4. Подготовка выступления по работе

Это завершающая и важнейшая часть курсового проектирования, называемая защитой курсового проекта. Студент предоставляет пояснительную записку, плакаты (слайды, подготовленные например, в MS Power Point собственно сам доклад по работе. Его продолжительность 5-7 минут.

Он включает:

• Полное название темы курсового проекта.

• Обоснование её актуальности.

• Формулировку инженерной задачи.

• Характеристику алгоритма, обеспечивающего её решение.

• Демонстрацию работы алгоритма на конкретном примере.

• Область применения данного инженерного решения и эффект от его внедрения.

После доклада необходимо ответить на вопросы членов комиссии. Ответы должны быть точными, краткими, убедительными и показывать полное владение материалом.

Раздел 1.Научно–методические основы энергосбережения

В этом разделе должна быть проанализированы направления энергосберегающей политики Украины, условия оптимального энергоиспользования, методы энергосбережения в секторах народного хозяйства, экологические аспекты энергосбережения.

Раздел 2. Оценка эколого-экономической эффективности использования гелиоустановки для горячего водоснабжения жилого дома

Реализация поставленной задачи требует выполнения следующего:

1) Определение среднемесячной и годовой величины дневного поступления солнечной энергии на наклонную поверхность солнечного коллектора Е_к (МДж/(м²*мес.)), воспринимаемой солнечным коллектором площадью 1 м², расположенным под близким к оптимальному значению углом β₂=45^о к горизонту (для г. Киева)

2) Определение среднего расхода теплоты на горячее водоснабжение при децентрализованном теплоснабжении здания за расчетный период.

3) Расчет площади КСЭ и объема бака-аккумулятора.

4) Расчет эколого-экономической эффективности использования систем солнечного горячего водоснабжения (ССГВС).

2.1. Исходные данные

1) N - количество жильцов.

2) а – норма расхода воды на горячее водоснабжение жилых зданий на данного человека в сутки, л/сут*чел);

3) t_г.в. – температура горячей воды (принимается равной 65^оС)

4) t_х.в. – температура холодной (водопроводной) воды, обычно принимаемая 15^оС летом и 5^оС зимой

5) n – число дней в расчетном периоде.

6) место расположения.

7) f - годовая доля солнечной энергии в покрытии годовой нагрузки горячего водоснабжения

2.2. Теоретическое обоснование расчетов

Количество солнечной энергии, поступающей на горизонтальную поверхность Земли, сильно зависит от широты местности. Отношение среднемесячных приходов солнечной радиации в июне и декабре с увеличением широты возрастает, и на широте 50^о с.ш. оно приблизительно равно 13. Еще в большей степени различается поступление солнечной энергии в самый хороший и самый плохой дни года, при этом отношение Е_макс и Е_мин может достигать 50. Эти данные свидетельствуют о большом изменении в течение года количества поступающей солнечной энергии, а следовательно, и о подробном изменении теплопроизводительности гелиосистемы.

Для расчета располагаемого количества солнечной энергии, поступающего на наклонную лучепоглощающую поверхность, необходимо знать углы падения солнечных лучей на наклонную и горизонтальную поверхности в данном месте. На количество солнечной энергии, поступающей на наклонную поверхность коллектора, оказывает влияние ориентация коллектора относительно южного направления, характеризуемая углом между нормалью к плоскости КСЭ и южным направлением - азимутом коллектора.

Среднемесячное дневное поступление солнечной энергии на наклонную поверхность солнечного коллектора можно рассчитать по формуле:

E_k =R·E, (1)

где E – среднемесячное дневное суммарное количество энергии, поступающей на горизонтальную поверхность, МДж/(м²*день);

R – коэффициент пересчета суммарного потока солнечной энергии с горизонтальной поверхности на наклонную поверхность. Значение этого коэффициента для широты г. Киева (φ = 50˚ с.ш.) для различных значений угла наклона коллектора к горизонту приведена в табл.1.

Среднемесячное дневное поступление суммарной Е и рассеянной (в пасмурные дни) Е_р солнечной энергии в МДж/м² и среднемесячная температура наружного воздуха t_n для г.Киева приведено в табл. 2. Для других городов аналогичные сведения можно найти в «Справочнике по климату СССР» (Л.: Гидрометеоиздат, 1966).

Таблица 1. Среднемесячный коэффициент R суммарного потока солнечной энергии с горизонтальной поверхности на наклонную поверхность солнечного коллектора (φ=50˚ с.ш.)

Месяц	Угол наклона коллектора к горизонту β
	30о	45о	60о	90о
Январь	1,3	1,37	1,37	1,18
Февраль	1,35	1,43	1,44	1,23
Март	1,24	1,27	1,23	0,98
Апрель	1,10	1,07	0,99	0,69
Май	1,02	0,95	0,84	0,53
Июнь	0,98	0,90	0,78	0,47
Июль	0,99	0,92	0,81	0,49
Август	1,07	1,02	0,93	0,62
Сентябрь	1,20	1,21	1,15	0,88
Октябрь	1,34	1,41	1,40	1,18
Ноябрь	1,32	1,40	1,40	1,21
Декабрь	1,41	1,52	1,56	1,39
Среднегодовое значение	1,11	1,09	1,01	0,72

Таблица 2. Дневное поступление суммарной Е и рассеянной Е_р солнечной радиации (МДж/м²) и средняя температура наружного воздуха t_n (˚C) по месяцам в г. Киеве (φ=50˚с.ш.)

