ЗМІСТ

АНОТАЦІЯ 3

РЕФЕРАТ 4

ВСТУП 5

1. Загальна частина 9

1.1 Огляд існуючих схем гарячого водопостачання 9

1.2 Вибір гідравлічної схеми системи гарячого водопостачання 16

2.1 Розрахунок кліматичних характеристик 18

2.1.1 Щомісячний прихід енергії на 1 м2 21

2.1.2 Вибір кута установки геліоколектора 22

2.1.3 Перерахунок місячного приходу енергії для нахиленої поверхні 23

2.3 Розрахунок параметрів геліоколекторів 30

2.3.1 Визначення геометричних параметрів геліоколекторів 31

2.3.2 Визначення площі геліоколекторного поля 33

2.3.3 Визначення температур поверхонь ГК 34

35

2.3.4 Втрати теплоти через тильну теплоізоляцію 36

2.3.5 Витрати теплоти через світлопрозору верхню теплоізоляцію 39

2.3.6 Визначення кількості поглинутої геліоколектором енергії 42

2.3.7 Уточнення температури поглинальної пластини 44

2.3.8 Уточнення кількості поглинутої енергії 45

2.4 Розрахунок розширювального бака 49

2.5 Розрахунок відцентрового насосу 52

2.5.1 Розрахунок гідравлічних втрат першого контуру системи гарячого водопостачання 52

2.5.2 Розрахунок параметрів відцентрового насосу 55

2.6 Розрахунок бака акумулятора 61

2.7 Розрахунок теплообмінника 66

2.7.1 Розрахунок теплового напору теплообмінника 66

2.7.2 Розрахунок розмірів теплообмінника 69

2.8 Розрахунок газового догрівача 73

ВИКОРИСТАНА ЛІТЕРАТУРА 76

Анотація

У даній роботі розглядається можливість використання енергії сонячного випромінювання для гарячого водопостачання в теплий період року (з квітня по жовтень), в холодний та перехідні періоди від геліосистеми береться частина енергії, частина від дублюючого джерела енергії. Розраховано тепловий акумулятор що дає змогу запасати кількість теплової енергії достатню для автономної роботи системи впродовж 2-3 дні. Для цього запропонована сонячна система з плоскими сонячними колекторами, що встановлюються на землі під кутом 45˚ до горизонту з південним напрямком.

У загальній частині зроблений огляд існуючих схем сонячного гарячого водопостачання і елементів цих схем; вибрана схема сонячної установки для гарячого водопостачання.

У спеціальній частині виконаний розрахунок основних кліматичних характеристик; розраховано основні елементи геліосистеми, а саме зроблено розрахунок сонячного колектора, теплового акумулятора, розширювального бачка, відцентрового насоса, теплообмінника.

Зроблено висновок про ефективність комплексної системи сонячного теплопостачання. Поставлені задачі що мають бути вирішені в дипломній роботі.

Реферат

Записка містить 71 сторінок, 18 рисунків, 27 таблиць, 17 бібліографічних посилань.

Ключові слова: відновлювана енергетика, геліоколектор, геліосистема, відновлювані джерела енергії, сонячна енергія, бак акумулятор, теплообмінник, відцентровий насос, розрахунок, проектування, тепловий потік, теплоізоляція

Дана дипломна робота являє собою вибір та розрахунок елементів схеми для сонячного гарячого водопостачання, цілорічної дії.

Спроектовано схему сонячного гарячого водопостачання на основі досвіду проектувань подібних конструкцій. Розглянуті різноманітні принципові схеми. В результаті огляду було розроблено оптимальну схему роботи.

Загальна частина роботи містить відомості щодо принципових схем подібних установок та аналіз спроектованої схеми.

В спеціальній частині виконано розрахунок приходу сонячної енергії на 1 кв.м. поверхні геліоколектора. Розглянуто принципові конструкції геліоколекторів та спроектовано сонячний колектор. Розраховано параметри роботи колектора, баку оперативного розходу, баку акумулятора, теплообмінників, відцентрового насосу. Обрано оптимальну товщину ізоляції баків акумуляторів, описано методику оптимізації товщини ізоляції.

Розроблені робочі складальні креслення основних вузлів сонячної системи гарячого водопостачання.

Зроблено висновок про доцільність розробленої схеми та установки в цілому.

ВСТУП

В світі щорічно зростають потреби в енергії, а кількість традиційного палива невпинно зменшується. Сонячна теплова енергія за цих обставин набуває все більшої зацікавленості громадськості. Отримання енергії від Сонця має низку переваг:

1. Сонячна енергія доступна в кожній точці нашої планети, розрізняючись по щільності потоку сонячного випромінювання не більше ніж в два рази. Тому вона приваблива для всіх країн, відповідаючи їх інтересам в напрямку енергетичної незалежності;

2. Сонячна радіація - це екологічно чисте джерело енергії, що дозволяє використовувати його у все більш зростаючих масштабах без негативного впливу на довкілля;

3. Сонячне випромінювання – це практично невичерпне джерело енергії, яке буде доступне через мільйони років.

Основними напрямами використання сонячній енергії вважаються:

1. Здобуття тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання;

2. Перетворення сонячної радіації на електричну енергію.

