Солнечные установки для систем теплоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Науки и Образования РФ

Казанский Государственный Архитектурно-Строительный Университет

Кафедра Теплоэнергетики

Контрольная работа №2

на тему: «Солнечные установки для систем теплоснабжения»

Вариант № 17

Казань, 2010

1. Численный расчет тепловой части солнечного коллектора

Рассмотрим расчет солнечного коллектора, схема которого показана на рис. 1, по основным тепловым величинам со следующими исходными данными:

1) объемный расход воды с плотностью и теплоемкостью

2) площадь поглощающей пластины

3)площадь поверхности змеевика равна:

(1)

Рис. 1

4) Скорость воды в змеевике (2)

5) мощность поглощаемой энергии пластиной ;

6) температура на входе в коллектор в начальный момент работы ( с учетом температуры в баке аккумуляторе ) составляет

7) коэффициент теплопроводности воды

8) вязкость воды ;

9) критерий Прандтля 10) критерий Рейнольдса

(3)

11) критерий Нуссельта

12) коэффициент теплоотдачи внутри труб от воды к стенке змеевика:

(4)

1З) коэффициент теплопроводности изоляции с толщиной

14) коэффициент теплопроводности стекла с толщиной

15) приведенная степень черноты стекла

16) расстояние между поглощающей пластиной и покрытием Последующие покрытия устанавливаются с шагом

17) средняя температура по поверхности изоляции и на поверхности труб (на расстоянии R от черной поверхности);

18) температура окружающего воздуха (атмосферного)

19) коэффициент теплоотдачи с учетом ветра и лучеиспускания

Количество теплоты, передаваемое от изоляции:

(5)

Средняя температура на поверхности изоляции:

(6)

Где: t - средняя температура поглощающей пластины.

Количество теплоты, проходящее через изоляцию:

(7)

Уравнение теплообмена:

(8)

Где: - температура воды на выходе и на входе в коллектор соответственно, С

(9)

(10)

(11)

(12)

или

Общий баланс тепла:

(13)

Где: ,

После выяснения располагаемого количества тепла и подсчетастановиться ясно, что t не может быть равен 40⁰С, так как 0,77х40=30,8⁰С, то есть почти дает нуль с , чего не может быть.

Ясно, что t не может быть и 50 град.С, так как тогда 418,2х 8.5=3554,7 Вт, что больше располагаемого тепла 1600 Вт

Зададим

(14)

(15)

(16)

Температура на выходе из коллектора:

, то есть нагрев при получается только на 2,15 град.С. Можно все уточнить (но не на много) при второй итерации.

После второй итерации

, то есть нагрев составил 2,186 град С.

Если поток тепла составит тогда t=46,58⁰С ,то есть нагрев составит 5,8⁰С.

Последовательно ставить второй коллектор нет смысла, так как поверхность и велики, а отсюда

при медленном движении жидкости с

=410 Bт,

(17)

тогда:

(18)

или

, следовательно, второй коллектор ставить бесполезно, при , так как у первого коллектора хватает поверхности, чтобы выйти на

Примем

Тогда баланс получится

Так как была принята то

Нагрев

Примечания:

1) При необходимости иметь большой расход ставят несколько коллекторов, работающих параллельно при каждый.

2) Возможно нагрев производится лентами: одновременно выпускается нагретая «стоящая» в трубках вода и впускается новая порция, которая стоит некоторое время, пока не нагреется от Солнца.

2. Расчет установок солнечного горячего водоснабжения

При неравномерном потреблении горячей воды по месяцам в установках без дублеров расчет площади солнечных коллекторов следует выполнять по величине суточного расхода горячей воды каждого месяца и принимать наибольшую из полученных площадей.

