Розрахунок системи сонячного теплопостачання

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України Національний університет «Львівська політехніка»

Кафедра фотоніки

Розрахункова робота

З дисципліни «Альтернативні методи перетворення і передавання енергії«

на тему: «Розрахунок системи сонячного теплопостачання«

Львів — 2013

У даній роботі розраховано енергетичні характеристики і техніко-економічні показники системи сонячного теплопостачання для нагріву гарячої води. Розрахунок проведено для місяця червня. Кліматичні параметри для розрахунку:

₀=293,2К; ?=0.75ГДж/м²•міс; Р=284год/міс; Q_T =0,6ГДж/чол•міс.

Вихідні дані для розрахунку:

F_r=0,93; =4,5Вт/(м2?К); ?_т=0,95; ()=0,73; =1,16Вт?год/(кг?К); ?0=0; ?_б=1000кг/м3; t=1год; _бА_б/А=0,8Вт/(м²?К); =1,16Вт?год/(кг?К); ??₀=1; Тсер=288К; ?Т=40К; ₀=288,4К; ?=0,7; Qт=7,28ГДж/(чол?рік); =7кВт?год/ГДж; Зе=8грн/(МВт?год); Зт=55грн/т; k=400Вт/(м²?К); k^с/k^б=1м³/м²; k^с=60 грн/м²; k^т=40грн/м²; (1+?_по+?_соц)=1,3; (1+К_по+К_соц)=1,02; ?₀=1,1; ?=0,21 1/рік; ?_д = 0,35; = 29,3 ГДж/т.

Проведення розрахунку

1) Потужність колектора визначається як:

dQ_c=F_r? A[H_k()-(Т_б-Т₀)]dt = 7.7?10⁸

Значення F_r? залежить від схеми приєднання сонячного колектора до бака-акумулятора. Для випадку, коли теплообмінник геліоконтура розміщений в баку-акумуляторі, коефіцієнт розраховується за формулою:

F_r? = = 0.924

?_к — безрозмірне питоме теплове навантаження сонячного колектора, яке визначається як: енергетичний сонячний теплопостачання колектор

?_к = F_rА/(G_г) = 0.12

Приймаємо G_г/А = 30 кг/(м²•год).

2) Оптимальне значення об'єму бака-акумулятора визначається за формулою:

(V_б/А)_опт = [?₀k^c(1-?₀)/к^б]^½ = 0.065

де ?₀ = [(F_r? +_бА_б/А)t/(?_б)] = 4.275?10^-3

3) Параметр exp (-F₀), що враховує вплив теплових втрат сонячного колектора, бака-акумулятора, теплофізичних властивостей акумулюючого середовища і об'єму самого баку, обраховується наступним чином:

exp (-F₀) = exp = 0.937

4) Оптимальна площа Аопт сонячних колекторів визначається як:

A_опт = X_оптQ_т/[F_r? () ?? ] = 1.525

де X_опт — визначаємо з номограми (див. Рис.1). Для знаходження значення X_опт по номограмі (рис.1) необхідно знати параметри Н_п, ?₁, З_т?, ?, ?₃. Дані параметри розраховуються по формулах, які подаються нижче.

Н_п = F_r? () ?? = 4.25?10⁹

?₁ = (_р-_ср)/(_р-₀) = 1.062

_р = ₀+ ?? = 376.5

З_т? = /(?_д) = 6.972?10⁹

= З_т(1+?_по+?_соц) = 71.5

? = 1/(?? ??₀) = 1.004

?? = ?_т[1+_ср(1- ?_т)/(T_б ?_т)] = 0.996

де T_б — середнє значення температури теплоносія, що поступає з бака-акумулятора до споживача (? 313 К).

?₃ = ?Т (_р-₀) = 0.48

П_к = к^с ?₀? = 13.86

Рис. 1 Номограма для визначення оптимальної площі сонячних колекторів.

5) Оптимальна площа поверхні теплообмінника геліоконтура залежить від схеми приєднання теплообмінника і бака-акумулятора. Для нашого випадку вона визначається як:

(S/A)_опт = [J/(1+ ?₃X)] • {[q З_т? /(JП_т)]^½-1} = 0.04

Параметри J, X, q, П_т визначаються за наступними формулами:

J = F_r? /k = 0.01

X = F_r? ? A/Q_т = Х_опт = 0.9

q = F_r? ? ?₁ = 5.376?10⁸

П_т =? k^т = 8.4

6) Оптимальний розхід теплоносія геліоконтура визначається за формулою:

_опт = = 6.862?10^-5

I = = 3.763?10⁹

7) Оптимальний коефіцієнт заміщення f_опт розраховується за формулою:

f_опт = = 0.758

Для визначення параметрів R₀ і ?₂ використовуються наступні співвідношення:

R₀ = F_r? ₀ A_оптexp (-F₀)/Q_т = 1.155

₀ = [?? +P (₀-_ср)/ ()] = 7.193?10⁸

?₂ =? • = 0.454

8) Середньорічне значення ККД системи сонячного теплопостачання визначається за формулою:

?_c = f_оптQ_т/(A_опт ?) = 0.402

9) Питома економія органічного палива за рахунок використання сонячної енергії:

?b = f_оптQ_т/(?_дA_опт) = 0.353

10) Річний економічний ефект при використанні сонячної енергії:

?З = З_т? f_опт —? ?₀ k^с(1+К_по+К_соц)А_опт/Q_т = 2.323?10^-9

В = ?b А_опт = 0.538

Висновок: у даній розрахункові роботі були розраховані енергетичні характеристики і техніко-економічні показники системи сонячного теплопостачання для нагріву води. Розрахунок показав, що не зважаючи на невисокі показники сонячної радіації у нашому кліматичному регіоні, така система все ж економічно вигідна і може забезпечити тепле водопостачання. Враховуючи стабільне подорожчання палива вона має великі перспективи.