Энергосберегающие технологии Системы теплоснабжения Развитие нетрадиционной энергетики Устройство ветроэлектрической установки Солнечные коллекторы Активные гелиосистемы отопления зданий. Геотермальная энергия

Энергосберегающие технологии Развитие нетрадиционной энергетики

Проектирование активных систем солнечного горячего водоснабжения

Общие сведения. Задание на проект содержит характеристику и количество коммунально-бытовых потребителей теплоты, тип промышленного комплекса, характеристику топлива. В задании на проект рекомендуется предусмотреть несколько разных потребителей теплоты.

Установки солнечного теплоснабжения могут быть одно-, двух- и трехконтурными. Одноконтурные установки с естественной вентиляцией применяют при площади солнечных коллекторов до 10м2. Принципиальные схемы гелиоустановок, которые рекомендуется применять при выполнении проекта.

Трехконтурная схема (рис. 1.8) в отличие от двухконтурной содержит, кроме бака-аккумулятора, промежуточный источник теплоты.

А

 а б 

Рис. 1.8. Схемы установок солнечных систем горячего водоснабжения

На рисунке обозначено: а – двухконтурная; б – трехконтурная; 1 – солнечный коллектор; 2 – дублирующий источник теплоты; 3 – теплообменник-аккумулятор; 4 – насос; 5 – теплообменник первого контура

  Теплоносителем может быть деаэрированная вода, которая удовлетворяет нормам ГОСТа. В солнечных установках с теплоносителем-водой используют насосы, которые применяют в системе горячего водоснабжения и отопления помещений.

Передача теплоты из одного контура установки во второй осуществляется с помощью скоростных теплообменников и баков-аккумуляторов.

В качестве теплоприемников солнечного горячего водоснабжения и отопления рекомендуется применять плоские жидкостные солнечные коллекторы (водонагреватели) с одинарным или двойным остеклением.

Основные характеристики солнечных водонагревателей приведены в табл. 1.2.

Таблица. 1.2

Технические характеристики солнечных водонагревателей

Марка

Габаритные размеры, мм

Площадь, м2

Масса, кг

У 26.3-41-79

1240×600×100

0,70

32,0

В 8005 ГУ 88.13-81

1090×650×111

0,62

36,0

Солнечные коллекторы следует размещать с учетом типа застройки, ландшафта и возможностей строительной площадки. Для горячего водоснабжения животноводческих комплексов или отопления зданий коллекторы рекомендуется устанавливать на крыше или на площадке вблизи здания. При размещении на крыше коллекторы необходимо устанавливать на опорах. Расстояние от крыши здания к коллекторам должно быть достаточным для возможного ремонта крыши.

Солнечные коллекторы ориентируют на юг с возможным отклонением на восток до 20° или на запад до 30°.

Угол наклона солнечных коллекторов к горизонту принимают в зависимости от периода работы установки: при круглогодичной эксплуатации он равен широте местности, при работе в летний период – широте местности плюс 15°.

В приборах для горячего водоснабжения и отопления применяют жидкостные аккумуляторы.

 Магистральные трубопроводы установок солнечного горячего водоснабжения и отопления для систем с естественной циркуляцией теплоносителя размещают с наклоном не менее 0,01, для системы с насосной циркуляцией теплоносителя – с наклоном не менее 0,002.

 В установке солнечного горячего водоснабжения и отопления должны быть устройства для удаления воздуха.

 В проекте следует предусмотреть резервный (дублирующий) тепловой источник, которым может быть котельная, ТЭЦ, электрокотел и т. п. Резервный источник теплоты используют при необходимости как догреватель воды.

Расчет установок солнечной системы горячего водоснабжения

Тепловые мощности системы горячего водоснабжения определяются на основе среднесуточных норм потребления горячей воды. Для животноводческих ферм эти нормы имеются.

Нормы потребления горячей воды для бытовых потребностей приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Нормы потребления горячей воды и расход теплоты

Потребитель

Единица

Норма потребления горячей воды при температуре +65 °С, л

Норма расхода теплоты, МДж

1

2

3

4

Жилые здания квартирного типа с умывальниками, мойками, душевыми.

То же с ваннами

1 чел. в сутки

1 чел. в сутки

80-100

110-130

20,1-25,2

27,7-32,7

Общежития с общими душевыми

То же со столовыми и прачечными

1 чел. в сутки

1 чел. в сутки

40-50

50-60

10,4-12,6

12,6-15,1

Больницы, санатории общего типа и дома отдыха с общими ванными и душевыми

1 кровать в сутки

50-180

37,7-45,3

Поликлиники и амбулатории

1 посетитель

5

1,26

Клубы, дома культуры и театры с общими душевыми

1 душ в час

60-180

40,2-45,3

Бытовые помещения промышленных предприятий и спортивных сооружений с душевыми

1 душ в 1 год

270

67,9

Окончание табл. 1.3

1

2

3

4

Бани русского типа (без плавательных бассейнов)