Рассчитаем площадь для 6 месяца года:

1.Часовая производительность установки , кг/м²

(19)

Температура на входе t₂=30⁰С

Температура на выходе t₁=70⁰С

- 5 Вт/(м²К) - для двустекольных коллекторов;

2. Приведенная интенсивность поглощенной солнечной радиации q, :

3. Равновесная температура каждого часа

4. Площадь солнцепоглощающей поверхности коллекторов установки без дублеров А, м²,

Где: G - суточный расход горячей воды в системе горячего водоснабжения G, кг, принимаем среднечасовой - 200л/ч

5. Площадь солнцепоглощающей поверхности установок с дублером А, м²,

6. Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле

Где: -

Где: - 0,63 - для двухстекольных

3. Расчет солнечного коллектора горячего водоснабжения

Площадь солнцепоглощающей поверхности коллекторов установки без дублеров А, м², следует определять по формуле:

где: G - часовой расход горячей воды в системе горячего водоснабжения G, кг, принимается по СНиП 2.04.01-85;

g_i - часовая производительность установки, отнесенная к 1 м² поверхности солнечного коллектора, кг/м²;

i - расчетные часы работы установки.

При неравномерном потреблении горячей воды по месяцам в установках без дублеров расчет площади солнечных коллекторов следует выполнять по величине суточного расхода горячей воды каждого месяца и принимать наибольшую из полученных площадей.

Часовая производительность установки , кг/м², определяется по формуле:

где: - приведенный коэффициент теплопотерь солнечного коллектора, Вт/(м²К), в случае отсутствия паспортных данных может быть принят 8 Вт/(м²К) для одностекольных коллекторов и 5 Вт/(м²К) - для двустекольных;

t₁, t₂ - температура теплоносителя на входе и на выходе солнечного коллектора, С. В работе принимаем 30 С и 70 С.

Температура на входе t₂ определяется по формуле:

t₂ = t_w2 + 5C, (3)

где t_w2 - требуемая температура горячей воды.

Температура на выходе определяется по формуле:

, (4)

где - температура холодной воды.

В одноконтурных системах и .

Равновесная температура каждого часа определяется по формуле:

- приведенная интенсивность поглощенной солнечной радиации, Вт/м², определяется;

- температура наружного воздуха, С.

Примечание. При отсутствии в технических характеристиках солнечных коллекторов величины солнцепоглощающей поверхности ее следует принимать равной 0,9 - 0,95 габаритной площади коллектора.

В первый час работы установки температура на входе принимается равной температуре воды в баке-аккумуляторе.

При отклонении солнечных коллекторов от южной ориентации до 15° количество поглощенной радиации снижается на 5%, при отклонении до 30° - 10%.

Площадь солнцепоглощающей поверхности установок с дублером А, м², следует определять по формуле:

где: - интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м², определяется в интервале от 8 до 17 ч для солнечных коллекторов южной ориентации. При отклонении от юга к востоку или западу на каждые интервал времени начинается раньше или позже на 1 ч;

- КПД установки солнечного горячего водоснабжения.

Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле:

(7)

солнечный коллектор горячее водоснабжение

где: - приведенная оптическая характеристика коллектора. При отсутствии паспортных данных может быть принята равной 0,73 для одностекольных коллекторов и 0,63 - для двухстекольных;

- средняя дневная температура воздуха С.

При переменном расходе теплоносителя в теплоприемном контуре и контуре нагреваемой воды подбор насосов производится по максимальной величине расхода. При постоянном расходе теплоносителя его удельный расход должен приниматься в пределах 20-40 кг/м²ч.

При проектировании установок с переменным расходом теплоносителя расчет теплообменников следует производить по среднечасовым значениям расходов воды и теплоносителя.

Расчет установки солнечного горячего водоснабжения выполняется по часовым суммам прямой и рассеянной солнечной радиации и температуре наружного воздуха.

Интенсивность падающей солнечной радиации для любого пространственного положения солнечного коллектора и каждого часа светового дня , , следует определять по формуле:

(8)

где: - интенсивность прямой солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность [12], ;

- интенсивность рассеянной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность [12], ;

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

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

(9)

где - угол наклона солнечного коллектора к горизонту.

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

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

 (10)

где и - соответственно приведенные оптические характеристики солнечного коллектора для прямой и рассеянной солнечной радиации. При отсутствии паспортных данных могут быть приняты: ; - для одностекольных и - для двустекольных солнечных коллекторов.

Решение: город Харьков. Широта 50° 00'. Угол наклона коллектора к горизонту b=65°. Расчет ведем для двухстекольного коллектора.

