Приклади розрахунків усгв

Приклад 1. Розрахувати УСГВ для спального корпусу пансіонату сезонної дії в м. Евпаторія.

Оскільки гаряча вода застосовується тільки для душових згідно з п.1.2 приймаємо УСГВ без дублеру. Сонячні колектори проектується встановити на даху корпусу, а баки-акумулятори в підвалі. Принципова технологічна схема системи наведена на рис.2. Приймаємо сонячні колектори типу КСБ-4.00, технічні характеристики яких наведені в табл. 2. Кут нахилу колекторів до горизонту приймаємо приблизно дорівнюючим широті місцевості b = 45^о.

Температура холодної води влітку t₁=15^оС, гарячої - t₂=50^оС. Добові витрати згідно [3] становлять 70 л на людину. Загальні витрати гарячої води дорівнюють:

G = 0,07 * 300 * 988 = 20748 кг/доб.

Розрахунковий місяць жовтень, середньодобова температура повітря і амплітуда температур повітря згідно [4] становлять t_е=+17,9^оС, А=7,7^оС. Температура кожної години обчислюється за формулою (1):

t_і = 17,9+ 3,85К_і .

Результати обчислень наведені у графі 2 таблиці 5.

Приведені оптичні характеристики сонячного колектора для прямої та розсіяної сонячної радіації приймаємо _s=0,74; _D=0,64. Коефіцієнт положення колектора для жовтня P_s=1,74. Для розсіяної радіації P_D=cos45/2 =0,85. Приведену інтенсивність поглиненої сонячної радіації визначаємо за формулою:

q_,i = 0,96 (1,288 І_s + 0,544 І_D).

Значення І_s, І_D приймаємо відповідно додатку 1.

Результати обчислень наведені в графах 3-5 таблиці 5. Рівноважну температуру кожної години визначаємо за формулою (7) при U = 5,3 Вт/м²К (графа 6).

Годинну продуктивність УСГВ обчислюємо за формулою (6) і вносимо до графи 6 таблиці 5. Потрібна температура води не може бути забезпечена у 8 та 17 годину.

15

Таблиця 5

і	tе, оС	Pss Is, Вт/м2	PDD ID, Вт/м2	q,i, Вт/м2	tmax, оС	gi, кг/м2г
1	2	3	4	5	6	7
8	17,9	60,5	31,4	88,2	33,5	-
9	18,9	149,3	57,2	198,2	56,3	2,42
10	19,8	254,9	76,2	317,9	79,8	5,87
11	20,6	329,6	88,7	401,6	96,4	8,11
12	21,2	404,3	94,7	479,0	111,6	10,13
13	21,6	388,9	94,7	464,3	109,2	9,81
14	21,8	359,3	81,2	422,9	101,6	8,80
15	21.8	269,1	69,6	325,2	83,2	6,33
16	21,6	164,8	50,6	206,8	60,6	3,12
17	21,2	60,5	25,6	82,7	36,8	-

g_і = 54,59

Необхідна площа сонячних колекторів дорівнює:

А = 20748/54,59 = 380 м².

Кількість сонячних колекторів типу КСБ-4.00

n = 380/1,6 = 238 шт.

Питома площа сонячних колекторів становить

А = = 125,2 м²/ГДж.

Сезонний ККД обчислюємо за данними п.3.9

 = 0,232 + 0,002 * 125,2 - 4,8 * 10^-6 * 125,2² = 0,407.

Кількість сонячної енергії, падаючої на колектор, обчислюємо за формулою (2).

Результати обчислень наведені у таблиці 6.

16

Таблиця 6

	Місяць
	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X
s Іs, Вт*год/м2	2953	2953	3532	4167	4082	3767	3299
DID, Вт*год/м2	1572	1851	1691	1533	1392	1295	1048
qj , Вт*год/м2	4525	4804	5223	5700	5474	5062	4347
j, діб	30	31	30	31	31	30	31
, кВт*год/м2	135,8	148,9	156,7	176,7	169,7	151,9	134,8

q_і = 1074,5 кВт*год/м²

Продуктивність УСГВ за сезон обчислюється за формулою

Q = 238 * 1,6 * 0,407 * 1074,5 * 10^-3 =

= 166,5 МВт*год = 599,5 ГДж.

Приклад 2. Розрахувати УСГВ для спального корпусу цілорічної дії в умовах прикладу 1. Згідно з п.1.2 приймаємо двохконтурну УСГВ із 100% дублером. Принципова технологічна схема наведена на рис.3. Кут нахилу колекторів b = 45^о. Розрахунковий місяць – липень, середньодобова температура повітря в якому і амплітуда температур згідно з [4] становить t_е=+17,9^оС, А=7,7^оС. Коефіцієнти положення колектора для липня P_s=0,95; P_D=0,85.

Сумарну інтенсивність падаючої на колектор сонячної радіації визначаємо за формулою:

q_i=0,95 І_s+0,85 І_D.

Результати розрахунків наведені в таблиці 7.

Таблиця 7

і	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
0,95 Іs	221,3	343,0	453,2	520,0	563,4	564,3	519,7	419,3	320,2	231,8
0,85 ІD	119,0	138,6	158,1	177,7	177,7	177,7	168,3	158,1	138,6	119,0
qi	340,3	481,6	611,3	697,7	741,1	741,1	688,0	571,4	458,8	350,8

g_і = 5682,1

17

Температури на вході та виході з колектору t₁=15+5=20^оС, t₂=50+5=55^оС.

Коефіцієнт корисної дії установки визначається за формулою (14):

Необхідну площу сонячних колекторів обчислюємо за формулою (12):

Кількість сонячних колекторів типу КСБ-4.00

n = 302,6/1,6 = 189 шт.

