	27,79	28,48	33,56	40,42	46,20	50,72
Qб, Вт	646,6	631,1	573,0	472,7	395,0	352,2	332,3	340,6	401,4	483,5	552,6	606,7

2.3.5 Витрати теплоти через світлопрозору верхню теплоізоляцію

Тепловий опір через прозору ізоляцію можна обчислити як суму опору тепловіддачі з зовнішньої поверхні скла, опору склопакету та опору тепловіддачі на внутрішній поверхні скла.

. (2.31)

де , - променевий та конвективний коефіцієнти тепловіддачі скла;

R_сп - опір теплопередачі склопакета згідно ДСТУ 4034-2001[9]

, - променевий та конвективний коефіцієнти тепловіддачі зазору;

Коефіцієнт конвективної тепловіддачі від поверхні зовнішнього скла до навколишнього середовища, Вт/(м²К)

. (2.32)

Променева складова тепловіддачі від поверхні зовнішнього скла до навколишнього середовища, Вт/(м²К)

(2.33)

де е_ск - ступінь чорноті скла. е_ск = 0,93

Конвективний коефіцієнт тепловіддачі в зазор

(2.34)

Променевий коефіцієнт тепловіддачі в зазор

(2.35)

де - приведена ступінь чорноти між внутрішньою поверхнею склопакета та тепло поглинаючим елементом.

(2.36)

де - ступінь чорноти скла = 0,93;

- ступінь чорноти тепло сприймального елементу

Коефіцієнт тепловіддачі скла можна обчислити

(2.37)

Тепловий потік через світлопрозору ізоляцію

(2.38)

(2.39)

Результати розрахунку за формулами (2.31)-(2.39) за місяцями зведено до табл. 2.16.

Таблиця 2.16

Втрати теплоти через скло

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
,Вт/ (м2К)	3,512	3,480	3,365	3,140	2,938	2,813	2,749	2,776	2,958
,Вт/ (м2К)	5,724	5,764	5,903	6,154	6,351	6,460	6,512	6,490	6,333
,Вт/ (м2К)	3,940	3,940	3,940	3,940	3,940	3,940	3,940	3,940	3,940
,Вт/ (м2К)	4,301	4,366	4,600	5,031	5,380	5,576	5,671	5,632	5,347
Kck,Вт/ (м2К)	1,819	1,823	1,835	1,855	1,869	1,876	1,880	1,878	1,868
qск, Вт/м2	82,78	80,39	71,93	56,76	44,86	38,28	35,15	36,44	45,95
Qск, Вт	3046,44	2958,34	2646,93	2088,91	1650,97	1408,67	1293,44	1340,95	1691,13

Міс.	10	11	12
,Вт/ (м2К)	3,168	3,323	3,434
,Вт/ (м2К)	6,124	5,952	5,820
,Вт/ (м2К)	3,940	3,940	3,940
,Вт/ (м2К)	4,980	4,684	4,461
Kck,Вт/ (м2К)	1,853	1,839	1,828
qск, Вт/м2	58,55	68,96	76,95
Qск, Вт	2154,54	2537,77	2831,81

Сумарний коефіцієнт втрат геліоколектора



(2.40)

(2.41)

(2.42)

значення , та за місяцями зведено до табл. 2.17.

Таблиця 2.17

Втрати теплоти на геліоколекторі

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Kвтр,Вт/ (м2К)	3,77	3,77	3,78	3,80	3,81	3,81	3,82	3,82	3,81
qвтр, Вт/м2	190,92	185,92	167,75	135,82	110,92	97,17	90,72	93,40	113,07
Qвтр, Вт	5682,73	5531,26	4983,02	4016,19	3261,41	2844,47	2648,38	2729,66	3327,38

Таблиця 2.17

Втрати теплоти на геліоколекторі (продовження)

Міс.	10	11	12
Kвтр,Вт/ (м2К)	3,80	3,78	3,78
qвтр, Вт/м2	139,40	161,36	178,40
Qвтр, Вт	4125,64	4790,53	5305,13

2.3.6 Визначення кількості поглинутої геліоколектором енергії

Розрахунок ведеться відповідно до рекомендацій та аналітичних залежностей наведених у [5,6,7].

Корисна поглинена геліоколектором теплота

(2.43)

де Q_{втр.міс} - місячна втрата енергії через поверхні геліоколекторів;

Q_відб - відбита від поверхні колекторів енергія за місяць.

Місячна втрата теплоти геліоколектором

(2.44)

де n - кількість днів у місяці

ф_с - тривалість світового дня, з табл. 2.1

і - враховує кількість годин простою колектора в день, рано вранці та наприкінці дня, коли геліоколектор не працює через низьку щільність сонячної радіації. Для зимніх місяців і =2, для всіх інших і = 1.

Коефіцієнт пропускання сонячної енергії колектором

(2.45)

де е_гк - ступінь чорноти теплоприймальної пластини

е_ск - ступінь чорноти скла

е_з - ступінь забрудненості

з_ск - коефіцієнт прозорості скла

(2.46)

Кількість відбитої поверхнею колектора енергії

(2.47)

Ефективність геліосистеми

(2.48)



Таблиця 2.18

Корисна поглинута теплота та ККД ГК

Міс.	1	2	3	4	5	6	7
, 108 Дж	56,37	70,35	131,19	140,26	188,24	201,35	221,08
, 108 Дж	1,30	8,57	42,74	55,25	95,93	111,69	129,91
ККД, %	2,31	12,18	32,58	39,39	50,96	55,47	58,76

8	9	10	11	12
228,54	182,62	142,57	86,08	62,36
138,26	101,31	66,00	24,51	10,97
60,50	55,47	46,29	28,47	17,59