показатель	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Е	3,1	5,36	9,72	13,9	18,76	21,82	20,52	17,28	12,65	7,29	2,92	2,16
Ер	2,29	3,43	5,53	7,51	9,18	10,00	9,45	7,69	5,84	3,91	2,08	1,62
tn	-6,1	-5,6	-0,7	7,2	14,3	17,6	18,8	17,7	13,7	7,2	1,00	-3,7

С учетом данных таблиц 1 и 2 легко рассчитать среднемесячное значение солнечной радиации Е_к (МДж/(м²*мес.)), воспринимаемой солнечным коллектором площадью 1 м², расположенным под близким к оптимальному значению углом β₂=45^о к горизонту в г. Киеве (табл. 3.)

Суммируя ежемесячное поступление энергии, получаем годовую солнечную энергию, воспринимаемую коллектором (β=45^о) площадью 1 м²: Е_к = 4447,6 МДж/м², что эквивалентно 1235,4 кВт*ч. При этом в зимний период времени (с октября по март) поступление энергии составляет 1272 МДж/м², т.е. 28,6% суммарного годового поступления. Таким образом, благодаря наклону солнечного коллектора к горизонту под углом β=φ, коллектор в зимний период времени может воспринять солнечную энергию в количестве, равном примерно 40% поступлений энергии в летнее время.

Основной вывод, который можем сделать из рассмотренных данных, состоит в том, что поступление солнечной энергии нестабильно во времени, ее максимальное поступление приходится на летнее время, когда потребность в тепловой энергии минимальна. Поэтому в настоящее время использование солнечной энергии наиболее целесообразно и экономически выгодно при создании систем горячего водоснабжения и в близких к ним по техническому решению установках подогрева воды (например, в плавательных бассейнах). Это объясняется тем, что тепловая нагрузка систем горячего водоснабжения в жилых зданиях сравнительно стабильна в различные месяцы года.

Поэтому солнечные системы для систем горячего водоснабжения имеют достаточно высокую эффективность и хорошую окупаемость.

Что касается использования солнечной энергии для отопления здания, то эффективность гелиосистем снижается за счет меньшего времени использования в течение года (только в зимний период), из-за уменьшения солнечной инсоляции в зимние месяцы и, следовательно, из-за обусловленной этим обстоятельством необходимости увеличения площади солнечных коллекторов. Кроме того, системы горячего водоснабжения – наиболее удобный потребитель солнечной энергии, поскольку температура воды в системе не слишком высокая и в летнее время отличается от температуры наружного воздуха не более чем на 30–40˚С. Именно это обстоятельство позволяет создать простую по конструкции гелиоустановку с достаточно высоким значением КПД солнечного коллектора.

Таблица 3. Среднемесячная величина солнечной радиации Е_к МДж/(м² ·мес.) по месяцам

показатель	Месяц
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
Ек	132	215	383	446	553	589	582	546	459	319	127	10216

ЖЖЖЖЖ

При этом средний расход теплоты на горячее водоснабжение при децентрализованном теплоснабжении здания за расчетный период можно определить по формуле:

Q_г.в.=1,2·a·С_р·ρ(t_г.в. – t_х.в.) N·n, (2)

где а – норма расхода воды на горячее водоснабжение жилых зданий на одного человека в сутки, л/сут*чел);

С_р – удельная изобарная теплоемкость воды, С_р = 4190 Дж/кг*^оС.

ρ – плотность воды, кг/л (ρ=1).

t_г.в. – температура горячей воды (принимается равной 65^оС).

t_х.в. – температура холодной( ) воды, обычно принимаемая 15^оС летом и 5^оС зимой.

N – число жителей.

n – число дней в расчетном периоде.

Для практических расчетов расхода энергии на горячее водоснабжение удобно пользоваться номограммой, приведенной на рис. 1.

Рис.1. Номограмма для определения расхода теплоты и воды на горячее водоснабжение жилых зданий[2].

На номограмме приведен пример определения среднего расхода теплоты и количества горячей воды для числа жителей N – 7 чел, при норме потребления горячей воды а = 80 л/(сут*чел) и разности температур 60^оС. Величина годового потребления энергии на горячее водоснабжение составляет 57 ГДж/год, а расход воды 440 м³/год.

Основываясь на опыте проектирования, сооружения и эксплуатации гелиоустановок горячего водоснабжения в условиях различных регионов Украины, в [1] приводится оценка удельной экономии топлива Э_топ или электрической энергии Э_эл, отнесенной к 1 м² площади солнечного коллектора, установленного под углом 30⁰ к горизонту (табл. 4.)

Таблица 4. Значения величин удельной экономии топлива Э_топ и электрической энергии, отнесенной к 1 м² площади солнечного коллектора (β=30^о )

Город	Этоп , кг у.т./(м2*год)	Ээл кВт*ч/(м2*год)
Симферополь	132	768
Одесса	128	746
Донецк	115	639
Киев	103	573
Сумы	94	519
Львов	86	477

Для практических расчетов площади КСЭ и объема бака–аккумулятора удобно пользоваться номограммой, приведенной на рис2. [2]

ё