Енергозбереження

У житлової будівлі по вул. Пчілки розраховуємо установки сонячного гарячого водопостачання сезонної дії з квітня по жовтень.

Розрахунок установки гарячого водопостачання виконується за годинними сумами прямої та розсіяної сонячної радіації та температурою зовнішнього повітря.

Оскільки гаряча вода застосовується тільки для душових приймаємо УСГВ з дублером. Сонячні колектори проектується встановити на даху корпусу, а баки-акумулятори в підвалі. Приймаємо сонячні колектори типу КСБ-4.00, технічні характеристики яких наведені в табл. 11.1.

Таблиця 11.1

Технічні характеристики сонячних колекторів

Основні параметри	Один. Вимір.	КСБ – 4.00 з-д „Ефкон”
Довжина	мм
Ширина	мм
Висота	мм
Маса	кг
Сонцепоглинаюча поверхня	м^2	1,6
Матеріал поглинаючого елемента		латунь-алюміній
Робочий тиск	МПа	0,6
Приведений коефіцієнт тепловтрат	Вт/м^2К	5,3
Приведений оптичний ККД		0,73

Термічний опір теплової ізоляції теплопроводів та обладнання слід приймати таким, щоб втрата теплоти була не більшою за 5% від добової потужності УСГВ.

Кут нахилу сонячних колекторів до горизонту слід приймати для установок, працюючих в літній період у разі наявності дублера

(11.1)

Відстань між рядами колекторів можна виразити через кут , під яким падає на площину промінь, що проходить через верхню точку попереднього ряду в нижню точку наступного. Величина визначає відношення висоти ряду до відстані між рядами. Якщо довжина колектора і він розташований під кутом до горизонту, то відстань між рядами колекторів

(11.2)

де - кут нахилу сонячного колектора до горизонту.

Відстань між рядами сонячних колекторів повинна бути не менше 1,2 висоти ряду для установок літньої дії.

Кут нахилу колекторів до горизонту приймаємо

Температура холодної води влітку t₁=15^оС, гарячої t₂=50^оС. Добові витрати згідно [3] становлять 35 л на людину. Загальні витрати гарячої води дорівнюють:

G = 0,035 * 280 * 988 = 9682,4 кг/доб. (11.3)

Всі УСГВ з дублюючими джерелами енергії розраховуються по місяцю з найбільшою сумою сонячної радіації за період роботи. Приймаємо розрахунковий місяць липень, середньодобова температура повітря і амплітуда температур повітря згідно [4] становлять tе=+19,8^оС, А=10,8^оС.

Температуру зовнішнього повітря для і-тої години j-того місяця можна визначити за формулою:

T_ij = t_j + 0,5 k_i A_j, (11.4)

де t_j – середньодобова температура повітря j-того місяця;

A_j – середньодобова амплітуда коливань температури у j-тому місяці;

k_i – коефіцієнт перерахунку для і-тої години (табл. 11.2).

Таблиця 11.2

	Години, і
Кі		0,26	0,5	0,71	0,87	0,97			0,97	0,87

t_і = 19,8+ 5,4К_і

Приведену інтенсивність поглиненої сонячної радіації q_Q,і, Вт/м², слід визначати за формулою:

q_Q,і = 0,96 (P_sQ_sI_s + P_DQ_DI_D), (11.5)

де Q_s, Q_D - приведені оптичні характеристики сонячного колектора для прямої та розсіяної сонячної радіації. В розрахунках можна приймати: для колекторів з одинарним заскленням Qs =0,74, Q_D=0,64.

де I_s – інтенсивність потоку прямої сонячної радіації, яка надходить на горизонтальну поверхню, Вт/м²;

I_D – інтенсивність потоку розсіяної сонячної радіації, яка надходить на горизонтальну поверхню, Вт/м²;

0,96 – понижуючий коефіцієнт, що враховує вплив запилення і затінення колектора.

P_s, P_D –коефіцієнти, які характеризують положення сонячного колектора відносно прямої та розсіяної радіації.

Коефіцієнт положення сонячного колектора Ps для прямої сонячної радіації визначається по таблиці.

Коефіцієнт положення колектора для розсіяної радіації визначається за формулою:

P_D = cos2 , (11.6)

де – кут нахилу сонячного колектора до горизонту.

Коефіцієнт положення колектора для липня Ps=1,08. Для розсіяної радіації

P_D = cos² =0,91.

q_Q,i = 0,96 (0,7992*Іs + 0,5824*І_D).

Значення І_s, І_D приймаємо відповідно додатку 1.

Результати обчислень наведені в графах 3-5 таблиці 5.

Рівноважну температуру кожної години визначаємо за формулою і записуємо в графу 6.

t_махі= q_Q,і / U+ t_е,і, (11.7)

де t_е,і – температура зовнішнього повітря, ^оС.

де U – приведений коефіцієнт теплових втрат сонячного колектора,

U = 5,3Вт/м²К

q_Q,і - приведена інтенсивність поглиненої сонячної радіації, Вт/м², Інтенсивність сонячної радіації, що надходить на колектор якого завгодно просторого положення та кожної години світлової доби. Кількість сонячної енергії, падаючої на колектор, Вт/м²:

:

q_i = P_sI_s + P_DI_D, (11.8)

Продуктивність сонячної установки за годину визначається за рівнянням:

(11.9)

і вносимо до графи 6 таблиці 11.3.

Таблиця 11.3

і	tе, оС	PsQsIs, Вт/м^2	PDQDID, Вт/м^2	qQ,i, Вт/м^2	tmax, ^оС	gi, кг/м^2г
	19,8	148,6	87,9	227,04	62,6	3,43
	21,2	213,6	108,3	308,8	79,5	5,83
	22,5	269,3	121,7	375,36	93,3	7,7
	23,6	278,9	149,1	410,88	101,1	8,73
	24,5	278,9	155,5	417,02	103,2	9,02
		269,3	162,5	414,5	103,2	9,02
	25,2	260,5	149,1	393,02	99,3	8,5
	25,2		149,1	357,2	92,6	7,6
		176,6	121,7	286,4		5,76
	24,5	130,3	94,9	216,2	65,3	3,83

Sgі = 65,99

Результати обчислень наведені у таблиці 11.4.

Таблиця 11.4

	Місяць
	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
РsSІs, Вт*год/м^2
РDSID, Вт*год/м^2
qj, т*год/м^2

Закінчення таблиці 11.4

j, діб
, кВт*год/м^2	108,4	145,5	161,6	157,2	137,7	101,5	61,8

Sqі = 873,7 кВт*год/м²

Результати розрахунку q_i для сезонної роботи

Таблиця 11.5

Місяць	Параметри
1	2	3	4	5	6
V	2737	2232	4969	31	154,04
VI	3151	2147	5298	30	158,94
VII	3039	2031	5070	31	157,17
VIII	2948	1767	4715	31	146,16
IХ	2627	1385	4012	30	120,36
Всього

Температури на вході та виході з колектору в одноконтурних системах

t₁ = t_w,1=15^оС; t₂ = t_w,2=50^оС.

Коефіцієнт корисної дії установки визначається за формулою:

(11.10)

де Q – приведена оптична характеристика колектора. Приймаємо: для колекторів з одинарним заскленням – 0,73;

t_j – середня денна температура повітря, ^ОС.

Площу сонцепоглинаючої поверхні установок з дублером А^/, м² визначаємо за формулою:

(11.11)

де q_і - інтенсивність сонячної радіації в площині колектора, Вт/м², визначається згідно [2] в інтервалі від 8 до 17 годин для сонячних колекторів південної орієнтації;

h – ККД УСГВ.

Кількість сонячних колекторів типу КСБ-4.00

n = 149/1,6 = 93 шт.

Загальний обсяг ємких теплообмінників приймаємо із розрахунку 0,06 м³ на 1 м² сонячних колекторів.

Площа сонячних колекторів та об’єм ємких теплообмінників дорівнює

(11.12)

(11.13)

Річний (сезонний) ККД УСГВ визначаємо за формулою:

(11.14)

Сумарна кількість теплоти Q, ГДж, яка напрацьована установкою, визначається за формулою:

(11.15)

де Z – число місяців роботи установки;

j – число днів місяця.

Q = 149 * 0,5* 873,7*10-3 = 65.1 МВт*год = 234,4 ГДж.

Визначаємо економію палива за рахунок використання сонячної енергії за формулою [13]

(11.16)

Q – сумарна кількість теплоти, яка напрацьована установкою за сезон. ГДж/рік

де ККД джерела теплоти, яке замінюємо.

Критерій економічної ефективності установки сонячного гарячого водопостачання

(11.17)

де E_W – нормативний коефіцієнт ефективності капітальних вкладень, E_W=0,12;

- норма відрахування на покриття експлуатаційних витрат (приймаємо в розмірі 0,1 від капітальних затрат);

К – питомі капітальні затрати на установку сонячного гарячого водопостачання сонячних колекторів, К=1500грн/м²;

С – питома вартість теплоти, яку замінюємо, С=100 грн/ГДж.

Так як f < , то установка сонячного гарячого водопостачання вважається економічно доцільною.

Капітальні вкладення в установку сонячного гарячого водопостачання

(11.18)

А – необхідна площа сонячних колекторів, м²

де К – питомі капітальні затрати на установку, К=1500 грн/м² – вартість 1 м² сонячних колекторів

К_уст = 149*1500 =223500 грн.

Річна вартість виробленої енергії

(11.19)

Q – сумарна кількість теплоти, яка напрацьована установкою за сезон, ГДж/рік;

С – питома вартість теплоти, яку замінюємо, С=100 грн/ГДж

С_п =234,4*100 =23440 грн/рік

Термін окупності установки

років (11.20)

Дата добавления: 2015-06-28