2.3.7 Уточнення температури поглинальної пластини

Максимальна температура, що може бути отримана в ГК

(2.49)

де Е - енергія що падає на 1м² площі ГК, Вт

Таблиця 2.19

Максимальна температура в ГК

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
tmax, °С	63,2	102,5	143,0	174,6	202,3	209,1	203,2	189,5	161,0	118,7	79,5	58,8

Витрата теплоносія через геліосистему необхідна для не перегріву теплоносія визначається:

(2.50)



Витрати теплоносія через один колектор

(2.51)

Таблиця 2.20

Витрата теплоносія через геліоколектори

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Gтн	0,024	0,141	0,541	0,610	0,903	1,022	1,179	1,382	1,221	0,916	0,430	0,212
G1	0,001	0,006	0,024	0,027	0,039	0,044	0,051	0,060	0,053	0,040	0,019	0,009

Дійсна температура поглинальної пластини обчислюється

(2.52)

де С_тн - теплоємність теплоносія, Дж/(кг град)

L - довжина колектора, м.

G₁ для розрахунків приймаємо 0,05 кг/с

Таблиця 2.21

Температура поглинального елемента за місяцями

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
t, ?С	46,0	48,0	50,1	51,8

Страница:

•  1 
•  2 

дипломная работа "Розрахунок системи гарячого водопостачання на основі плоских сонячних колекторів для клімату м. Дніпропетровська" скачать

Подобные документы

• Дослідження роботи теплопостачальної сонячної установки з концентраторами сонячного випромінювання потужністю 15 кВт, для будинку розташованого у м. Одеса

  Огляд схем сонячного гарячого водопостачання та їх елементів. Розрахунок основних кліматичних характеристик, елементів геліосистеми та кількості сонячних колекторів, теплового акумулятора, розширювального бачка, відцентрового насоса, теплообмінників.
  
  дипломная работа [2,5 M], добавлен 27.01.2012
  

• Моделювання роботи сонячної системи гарячого водопостачання головного корпусу ЧДУ ім. Петра Могили

  Використання сонячних систем гарячого водопостачання в умовах півдня України. Проектування сонячної системи гарячого водопостачання головного корпусу ЧДУ ім. Петра Могили та вибір режиму її експлуатації. Надходження сонячної енергії на поверхню Землі.
  
  курсовая работа [1,1 M], добавлен 05.10.2011
  

• Розрахунок і проектування геліоколектора дачного будинку

  Розрахунок надходження сонячної енергії на поверхню сонячного колектора. Витрата теплоносія в першому та другому контурі та ККД установки. Функціональна схема геліоводопостачання, умови досягнення ефективності всієї геліосистеми гарячого водопостачання.
  
  контрольная работа [500,7 K], добавлен 27.10.2011
  

• Розрахунок геліоустановки

  Ознайомлення із дією сонячних електростанцій баштового типу. Визначення сонячної радіації та питомої теплопродуктивності установки. Оцінка показників системи гарячого водопостачання. Аналіз ефективності використання геліоустановки й визначення її площі.
  
  курсовая работа [3,4 M], добавлен 30.09.2014
  

• Проект системи теплопостачання житлово-промислового району міста Донецьк

  Розробка водогрійної котельні для забезпечення потреб опалення, вентиляції та гарячого водопостачання. Розрахунок витрат та температур мережної води на опалення, а також теплової схеми котельні. Робота насосів рециркуляції і насосів технологічної води.
  
  дипломная работа [761,1 K], добавлен 16.06.2011
  

• Проект станції очищення природних вод

  Визначення розрахункових витрат води. Обґрунтування прийнятої схеми очистки. Розрахунок насосної станції. Водопостачання теплоелектростанції потужністю 2400 мВт. Насосне підживлення технічного водопостачання з річки. Споруди з обороту промивної води.
  
  дипломная работа [471,3 K], добавлен 05.03.2011
  

• Розрахунок системи сонячного теплопостачання

  Розрахунок енергетичних характеристик і техніко-економічних показників системи сонячного теплопостачання для нагріву гарячої води. Схема приєднання сонячного колектора до бака-акумулятора. Визначення оптимальної площі поверхні теплообмінника геліоконтури.
  
  контрольная работа [352,2 K], добавлен 29.04.2013
  

• Санітарно-технічне обладнання будівель

  Розробка система санітарно-технічного обладнання житлового будинку. Визначення діаметрів труб, їх ухилів і заглиблення. Розрахунок систем холодного і гарячого водопостачання. Гідравлічний розрахунок горизонтальних внутрішніх каналізаційних трубопроводів.
  
  курсовая работа [63,9 K], добавлен 05.11.2013
  

• Система гарячого водопостачання

  Визначення розрахункових витрат на ділянках трубопроводів. Гідравлічний розрахунок подаючих трубопроводів. Розрахунок втрат тепла подаючими і циркуляційними трубопроводами та визначення циркуляційних витрат. Втрати тиску в подаючих трубопроводах.
  
  курсовая работа [148,9 K], добавлен 12.04.2012
  

• Розрахунок електричного обладнання у житловому будинку

  Світлотехнічний розрахунок електричного освітлення за допомогою програми DIALux. Прилади електрообладнання житлового будинку, електричний водонагрівник, вентиляційне обладнання. Розрахунок та вибір установок для водопостачання, засобів автоматизації.
  
  дипломная работа [192,3 K], добавлен 12.12.2013
  

Другие документы, подобные "Розрахунок системи гарячого водопостачання на основі плоских сонячних колекторів для клімату м. Дніпропетровська"

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам