19

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» (ННГАСУ)

Факультет инженерно-экологических систем и сооружений

Кафедра теплогазоснабжения

Расчётно-графическая работа

по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

на тему «Горячее водоснабжение одноэтажного жилого дома с использованием солнечной энергии»

Выполнил: К.Н.Степанов

Студент 2 курса гр.ТЭ-02

Руководитель Г.М. Климов

Нижний Новгород

ННГАСУ

2013 г.

Содержание:

1. Исходные данные для проектирования (дополнительные) 3

   1. Направление ветра 3

   2. Среднемесячная температура наружного воздуха 3

   3. Координаты заданного города 3

2. Принципиальная тепловая схема системы горячего водоснабжения 4

3. Оценка располагаемого количества солнечной энергии 7

4. Расчёт потребного количества теплоты на ГВС 8

5. Расчёт полученного количества солнечных коллекторов 9

6. Расчёт полученного количества солнечной энергии 10

7. Оценка эффективности установки солнечного ГВС 11

8. Подбор вспомогательного оборудования 13

8.1 Подбор бака – аккумулятора 13

9. Заключение 15

10. Источники 16

1. Исходные данные для проектирования (дополнительные)

1.1 Направление ветра:

	С	СВ	В	ЮВ	Ю	ЮЗ	З	СЗ	Штиль
Январь, %	6	6	8	12	18	27	14	9	11
Июль, %	13	10	16	8	8	14	17	14	19

[7, прилож. 4]

2. Среднемесячная температура наружного воздуха:

	Май	июнь	июль	Август
,	12,0	16,4	18,4	16,9

[7, прилож. 3]

1.3 Координаты города Нижний Новгород:  56°19′37″ с. ш.44° 0′ 27″в.д.

2. Принципиальная тепловая схема системы горячего водоснабжения

При проектировании принципиальной тепловой схемы необходимо учитывать требования, предъявляемые при конструировании установок солнечного ГВС [6, п.3].Основные из них:

• Установки солнечного горячего водоснабжения с естественной циркуляцией, как правило, следует применять при площади солнечных коллекторов до 10 м²;

• В качестве теплоносителя в теплоприемном контуре двухконтурных установок следует применять, как правило, деаэрированную воду или нетоксичный и негорючий антифриз ;

•  Следует предусматривать тепловую изоляцию баков-аккумуляторов, теплообменников и трубопроводов.

Термическое сопротивление тепловой изоляции трубопроводов и оборудования должно обеспечивать потерю тепла не более 5%.

•  Оптимальной ориентацией солнечных коллекторов считается юг с возможными отклонениями на восток до 20°, на запад - до 30°. Угол наклона солнечных коллекторов к горизонту следует принимать для установки, работающей в летний период, равным - широте местности минус 15°;

• Следует предусматривать устройства для опорожнения и заполнения гелиоприемного контура и устройства для удаления воздуха из него;

•  В установках с естественной циркуляцией следуют:

• трубопроводы, подающие воду в солнечные коллекторы, а также водопроводную воду, присоединять к нижней части бака-аккумулятора;

• трубопроводы, отводящие нагретую воду от солнечных коллекторов и подающие ее в систему горячего водоснабжения, присоединять к верхней части бака-аккумулятора. Для соединения солнечных коллекторов с баком-аккумулятором следует использовать трубы с диаметром условного прохода не менее 25 мм.

• При расстановке солнечных коллекторов, при летней работе установки, расстояние между рядами солнечных коллекторов по горизонтали следует принимать равным 1,2 высоты ряда;

• Прокладку трубопроводов установок солнечного горячего водоснабжения следует предусматривать с уклоном не менее 0,01. Уклоны труб подводок к солнечным коллекторам следует приниматьравными 5-10 мм на всю длину подводки;

• В проекте, как правило, следует предусматривать возможность измерения температуры перед входом и на выходе теплоносителя из групп солнечных коллекторов (при параллельном присоединении этих групп), теплообменников, баков-аккумуляторов, а также установки манометров в нижней точке теплоприёмного контура;

•  Для обеспечения постоянной температуры горячей воды, выходящей из установки солнечного горячего водоснабжения, следует использовать автоматические регуляторы температуры;

•  Для более эффективной работы солнечные коллекторы следует соединять в группы по смешанной схеме. Движение теплоносителя в солнечных коллекторах следует предусматривать снизу вверх;

•  В установках солнечного горячего водоснабжения с большой площадью солнечных коллекторов следует предусматривать возможность отключения отдельных секций в случае выхода их из строя без остановки всей установки;

