Среднемесячные температуры воздуха для Челябинской области

Месяц

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

Температура, 0C

-16

-13

-3

+3

+15

+20

+20

+20

+15

+3

-10

-18

Приложение 3

Примеры расчета

Задание 1.

Рассчитать гелиоэнергетическую установку (ГЭУ) для получения горячей воды с мая по сентябрь для г. Карталы Челябинской области (табл.П.1.1.Приложения 1). Количество человек, использующих горячую воду – 14. Конечная температура нагрева воды Т₂=85⁰С. Сделать вывод о целесообразности использования ГЭУ с точки зрения экономии органического топлива.

1. Суммарная солнечная радиация в среднем за день для мая:

а) на горизонтальную поверхность

= МДж/м²,

Для других месяцев расчет аналогичный.

б) на наклонную поверхность для угла наклона φ=10⁰:

= 20,12 ·1,02=20,5 МДж/м²

Расчет для других месяцев и углов наклона (15⁰, 20⁰, 25⁰ и 30⁰) проводиться аналогично.

Данные расчетов сводятся в таблицу 1.1.

2. Дневная удельная тепло-производительность гелиоустановки в мае для φ=10⁰:

МДж/м²,

где: Т_б – температура воды в баке-аккумуляторе к концу дня (принимаем равной 85⁰С).

Дневная удельная теплопроизводительность для каждого заданного месяца для углов наклона 15, 20, 25 и 30 градусов рассчитывается аналогично. Результаты расчета сводятся в табл.1.2. По данным табл.1.2, наибольшую производительность СК имеет при угле наклона, равном 20⁰, последующие расчеты ведем для данного угла, который определен как оптимальный с точки зрения теплопроизводительности.

3. Удельная тепло-производительность гелиоустановки за май:

МДж

Для других месяцев расчет аналогичный. Результаты заносятся в табл.1.4.

4. Потребное количество энергии для нагрева воды в мае:

МДж.

Для других месяцев расчет аналогичный. Потребное количество энергии за сезон определяется суммой энергии за рассматриваемый период. Результаты расчета заносятся в табл.1.3

1.5. Необходимая площадь гелиоустановки для мая:

м²

где МДж

По полученному значению площади СК определяем их количество. Для мая оно равно 40 шт. Это количество удобно соединять по параллельно последовательной схеме.

Для других месяцев расчет аналогичный.

1.6. Коэффициента использования потенциальной энергии для мая:

Расчет показывает, что угол наклона φ=20⁰ действительно обеспечивает наилучшее использование потенциальной солнечной энергии, т.к. потери ее составляют лишь 3%.

1.7. Количество полезно используемой энергии для расчетной площади коллекторов ГЭУ для площади солнечной коллектора А=16 м²:

МДж.

Для других площадей расчет аналогичный. Результаты расчета заносятся в таблицу 1.5

1.8. Количество сэкономленного топлива при различной площади

т.у.т.

Для других площадей расчет аналогичный. Результаты расчета заносятся в таблицу 1.5.

1.9. Количество энергии на создание ГЭУ:

МДж

1.10. Эффективность энергозатрат:

Для других площадей расчет аналогичный

1.11. Срок окупаемости различных гелиоустановки для А=16м²:

лет

Для других площадей СК расчет аналогичный. Результаты расчетов сводим в таблицу 1.6.

1.12. Сравнительная эффективность солнечных коллекторов:

руб.

где руб.

руб.

1.13. Себестоимость тепловой энергии

Для других площадей расчет аналогичный. Результаты расчета заносятся в табл.1.7. По данным таблицы выбирается наиболее эффективный вариант гелиоустановки. В целом вариант горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии может быть эффективным. Для определения себестоимости тепловой энергии в целом необходимо учитывать затраты на традиционные источники энергии, рассмотрение которых не предусмотрено в данном задании.

Задание 2

Рассчитать экономическую целесообразность использования ветроэнергетической установки в течение года в Брединском районе, для ветроустановки, имеющей следующие характеристики:

1. Район Челябинской обл. – Брединский;

2. Тип ВЭУ – BWC-3,

3. Номинальная мощность, Р_Н=9 кВт;

4. Минимальная скорость ВЭУ, v_min-3,1 м/с,

5. Рабочая скорость ВЭУ, v_р= 12 м/с,

6. Максимальная скорость ВЭУ, v_max= 25 м/с,

7. Число лопастей – 3,

8. Диаметр ветроколеса – D=7м,

9. Высота мачты h=24 м.

Электроэнергия, генерируемая ВЭУ, преобразуется в тепловую энергию для нагрева воды для семьи из 5-ти человек до температуры 85⁰С с помощью ТЭНов. Сделать вывод о целесообразности использования данного типа ветроустановки в условиях Брединского района