Средняя температура СК в течение года
| Месяц | ||||||||||||
| Тср |
Для расчета КПД СК следует принимать значения параметров солнечного излучения и температуры, полученные на сайте NASA для п. Ванавара (рис. 1.1 – 1.3). Результаты расчетов в табл. 1.2.
Таблица 1.2
Коэффициент полезного действия вакуумированного СК
| Месяц | ||||||||||||
| 0,374 | 0,61 | 0,671 | 0,706 | 0,719 | 0,724 | 0,726 | 0,716 | 0,679 | 0,592 | 0,413 | 0,106 |
Рисунок 1.1 – Результаты расчета на сайте NASA ежемесячной среднесуточного суммарного солнечного излучения на горизонтальной поверхности
Рисунок 1.2 – Результаты расчета на сайте NASA среднемесячной температуры на высоте 2 м от поверхности земли
, (2.1)
где WГВС - расход электроэнергии на ГВС, кВт∙ч;
m - масса воды, кг;
сm- удельная теплоемкость воды (равна 4,19 Дж/(кг∙К));
Тн - начальная температура воды, оС (температура холодной воды принимается для зимних условий 5 оС, а для летних условий 10 оС);
Тк - конечная температура воды, в соответствии с НТП-АПК, оС;
n - количество животных данного вида, гол.;
kп - коэффициент перевода из кДж в кВт∙ч (kп =2,77∙10-4).
Уровень водопотребления индивидуальных жилых домов (сельских жилых домов, коттеджей) зависит от внутреннего санитарно-технического оборудования жилого дома. В зависимости от этого нормы расхода воды жителями принимаются по табл. 1.3, согласно СНиП 2.04.01-85.
При расчете суточной потребности в воде для горячего водоснабжения, необходимо учитывать количество человек, проживающих в доме, и нормы расхода на одного жителя (табл. 1.3).
Таблица 1.3
Нормы расхода воды жителями жилых домов
| Водопотребители | Удельное среднесуточное (за год) хозяйственно-питьевое водопотребление в населенных пунктах на одного жителя, л/сут |
| Индивидуальные или блокированные жилые дома: с водопроводом и канализацией без ванн | 90-120 |
| с газоснабжением | 115-150 |
| с водопроводом, канализацией и ваннами с водонагревателями, рабо-тающими на твердом топливе | 140-180 |
| с водопроводом, канализацией и ваннами с газовыми водонаг-ревателями | 170-190 |
| с быстродействующими газовыми нагревателями и многоточечным водоразбором | 190-250 |
Примечание. Меньшие показатели принимаются для индивидуальных жилых домов (коттеджей), большие – для блокированного жилого дома с общей системой водоснабжения.
Расчет и выбор ССГВ
Для горячего водоснабжения семьи из трех человек, проживающей в сельском жилом доме в п. Ворогово могут быть использованы солнечные водонагреватели, приведенные в приложении 1 к работе №1, которые отличаются между собой количеством вакуумированных трубок (эффективной площадью СК) и объемом бака-аккумулятора.
Наиболее объективным энергетическим критерием эффективного использования СИ в ССГВ в течении года является коэффициент замещения f, который определяется выражением
, (2.2)
где WССГВ – количество тепловой энергии, выработанной за месяц ССГВ, МДж (кВт . ч);
WГВС – суммарная тепловая энергия, потраченная на приготовление горячей воды в течение месяца ССГВ, полученная за счет СИ и источника электрической энергии, МДж (кВт . ч);
Wээ – недостающее количество тепловой энергии, потребленное из электрической сети для нагрева воды ТЭНом, МДж (кВт . ч).
Таблица 1.4
Исходные данные по ССГВ для проведения моделирования
| Характеристика потребителя: - количество жителей, чел - норма расхода, л/(сут.чел.) | |
| Месячная потребность в энергии для нагрева горячей воды, кВт.ч | 495,7 |
Поступление солнечного излучения в п. Ворогово следует принимать по данным сайта NASA (рис. 1.4 – рис. 1.5).
Теплопроизводительность Qск и коэффициент полезного действия hск являются основными показателями, через которые характеризуются основные технические характеристики СК и ССГВ в целом. Теплопроизводительность СК зависит от его конструктивных особенностей, уровня СИ и температуры окружающей среды.
Рисунок 1.4 – Результаты расчета на сайте NASA солнечного излучения на поверхности солнечного коллектора,
установленного под разным углом наклона
Рисунок 1.5 – Результаты расчета на сайте NASA продолжительности солнечного сияния
Уравнение Хоттеля-Уиллера-Блиса, как показали исследования, наиболее полно учитывает приведенные факторы при определении теплопроизводительности СК, Qск, Вт.ч:
, (2.3)
где Fск – площадь солнечного коллектора, м2;
Эβ – среднемесячный дневной приход суммарного солнечного излучения на наклоненную под углом β поверхность СК;
Tс.с – продолжительность солнечного сияния, ч;
FR – коэффициент эффективности переноса тепла от поглощающей пластины солнечного коллектора к теплоносителю;
– приведенная поглощательная способность СК;
UL – коэффициент тепловых потерь СК, Вт/м2оС;
Тср, Токр – соответственно средняя температура теплоносителя в СК и температура окружающей среды, оС.
Рассчитайте несколько солнечных водонагревателей, близких по объему бака к расчетному объему, вычисленному по выражению (2.1): один с плоским и несколько с вакуумированными СК.
Для расчетов примите следующие исходные данные:
- для плоского СК возьмите UL = 8 Вт/м2оС, а = 0,7;
- для вакуумированного СК возьмите UL = 1 Вт/м2оС, а = 0,7;
- коэффициент эффективности переноса тепла от поглощающей пластины коллектора к теплоносителю FR примите равным 0,9;
- среднюю температуру теплоносителя в СК Тср примите равной
Тср = (Tн + Tб)/2, (2.4)
где Tб – температура воды в баке в конце дня;
- температуру окружающей среды Токр примите равной среднемесячной температуре воздуха на поверхности земли (рис. 1.2).
Результаты расчета удельной теплопроизводительности и коэффициента замещения в зависимости от типа СК и времени года, с учетом оптимального угла наклона плоскости СК к горизонту, равному 60 град (рис. 1.3), приведите в виде табл. и постройте диаграммы от времени года. Через изменение коэффициента замещения в зависимости от типа СК и времени года дайте рекомендации по выбору для практического использования того или иного солнечного водонагревателя.
Используя технические характеристики СК и ССГВ, которые приведены в приложении к работе №1 или в других источниках информации, рассчитайте теплопроизводительность СК и коэффициент замещения в зависимости от типа и времени года, с учетом оптимального угла наклона плоскости СК к горизонту, равному 60 град.
=150* 4,19*35*0,000277=6,1кВт*ч
Применим СК SCH-20