Загальний обсяг емких теплообмінників приймаємо із розрахунку 0,08 м³ на 1 м² сонячних колекторів. Річний ККД УСГВ визначаємо за формулою

V = 0,08 * 302,6 = 2,5 м³

Річний ККД УСГВ визначаємо за формулою

Площа сонячних колекторів та об^’єм ємких теплообмінників дорівнює

А = 10⁶ *3026/[4,19 * 20748 (50 – 15)] = 99,5 м²/ГДж,

V = 10⁶ * 25/[4,19 * 20748 (50 – 15)] = 8,2 м³/ГДж.

Річний ККД УСГВ становить

 = 0,563 - 0,002 * 99,5 + 0,015 * 8,2 + 5,62 * 10^-6 * 99,5² -

- 6,8 * 10^-4 * 8,2² - 1,2 * 10^-5 * 99,5 * 8,2 = 0,486.

Середньодобова кількість сонячної енергії, падаючої на колектор кожного місяця, визначена за формулою (2) із врахуванням місячних значень коефіцієнтів положення і наведена в таблиці 8.

Кількість сонячної енергії, падаючої на колектор за рік, становить 1449 кВт год/м².

Річна продуктивність УСГВ обчислюється за формулою (20)

Q_р = 14449,2 * 0,486 * 302,6 = 213,1 МВт*год = 770 ГДж.

18

Таблиця 8

	Місяць
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
PsІs, Вт*год/м2	2,86	1,99	1,49	1,17	1,0	0,92	0,98	1,08	1,33	1,74	2,47	3,27
PDID, Вт*год/м2	1361	1530	2310	2938	2953	3532	4167	4082	3767	3299	1756	1148
qj, Вт*год/м2	672	938	1363	1572	1851	1691	1533	1392	1295	1048	782	564
j, діб	31	28	31	30	31	30	31	31	30	31	30	31
, кВт*год/м2	63,0	69,1	113,9	135,3	148,9	156,7	176,7	169,7	151,9	134,8	76,1	51,1

Приклад 3. Розрахувати УСГВ сезонної дії для сільського будинку на 5 мешканців, розташованого в Київської області. Сонячні колектори розміщуються на південному схилі даху, а бак-акумулятор на горищі. Дублером УСГВ є котел на твердому паливі. Приймаємо УСГВ з природньою циркуляцією, технологічна схема якої наведена на рис. 1.

Кут нахилу колектора до горизонту дорівнює b =35^о. Добові витрати гарячої води становлять 100 л на людину. Загальна витрата гарячої води G=0,1*5*988=494 кг/доб.

Розрахунковий місяць – вересень, середньодобова температура повітря в якому становить 13,9^оС, амплітуда коливань А=10,2^оС. Технічні характеристики колекторів такі як у прикладі 1. Коефіцієнти положення колектора для вересня P_s=1,19; P_D=0,91.

Температуру води в акумуляторі по годинах розраховуємо за формулою (11) . В першу годину роботи УСГВ температуру t₁ приймаємо дорівнюючою температурі повітря, а питомий об^,єм баку-акумулятору v = 0,035 м³/м² .

Перевіримо можливу температуру в акумуляторі.

Результати розрахунків наведено в графах 1 – 7 таблиці 9, з яких виявляється, що при прийнятому питомому об’ємі акумулятора температура води незначно відрізняється від норми.

19

Таблиця 9

і, год	tе, оС	Pss Is, Вт/м2	PDD ID, Вт/м2	qi	ti	gi, кг/ м2год
8	13,9	61,6	47,0	104,3	13,9	7,2
9	15,2	123,2	74,2	189,5	16,0	14,0
10	16,5	183,9	100,9	273,4	20,0	19,9
11	17,5	235,0	107,9	329,2	25,7	22,5
12	18,3	256,1	107,9	349,4	32,1	21,7
13	18,8	225,3	114,8	326,5	38,3	17,2
14	19,0	205,0	107,9	300,4	43,2	12,8
15	19,0	153,1	100,9	243,8	46,9	8,2
16	18,8	123,2	74,2	189,5	49,2	1,25
17	18,3	61,6	47,0	104,3	49,6	0

Потрібна площа сонячних колекторів

А = 0,494/(0,031 * 988) = 14,3 м² .

Кількість колекторів n = 14,3/1,6 = 8,9  9 шт. площею 14,4 м² .

Корисний об^’єм баку-акумулятору

V = 14,4 * 0,035 = 0,504 м³ .

20

ЛІТЕРАТУРА

1. Справочник по климату СССР. -Л.: Гидрометеоиздат, 1966.

2. ВСН 52-86 «Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования». –М.: Стройиздат, 1988.-16с.

3. СНиП 2.04.01.85 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Нормы проектирования». –М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1986. –56 с.

4. СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика». - М.: Стройиздат, 1983.-136с.

21

Додаток 1

Годинні суми прямої сонячної радіації (Вт/м²)

на горизонтальну поверхню

І зона

Місяць	Години
	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	
1	0	0	23	35	47	47	47	23	8	0	230
2	0	23	47	70	93	105	93	70	35	0	536
3	35	81	116	151	174	186	174	128	81	35	1161
4	81	151	209	233	244	221	209	186	116	70	1720
5	151	233	302	326	314	302	291	233	186	128	2466
6	198	279	349	384	395	372	337	291	233	163	3001
7	186	267	337	349	349	337	326	279	221	163	2814
8	140	221	291	326	337	314	291	256	186	116	2478
9	70	140	209	267	291	256	233	174	140	70	1850
10	23	58	93	140	163	163	140	105	58	23	966
11	0	12	23	35	47	47	47	23	12	0	246
12	0	0	12	23	47	35	23	12	0	0	152