Московский Энергетический Институт

(Технический Университет)

кафедра Теоретических Основ Теплотехники

Типовой расчёт

по курсу

«Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

Группа:

Студент:

Преподаватель: Казанджан Б.И.

Москва 2003

Задание

Рассчитать годовую долю тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии.

Исходные данные

Количество проживающих в доме людей N_чел = 10

Широта  = 48°34’

Наклон коллектора s =  + 15° = 63°34’

Азимутальный угол коллектора ψ = 0

Характеристики коллектора: F_R ()_n = 0,63

F_R U_C = 4,5 Вт/(м² К)

Расход антифриза через промежуточный теплообменник

m = 0,03 кг/(с∙м²)

Расход воды через промежуточный теплообменник

m = 0,04 кг/(с∙м²)

Теплоёмкость антифриза с_р = 3350 Дж/(кг∙К)

Теплоёмкость воды с_р = 4190 Дж/(кг∙К)

Вместимость бака аккумулятора М = 130 л/(с∙м²)

Эффективность теплообменника нагрузки _L = 0,74

Расход воды через теплообменник нагрузки m = 1,8 л/с

Расход воздуха через теплообменник нагрузки m = 850 л/с

Теплоёмкость воздуха с_р = 1012 Дж/(кг∙К)

Температура горячей воды Т_гор = 60°С

Температура холодной воды Т_хол = 6°С

Произведение наружной поверхности дома на коэффициент потерь (UA)_L = 900 Вт/м²

Коэффициент отражения от поверхности:

летом ρ_g = 0,2

зимой ρ_g = 0,7

весной ρ_g = 0,5

осенью ρ_g = 0,5

Климатические условия местности и средние числа месяца:

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
H, МДж/м²с	4.04	7.52	11.87	16.38	19.5	21.03	21.8	18.37	12.72	7.99	3.92	3.08
Kt	0.4	0.48	0.5	0.507	0.5	0.502	0.538	0.23	0.467	0.43	0.33	0.36
D	1087	902	764	447	257	93	37	62	202	371	668	969
T0	-16.7	-13.9	-6.3	3.4	10.1	15.8	18.8	17.3	11.7	6.4	-3.9	-12.9

Площадь коллектора А_с: а) 30 м²

б) 80 м²

в) 160 м²

Решение

Месячная доля тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии:

Коэффициенты, составляющие последнюю формулу:

,

где

Величины, входящие в комплексы:

А_C — площадь коллектора;

F_R —коэффициент отвода тепла;

U_C —коэффициент потерь;

H _t —средний месячный приход суммарной солнечной радиации, падающей на наклонную поверхность;

T₀ —температура окружающей среды;

T₁₀₀ —температура, равная 100 °С;

(Т_вх — температура жидкости на входе);

∆t —число секунд в месяце;

N_мес —число дней в месяце;

L —месячная полная тепловая нагрузка;

_L —эффективность теплообменника нагрузки;

(AU)_L — площадь стен дома, умноженная на коэффициент потерь;

(mc_p)_min — меньшая из двух величин: mc_p по воде и mc_p по воздуху;

M —вместимость бака аккумулятора.

1. Определение среднего месячного прихода суммарной солнечной радиации на наклонную площадку

Среднемесячный коэффициент наклона суммарной солнечной радиации:

где

Коэффициент облачности атмосферы:

г де Н — приходящая среднемесячная суммарная солнечная радиация;

Н₀ — среднемесячная суммарная солнечная радиация за пределами атмосферы;

Коэффициент наклона среднемесячной прямой солнечной радиации:

где

Углы, входящие в формулы:

Ф —широта;

h_s — часовой угол;

s —угол наклона площадки;

δ —склонение Солнца:

где n — порядковый номер дня в году.

Для января:

R_B = 1,471

МДж/м²

2. Определение полной месячной тепловой нагрузки

L = Q_{отопление} + Q_{горячее водоснабжение}

Q_от = (AU)_L ∙ D

Q_гв = N_мес N_чел V_гв ρ с_р (Т_гв - Т_хв)

Величины, входящие в формулы:

D —месячное число градуса дней;

N_чел — количество людей, живущих в доме;

V_гв — объём потребления воды одним человеком;

Т_гв — температура горячей воды;

Т_хв — температура холодной воды.

Для января:

L = (AU)_L ∙ D + N_мес N_чел V_гв ρ с_р (Т_гв - Т_хв) = 8,81 ∙ 10¹⁰ Вт

3. Определение отношения .

где (mc_p)_c — в контуре коллектора;

(mc_p)_min — меньшая из двух величин: mc_p по воде и mc_p по антифризу.