1 посетитель

90-110

22,6-22,7

Прачечные:

механизированные

немеханизированные

1 кг сухого белья

1 кг сухого белья

20-25

15

5,0-6,8

3,8

Учебные заведения и общеобразовательные школы с гимнастическими залами

1 ученик

в смену

7

1,76

Детские ясли-сады

1 ребенок

в сутки

25-30

6,3-7,5

Предприятия общественного питания

1 посетитель

30

7,5

Водоразборная точка технологического оснащения или мойка в столовых

1 точка

в 1 год

250-300

62,9-79,4

Если температура воды t'г, которая полагается потребителю, отличается от нормированного значения t'г , то норма расхода воды такова:

. (1.36)

Солнечные установки, которые оборудованы резервным источником теп­лоты, рассчитывают по данным месяца по наибольшей за период работы сумме солнечной радиации; системы, которые работают без дублирующего источника, рассчитывают по наименьшей сумме радиации. Схемы двух- и трехконтурных установок приведены на рис. 1.8, б.

Площадь поглощающей поверхности гелиоустановок при наличии резервного источника теплоты:

, (1.37)

где Мг – расход горячей воды в системе горячего водоснабжения или отопления, кг/сутки; qi – интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м2; η – КПД установки солнечного горячего водоснабжения.

Интенсивность падающей солнечной радиации для каждого светового дня:

, (1.38)

где Ps , Pd – коэффициент расположения солнечного коллектора соответственно для прямой и рассеянной радиации:

, (1.39)

где b – угол наклона солнечного коллектора к горизонту; Is – интенсивность падающей солнечной радиации, которая приходится на горизонталь­ную поверхность, Вт/м2 ; Id – интенсивность рассеянной солнечной радиации, которая падает на горизонтальную поверхность, Вт/м2.

Среднемесячные величины Р, в зависимости от угла наклона коллектора к горизонту приведены в приложении.

Значение qi для солнечных коллекторов южной ориентации следует при­нимать в интервале от 8-ми до 16-ти часов.

При отклонении коллекторов от юга к востоку на каждые 15° интервал времени следует считать на 1 ч раньше; при отклонении на запад – на 1 ч позже.

КПД установки:

, (1.40)

где ν – приведенный коэффициент теплорасхода солнечного коллектора, Вт/(м2·К); для одностекольных коллекторов v=8 Вт/(м2·К); для двухстекольных ν=5Вт/(м2·К); θ – приведенная оптическая характеристика коллектора, для одностекольных коллекторов можно принять θ=0,73; для двухстекольных θ=0,63; t1, t2 – температура теплоносителей на входе и выходе из солнечного коллектора, °С; для двух- и трехконтурных установок рекомендуется принять t1=tх+5; t2 = t1+5 (tх, t2 – температура воды на входе и выходе из коллектора, °С);  – средняя дневная температуры наружного воздуха, °С.

Ориентировочные значения площади поверхности нагрева солнечного коллектора можно принять 4,5—9 м2 для отопления помещения площадью 15 м2 (в среднем 0,5 площади пола помещения) и 1,5—2 м2 для обеспечения горячей водой одного жителя.

Объем бака-аккумулятора

, (1.41)

где А - площадь поглощающей поверхности коллектора, м2.

Рассчитывать теплообменные аппараты следует по среднему значению расхода воды и теплоносителя.

Поверхность нагрева теплообменного аппарата

, (1.42)

где Ф – тепловая мощность системы горячего водоснабжения и отопления, Вт; kma – коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата, для трубчатых теплообменников можно принять kma - 1500-1700 Вт/(м2·А);  – разность температур; в данном случае

, (1.43)

где tmax , tmin – соответственно максимальный и минимальный перепады температур на концах теплообменника.

Количество теплоты, которая выработана гелиоустановкой

, (1.44)

где  – годовой (сезонный) КПД установки; z – количество месяцев работы установки (зависит от географической широты данной местности и определяется заданием на проект); у – количество дней в месяце.

Значения  в зависимости от характеристик солнечных коллекторов Ас, м2/(ГДж·сутки) и Vc м2/(ГДж·сутки), которые соответствуют единице суточной тепловой нагрузки систем горячего водоснабжения или отопления, приведены на рис. 1.9.

; (1.45)

. (1.46)

Количество теплоты, выработанной гелиоустановкой за год:

, (1.47)

где – годовые суммы падающей солнечной радиации, ГДж/м2.

а ) б)

Рис. 1.9. Зависимость годичного (а) и сезонного (б) КПД установок

солнечного горячего водоснабжения от значений Ас и Vс.

Определение коэффициента эффективности передачи теплоты солнечной радиации

Определение коэффициента замещения теплоты, расходуемой на отопление помещений с системой пассивного солнечного обогрева (ПСО), теплотой солнечной радиации

Анализ технико-экономической эффективности системы ПСО


Проектирование активных систем солнечного горячего водоснабжения