Slonce Instalacje ogrzewania Obliczenia 02

background image

Wykorzystanie energii

słonecznej

Instalacje słonecznego ogrzewania

Część 3

Zdzisław Kusto

Politechnika Gdańska

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

Sprawność energetyczna baterii kolektorów

Sprawność energetyczna baterii kolektorów

:

: (retrospekcja)

T

a

in

L

R

T

u

kol

I

T

T

U

S

F

I

q

)]

(

[

=

=

=

&

η

η

Przykłady funkcji empirycznych opisujących sprawność baterii
kolektorów słonecznych

1) Kolektor wodny z selektywnym absorberem, pojedyncza szyba:

T

a

in

I

T

T

=

ς

[

]

ς

η

+

=

)

(

0223

,

0

70

,

3

756

,

0

a

in

kol

T

T

2) Kolektor wodny, absorber stalowy wytłaczany pod ciśnieniem,

pokryty elektrolitycznie czarnym chromem (warstwa selektywna:
α = 0,84, ε = 0,15), izolowany 8 cm warstwą pianki poliuretanowej,
podwójna szyba szklana:

2

1

1

1050

,

0

660

,

0

842

,

0

ς

ς

η

=

kol

L

T

a

in

U

I

T

T

=

1

ς

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

Lub:

BILANS CIEPLNY BATERII KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

BILANS CIEPLNY BATERII KOLEKTORÓW SŁONECZNYCH

Użyteczna moc cieplna - uzyskana z baterii kolektorów słonecznych :

kol

u

k

a

in

L

R

k

u

u

Q

Q

F

T

T

U

S

F

F

q

Q

&

&

&

&

=

=

)]

(

[

kol

k

T

k

u

u

kol

F

I

F

q

Q

Q

η

=

=

=

&

&

&

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

SKŁADNIKI BILANSU CIEPLNEGO INSTALACJI HYBRYDOWEJ

SKŁADNIKI BILANSU CIEPLNEGO INSTALACJI HYBRYDOWEJ

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

W bilansie całej – hybrydowej - wodnej instalacji ogrzewania słonecznego przyjęty jest,
jako bazowy, bilans cieplny zbiornika akumulacyjnego, w którym wyjściowo oblicza się
zmienną w czasie temperaturę wody w zbiorniku. Zawiera on:

- użyteczną moc cieplną doprowadzoną do zbiornika -

, [W],

- moc cieplną pobrana z akumulatora przez odbiorcę -

, [W],

(Uwaga! Jeśli T

sol

45

0

C, wówczas: , gdzie L(t) jest

aktualnym zapotrzebowaniem na ciepło przez odbiorcę),

- straty ciepła (mocy cieplnej) w instalacji ogrzewania -

, [W]

sprowadzone do strat ciepła w zbiorniku akumulacyjnym

kol

Q&

)

(t

Q

sol

&

)

(

)

(

t

L

t

Q

sol

=

&

)

(t

Q

str

&

)

(

)

(

wo

s

sol

T

T

c

m

t

Q

= &

&

)

(

)

(

sa

s

str

T

T

A

U

t

Q

=

&

- pobór ciepłej wody ze zbiornika akumulacyjnego

- straty ciepła z akumulatora przez ścianki

zbiornika do otoczenia

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

w chwili - t

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

w chwili - t

)

(

)

(

)

(

t

Q

t

Q

t

Q

dt

dT

c

M

str

sol

kol

s

&

&

&

=

ρ

= V

M

t

T

dt

dT

s

s

T

s

, T

sa

, T

in

T

wo

, I

T,

η

kol

, -

są zmienne w czasie,

m

&

W obliczeniach numerycznych symulujących pracę instalacji hybrydowej
pochodną w czasie temperatury wody zbiornika akumulacyjnego
zamienimy
na skończony przyrost tej temperatury w skończonym przedziale czasowym

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

Długość przedziałów czasowych można przyjąć dowolnie,

ale tak,
aby uzyskane wyniki obliczenia bilansu energetycznego
były dostatecznie dokładne

*

)

.

*

) Problem dokładności obliczeniowego modelu matematycznego jest poważnym zagadnieniem zarówno

badawczym jak też praktycznym

Do obliczeń przyjęto jednogodzinny przedział czasowy

-

t

j

- = 1 h,

(

j = 1, 2, 3,

... ).