Значит,

4. Определение отношения .

Величины , и определяются по графикам в зависимости от соответствующих углов

=32

= 59,68 –0,1388 s + 0,001497 s² = 56,9°

= 90 – 0,5788 s +0,002693 s² = 64,14°.

Теперь,

5. Определение комплексов z, у и х.

Для января:

Если А_с = 30 м²

Если

А_с = 80 м²

Если

А_с = 160 м²

Если А_с = 30 м²

Если

А_с = 80 м²

Если

А_с = 160 м²

6. Определение месячной доли тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии

При А_с = 30 м² → f = 0,007

При А_с = 80 м² → f = 0,019

При А_с = 160 м² → f = 0,039

Таблица полученных результатов, рассчитанных для остальных месяцев:

Месяц	H	Kt	N	б	hs	Rb	R	Ht	X	Y	xc	yc	L
1	4.04	0.399	17	-20.94	64.56	1.47	1.32	5.315	0.016	0.00106	0.014	0.00109	8.812E+10
2	7.52	0.482	47	-13.01	75.02	1.46	1.37	10.315	0.015	0.00201	0.013	0.00206	8.006E+10
3	11.87	0.501	75	-2.49	87.28	1.46	1.38	16.356	0.017	0.00358	0.015	0.00367	7.525E+10
4	16.38	0.507	105	9.34	100.74	1.47	1.39	22.754	0.020	0.00627	0.018	0.00643	5.693E+10
5	19.48	0.501	135	18.74	112.49	1.54	1.43	27.890	0.021	0.00913	0.019	0.00936	4.849E+10
6	21.03	0.502	162	23.07	118.63	1.61	1.48	31.020	0.023	0.01075	0.020	0.01102	4.144E+10
7	21.80	0.538	198	21.23	115.82	1.57	1.48	32.223	0.022	0.01070	0.019	0.01098	4.469E+10
8	18.37	0.523	218	16.62	109.51	1.52	1.43	26.269	0.019	0.00797	0.016	0.00818	5.086E+10
9	12.72	0.467	258	2.33	92.49	1.45	1.35	17.232	0.015	0.00390	0.013	0.00400	7.019E+10
10	7.99	0.427	318	-18.84	67.35	1.47	1.34	10.686	0.012	0.00186	0.010	0.00191	9.6E+10
11	3.92	0.331	344	-23.03	61.43	1.47	1.25	4.916	0.010	0.00063	0.008	0.00065	1.246E+11
12	3.08	0.356	360	-23.37	60.97	1.47	1.28	3.938	0.009	0.00045	0.008	0.00046	1.514E+11

a1=30				a2=60				a3=120
x1	y1	f	f*l	x1	y1	f	f*l	x1	y1	f	f*l
0.41	0.033	0.007	6.20E+08	1.10	0.087	0.019	1.7E+9	2.19	0.175	0.04	3.4E+9
0.40	0.062	0.037	3.0E+9	1.06	0.165	0.096	7.7E+9	2.13	0.330	0.18	14.7E+9
0.44	0.110	0.082	6.2E+9	1.17	0.294	0.208	15.6E+9	2.34	0.587	0.38	28.7E+9
0.53	0.193	0.156	8.9E+9	1.40	0.515	0.380	21.6E+9	2.81	1.029	0.65	37.3E+9
0.56	0.281	0.234	11.4E+9	1.48	0.749	0.550	26.7E+9	2.97	1.497	0.89	43.0E+9
0.60	0.331	0.276	11.4E+9	1.60	0.882	0.632	26.2E+9	3.20	1.764	0.98	40.7E+9
0.56	0.329	0.277	12.4E+9	1.50	0.878	0.636	28.4E+9	3.01	1.756	0.99	44.2E+9
0.49	0.245	0.207	10.5E+9	1.30	0.654	0.493	25.1E+9	2.60	1.308	0.82	41.6E+9
0.39	0.120	0.095	6.7E+9	1.04	0.320	0.239	16.8E+9	2.08	0.640	0.44	30.6E+9
0.30	0.057	0.039	3.7E+9	0.81	0.153	0.100	9.6E+9	1.61	0.305	0.19	18.4E+9
0.25	0.019	0.004	4.73E+08	0.67	0.052	0.010	1.3E+9	1.34	0.104	0.02	2.6E+9
0.23	0.014	0.001	1.02E+08	0.62	0.037	0.002	2.39E+08	1.23	0.074	0.00	3.71E+08

7. Определение годовой доли тепловой нагрузки, которая может быть покрыта за счёт солнечной энергии

Для А_с = 30 м² →

Для А_с = 80 м² →

Для А_с = 160 м² →

6