• Для удобного и безопасного обслуживания оборудования и арматуры установки солнечного горячего водоснабжения в проекте следует предусматривать постоянные площадки и лестницы с перилами высотой не менее 0,9 м, имеющие сплошную обшивку перил понизу не менее 0,1 м

По принципу работы солнечные водонагревательные установки можно разделить на два типа: установки с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. В последние годы все больше производится пассивных водонагревателей, которые работают без насоса, а следовательно, не потребляют электроэнергию. Они проще в конструктивном отношении, надежнее в эксплуатации, почти не требуют ухода, а по своей эффективности практически не уступают солнечным водонагревательным установкам с принудительной циркуляцией. Более половины пассивных водонагревателей составляют установки термосифонного типа с естественной циркуляцией, а остальные - это компактные водонагреватели, в которых бак-аккумулятор горячей воды и коллектор солнечной энергии объединены (интегрированы) в единое компактное устройство.

Принципиальная тепловая схема одноконтурной системы солнечного горячего водоснабжения с естественной циркуляцией приведена на рис.1.

7

3

4

6

Рис.1 – Принципиальная схема одноконтурной системы солнечного горячего водоснабжения с естественной циркуляцией

1. коллектор солнечной энергии;

2. бак-аккумулятор;

3. подъёмная труба;

4. опускная труба;

5. системы отопления;

6. водопровод с холодной водой;

7. душ.

 Установка содержит коллектор солнечной энергии, бак-аккумулятор горячей воды, подъемную трубу и опускную трубу. В нижнюю часть бака-аккумулятора подводится холодная вода (ХВ), и из его верхней части отводится к потребителям горячая вода (ГВ). Перечисленные элементы образуют контур естественной циркуляции воды. Солнечное излучение, проходя через прозрачное покрытие (остекление) коллектора нагревает его поглощающую панель и воду в её каналах. При нагреве плотность воды уменьшается, и нагретая жидкость начинает перемещаться в верхнюю точку коллектора и далее по трубопроводу – в бак-аккумулятор. Точка присоединения подъёмной трубы к баку-аккумулятору должна находиться в верхней части бака на расстоянии не менее 2/3 высоты бака от его днища, а патрубок для подпитки холодной воды следует присоединять к нижней части бака.

При соблюдении указанных условий в баке нагретая вода перемещается в верхнюю точку, а более холодная вода размещается в нижней части бака, т.е. наблюдается расслоение (стратификация) воды в зависимости от температуры. Более холодная вода из нижней части бака по трубопроводу поступает в нижнюю часть коллектора. Таким образом, при наличии достаточной солнечной радиации , в коллекторном контуре, устанавливается постоянная циркуляция, скорость и интенсивность которой зависят от плотности потока солнечного излучения.

Постепенно, в течение светового дня, происходит полный прогрев всего бака, при этом отбор воды для использования должен производиться из наиболее горячих слоёв воды, располагающихся в верхней части бака. Обычно это делается подачей холодной воды в бак снизу под давлением, которая вытесняется нагретую воду из бака [13, с.26].

Более высокое положение бака-аккумулятора относительно коллектора солнечной энергии в водонагревательных установках термосифонного типа имеет важное значение не только для обеспечения циркуляции теплоносителя в дневное время (на схеме направление движения – по часовой стрелке), но также и для предотвращения циркуляции воды в обратном направлении – против часовой стрелки – в ночное время. Это возможно при низком положении бака, когда горячая вода из верхней части бака ночью поступает в коллектор, там охлаждается за счёт излучения энергии в окружающее пространство и конвекции и возвращаются в нижнюю часть бак. Естественно, это нежелательный процесс, так как он вызывает потери энергии, и для его предотвращения бак-аккумулятор должен быть установлен так, чтобы его днище было выше верхней отметки наклонного коллектора солнечной энергии на 300-600 мм[13, с.12].

Непременным условием эффективной работы солнечной водонагревательной установки термосифонного типа является тепловая изоляция всех нагретых поверхностей – прежде всего бака-аккумулятора, подъёмной и опускной труб, патрубка для отвода горячей воды к водозаборным кранам. Толщина тепловой изоляции бака должная быть 50-75 мм при использовании минеральной ваты или другого материала с коэффициентом теплопроводности 0,004-0,045 Вт/(м∙°C), а для трубопроводов – от 25 мм для опускной трубы и до 50 мм для подъёмного и соединительного трубопроводов[13, с.12].

Солнечные водонагревательные установки с естественной циркуляцией теплоносителя являются саморегулирующимися системами, и расход жидкости в них полностью определяется интенсивностью поступающего солнечного излучения, а также теплотехническими и гидравлическими характеристиками солнечного коллектора, бака-аккумулятора и соединительных трубопроводов[13, с.12].