Отримання тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання являє собою найбільш простий, з боку технічної реалізації, спосіб використання сонячної енергії. Тепло, отримане в результаті прямої абсорбції сонячної радіації, використовується для нагрівання води, обігріву приміщень, охолодження приміщень, сушіння матеріалів та продуктів сільськогосподарського виробництва. Великий практичний інтерес до обігріву приміщень та отримання гарячої води, за рахунок сонячної радіації, обумовлений тим, що в промислово розвинутих країнах близько 30-40% виробленої енергії споживається на так зване низькотемпературне нагрівання (<100^°С).

Отримання такого низькотемпературного тепла можна здійснити за допомогою пласких та вакуумних сонячних колекторів, що працюють за принципом тепличного ефекту. Фізична суть цього ефекту полягає в тому, що сонячне випромінювання, падаюче на поверхню сонячних колекторів, прозору для сонячних променів, практично без втрат проникає всередину та, потрапляючи на теплоприймач геліоколектора нагріває його, а процес розсіювання теплової енергії теплоприймача в сонячному колекторі мінімізований. Оскільки основна інтенсивність сонячного випромінювання в наземних умовах знаходиться в спектральному інтервалі 0,4 мкм –1,8 мкм, то як прозорий верхній шар використовується звичайне скло, що має коефіцієнт пропускання в цьому спектральному діапазоні до 95%. Розташований в нижній частині сонячного колектора (плаский) або всередині трубки (вакуумний) теплоприймач геліоколектора є абсорбуючим покриттям з коефіцієнтом поглинання сонячного випромінювання до 82-95%. Поглинаючи пряме сонячне випромінювання, це абсорбуюче покриття може нагріватися залежно від потужності падаючого сонячного випромінювання до 50-90°С. Нагріте до таких температур тіло випромінює теплову енергію, основна потужність якого знаходиться в інфрачервоному діапазоні.

Для спектрального діапазону, відповідного інфрачервоному випромінюванню, скло володіє низьким коефіцієнтом пропускання, а вакуум в вакуумних сонячних колекторах зводить це до нуля. Це й призводить до тепличного ефекту, що полягає в накопиченні енергії під склом і збільшенні температури теплоприймача до 160°С для плаского геліоколектора та 250°С для вакуумного геліоколектора у режимі стагнації (коли енергія не відводиться теплоносієм). У робочому режимі накопичене тепло витрачається на нагрів води, яка циркулює через геліосистему.

В середній смузі Європи в літній період продуктивність пласких колекторів може досягати 50-60 літрів води, а вакуумних сонячних колекторах 70-90 літрів води, нагрітої до 60-70°С із з кожного квадратного метра геліоколектора в день. ККД плаского сонячного колектора складає до 70% та залежить від температури довкілля, щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. ККД вакуумного сонячного колектора складає до 92% та залежить в основному від щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. Із зменшенням температури, до якої необхідно нагрівати воду, циркулюючу через геліоколектор, ККД сонячного колектора підвищується. Проте стандартна температура води, що нагрівається складає 50-60°С. Для сонячного колектора основною технічною характеристикою є об'єм води, нагрітої до заданої температури протягом світлового дня квадратним метром. Цей параметр залежить від пори року та географічного положення місця, в якому встановлюються геліоколектори. Ефективність сонячного колектора залежить від характеристик селективно-поглинаючого покриття, яке володіє властивістю добре поглинати видиму частину сонячного спектру та практично не випромінювати в інфрачервоної області спектру. Селективні покриття є одним з наукоємких елементів в конструкції геліоколектора.

Одним з основних економічних показників сонячного колектора, поряд з його вартістю, є надійність та довговічність. Термін служби геліоколектора складає не менше 10 років. У геліосистему отримання низькотемпературного тепла, також входять накопичувачі тепла (баки акумулятори), які в простому випадку є термоізольованими ємкостями (термоси) для зберігання гарячої води. Об'єм бака акумулятора та необхідна площа геліоколекторів, визначаються добовим споживанням тепла та середнім числом сонячних днів на рік в даній місцевості. Якщо сонячний колектор використовує не воду, а незамерзаючу рідину, то за допомогою теплообмінника в накопичувальному теплоізольованому баці та додаткового нагрівача (газ, електрика і тому подібне) можна протягом року економити до 50-60% енергії, необхідної для обігріву будинку та інших теплових домашніх потреб, що практично широко використовується в промислово-розвинених країнах. В цьому випадку сонячні колектори працюють цілий рік в автоматичному режимі, паралельно із звичайними паливними або електричними нагрівачами води. У геліосистемах для сушки матеріалів та продуктів сільського господарства в якості теплоносія використовується повітря.

На території України енергія сонячної радіації за один середньорічний світловий день складає в середньому 4 кВт за годину на 1 м² (у літні дні – до 6–6,5 кВт на годину ) тобто близько 1,5 тисячі кВт·годин за рік на кожен квадратний метр. Це приблизно стільки ж, скільки в середній Європі, де використання сонячної енергії носить досить широкий характер.

Вище викладене дає підставу вважати, що на Україні існують всі необхідні та достатні умови для широкомасштабного впровадження геліоенергетики та сонячних колекторів для виробництва теплової енергії в народному господарстві.