Курсовой проект
Тема:
Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения
Аннотация
Курсовой проект выполнен в объеме: расчетно-пояснительная записка на 17 листах формата А4 печатного текста, в том числе таблиц - 8, рисунков - 1, количество литературных источников - 7; графическая часть - на листе формата А2.
Ключевые слова: солнечная радиация, солнечный коллектор, гелиоустановка, теплопотребление, теплопоступление.
Цель работы состояла в разработке солнечного коллектора для жилого дома. Были выполнены расчеты теплопотребления здания, расчет интенсивности солнечной радиации, были определены КПД солнечного коллектора, площадь поверхности гелиоустановки, теплопоступления от гелиоустановки, подбор основного оборудования, годовая экономия топлива.
С целью покрытия тепловых нагрузок в аварийных ситуациях или в дни недостаточной солнечной радиации для отопления всего здания предложен к установке котел-дублер который покрывает полностью всю тепловую нагрузку здания.
Содержание
6.1 Котёл-дублер
Проблема, которая решается человечеством уже много лет. Проблема энергосбережения. Главный вопрос - как минимизировать расходы при отоплении жилых помещений. Второй немаловажный вопрос в отоплении - это экологически чистый способ нагревания жидкости.
Солнечные коллекторы - довольно новое явление в отоплении частных домов используются для обогрева жилых и промышленных помещений, а также для их водоснабжения. Смысл работы солнечных коллекторов довольно прост. На крыше здания устанавливаются солнечные трубы, которые поглощают солнечный свет и нагревают жидкость, которая циркулирует между коллектором и солнечной батареей. Проводниками тепла служат тепловые трубки. В зависимости от требуемого результата нагретая вода может быть как вода для отопления, так и подогретая питьевая вода.
Выгодность солнечных коллекторов за довольно быстрое время окупает свою стоимость, ведь установив в доме природное отопление, производимое солнечным коллектором, больше не нужно платить за проводимые городские коммуникации, а при постройке нового дома их можно и вообще не проводить.
Частный загородный дом идеально подходит для солнечных коллекторов за счёт небольшой, по сравнению с городским многоэтажным зданием, площади использование солнечных коллекторов становится наиболее выгодным.
1. Расчет теплопотребления здания
1.1 Система отопления
Определяем тепловую мощность системы отопления, кВт
, (1.1)
где - укрупненный показатель отнесенный к единице жилой площади (принимаем по таблице 2.2[1]), Вт/м2;
- жилая площадь (см. задание),м2.
Среднемесячный расход теплоты на отопление здания, ГДж
, (1.2)
где - усредненное число часов работы системы отопления в течении суток ( принимаем часа [1]);
- количество суток в рассматриваемом месяце;
- расчетная температура внутреннего воздуха в помещении ( принимаем [1]);
tср.м. - средняя за рассматриваемый месяц температура наружного воздуха (принимаем по приложению Б [2]).
Расчет производим для месяцев с tср.м
Результаты расчетов сводим в таблицу 1.
Таблица 1
Среднемесячные расходы теплоты на отопление
|
Месяц/Показатели |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
nM,сут |
31 |
28 |
31 |
20 |
31 |
30 |
31 |
31 |
30 |
21 |
30 |
31 |
|
|
tср.м, |
-4.4 |
-3.2 |
-0.7 |
7.8 |
14.2 |
17.0 |
18.3 |
15.9 |
12.6 |
7.4 |
2.6 |
-2 |
|
|
Q0,ГДж |
24.55 |
20.99 |
20.5 |
6.74 |
- |
- |
- |
- |
- |
7.87 |
16.33 |
21.92 |
Примечание 1 - Суммарное количество суток в рассматриваемом месяце, сут:
,
сут;
Так как , то количество отопительных суток для 2-ух крайних месяцев с максимальной температурой, tср.м. определяется по формуле
,
сут;
сут;
Проверим правильность расчета
1.2 Система горячего водоснабжения
Находим среднюю тепловую мощность системы горячего водоснабжения в отопительный период, кВт
, (1.3)
где - количество человек (смотри задание);
- норма расхода горячей воды на одного человека в сутки наибольшего водопотребления (принимаем по таблице 5.1 [3] л/сут.);
- расчетная температура холодной воды в отопительный период ( принимаем равное 50С [1]);
сВ - удельная теплоемкость воды ( принимаем сВ=4,2 кДж/кгК[1]).
Средняя тепловая мощность системы горячего водоснабжения в неотопительный период, кВт
, (1.4)
где - коэффициент учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период ( принимаем [1]);
- температура холодной воды в неотопительный период (принимаем =150С [1]).
Среднемесячный расход теплоты на горячее водоснабжение здания, ГДж:
- в неотопительный период
- в отопительный период
Определяем суммарный среднемесячный расход теплоты, ГДж
Результаты расчетов сводим в таблицу2.
