Энерго- и ресурсосберегающие технологии

Энерго- и ресурсосберегающие технологии

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Уфимский государственный авиационный технический университет

Кафедра авиационной теплотехники и теплоэнергетики

РАсчетно-графическая работа

по дисциплине

"Энерго- и ресурсосберегающие технологии"

Уфа 2015

Задача №1

Задан коттеджный поселок с n домами размером коробки a´b´h с двухскатной крышей с крутизной 60º. Один скат крыши обращен к югу и покрыт фотоэлектрической батареей с удельной электромощностью q_э=30 Вт/м². Средняя солнечная радиация, поглощаемая солнечными панелями в течение года соответствует их максимальной генерационной способности. Суммарный отопительный коэффициент дома К_S = К₁´К₂´К₃ (для данных природно-климатических условий) задается в таблице 1. Отопление домов осуществляется тепловыми насосами с отопительным коэффициентом x (x = Q_отоп/Q_привод). На бытовые нужды тратится такая же электрическая мощность, как и на отопление дома. Недостающая для поселка электрическая мощность поставляется от N ветрогенераторов с диаметром колеса d = 9 м при скорости ветра W (дается в таблице 1). Для запаса надежности энергоснабжения поселка необходимо брать на 2 ветрогенератора больше расчетного количества. Определить потребное количество ветрогенераторов для заданного коттеджного поселка.

Таблица 1 - Исходные данные

Решение:

Потребное для отопления одного дома количество тепловой энергии определяется по формуле:

Q_отоп = К_S×( a×b×h), (1)

Q_отоп = 11×(10×17×5,5) = 11×935 = 10285 (Вт) - потребное количество тепловой энергии для отопления одного дома;

Q_отоп = 10285×18 = 185130 (Вт) - потребное количество энергии для отопления 18 домов.

S_кр = a×b = 10×17 = 170 (м²);

Q_крыши = q_э×S_кр, (2)

Q_крышиS = n×q_э×S_кр;

Q_крышиS = 18×30×170 = 91800 (Вт);

N_в = 1,85×d²×w³, (3)

N_в = 1,85×9²×9³ = 1,85×81×729 = 109240,65 (Вт);

n = (Q_отоп- Q_крышиS)/ N_в, (4)

n = (185130-91800)/109240,65= 93330/109240,65 = 0,85 ≈ 1 (шт.)

Для запаса надежности энергоснабжения поселка необходимо брать на 2 ветрогенератора больше расчетного количества.

Ответ: необходимо 3 ветрогенератора.

Задача №2

Тепловая насосная установка (ТНУ) тепловой мощностью N изготавливается в Сибирском федеральном округе и доставляется в Уфу. При изготовлении ТНУ используются материалы и вещества в количестве: чугуна m₁, стали m₂, нерж. стали m₃, меди m₄, фреона m₅, машинного масла, m₆ с эксергетическими прескурантами затрат Е_i (на добычу, восстановление, механ. Обработку, сборку и др.), приведенными в таблице 2. Вычислить к_е для заданной ТНУ.

Таблица 2 - Исходные данные

Решение: При создании ТНУ затрачивается энергия:

Q_S = 2×S(m_i×E_i), (5)

Q_S = 2×((4000×15)+(5000×57)+(4000×80)+(400×170)+(800×50)+(380×4)) = =2×(60000+285000+320000+68000+40000+1520)×10⁶ = 2×774520×10⁶ = 1549040 (МДж) = 1,55×10¹² (Дж)

На транспортировку ТНУ в г. Уфу (на расстояние L) затрачивается эксергия 1,3 кг условного топлива (УТ) на 1000 кг´км:

Q_трансп = L×Sm_i, (6)

На 5200 км будет затрачиваться:

,3×5,2 = 6,76 кг УТ;

кг УТ = 29,3 ;

Q_трансп = 6,76×29,3×10⁶×(4000+5000+4000+400+800+380) = 198,068×10⁶×14580 = 2887831,44×10⁶ (МДж) = 2,889×10¹² (Дж)

На ремонт и эксплуатацию ТНУ за t=25 лет расходуется 3% эксергия-затрат Q_эксп.