Wielkości zmienne w czasie będą w obliczeniach przyjmować wartości
skokowo zmienne

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

Rekurencyjne równanie bilansowe pozwala wyznaczyć

przyrost temperatury wody w zbiorniku akumulacyjnym -

T

s j

w zadanym przedziale czasowym -

t

j

przy założeniu

,

że jest znana temperatura –

T

s (j-1)

w końcu poprzedniego przedziału czasowego -

t

(j-1)

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

Przedziały czasowe wypełniają rozpatrywany okres obliczeniowy -

T

do

,

np.: okres jednej doby.

W takim okresie obliczeniowym jest n przedziałów czasowych:

t

1

,

t

2

, ...

t

j

,

,...

t

n

,

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

RÓWNANIE BILANSOWE INSTALACJI OGRZEWANIA

Algorytm rekurencyjny

(

)

(

)

j

sa

j

s

j

wo

j

s

j

j

kol

Tj

k

j

sj

T

T

A

U

T

T

c

m

I

F

t

T

c

M

=

)

1

(

)

1

(

&

η

(

)

(

)

j

j

sa

j

s

j

wo

j

s

j

j

kol

Tj

k

j

s

sj

t

T

T

c

M

A

U

T

T

M

m

c

M

I

F

T

T

+

=

)

1

(

)

1

(

)

1

(

&

η

Równanie bilansujące w postaci numerycznej:

Po przekształceniach - równanie rekurencyjne temperatury wody

w zbiorniku akumulacyjnym

- uzyskanej w końcu j-tego przedziału czasowego.

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

OBLICZENIA SYMULACYJNE BILANSU CIEPŁA

ZMIENNOŚĆ NASŁONECZNIENIA W CIĄGU DNIA

OBLICZENIA SYMULACYJNE BILANSU CIEPŁA

ZMIENNOŚĆ NASŁONECZNIENIA W CIĄGU DNIA

H

T

- dobowe (dzienne)

nasłonecznienie powierzchni
nachylonej, kJ/doba*m

2

d

h

- długość dnia dla kolektorów

słonecznych, h

t - czas, h

⎟⎟

⎜⎜

=

h

h

T

T

d

t

d

H

I

π

π

sin

2

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

OBLICZENIA SYMULACYJNE BILANSU CIEPŁA - STUDIUM PARAMETRYCZNE

OBLICZENIA SYMULACYJNE BILANSU CIEPŁA - STUDIUM PARAMETRYCZNE

Odbiorca:

Dobowe zużycie ciepłej wody - M

k

= 300 dm

3

/d

t

cwu

= 45

0

C

t

wo

= 10

0

C

Instalacja słonecznego ogrzewania wody

F

k

= 5,1 m

2

M = 400 kg (V = 400 dm

3

)

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

BILANS CIEPLNY INSTALACJI SŁONECZNEGO OGRZEWANIA

WODY

OBLICZENIA SYMULACYJNE BILANSU CIEPŁA - STUDIUM PARAMETRYCZNE

OBLICZENIA SYMULACYJNE BILANSU CIEPŁA - STUDIUM PARAMETRYCZNE

Trzy serie obliczeń:

1)

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych instalacji

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych instalacji

słonecznego ogrzewania wody

słonecznego ogrzewania wody

F

k

= 5,1 m

2

, M = 400 kg (V = 400 dm

3

)

2)

Zmiana dobowych danych eksploatacyjnych w ustalonych

Zmiana dobowych danych eksploatacyjnych w ustalonych

warunkach pracy dobowej

warunkach pracy dobowej

przy zmianie powierzchni czynnej baterii kolektorów

przy zmianie powierzchni czynnej baterii kolektorów

F

k

= 1,7 - 10,2 m

2

, M = 400 kg

3)

Zmiana dobowych danych eksploatacyjnych w ustalonych

Zmiana dobowych danych eksploatacyjnych w ustalonych

warunkach pracy dobowej

warunkach pracy dobowej

przy zmianie pojemności zbiornika akumulacyjnego

przy zmianie pojemności zbiornika akumulacyjnego

M = 100 - 800 kg, F

k

= 5,1 m

2

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

I Seria:

I Seria:

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

instalacji słonecznego ogrzewania wody

instalacji słonecznego ogrzewania wody

DANE PRZYJĘTE DO OBLICZEŃ:

DANE PRZYJĘTE DO OBLICZEŃ:

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

I Seria:

I Seria:

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

instalacji słonecznego ogrzewania wody

instalacji słonecznego ogrzewania wody

DANE DO OBLICZEŃ

DANE DO OBLICZEŃ

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

I Seria:

I Seria:

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

instalacji słonecznego ogrzewania wody

instalacji słonecznego ogrzewania wody

WYNIKI OBLICZEŃ:
Zmienność temperatury wody w zbiorniku akumulacyjnym w kolejnych
dobach. Nagrzewanie wody - od stanu zimnego

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

1

10

31,41

68,94

0,718

0,718

2

31,41

38,9

87,98

0,597

0,586

3

38,9

42,09

95,13

0,56

0,547

4

42,09

43,43

96,81

0,54

0,53

5

43,43

43,99

97,52

0,537

0,523

6

43,99

45

97,81

0,534

0,52

7

45

45

98,34

0,529

0,515

Warunki pracy instalacji słonecznego ogrzewania wody
w pojedynczej dobie w czerwcu

Przykład 1
Rozruch instalacji ze stanu "zimnego" (od temperatury wody
w akumulatorze = 10

0

C)

F

k

= 5,1 m

2

Warunki pracy ustalają się

M = 400 kg

po siedmiu dniach

H

T

= 23 300 kJ/m

2

doba

M

k

= 300 dm

3

/dobę

Temperatura wody w akumulatorze

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0

2

4

6

8

dzień

temperatura [

0

C]

W końcu doby
Na początku doby

Udział energii słonecznej w pokryciu

zapotrzebowania na ciepło

0

20

40

60

80

100

0

2

4

6

8

dzień

udzia

ł [%]

Sprawność instalacji słonecznej

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

2

4

6

8

dzień

spraw

n

o

ść

[ - ]

I Seria:

I Seria:

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

Proces ustalania się dobowych danych eksploatacyjnych

instalacji słonecznego ogrzewania wody

instalacji słonecznego ogrzewania wody

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

1,7

22,66

48,2

0,657

Warunki pracy instalacji słonecznego ogrzewania wody

3,4

31,8

80,51

0,597

w pojedynczej dobie w czerwcu

5,1

45

98,34

0,515

6,8

54,57

100

0,446

Przykład 2

8,5

61,84

100

0,389

Zmiany parametrów w warunkach pracy ustalonej

10,2

66,49

100

0,351

w funkcji zmiany powierzchni baterii kolektorów

F

k

= n*1,7 m

2

M = 400 kg
H

T

= 23 300 kJ/m

2

doba

M

k

= 300 dm

3

/dobę

Temperatura wody w akumulatorze

T

pocz

= T

kon

0

10

20

30

40

50

60

70

0

2

4

6

8

10

12

Powierzchnia kolektorów [m

2

]

temperatura [

0

C]

Udział energii słonecznej w pokryciu

zapotrzebowania na ciepło

0

20

40

60

80

100

0

2

4

6

8

10

12

Powierzchnia kolektorów [m

2

]

udzia

ł [%]

Sprawność instalacji słonecznej

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0

2

4

6

8

10

12

Powierzchnia kolektorów [m

2

]

sprawno

ść

[ - ]

II Seria:

II Seria:

Zmiana powierzchni czynnej baterii kolektorów w ustalonych

Zmiana powierzchni czynnej baterii kolektorów w ustalonych

warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego ogrzewania wody

warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego ogrzewania wody

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

IIA Seria:

IIA Seria:

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

ogrzewania wody

ogrzewania wody

F

k

= 1,7 m

2

M = 400 kg

U = 0,3 W/m

2

K

Sprawność baterii kolektorów i instalacji słonecznej

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Godzina

Sp

ra

w

n

o

ść

Sprawność kolektorów

Nasłonecznienie

Sprawność instalacji
słonecznej

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

IIA Seria:

IIA Seria:

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

ogrzewania wody

ogrzewania wody

F

k

= 1,7 m

2

M = 400 kg U = 1,0 W/m

2

K

Sprawność baterii kolektorów i instalacji słonecznej

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Godzina

Sp

ra

w

n

o

ść

Sprawność kolektorów

Nasłonecznienie

Sprawność instalacji
słonecznej

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

IIA Seria:

IIA Seria:

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

ogrzewania wody

ogrzewania wody

F

k

= 10,2 m

2

M = 400 kg U = 0,3 W/m

2

K

Sprawność baterii kolektorów i instalacji słonecznej

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Godzina

Sp

ra

w

n

o

ść

Sprawność kolektorów
Nasłonecznienie
Sprawność instalacji słonecznej

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

IIA Seria:

IIA Seria:

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

ogrzewania wody

ogrzewania wody

F

k

= 10,2 m

2

M = 400 kg U = 1,0 W/m

2

K

Sprawność baterii kolektorów i instalacji słonecznej

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Godzina

Sp

ra

w

n

o

ść

Sprawność kolektorów

Nasłonecznienie

Sprawność instalacji słonecznej

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

100

13,07

68,26

0,676

Warunki pracy instalacji słonecznego ogrzewania wody

200

36,77

93

0,551

w pojedynczej dobie w czerwcu

300

42,24

96,46

0,526

400

45

98,34

0,515

Przykład 3

500

45,24

98,73

0,515

Zmiany parametrów w warunkach pracy ustalonej

600

45,6

99,08

0,516

w funkcji zmiany masy wody w zbiorniku akumulacyjnym

700

45,68

99,24

0,517

F

k

= 5,1 m

2

M = n*100 kg
H

T

= 23 300 kJ/m

2

doba

M

k

= 300 dm

3

/dobę

Temperatura wody w akumulatorze

T

pocz

= T

kon

0

10

20

30

40

50

0

100

200

300

400

500

600

700

Masa w ody w akumulatorze [kg]

temperatura [

0

C]

Udział energii słonecznej w pokryciu

zapotrzebowania na ciepło

0

20

40

60

80

100

0

100

200

300

400

500

600

700

Masa wody w akumulatorze [kg]

udzia

ł [%

]

Sprawność instalacji słonecznej

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0

100

200

300

400

500

600

700

Masa wody w akumulatorze [kg]

sprawno

ść

[ - ]

III Seria:

III Seria:

Zmiana pojemności zbiornika akumulacyjnego w ustalonych

Zmiana pojemności zbiornika akumulacyjnego w ustalonych

warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego ogrzewania wody

warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego ogrzewania wody

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

Wykorzystanie energii słonecznej

IIIA Seria:

IIIA Seria:

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

ogrzewania wody

ogrzewania wody

F

k

= 5,1 m

2

M = 100 kg U = 0,3 W/m

2

K

Sprawność baterii kolektorów i instalacji słonecznej

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Godzina

Sp

ra

w

n

o

ść

Sprawność kolektorów

Nasłonecznienie

Sprawność instalacji słonecznej

background image

Wykorzystanie energii słonecznej

Wykorzystanie energii słonecznej

IIIA Seria:

IIIA Seria:

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

Zmiana sprawności baterii kolektorów i instalacji słonecznej

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

w ustalonych warunkach pracy dobowej instalacji słonecznego

ogrzewania wody

ogrzewania wody

F

k

= 5,1 m

2

M = 100 kg U = 1,0 W/m

2

K

Sprawność baterii kolektorów i instalacji słonecznej

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

0,40

0,45

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

0,75

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Godzina

Sp

ra

w

n

o

ść

Sprawność kolektorów

Nasłonecznienie

Sprawność instalacji słonecznej


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
8010 zmiany wymagan w przepisie techniczno budowlanym dotyczacym budynkow w zakresie instalacji ogrz
Instalacje budowlane Obliczanie i regulacja instalacji
Instalacje ogrzewcze
ogrzewictwo ZAGADNIENIA HYDRAULICZNE W INSTALACJACH OGRZEWANIA WODNEGO
Instalacja ogrzewania elektrycznego
Instalowanie ogrzewacza
Instalacje ogrzewania
Instalacje ogrzewania
2008 Metody obliczeniowe 02 D 2008 10 1 21 28 5
obliczanie L 02 id 327419 Nieznany
M Obliczeniowe 02
Instalacja?ntralnego ogrzewania
rozklad cisnienia w instalacjach ogrzewania
BIL projekt bilansu kotla obliczenia 02
5926 instalacje ogrzewcze w budynkach projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania

więcej podobnych podstron