Таблица 2
Среднемесячное теплопотребление здания
|
Месяц/ Показатели |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
nM, сут |
31 |
28 |
31 |
18/20 |
31 |
30 |
31 |
31 |
30 |
19/21 |
30 |
31 |
|
|
QГВ, ГДж |
5,6 |
5,1 |
5,6 |
3,3/1,4 |
0,59 |
0,57 |
0,59 |
0,59 |
0,57 |
1,4/3,6 |
5,4 |
5,6 |
|
|
, ГДж |
30,2 |
26,1 |
26,1 |
11,44 |
0,59 |
0,57 |
0,59 |
0,59 |
0,57 |
12,87 |
21,73 |
27,52 |
2. Расчет интенсивности солнечной радиации
Из таблицы 3.15[4] выписываем месячные суммы прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность Еs, при средних условиях облачности см. таблицу 3.
Месячные суммы рассеянной солнечной радиации на горизонтальную поверхность, МДж/м2
, (2.1)
где - месячные суммы суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность приняты по таблице 4.16[4], МДж/м2.
Результаты расчета сводим в таблицу 3.
Интенсивности прямой и рассеянной солнечной радиации на горизонтальную поверхность,МДж/м2:
- прямая
, (2.2)
- рассеянная
, (2.3)
где - средняя за месяц продолжительность солнечного сияния, принимаем по таблице 3.12[4], ч.
Результаты расчетов сводим в таблицу 3.
Таблица 3
Интенсивность солнечной радиациина горизонтальную поверхность
|
Месяц/ Показатели |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
, Мдж/м2 |
46 |
70 |
128 |
176 |
253 |
262 |
258 |
237 |
166 |
99 |
36 |
27 |
|
|
, Мдж/м2 |
69 |
133 |
291 |
393 |
567 |
624 |
590 |
478 |
315 |
154 |
59 |
41 |
|
|
, Мдж/м2 |
18 |
40 |
126 |
175 |
282 |
328 |
296 |
236 |
146 |
57 |
14 |
9 |
|
|
, ч |
51 |
93 |
165 |
218 |
285 |
296 |
294 |
242 |
169 |
97 |
45 |
32 |
|
|
, Вт/м2 |
108,7 |
158,7 |
273,4 |
276,2 |
309,6 |
347,8 |
318,7 |
276,6 |
244,3 |
159,9 |
108 |
92,6 |
|
|
, Вт/м2 |
308 |
369 |
358,1 |
344,1 |
312,9 |
313,8 |
316,5 |
283,6 |
282,8 |
272,2 |
347,2 |
329,6 |
Определяем интенсивность потока падающей солнечной радиации на поверхность солнечного коллектора
, (2.4)
где - коэффициенты положения солнечного коллектора для прямой и рассеянной радиации;
- коэффициент учитывающий ориентацию коллектора по сторонам света (принимаем [5]);
При этом
, (2.5)
где - угол наклона солнечного коллектора к горизонту (принимаем ).
Значение определяем по таблице 15.1[1].
Результаты расчёта сводим в таблицу 4
Таблица 4
Интенсивность солнечной радиации на поверхности коллектора
|
Месяц/ Показатели |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
0,85 |
|||||||||||||
|
3,79 |
2,62 |
1,82 |
1,36 |
1,14 |
1,06 |
1,09 |
1,24 |
1,57 |
2,2 |
3,78 |
5,22 |
||
|
,Вт/м2 |
606,4 |
656,5 |
721,8 |
601,3 |
557 |
571,9 |
554,8 |
525,6 |
561,5 |
524,6 |
633 |
735 |
|
|
Кор |
0,9 |
3. КПД солнечного коллектора
Определяем КПД солнечного коллектора
, (3.1)
где - оптический КПД солнечного коллектора (принимаем = 0,8 [6]);
- коэффициент тепловых потерь путем теплопроводности (принимаем Вт/м2К [6]);
- коэффициент тепловых потерь за счет конвекции и теплового излучения (принимаем Вт/м2К [6]);
- разность температур в солнечном коллекторе,0С
- интенсивность падающей радиации на поверхность солнечного коллектора для рассматриваемого месяца (см. таблицу 4),Вт/м2;
Значение определяем по формуле
, (3.2)
где - температура теплоносителя на входе и выходе из солнечного коллектора,0С.
При этом
Значение :
- для неотопительного периода
- для отопительного периода
Расчеты сводим в таблицу 5.
Таблица 5
КПД солнечного коллектора
|
Месяц/ Показатели |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
|
|
,0С |
-4,4 |
-3,2 |
-0,7 |
7,8 |
14,2 |
17,0 |
18,3 |
15,9 |
12,6 |
7,4 |
2,6 |
-2 |
|
|
,0С |
|||||||||||||
|
,% |