Коэффициент эксергия-нетто к_е вычисляется по формуле:

к_е = N×t/ (Q_S + Q_трансп + 0,03×N×t), (7)

к_е =  = =  = 21,678

Ответ: коэффициент эксергия-нетто к_е для данной ТНУ равен 21,678.

Задача №3

Планируемая ежегодная прибыль от внедрения инновационного проекта оставляет П руб. при ежегодных затратах З. При этом, надо выплачивать налог прибыль k_п и банковский кредит k_б руб. Норма дисконта Е, инфляция I. Определить ЧДД за период внедрения n лет. Определить ЧДДⁿ за период внедрения n лет.

Таблица 3 - Исходные данные

Решение:

ЧДДⁿ = [(П-З)×(1- k_п) - k_б]×, (8)

ЧДД³=[(220×10⁶-50×10⁶)×(1-0,24) - 30×10⁶]×(+ = [170×10⁶×0,76 - 30×10⁶]×() = [(129,2-30)×10⁶] ×() = 99,2×10⁶×() = 99,2×10⁶×2,403 = 238,3776×10⁶ (руб.) ≈ 238,38×10⁶ (руб.)

ветрогенератор эксергия тепловой энергосберегающий

Ответ: ЧДД за период внедрения 3 года составляет 238,38×10⁶ рублей.

Энергосберегающие окна. Дома с пассивной системой обогрева.

Окно в помещении занимает значительную часть площади. От него зависит насколько будет светло и тепло в комнате. Для сохранения тепла в помещении вместо старых деревянных окон стали ставить различные стеклопакеты. Можно поставить однокамерный, двухкамерный или трехкамерный стеклопакет. Многие считали, что чем больше будет камер в окне, тем теплее станет в помещении до тех пор, пока не появился энергосберегающий вид стеклопакетов разных видов. Каждый из видов окон позволяет сохранить в помещении тепло, а летом сделать комнату прохладной не давая возможности теплу попасть внутрь. В результате можно получить экономию на отоплении и на кондиционировании помещения.

Кроме того, что энергосберегающие окна позволяют создать комфортный температурный режим в помещении, они еще сохраняют все убранство комнаты в первозданном виде. Через стекло не пропускается ультрафиолет, а соответственно вся мебель и текстиль не выгорает. При этом зимой не образуется конденсат.

Виды энергосберегающих стеклопакетов

Различают два основных вида энергосберегающих стеклопакетов - с k-стеклом и с i-стеклом. Кроме этого, существуют окна с селективным стеклом, с серебряным покрытием и с аргоном внутри.

Стеклопакеты с k-стеклом

Первые энергосберегающие стеклопакеты выпускались с k-стеклом. Во время производства окон на расплавленное стекло наносится тонкий слой окиси металла. Толщина слоя составляет 0,5 микрон и этого было достаточно, чтобы окно обладало высокими энергосберегающими свойствами. Однако сегодня окна теряют свою популярность. Это связано с их недостатками, к которым относят высокую стоимость и неравномерное нанесение слоя. С первым недостатком все понятно. Второй недостаток появляется из-за некачественного выполнения работ по нанесению металлического слоя. Из-за его неравномерного нанесения на окнах появляются блики и радужность.

Но, несмотря на это производители продолжают выпускать данные окна. Во-первых, потому что материал достаточно прочный. Во-вторых, нет необходимости покупать дополнительное оборудование, которое стоит достаточно дорого. Некоторые производители не желают вкладывать деньги в развитие производства, а покупатели ведутся на рекламу и покупают дорогие окна с невысоким качеством.

