Главная -> Экология

Горячее водоснабжение сельского. Переработка и вывоз строительного мусора

М. М. Бродач, канд. техн. наук, профессор МАрхИ

1. Общие положения

1.1. Гарантированное долговременное и стабильное энергоснабжение здания является основой обеспечения качества микроклимата в помещениях и технологического функционирования здания.

1.2. Выбор энергетических источников для здания должен обосноваться экономическим расчетом, учитывающим изменение стоимости энергии на перспективу, а также мероприятий по поддержке технологий, использующих возобновляемые энергетические источники.

1.3. Повышенное потребление энергии для климатизации, тепло-, холодо- и электроснабжения здания может при отсутствии достаточно энергообеспеченной и управляемой инфраструктуры привести к ситуации, связанной с риском прекращения энергоснабжения здания.

1.4. Потребление энергии в здании вносит значительный вклад в летние и зимние пиковые нагрузки ни систему электроснабжения. При этом надежность системы электроснабжения в большой степени зависит от пиковых нагрузок от устройств климатизации, тепло-, холодо- и электропотребления здания. Форма и ориентация здания, тепло и солнце, защита ограждающих конструкций оказывает существенное влияние на пиковое энергопотребление здания. Повышение энергоэффективности здания, использование альтернативных источников энергии, тепловых аккумуляторов, топливных элементов и интеллектуализация систем управления инженерным оборудованием здания, – все это может быть использовано для снижения пиковых нагрузок на сеть энергоснабжения.

1.5. Традиционные методы обеспечения качества внутреннего воздуха основаны на увеличении расхода вентиляционного воздуха, что требует дополнительной энергии для установки кондиционирования воздуха. Проблема сводится к задаче обеспечения необходимого качества внутреннего воздуха при минимальном потреблении энергии. Этого можно достичь благодаря усовершенствованной технологии воздухоподготовки, инновационным конструктивным решениям системы вентиляции и применению оборудования с улучшенными характеристиками.

1.6. Проектирование системы климатизации зданий должно основываться на максимальном использовании естественного проветривания помещений, природных источников (вода реки, моря, артезианские воды) для системы охлаждения помещений в летнее время.

1.7. Концепция создания энергообеспечения здания должна предусматривать оптимальное использование энергии, применение экологически чистых возобновляемых источников энергии, в том числе низкопотенциального тепла земли для отопления или охлаждения, энергии солнца для выработки тепловой и электрической энергии, топливных элементов.

1.8. Методология проектирования здания должна основываться на системном анализе здания как единой энергетической системы, все элементы которой – форма, ориентация, ограждающие конструкции, солнцезащитные устройства, система климатизации и т. д. – энергетически взаимосвязаны между собой. Методология ориентирована на строительство зданий в соответствии с климатом, использование нетрадиционных источников энергии, использование естественного освещения и естественной вентиляции, элементов биоклиматической архитектуры, использование новых технологий энергосбережения, интеллектуализации зданий на основе компьютерной техники.

2. Оценка качества проекта в части энергообеспечения здания и энергосбережения в системах климатизации, тепло-, холодо- и электроснабжения здания

2.1. Оценка качества проекта в части энергообеспечения здания и энергосбережения в системах климатизации, тепло-, холодо- и электроснабжения здания должна выполняться на основе оценки следующих показателей [1]:

система обеспечения микроклимата;

энергетическая эффективность здания;

гармонизации формы здания с особенностями климата района строительства;

уровень интеллектуализации здания;

экологическая безопасность помещений;

гармонизация здания с естественной окружающей средой.

2.1.1. Показатель «система обеспечения микроклимата» включает в себя устройства и оборудование для обеспечения санитарно-гигиенических показателей помещения: температуры, влажности, подвижности и газового состава воздуха, радиационной температуры помещения.

2.1.2. Показатель «энергетическая эффективность здания» характеризуется величиной удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию здания в холодный и переходный периоды года. Однако этот показатель следовало бы понимать значительно шире, имея в виду установочную мощность системы отопления, затраты энергии на кондиционирование воздуха помещений в течение летнего периода, установочную мощность системы охлаждения и, наконец, затраты энергии на климатизацию помещения в годовом периоде.

