Розрахунок системи сонячного теплопостачання

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); ε_т=0,95; ()=0,73; =1,16Вт⋅год/(кг⋅К); ∆0=0; ρ_б=1000кг/м3; t=1год; _бА_б/А=0,8Вт/(м²⋅К); =1,16Вт⋅год/(кг⋅К); ββ₀=1; Тсер=288К; ∆Т=40К; ₀=288,4К; χ=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+ε_по+ε_соц)=1,3; (1+К_по+К_соц)=1,02; ω₀=1,1; δ=0,21 1/рік; η_д = 0,35; = 29,3 ГДж/т.

Проведення розрахунку

1)      Потужність колектора визначається як:

dQ_c=F_ŕ A[H_k()-(Т_б-Т₀)]dt = 7.7×10⁸

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

F_ŕ =  = 0.924

ε_к - безрозмірне питоме теплове навантаження сонячного колектора, яке визначається як: енергетичний сонячний теплопостачання колектор

ε_к = F_rА/(G_г) = 0.12

Приймаємо G_г/А = 30 кг/(м²∙год).

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

де μ₀ = [(F_ŕ +_бА_б/А)t/( ρ_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

) Оптимальна площа Аопт сонячних колекторів визначається як:

A_опт = X_оптQ_т/[F_ŕ () χ́ ] = 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, θ₁, З_т́ , λ, θ₃. Дані параметри розраховуються по формулах, які подаються нижче.

Н_п = F_ŕ () χ́ = 4.25×10⁹

θ₁ = (_р-_ср)/(_р-₀) = 1.062

_р = ₀+ χ́  = 376.5

З_т́ = /(η_д) = 6.972×10⁹

 = З_т(1+ε_по+ε_соц) = 71.5

λ = 1/(έ ββ₀) = 1.004

έ = ε_т[1+_ср(1- ε_т)/(T_б ε_т)] = 0.996

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

θ₃ = ΔТ(_р-₀) = 0.48

П_к = к^с ω₀ δ = 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+ θ₃X)] ∙ {[q З_т́ /(JП_т)]^1/2-1} = 0.04

J = F_ŕ /k = 0.01= F_ŕ ́ A/Q_т = Х_опт = 0.9= F_ŕ ́ θ₁ = 5.376×10⁸

П_т = δ k^т = 8.4

) Оптимальний розхід теплоносія геліоконтура визначається за формулою:

_опт =  = 6.862×10^-5=  = 3.763×10⁹

) Оптимальний коефіцієнт заміщення f_опт розраховується за формулою:

f_опт =  = 0.758

Для визначення параметрів R₀ і θ₂ використовуються наступні співвідношення:

R₀ = F_ŕ ₀ A_оптexp(-F₀)/Q_т = 1.155

₀ = [χ́ +P(₀-_ср)/ ()] = 7.193×10⁸

θ₂ = λ ∙  = 0.454

) Середньорічне значення ККД системи сонячного теплопостачання визначається за формулою:

η_c = f_оптQ_т/(A_опт ́ ) = 0.402

) Питома економія органічного палива за рахунок використання сонячної енергії:

Δb = f_оптQ_т/(η_дA_опт) = 0.353

) Річний економічний ефект при використанні сонячної енергії:

ΔЗ = З_т́ f_опт - δ ω₀ k^с(1+К_по+К_соц)А_опт/Q_т = 2.323×10^-9

В = Δb 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.