Диссертация (1143334), страница 24
Текст из файла (страница 24)
74. Расчетная зависимость мощности потока солнечной радиацииот месяца для углов наклона СК: 1 – 30о; 2 – 45о; 3 – 65о; 4 – 90оТаким образом, для системы солнечных коллекторов, использующихся длянужд отопления и ГВС многоквартирного жилого дома в условиях Уральского федерального округа, принимается угол, равный 65о [93].Мощность потока солнечной радиации в зависимости от времени на наклонную поверхность (для 65 градусов) (рис.
75).159(4.7)(4.8)I , Вт/м2Рис.75. Расчетная зависимость мощности потока солнечной радиацииот времени суток (для января месяца) (1 – на горизонтальную поверхность;2 – на наклонную поверхность)На представленном рисунке можно оценить прирост количества энергии, которую можно получить, если разместить установку под углом в 65 градусов по отношению к горизонтальной поверхности для января месяца.Для апреля и октября данные графики повторяют друг друга, а для летних месяцев, данный наклон снижает мощность потока солнечной радиации (табл.
31).Таблица 31Сравнительное количество солнечной энергии для горизонтальнойи наклонной поверхностейМесяцДневная сумма солнечной радиации длясолн. дней, кВт×ч/м2·день(на горизонтальную поверхность)Дневная сумма солнечной радиации длясолн. дней, кВт×ч/м2·день(на наклонную поверхность)1234567890,641,523,004,155,165,725,274,112,571,8953,6055,8067,8449,0949,6359,3838,3686,569160МесяцДневная сумма солнечной радиации длясолн.
дней, кВт×ч/м2·день(на горизонтальную поверхность)Дневная сумма солнечной радиации длясолн. дней, кВт×ч/м2·день(на наклонную поверхность)1011121,380,710,444,312,291,474Графики на рис. 76 иллюстрируют сравнительное количество солнечнойэнергии, воспринимаемое поверхностью, расположенной под углом в 65 ◦. На графике можно наблюдать примерно одинаковые показатели для августа и апреля.Энакл , кВт×ч/м2·деньРис.
76. Дневная сумма солнечной радиации для солнечных дней(на наклонную поверхность – 65∘) по месяцам годаСравнивая с аналогичным графиком для горизонтальной поверхности(рис. 73), можно отметить большие мощности потока для января и октября(рис. 77).I,Вт/м2t, чРис.77. Расчетная зависимость мощности потока солнечной радиации от времени суток (на наклонную поверхность – 65◦) 1 – январь, 2- апрель, 3 – июль, 4 – октябрь.161Наклон установки под углом в 65◦ обеспечивает преобразование большегоколичества энергии в зимнее полугодие за счет снижения пиковой части в летнее.Это позволяет гелиосистеме участвовать не только в горячем водоснабжении дома,но и в системе отопления.Вывод: для условий Уральского региона выбран стационарный угол наклонадля солнечных вакуумных коллекторов 650, как наиболее целесообразный с т.з.круглогодичного применения и максимальной эффективности в зимний период.4.2.4.7.
Характеристики вакуумной системы СК для многоквартирного домаСистема солнечных коллекторов на многоэтажном доме представляет собой 21коллектор на 30 трубок и 28 коллекторов на 10 (общее количество трубок: 910). Всетрубки делятся в секции по 90 трубок каждая (допускаются 80 и 100соответственно).Такимобразом,системасостоитиз10параллельноподключенных к магистральным трубопроводам секций [92].Параметры и характеристики вакуумной системы СК для многоквартирногодома представлены в табл.
32.Таблица 32Технические характеристики солнечных коллекторов «Kaisundun»Количество трубок10,15,20,25,30Длина трубки1800 ммВнешний диаметр трубки58 ммВнутренний диаметр трубки47 ммТолщина стекла трубки1.6 ммКоэф. теплового расширения трубки3.3·10-6℃Материал трубкиБоросиликатное стекло 3.3·Коэфф.
Поглощения>0.92Коэфф. Излучения<0.07 (100℃)ВакуумТемпература стагнацииP≤3·10-3 ПаПотери теплаМатериал покрытия теплосборника<0.85 Вт/м2.℃AlМатериал опорыAlИзоляция теплосборникаRock wool200～230℃162Максимально тестированное давление1.0 МПаРабочее давление0.6 МПаПараллельное присоединение коллекторов имеет такие плюсы как возможность вывода в ремонт, меньшие потери давления, однако в таком случае требуетсябольшее количество труб присоединения. Кроме того, при таком соединении невсегда возможно достижение высоких температур, поскольку теплоноситель неуспевает прогреться через 1 коллектор.В случае последовательного соединения становится возможным при маломрасходе догревать рабочую жидкость до необходимых параметров, однако здесьимеют место большие потери давления, а также потенциальный выход из строявсей системы при неисправности одного коллектора.Система проектируется под возможность регулирования расхода по температуре в широких пределах.
