Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

solncemetod

.pdf
Скачиваний:
12
Добавлен:
17.03.2016
Размер:
1.04 Mб
Скачать

Міністерство освіти і науки України Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання розрахункової роботи з дисципліни:

“Сонячна теплоенергетика” для студентів усіх форм навчання

за напрямком підготовки 6.050701 – “Електротехніка та електротехнології”,

спеціальність: 6.05070107– “Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії”

Київ 2015

Методичні вказівки до виконання розрахункової роботи з дисципліни “Сонячна теплоенергетика” для студентів усіх форм навчання за напрямком підготовки 6.050701 “Електротехніка та електротехнології” спеціальність: 6.05070107 – “Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії” усіх форм навчання Укладач: Вишневська Ю.П., – К.: ФЕА НТУУ “КПІ”, 2015. – 27 с.

Затверджено Вченою радою ФЕА НТУУ “КПІ”

(Протокол №7 від 23 лютого 2015 р.)

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання розрахункової роботи з дисципліни

“Сонячна теплоенергетика”

для студентів усіх форм навчання за напрямком підготовки 6.050701 “Електротехніка та електротехнології”, спеціальність: 6.05070107 – “Нетрадиційні та відновлювані джерела енергії”

Укладач: Вишневська Юлія Павлівна, к.т.н., асист.

Відповідальний

 

редактор

Кудря Степан Олександрович, д.т.н., професор

Рецензент

Рєзцов Віктор Федорович, член-кореспондент НАН України, д.т.н.,

 

професор

2

ЗМІСТ

 

Вступ………………………………………………………………………….

4

Рекомендації щодо виконання та оформлення розрахункової роботи.......

5

Порядок захисту розрахункової роботи…………………………………....

6

Основні теоретичні відомості……………………………………………….

7

Методика розрахунку характеристик плоского сонячного колектора .….

17

Варіанти завдань для виконання розрахункової роботи…………………..

24

Перелік використаної та рекомендованої літератури……………………..

25

Додаток А Зразок титульної сторінки розрахункової роботи………….....

26

Додаток Б Зразок сторінки завдання до розрахункової роботи…….…….

27

3

ВСТУП

Завдання та методичні рекомендації щодо самостійної роботи студентів над виконанням розрахункової роботи розроблено згідно з типовою навчальною програмою дисципліни “Сонячна теплоенергетика”, затвердженою кафедрою відновлюваних джерел енергії (протокол № 13/1 від 16 травня 2014 р.) та методичною комісією факультету електроенерготехніки та автоматики (протокол № 1 від 27 червня 2014 р.).

Підготовка студентів у межах курсу “Сонячна теплоенергетика” як технічного змістовного модуля спрямована на формування уявлення студентів про:

потенціал сонячної енергетики в різних кліматичних зонах;

способи використання енергії сонячної радіації;

сучасні та перспективні конструкції систем сонячного теплопостачання та опалення;

методи підвищення ефективності геліоенергетичних установок;

принципи проектування комбінованих та комплексних енергосистем;

методи аналізу та оцінювання теплової ефективності теплотехнічного обладнання.

Дисципліна “Сонячна теплоенергетика” узагальнює дані відповідної науково-практичної діяльності, формує поняття і методологію, необхідні для вивчення у подальшому таких дисциплін як «Перетворення та акумулювання енергії відновлюваних джерел», «Основи експлуатації систем з відновлюваними джерелами енергії», «Надійність систем з відновлюваними джерелами енергії», «Фізика і техніка відновлюваної енергетики», «Економіка нетрадиційної та відновлюваної енергетики».

Метою даних методичних вказівок є поглиблення вивчення дисципліни та набуття навичок і вмінь, самостійних розрахунків, аналізу та обґрунтування висновків у процесі вивчення дисципліни “Сонячна теплоенергетика”.

4

1. РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ВИКОНАННЯ ТА ОФОРМЛЕННЯ РОЗРАХУНКОВОЇ РОБОТИ

Мета виконання розрахункової роботи (РР) – закріплення теоретичного матеріалу курсу “Сонячна теплоенергетика”, вироблення у студентів навичок та умінь самостійно користуватись навчальною і спеціальною літературою для виконання типових розрахунків. При виконанні РР необхідно дотримуватися наведених нижче правил. Роботи, виконані без дотримання цих правил, можуть бути повернені студентові для доопрацювання. Розрахункова робота оформлюється у вигляді розрахунково-пояснювальної записки, яка містить 10-20 сторінок формату А4. Умовні графічні позначення елементів схем повинні відповідати ДСТУ. Літери позначення і найменування кожної величини повинні бути подані в одиницях СІ.