При неравномерном потреблении горячей воды по месяцам в установках без дублеров расчет площади солнечных коллекторов следует выполнять по величине суточного расхода горячей воды каждого месяца и принимать наибольшую из полученных площадей.

Рассчитаем площадь для 7 месяца года (июль). Расчет сведем в таблицу 1.

Интенсивность прямой солнечной радиации , интенсивность рассеянной солнечной радиации, определяем по [12]. Интенсивность падающей солнечной радиации определяем по формуле (8). Приведенную интенсивность поглощенной солнечной радиации , определяем по формуле (10). Равновесную температуру, по формуле (5). Часовую производительность установки по формуле (2).

Коэффициент положения солнечного коллектора для рассеянной радиации определяем по формуле (9):

=cosІ65°/2=0,089

Коэффициент положения солнечного коллектора для прямой солнечной радиации определяется по таблице 3 [13] для своей широты и месяца: =0,87.

Площадь солнцепоглощающей поверхности коллекторов установки без дублеров А, м² по формуле (1):

А=200/43,49=4,6 мІ

где G - суточный расход горячей воды в системе горячего водоснабжения G, кг, принимаем среднечасовой - 200л/ч

Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле (7):

=0,28

где определяется по формуле (8):

=0,87·1098+0,089·5316=4722,64 Вт/мІ

где = 0,63 - для двухстекольных;

Площадь солнцепоглощающей поверхности установок с дублером А, м², по формуле (6):

=7,02 мІ

Таблица 1 - Почасовой расчет

врем.инт	прямая I	интенсив.qi	прив.инт. q?i	равн.темпер.t max i	час.произв.gi
	рассеянная
1	2	3	4	5	6
c 8 по 9	495	440,62	264,48	86,92	3,54
	112
с 9 по 10	586	521,03	312,86	99,02	4,96
	126
с 10 по 11	669	593,51	356,64	109,96	6,20
	129
с 11 по 12	726	643,46	386,78	117,49	7,04
	133
с 12 по 13	726	643,46	386,78	117,49	7,04
	133
с 13 по 14	669	593,51	356,64	109,96	6,20
	129
с 14 по 15	586	521,03	312,86	99,02	4,96
	126
с 15 по 16	495	440,62	264,48	86,92	3,54
	112
с 16 по 17	364	325,40	195,04	69,56	--
	98
с 8 до 17	сумма:	4722,64	2836,55		43,49
	5316
	1098

Список литературы

1. Бринкворт Б.Дж. Солнечная энергия для человека: М.: Мер, 1976. - 278с.

2. Берковский Б.М., Кузьмин В.А. Возобновляемые источники энергии на службе человека. М.: Наука, 1987. - 125 с.

3. Богословский В.Н Энергия окружающей среды и строительное проектирование. М.: Стройиздат, 1983. 125 с.

4. Даф Дж.А., Бекман У.А. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. М: Мир, 1971. - 420 с.

5. Кириллин В.А. Энергетика - Главные проблемы. М.: Знание, 1990. 121 с.

6. Внутренние санитарно-техничвскив устройства: Справочник проектировщика. Ч I: Отопление. М.: Стройиздат, 1990. С. 175-191.

7. Климат Волгограда / Под ред. Швер Ц.А.: Справочник. Л.: Гидрометеоиздат 1989. - 216 с.

8. Хамид Г., Бекман У. Характеристики набранных из проволочных сеток матриц при радиационном обогреве и воздушном охлаждении// Тр. Амер. об-ва кн. -мех. Сер.- А: Энергетические машины и установки. 1971. №2, С.57.

9. Михеев М.А., Михеев И.М. Основы теплопередачи: М.: Энергия, 1973. 318 с.

10. Исаченко В.П., Осином В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. М.: Энергия, 1969. 439 с.

11. Внутренние санитарно-технические устройства: Справочник проектировщика. Ч I1: Отопление. М.: Стройиздат, 1990. С. 175-191.

12. СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология». М.:. Стройиздат,1983г.

13. Методические указания к курсовому проекту по автономным системам ТГВ для студентов специальности 270109/ Сост. А. В. Кодылев. Казань: КазГАСУ, 2010. - 46 с.

Размещено на Allbest.ru