Стеклопакеты с i-стеклом

Окно с i-стеклом получается путем вакуумного напыления тонкого металлического слоя. Его толщина составляет от 0,08 до 0,12 микрон. Пленка очень тонкая и человеку ее не видно. Пленка не мешает проникать свету в комнату, но при этом обладает высоким теплоотражающим свойством. Для улучшения теплоотражающего свойства наносят слой серебра или оксида титана.

Стеклопакеты с i-стеклом обладают хорошим качеством, надежностью, долговечностью, высокими энергосберегающими свойствами и приемлемой ценой. Многие конкуренты могут сказать, что i-стекло легко поддается механическому воздействию. Но это совсем не так. Стекло в действительности хрупкое и мягкое, но это только в период производства и транспортировки. Поэтому со стеклом необходимо аккуратно обращаться специалистам на производстве и во время перевозки. После установки данный недостаток исчезает, тем более хрупкая часть стекла находится в средине окна.

Стеклопакет с аргоном

Улучшить теплоизоляционные свойства окна можно за счет аргона. Им заполняется внутреннее пространство металлопластикового окна, а свойства увеличиваются на 14%. Благодаря аргону меньше тепла выходит наружу, а холодный воздух не проникает с улицы. Такие окна эффективно использовать в холодных регионах страны.

Стеклопакет с селективным стеклом

Данное энергосберегающее окно, кроме того, что обладает хорошими теплосберегающими свойствами, имеет высокие звукоизоляционные свойства. Специальное покрытие позволяет меньше пропускать шума из улицы, но больше света, нежели другие виды энергосберегающих окон.

Стеклопакеты с серебряным покрытием

Наличие серебряного покрытия на энергосберегающих окнах никаким образом не влияет на его свойства или качество. Серебряное покрытие наделяет окно дополнительными свойствами отражения вредных инфракрасных и длинноволновых излучений.

Какое из этих видов энергосберегающих окон лучше? На этот вопрос ответить просто, есть два основных энергосберегающих стеклопакета с i-стеклом и k-стеклом, а все остальные покрытия, наделяют их дополнительными качествами или улучшают существующие. Специалисты рекомендуют при выборе энергосберегающего окна все-таки остановить свое внимание на стеклопакете с i-стеклом. Оно более современное и изготовлено в соответствии со всеми стандартами качества. Второй вид стеклопакетов, из-за неправильного нанесения защитного слоя, впоследствии эксплуатации вызывают нарекания у покупателей. Поэтому, чтобы через время не менять стеклопакеты стоит сразу обратить внимание на окна с i-стеклом, несмотря на то, что стоят они немного дороже, чем остальные. Качество и надежность - это главные показатели в выборе окна!

Дома с пассивной системой обогрева

Один из самых экономичных способов обогрева нового дом - это использование пассивного солнечного отопления. Это отопление осуществляется без использования механических устройств, таких как насосы, приводы или вентиляторы. Оно не требует проведения труб и электричества, только ясную погоду и низкое зимнее солнце, чтобы тепло, поступающее из окон на южной стороне, согревало дом в течение зимних месяцев. Внутреннее тепло, как правило, поглощается в течение дня бетонными полами, гипсовыми или кирпичными стенами и выпускается в ночное время, поддерживая комфортную температуру в доме.

Пассивный солнечный дом должен быть герметичным и иметь хорошую теплоизоляцию. Для этого используются специальные низкоэмиссионное (энергоэффективные) окна, которые сохраняют полученное тепло в зимний период и отражают тепло извне летом.

Пассивный солнечный дизайн позволяет экономить от 50 до 80 % на отопительных расходах в солнечных местностях. К сожалению, в условиях российского климата, данная схема работает плохо. Через окна теряется гораздо больше тепла, чем поступает с солнцем. Понятно, что данный способ подходит для строительства нового дома, и он должен быть предусмотрен в проекте с самого начала. Добавить функции пассивного солнечного отопления в существующий дом намного сложнее. Строительство такого дома обойдется дороже, чем обычного, но в перспективе позволит значительно сэкономить на отоплении.