Структура та зміст роботи. Типова структура розрахунковопояснювальної записки наступна:

титульний аркуш;

аркуш завдання;

зміст;

вступ;

основна частина;

список літератури (перелік посилань);

додатки (за необхідності).

Усі структурні елементи роботи розпочинаються з нової сторінки.

Титульний аркуш містить:

назву вищого навчального закладу;

назву кафедри;

назву дисципліни і назву роботи, номер залікової книжки;

назву групи, прізвище, ім'я і по батькові студента;

прізвище, ініціали викладача;

місто та рік.

Приклад оформлення титульного аркуша наведено у додатку А. Аркуш завдання – стандартний бланк завдання (Додаток Б), заповнюється студентом самостійно згідно зі своїм варіантом. Варіант завдання на розрахункову роботу студент визначає за двома останніми цифрами номеру залікової книжки. Вступ містить порівняльну характеристику сонячних колекторів. Основна частина містить розрахунок характеристик плоского сонячного колектора з обґрунтуванням всіх дій за ходом розрахунків та виконанням всіх необхідних рисунків, які обов'язково супроводжуються посиланнями на використану літературу. Порядок розрахунку за формулою:

записати формулу у загальному вигляді, за якою обчислюють величини параметрів;

привести значення кожного умовного позначення;

підставити у формулу числові значення і обчислити величини;

провести перевірку одиниць вимірювання.

У кінці роботи необхідно зазначити список використаної літератури (джерел).

2. ПОРЯДОК ЗАХИСТУ РОЗРАХУНКОВОЇ РОБОТИ.

Кафедра складає графік ходу виконання РР, де зазначаються контрольні терміни виконання основних розділів, подання роботи до захисту. Якщо при виконанні роботи у студента виникають ускладнення з вирішенням завдань, він може звернутися до викладача за консультацією. Студент, що не подав розрахункову роботу, чи не захистив її у встановлений термін, вважається таким, що має академічну заборгованість. За результатами захисту розрахункової роботи студент отримує диференційовану оцінку, яка виставляється на титульному аркуші і завіряється підписом викладача.

6

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Сонячна енергетика – напрям відновлюваної енергетики, що базується на безпосередньому використанні сонячного випромінювання для отримання енергії в будь-якому вигляді. Сонячна енергетика використовує практично невичерпне джерело енергії і безпосередньо не виробляє шкідливих відходів. Сонячна радіація може бути перетворена в корисну енергію, використовуючи так звані активні, пасивні та комбіновані сонячні системи.

Системами пасивного сонячного теплопостачання є системи, в яких конструкційні елементи споруд використовуються в ролі теплоприймачів сонячної енергії. Тоді як системи активного сонячного теплопостачання використовують спеціалізовані установки, зокрема на основі сонячних колекторів, де відбувається поглинання сонячної радіації, перетворення її в теплову енергію, і передача теплової енергії теплоносію. У якості теплоносія можуть застосовуватися рідина (вода, розчини солей) або газ (повітря). Комбіновані системи сонячного теплопостачання поєднують в конструкції елементи пасивного і активного сонячного теплопостачання.

Пасивна система сонячного опалення – це енергетична система, в

якій процеси приймання, накопичення та використання сонячної енергії для опалення здійснюються природним шляхом в архітектурно-будівельних елементах будівлі. У пасивних системах використовується безпосереднє нагрівання будівельних елементів за рахунок теплоти, що надходить від прямої сонячної радіації, а акумулювання сонячного тепла відбувається у масивних конструкціях будівель. Використання таких систем потребує значних капітальних витрат на етапі проектування та будівництва, однак дає змогу значно (до 30-40%) скоротити потребу у опаленні з використанням традиційних джерел енергії. Залежно від розташування компонентів, розрізняють системи з прямим теплонадходженням (рис. 1) та системи з

непрямим теплонадходженням (рис. 2).