В данном проекте было выбрано компромиссное решение, учитывающее положительные стороны обоих типов соединений.Нагретый теплоноситель от вакуумных коллекторов с уровня крыши подается в 2 бака-аккумулятора, емкостью 500 л каждый. Эти баки связаны с системамиотопления и ГВС дома.4.2.4.8. Выбор теплоизоляции для трубопроводов системы солнечныхвакуумных коллекторовТеплоизоляция трубопроводов гелиосистем является очень важным элементом в системе отопления, поскольку система располагается на открытом воздухеи работает в условиях отрицательных температур.Температура теплоносителя tгор = 500С;Температура окружающего воздуха tокр = -150С;Внешний диаметр магистральных трубопроводов DВН = 48 мм;Внешний диаметр труб присроединения dВН = 20 мм;Длина магистральных трубопроводов L =230 м;Длина труб присоединения l = 36 м.163В качестве материала теплоизоляции для магистральных трубопроводов выбирается вспененный полиэтилен с закрытой ячеистой структурой, («ThermaflexECO») имеющие характеристики, представленные в табл.
33:Таблица 33Свойства теплоизоляционного материала «Thermaflex ECO»СвойстваМетод тестаРезультатПлотностьГОСТ 19177-8130–35 кг/м3СтруктураЦифровой анализЯчеистая, равномерная,замкнутаяЭластичностьОтличная до –80°СНапряжение разрушения при растяжении ГОСТ 15873-70≥ 0,30 МПаЦвет материалаСерыйКоэффициент теплопроводности (λ)ГОСТ 7076-99DIN 52615Диапазон температурСпособность к поглощению воды–80...+95 °СDIN 53434Устойчивость к ультрафиолетовому излучениюПожарный класс≤ 0,035 Вт/м-К при 25°С≤ 0,034 Вт/м-К при 10 °С;0,039 Вт/м-К при 40 °СПосле: 7 дней –1,05%;28 дней < 2%Высокая с отражающим покрытиемГОСТ 30244-94Г2В качестве покрытия выбран «Энергопак ТК» – покровный материал, предназначенный для защиты изоляции от механических повреждений, атмосферныхвоздействий, ультрафиолетового излучения (табл.
34).Таблица 34.Основные технические характеристики покрытияТемпература применения ºCот –40 до + 80Горючесть (ГОСТ 30244-94)Г1Прочность сцепления алюминиевой фольгис основой, Н/мАдгезия клеевого слоя к металлическойповерхности (самоклеящийся), НмРазрывная нагрузка, кгсне менее 100не менее 300не менее 1000164Представленный на рис. 78 график отражает динамику снижения теплопотерь по мере увеличения толщины теплоизоляционного слоя.Рис.
78. Зависимость потерь энергии по длине трубопроводаот толщины изоляцииНачиная с 25 мм удельное уменьшение потерь все менее значительно. С учетом указанной зависимости и рекомендаций производителя была выбрана толщинаутеплителя наружной трубопроводной системы солнечного обогрева в 25 мм.4.2.4.9. Телекоммуникации для дистанционного контроляи управления системой солнечных коллекторовУральский регион, обладая высоким значением ГСОП, имеет существенныемаксимумы отрицательных температур (до –45 и, порой, –50оС). С другой стороны,летом, когда большой объем тепла «некуда девать», возможен значительный, до200 оС, нагрев теплоносителя в солнечном коллекторе. Указанные факторы требуют постоянного контроля температурных параметров системы и автоматического управления.Помимо автоматической системы регулирования насоса по температуре,предполагалось реализовать систему сбора данных, которая позволит выводить надиспетчерский экран данные по температурам отдельных секций, а также общиепараметры, такие как давление и температуры трубопроводов.
Вывод такой информации позволит следить за работоспособностью как системы в целом, таки отдельных ее элементов. В дальнейшем информация поступает в компьютер, гдеобрабатывается и хранится в базе данных: это позволяет собирать статистические165характеристики о работе системы. Полученные данные позволяют производитьрасчеты по количеству тепловой энергии, эффективности системы и т. п.В систему сбора данных входили: электронная платформа Arduino MEGA 2560 10 датчиков температуры Pt 1000, диапазон (–20…150)◦ С (на каждую секцию – один датчик,); 4 датчика температуры NTC, диапазон (0…100)◦С (для измерения температур верхней и нижней точек в баках аккумуляторах); 2 погружных датчика температуры Danfoss MBT3650, диапазон (0…100)◦С(устанавливаются в трубопроводы); датчик перепада давления DPI, диапазон (0…4) бар (устанавливаетсяна насосе); оптический сенсор TSL250(273) (для измерения потока мощности солнечной радиации).Arduino MEGA 2560 – это открытая электронная платформа, построенная наоснове микроконтроллера ATmega 2560.
В ее состав входят 54 цифровых входа/выхода (14 из которых могут использоваться при широтно-импульсной модуляции),16 МГц-ый осциллятор, 256 KB флэш – памяти, вывод на USB, 16 аналоговых входов, возможность питания с блока питания.Поскольку данные со всех датчиков должны поступать на АЦП, то следовалоунифицировать сигнал с них и преобразовать его до диапазона (0 – 5)В. Таким образом, для 10 битного АЦП Arduino, разрешение будет 5/1024=0.0048828. Однако,вследствие объективных технических трудностей используется около 70–80%этого диапазона.Для реализации преобразования сигналов с датчиков сопротивления (Pt1000,NTC) используется схема с делителем напряжения.
Однако, в случае платиновыхдатчиков изменение напряжения на весь диапазон составляет около 0,2 В. Столь малый диапазон ведет к очень низкой точности измерений. Для решения этой задачиприменяется инструментальный операционный усилитель AD620. Главным его элементом является дифференциальный усилитель, который усиливает разность между166опорным и исходным сигналами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
