Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний технічний університет України

” Київський політехнічний інститут ”

Розрахункова робота

З теми:

«Розрахунок та вибір обладнання для системи гарячого водопостачання з сонячним колектором»

з курсу

«Нетрадиційні та поновлювальні джерела енергії»

Виконав:

ст. 4 курсу,

гр. ОТ-01, ІЕЕ

Степанець І.О.

Перевірила:

Дубровська В.В.

Київ-2013

1. Завдання на розрахункову роботу

Розрахувати автономну систему гарячого водопостачання котеджу з використанням сонячного колектора та традиційного джерела енергії. Будівля, в якій мешкає 7 людей, розташована в місцевості – місто Чернігів. Витрата гарячої води однією людиною становить 50 л/добу. СК встановлений під кутом 35⁰ до горизонту з орієнтацією на південь та використовується з квітня по вересень. В теплогенераторі (котлі) з коефіцієнтом корисної дії _ТГ=0,85 використовується органічне паливо – природний газ з теплотою згоряння - Q^Р_Н=35,84 МДж/нм³. Визначити енергетичну, екологічну та економічну доцільність впровадження даної системи.

2. Визначення теплового навантаження об’єкту на гвп

Фактичне навантаження гарячого водопостачання житлових будинків, тобто кількість теплоти, необхідна для нагрівання води на потреби домашнього господарства, сильно залежить від звичок мешканців будівлі.

Добова витрата гарячої води G^Д, л/доба, визначається з рівняння:

,

G^д=7*50=350 л/доба.

Річна витрата гарячої води G^РІК , л/рік, складає:

.

G^РІК=350*365=127750 л/рік

Добова потреба в тепловій енергії – для гарячого водопостачання житлових будинків розраховується за формулою:

(Вт·год)/доба

ГДж/доба

=1,163*350*(55-15)=16282 (Вт·год)/доба =0,059 ГДж/доба

3. Визначення сонячного потенціалу місцевості

Величина питомої теплової енергії q_і, Вт·год/м², що надходить на 1 м² похилої поверхні сонячного колектора за i-ту годину безхмарного дня, визначається за формулою [4]:

,

де H_В і H_D – питомі теплові потоки, Вт/м², прямого та розсіяного сонячного випромінювання, що падає на горизонтальну поверхню на широті населеного пункту при безхмарному небі і розраховується за даними табл. Д1. R_В – коефіцієнт перерахунку прямої сонячної радіації на похилу поверхню з південною орієнтацією. s – кут нахилу поверхні сонячного колектору до горизонту. Годинний кут  дорівнює нулю в полудень для колекторів орієнтованих на південь; через кожну годину значення годинного кута змінюється на 15° зі знаком плюс від 12 годин до ранку або мінус від 12 годин до вечора. Наприклад, в 11 годин  = +15°, а в 13 годин  = -15°.

Питомий тепловий потік q^/_і, Вт·год/м², що надходить на 1 м² похилої поверхні сонячного колектора за i-ту годину за реальних умов хмарності та втрат теплоти, визначається за рівнянням:

,

₁ – коефіцієнт, що враховує ступінь прозорості атмосфери, величина його коливається від 0,8 в промислових районах до 1 в курортній зоні. Для гірських курортів ₁ = 1,1.

Коефіцієнти _O для деяких міст України беремо в табл. Д2.

Питомий тепловий потік q^К_і, Вт·год/м², що корисно використовується в системі гарячого водопостачання щогодини за реальних умов хмарності та втрат теплоти, визначається за формулою:

де ₂ - коефіцієнт, що враховує втрати, обумовлені нестаціонарним теплообміном при змінній хмарності. Рекомендується приймати ₂ = 0,9.

₃ – коефіцієнт, що враховує втрати теплоти від сонячного колектора до споживача. Величина цього коефіцієнта приймається 0,85 для централізованих систем гарячого водопостачання, а для локальних водонагрівачів - 0,98.

_K - коефіцієнт корисної дії сонячного колектора, який залежить від його конструкції.

Розрахунки представлені в таблиці.

Приймаємо:		1=0,9				2=0,98						3=0,9
Години	НВ		НD		qі		О		К		qі˴	qіК
	Вт/м2				Втгод/м2						Втгод/м2	Втгод/м2
1	2		3		4		5		6		7	8
квітень
6-7	126		70		173,10		0,63		0,526		98,15	45,54
7-8	251		84		366,56						207,84	96,42
8-9	377		98		565,53						320,65	148,76
9-10	503		126		777,51						440,85	204,52
10-11	569		129		882,00						500,09	232,01
11-12	635		133		981,07						556,26	258,07
6-18	Всього				Втгод/(м2добу)						4247,69	1970,64
травень
6-7	223		84		226,57		0,68		0,575		138,66	70,32
7-8	349		94		414,78						253,84	128,74
8-9	475		105		605,80						370,75	188,03
9-10	615		126		819,47						501,52	254,34
10-11	639		126		871,93						533,62	270,63
11-12	712		126		969,75						593,49	300,99
6-18	Всього				Втгод/(м2добу)						4783,75	2426,08
червень
6-7	258		84		237,38		0,64		0,596		136,73	71,88
7-8	377		98		419,84						241,83	127,12
8-9	496		112		602,56						347,07	182,45
9-10	622		126		788,68						454,28	238,80
10-11	684		126		883,71						509,02	267,58
11-12	747		126		967,75						557,42	293,02
6-18	Всього				Втгод/(м2добу)						4492,70	2361,69
липень
6-7	223		84		220,63		0,65		0,61		129,07	69,44
7-8	363		100		419,82						245,60	132,14
8-9	496		112		616,31						360,54	193,98
9-10	587		119		760,02						444,61	239,21
10-11	667		126		881,96						515,95	277,59
11-12	719		136		964,23						564,07	303,48
6-18	Всього				Втгод/(м2добу)						4519,68	2431,68
серпень
6-7	147		63		168,81		0,71		0,603		107,87	57,37
7-8	276		84		365,93						233,83	124,36
8-9	398		108		565,69						361,48	192,25
9-10	510		112		731,94						467,71	248,75
10-11	573		115		831,27						531,18	282,51
11-12	635		119		922,37						589,39	313,47
6-18	Всього				Втгод/(м2добу)						4582,93	2437,41
вересень
6-7	56		49		117,50		0,59		0,568		62,39	31,26
7-8	168		66		302,53						160,64	80,48
8-9	300		84		519,93						276,08	138,31
9-10	433		91		728,38						386,77	193,76
10-11	492		98		826,68						438,97	219,91
11-12	552		105		924,63						490,98	245,97
6-18	Всього				Втгод/(м2добу)						3631,68	1819,38

Площа A, м², сонячних колекторів визначається за формулою:

=6,68 м².

Приймаємо А=7 м².

Об’єм бака-акумулятора V, м³, визначається за формулою:

=0,49 м³.

Кількість теплової енергії W_j^M, (кВт·год)/місяць, виробленої сонячним водопідігрівачем, розраховується окремо для кожного j - го місяця роботи за формулою:

№	Wм
4	413,83
5	526,46
6	495,95
7	527,67
8	528,92
9	382,07
Wp		2875

Питоме виробництво теплової енергії, віднесене до 1 м² сонячного колектора, складає:

=2875/7=410,7 (кВт·год)/(місяць м²).