Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

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

• Введение
• 1. Расчет теплопотребления здания
• 1.1 Система отопления
• 1.2 Система горячего водоснабжения
• 2. Расчет интенсивности солнечной радиации
• 3. КПД солнечного коллектора
• 4. Площадь поверхности гелиоустановки
• 5. Расчет теплопоступления от гелиоустановки
• 6. Подбор основного оборудования

6.1 Котёл-дублер

• 6.2 Бак-аккумулятор
• 6.3 Подбор змеевика
• 6.4 Расчет теплообменника системы горячего водоснабжения
• 7. Годовая экономия топлива
• Литература

• Введение

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]);

t_ср.м. - средняя за рассматриваемый месяц температура наружного воздуха (принимаем по приложению Б [2]).

Расчет производим для месяцев с t_ср.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, t_ср.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]);

с_В - удельная теплоемкость воды ( принимаем с_В=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 Е_s, 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
,%

Примечание - для 4 и 10 месяцев значения

теплопоступление здание солнечный коллектор



4. Площадь поверхности гелиоустановки

Площадь поглощающей поверхности гелиоустановки,м²

, (4.1)

где - суммарный среднемесячный расход теплоты ( см. таблицу 2),ГДж

Расчёт сводим в таблицу 6.

Таблица 6

Площадь поверхности теплоустановки

Месяц/ Показатели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
, ГДж
nM, сут	31	28	31	20	31	30	31	31	30	21	30	31
, Вт/м2	606,4	656,5	721,8	601,3	557	571,9	554,8	525,6	561,5	524,6	633	735
, м2

В соответствии с [5] система солнечного теплоснабжения должна в апреле полностью покрывать теплопотребность здания, поэтому в качестве расчетного значения площади поглощающей поверхности гелиоустановки принимаем А = 13,2,м².



5. Расчет теплопоступления от гелиоустановки

Определим среднемесячное поступление теплоты от гелиоустановки, ГДж

, (5.1)

где - интенсивность падающей радиации, КПД коллектора, количество суток в рассматриваемом месяце.

Результаты расчетов сводим в таблицу 7.

Таблица 7

Среднемесячное поступление теплоты

Месяц/ Показатели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
,Вт/м2	606,4	656,5	721,8	601,3	557	571,9	554,8	525,6	561,5	524,6	633	735
	0,27	0,32	0,43	0,43	0,48	0,54	0,56	0,52	0,52	0,44	0,42	0,41
nM,сут	31	28	31	30	31	30	31	31	30	31	30	31
,ГДж	5,8	6,7	11	8,8	9,5	10,6	11	9,7	10	8,2	9,1	10,7

На основании данных таблицы 1,2 и 7 строим годовой график теплопотребления и теплопоступления (см. рисунок 1).

Рисунок 1 - Годовой график теплопотребления и теплопоступления



- избыток теплоты

- дефицит теплоты



6. Подбор основного оборудования

6.1 Котёл-дублер

Находим тепловую нагрузку котла-дублера с учётом наличия бака-аккумулятора, кВт

,

кВт

Принимаем к установке газовый котел марки АОГВ-18-3 со следующими техническими параметрами[7]:

- номинальная тепловая мощность кВт

-коэффициент полезного действия

- максимальная температура теплоносителя

6.2 Бак-аккумулятор

Определим объём бака-аккумулятора, м³ ,

где - площадь гелиоустановки,м²

6.3 Подбор змеевиков

Принимаем к установке змеевик марки СТД, со следующими техническими характеристиками[8]:

- рабочая емкость водонагревателя 1,6м³;

- условие диаметра труб змеевика 20 мм;

- полная длина труб змеевика 1680мм;

Суммарная длина труб змеевика 20,9 м

- поверхностность нагрева змеевика 1,75

- живое сечение змеевика 3,5см²

Для нагрева воды в баке - аккумуляторе устанавливается змеевики из стальных труб d = 20мм.

6.4 Расчет теплообменника системы горячего водоснабжения

Определяем расход нагреваемой воды, кг/с

, (6.1)

где - КПД теплообменника (принимаем 0,97 [1]);

кг/с

Так каккг/ч < 2000 кг/ч принимаем к установке теплообменник типа ТТ

Находим требуемую площадь сечения внутренней трубы,см²

, (6.2)

где -плотность воды (принимаем кг/м³ [1]);

- скорость воды в трубном пространстве теплообменника (принимаем =0,5 м/с [8]).

см²

По требуемой площади живого сечения трубы выбираем теплообменник ТТ1-25/38-10/10 со следующими техническими характеристиками:

- площадь сечения внутренней трубы fТР=3,14 см²;

- площадь сечения кольцевого канала fК=1,13 см²;

- поверхность нагрева секции А=1,14м²;

Уточняем скорость греющей воды в трубном пространстве теплообменника, м/с

Расход нагреваемой воды, кг/с

кг/с

Скорость нагреваемой воды в кольцевом канале теплообменника, м/с

м/с

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м²К)

Вт/(м²К) (6.3)

где - экспериментальный числовой показатель (принимаем [8]).

Требуемая площадь поверхности нагрева, м²

, (6.4)

где - средний температурный напор в теплообменнике (принимаем [8]).

м²

Число секций, шт

Принимаем n = 2



7. Годовая экономия топлива

Коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системы отопления

(7.1)

При принимаем

Результаты расчетов сводим в таблицу 8.

Таблица 8

Коэффициент замещения тепловой нагрузки

Месяц/ Показатели	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
,ГДж	5,8	6,7	11	8,8	9,5	10,6	11	9,7	10	8,2	9,1	10,7
,ГДж	23,8	21,2	20,2	8,8	0,59	0,57	0,59	0,59	0,57	9,4	17,8	19,5
f	0,24	0,3	0,5	1	1	1	1	1	1	0,87	0,5	0,55

Годовой коэффициент замещения тепловой нагрузки

, (7.2)

где - годовое теплопотребление здания, Гдж

Годовая экономия топлива, т

, (7.3)

где - КПД установленного котла-дублёра (см.п. 6.1);

- теплота сгорания топлива, МДж/кг[1].



Литература

1. Справочник по теплоснабжению сельского хозяйства / Л.С. Герасимович [и др.]. - Минск: Ураджай, 1993 г.

2. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения: методические указ./БГАТУ, кафедра энергетики; сост.: Н.К. Зайцева, С.И. Синица - Минск, 2010 -32с.

3. ТКП-45-4.01-52-2007. СНП. Системы внутреннего водоснабжения здания.

4. СНБ 2.04.02-2000. Строительная климатология.

5. Внутренние санитарно-технические устройства: справочник проектировщика. В 3ч. Ч.1 Отопление / В.Н. Богословский [и др.]; под редакцией И.Г. Староверова и задание на проектирование Ю.И. Шиллера - 4 изд.,

6. Руководство по проектированию солнечных систем теплоснабжения: к 10-ти летию ООО «Viessmann» в Украине.- Киев: «Злато-Граф», 2010 г.-194 с.

7. Интернет-ресурсы

8. Амерханов Р.А. проектирование систем теплоснабжения с/х: учеб. для вузов / Р.А. Амерханов, Б.Х. Драганов-Краснодар, 2001-200с.

Размещено на allbest.ru