У системах з прямим теплонадходженням, сонячне випромінювання проникає в опалювані приміщення через віконні отвори і безпосередньо

7

нагріває будівельні конструкції, які стають приймачами і акумуляторами тепла [1, 2]. Для таких систем характерно, що температура повітря і поверхні предметів змінюються практично одночасно зі зміною інтенсивності сонячної радіації, яка надходить у приміщення. Найбільш доцільне використання таких систем у випадках, коли цикл потреби у тепловій енергії збігається з циклом надходження сонячної радіації, наприклад, для навчальних, офісних і адміністративних будівель, де є потреба у опаленні, переважно, у світлий час доби.

Рис.1 – Варіанти пасивних систем з прямим теплонадходженням

У системах з непрямим теплонадходженням потік сонячної радіації безпосередньо в приміщення не проникає, а проходячи через світлопрозору ізоляцію, поглинається теплоприймачами, які виконані як зовнішні огороджувальні конструкції і також одночасно виконують функції акумуляторів тепла [1, 2]. Тепло, накопичене в елементах конструкції будівлі, передається повітрю приміщення.

Перевагами таких систем є простота, а також інертність системи. У денний час під впливом сонячної радіації відбувається нагрів будівельних конструкцій, накопичене тепло яких витрачається в нічний час. На відміну від систем з прямим теплонадходженням, температура в приміщенні різко не змінюється в залежності від зміни інтенсивності сонячної радіації. Недоліками таких систем є більш високі теплові втрати в навколишнє середовище у порівнянні з системами прямого теплонадходження. Подібні системи нерідко називають сонячними стінами, оскільки, здебільшого, саме стіни є акумуляторами теплової енергії.

8

Рис. 2 – Варіанти пасивних систем з непрямим теплонадходженням

Одним з найбільш перспективних напрямків удосконалення пасивних систем сонячного опалення є використання світлопрозорих теплоізоляційних матеріалів (transparent thermal insulation). На відміну від традиційних теплоізоляційних матеріалів, які характеризуються низьким коефіцієнтом теплопередачі і є непрозорими для сонячного випромінювання, така теплоізоляція пропускає сонячне випромінювання, що дає змогу реалізувати інтегровані сонячні стіни.

Активні системи базуються на використанні спеціалізованих пристроїв, які перетворюють падаюче сонячне випромінювання у теплову енергію. Одним з основних компонентів сонячної нагрівальної установки даного типу є сонячний колектор, де відбувається поглинання сонячної радіації, перетворення її в теплову енергію і передача теплової енергії теплоносію, яка потім використовується для обігріву будівель, гарячого водопостачання, виробництва електроенергії, сушки сільськогосподарської продукції та ін.

За типом теплоносія, колектори поділяються на повітряні і рідинні. В залежності від температури теплоносія, яка може бути досягнута на виході колектора, вони також поділяються на низькотемпературні,

середньотемпературні і високотемпературні. У повітряних колекторах в якості теплоносія використовується повітря, а в рідинних – вода, незамерзаючі суміші (наприклад, гліколь), а також спеціальні розчини солей, які можуть нагріватися до температур вище 500° С.

Сонячні колектори можуть бути обладнані системою орієнтування по Сонцю, однак на практиці, переважна більшість колекторів встановлена

9

стаціонарно. Кут нахилу колектора геліосистеми до горизонту доцільно приймати рівним широті місцевості (Україна розташована між 44о23’ та 52о22’ північної широти); допустиме відхилення складає +5, –10о.

Типи сонячних колекторів. За конструктивним виконанням, сонячні колектори можна розділити на чотири основні типи:

плоский сонячний колектор;

незасклений сонячний колектор (абсорбер);

вакуумний сонячний колектор;

фокусуючий сонячний колектор.

Плоскі колектори – найпоширеніший тип сонячних колекторів, що використовуються в побутових водонагрівальних і опалювальних системах

(рис. 3).

Рис. 3 – Загальний вигляд плоского сонячного колектора

Світлопрозоре покриття (скління) є прозорим для сонячного випромінювання, але непрозорим для інфрачервоного. Сонячне випромінювання проходить через світлопрозоре покриття і поглинається абсорбером (рис. 4), за рахунок чого він нагрівається. Нагрітий абсорбер стає джерелом інфрачервоного випромінювання, однак завдяки властивостям скління, велика частина енергії залишається всередині колектора і поглинається теплоносієм. Крім того, скління запобігає прямому теплообміну абсорбера з атмосферним повітрям, що дозволяє знизити конвекційні

тепловтрати. Скління може бути прозорим або матовим. У плоских

10

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]