1.2 Вибір гідравлічної схеми системи гарячого водопостачання

Для даного дипломного проекту була спроектована двоконтурна схема гарячого водопостачання, в першому контурі циркулює теплоносій на основі пропіленгліколю, що виключає можливість замерзання навіть в найсуворіші періоди зими.

Рисунок – 1.7 Двоконтурна система гарячого водопостачання з примусовою циркуляцією.

1 – сонячний колектор; 2 – триходовий автоматичний вентиль; 3 – БОР (бак оперативного розходу); 4 – теплообмінник БОР; 5 – БА (бак-акумулятор); 6 – теплообмінник БА; 7 – автоматичний вентиль; 8 – циркуляційний насос теплоносія; 9 – автоматичний догрівач; 10 – термостатичний змішувач системи ГВП; 11 – зливний вентиль; 12 – розповітрювач; 13 – розширювальній бачок.

В спроектованій схемі геліоустановки пропонується паралельне підключення колекторів, що спрощує монтаж, скорочує довжину трубопроводів та зменшує сумарний гідравлічний опір системи. Теплоносій подається у колектори по схемі підключення знизу-вверх, що забезпечує більш рівномірний прогрів теплоносія вздовж колектора.

Бак оперативного розходу має меншу (порівняно з БА) емність та прогрівається першочергово, що дозволяє підігрівати воду від сонячних колекторів у зимову пору до більш високих температур. Бак акумулятор має ємність достатню для запасаня теплової енергії необхідної на споживання впродовж 2-3 днів.

Всистемі запропоноване використання насосу (8) з регулюємим розходом теплоносія, що значно підвищує ефективну температуру теплоносія в дні з малою щільністю потоку сонячної радіації.

Для цілорічної безвідмовної дії системи до неї входять розповітрувач контуру теплоносія (12) та розширювальний бачок (13).

Керування роботою контуру теплоносія виконує система автоматичного управління(САУ). В залежності від показань температури на термопарах Т1 та Т2 приймається рішення щодо перемикання автоматичних вентилів (2) та (7).

Робота САУ:

1. Якщо Т1 > Т2 триходовий вентиль (2) перемикає розход теплоносія на теплові акумулятори, вентиль (7) – відкрито; БОР та БА заряджаються тепловою енергією, циркуляційний насос (8) працює на основному режимі.

2. Якщо Т1< Т2 триходовий вентиль (2) перемикає розход теплоносія в обхід теплових акумуляторів, щоб не «вимивати» з них теплову енергію, вентиль (7) – закривається. Насос (8) – переходить в роботу на економічному режимі з мінімальним розходом теплоносія.

Якщо температура води після виходу з бака-акумулятора не достатня для використання в системі гарячого водо-забезпечення, автоматично вмикається додотковий догрівач (9). При надто високій температурі гарячої води оптимальна температура досягається у змішувачі (10).

2. Спеціальна частина

2.1 Розрахунок кліматичних характеристик

Смт Драбів розташоване у верхів'ях заболоченої притоки Дніпра річки Золотоношки, за 75 км від обласного центру м. Черкаси. Клімат помірно-континентальний з м’якою зимою та спекотним літом. Середньорічна температура повітря складає 8,5°С; найнижча вона у січні (мінус 5,5°С), найвища у липні (21,3°С). В табл. 2.1, приведені основні кліматичні характеристики смт Драбів φ_p = 48,5˚ _ПН.Ш [3].

Таблиця 2.1

Основні кліматичні характеристики смт Драбів

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
середня денна температура, °С	-5,5	-4,1	0,8	9,4	16,0	19,6	21,3	20,6	15,4	8,4	2,5	-2,1
амплітуда коливання температури, °С	5	5	5	8	10	9	9	10	11	7	3	3
тривалість світового дня, год	8,76	10,35	11,8	13,6	15,17	16,0	15,66	14,4	12,63	10,93	9,30	8,40
коефіцієнт сонячного випромінювання	0,18	0,24	0,39	0,45	0,55	0,61	0,67	0,71	0,61	0,47	0,29	0,18
швидкість повітряних мас, м/с	5,4	5,7	5,2	5,0	4,4	3,8	3,7	3,8	4,1	4,6	4,9	5,2

Температуру зовнішнього повітря для і-тої години j-того місяця можна визначити за формулою[4]:

t_ij = t_j + 0,5 k_i A_j (2.1)

де t_j – середньодобова температура повітря j-того місяця, °С;

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

k_i – коефіцієнт перерахунку для і-тої години (табл. 2. 2) та на (рис. 2.1).

Таблиця 2.2

	Години
	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
Кі	0	0,26	0,5	0,71	0,87	0,97	1	1	0,97	0,87

Рисунок 2.1 – Графік залежності амплітуди коливання температури від часу

Розрахунок установки гарячого водопостачання виконується за годинними сумами прямої та розсіяної сонячної радіації та температурою зовнішнього повітря. Інформація на цю тему наведена в [4].

В атласі [3] приведена інформація про інтенсивність сонячної радіації при безхмарному небі. Перерахуємо відомі довідкові дані для м. Київ 50,5˚ пн.ш., для Драбова с широтою 48,5˚ пн.ш.

Перерахунок будемо вести за лінійною емпіричною залежністю для горизонтальної поверхні:

(2.2)

де Е_{мр –} максимальне розрахункове значення інтенсивності сонячної радіації, (Вт/м²);

Е_мб – базова інтенсивність сонячної радіації в м. Києві, (Вт/м²);

φ_б = 50,5˚– широта м. Києва (базова);

φ_р = 48,5˚ – розрахункова широта.

З урахуванням того, що широти φ_р та φ_б відомі, то рівняння (2.2) можна переписати у вигляді:

(2.3)

Дані базової інтенсивності сонячної радіації для 11-12 годин дня, приведені в табл. 2.3 [3].

Таблиця 2.3

Базова інтенсивність сонячної радіації для 11-12 годин дня

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Емб, Вт/м2	315	490	655	765	865	880	845	785	675	510	355	280

За формулою 2.3 розраховуємо значення потужності сонячної радіації:

Для 1 місяця:

;

Для наступних місяців розрахунок проводиться аналогічно, результати розрахунку зведено до табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Інтенсивність сонячної радіації в смт Драбів.

Місяці	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Емр, Вт/м2	330,1	513,5	686,4	801,7	906,5	922,2	885,6	822,7	707,4	534,5	372,0	293,4