2.1.3. Оценка гармонизации формы здания с особенностями климата района строительства выполняется при сопоставлении затрат тепловой энергии Qmin, Вт, на отопление и охлаждение здания, форма которого наилучшим образом учитывает направленное воздействие наружного климата района строительства, и затрат тепловой энергии Q, Вт, на отопление и охлаждение здания, принятого к проектированию [2]. Показатель эффективности проектного решения h, характеризующий отличие принятого к проектированию здания от здания, наилучшим образом учитывающего направленное воздействие наружного климата района строительства, должен быть не менее 0,7:

h 0,7. (1)

Расчет показателя тепловой эффективности проектного решения выполняется по формуле (2):

h = Qmin / Q.(2)

2.1.4. Показатель «уровень интеллектуализации здания» включает в себя уровень автоматизации систем обеспечения микроклимата помещений. Однако, учитывая сегодняшнюю обстановку, содержание данного термина следует дополнить требованиями к автоматизации систем пожарооповещения и тушения, безопасности и защиты от террористических актов.

2.1.5. Показатель «экологическая безопасность помещений» включает в себя систему показателей, значимость которых постоянно возрастает вместе с ростом знаний о радиационной активности строительных материалов и об их влиянии на самочувствие и здоровье людей, о поступлении радона, об аэрозолях и других загрязняющих веществах.

2.1.6. Показатель «гармонизация здания с естественной окружающей средой» означает, что здание – как некоторое искусственное образование в этой среде – должно не только не разрушать или сохранять ее, но даже стремиться к улучшению этой среды. Минимум показателей влияния здания на окружающую среду включает выделение углекислого газа от сжигания топлива или бытового газа, количество сточных вод, бытовой мусор.

2.2. Перечисленные выше показатели имеют различную физическую природу и ряд из них не поддается математическому описанию с последующей возможностью нахождения оптимального сочетания показателей. Методологической основой решения задачи оценки качества проекта может служить методология экспертных оценок. В соответствии с этой методологией качество проекта может быть описано и оценено эмпирическим набором ранжированных показателей, которые генерируются группой экспертов по различным методикам. Под «эмпирическим» понимается набор показателей, установленный экспертами в соответствии с требованиями нормативных и других предписывающих документов, а также с учетом международного опыта требований заказчика-инвестора, с требованиями потребителей и на основе знаний и практического опыта экспертов. Ранжированный ряд (шкала порядка) используется в методологии метода экспертных оценок для оценки качества, когда решается вопрос сравнения по принципу «лучше-хуже», «больше-меньше», а более подробная информация о том, во сколько раз лучше или хуже, не требуется. Среди перечисленных показателей следует выделить, как правило, один или два наиболее важных. Рекомендуется главными показателями принимать систему обеспечения микроклимата и энергетическую эффективность здания. Выбор главного показателя не исключает необходимость и целесообразность учета других показателей. В любом случае следует ввести иерархию показателей, дать их оценку и учитывать при принятии окончательного решения. Иерархическая последовательность показателей также определяется группой экспертов. Методологическая основа экспертных оценок не является набором строго заданных правил, так что оценка значимости показателей относится к компетенции группы экспертов, на которых возложена ответственность за этот выбор.

2.3. В табл. 1 приведены примерные критерии оценки системы обеспечения микроклимата здания. В табл. 2 приведены примерные критерии оценки энергетической эффективности здания.

Таблица 1
Примерные критерии оценки системы обеспечения микроклимата здания

Характеристики качества микроклимата

Исходные показатели

Минимально необходимое улучшение

Максимально возможное улучшение

Возможность регулирования температуры внутреннего воздуха

Централизованное регулирование в холодный и переходные периоды года

Индивидуальное регулирование в холодный и переходные периоды года

Индивидуальное регулирования в течение всего года

Возможность регулирования воздухообмена помещений

Естественная приточно-вытяжная вентиляция

Регулируемая естественная приточновытяжная вентиляция

Регулируемая естественная приточная вентиляция и механическая вытяжная вентиляция

Таблица 2
Примерные критерии оценки энергетической эффективности здания

Энергетические показателя

Исходные показатели, кВт•ч/м2

Минимально необходимое улучшение, кВт•ч/м2

Максимально возможное улучшение, кВт•ч/м2

Затраты энергии на отопление

Затраты энергии на вентиляцию

Затраты энергии на горячее водоснабжение

110

Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Отсутствуют

Использование вторичного тепла

Использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии

Общие затраты энергии

205

174

145

3. Оценка экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения

3.1. Для определения наиболее экономически эффективного варианта системы теплоснабжения необходимо сравнить несколько различных вариантов инвестиционных проектов с точки зрения их экономической целесообразности. Экономическая эффективность системы теплоснабжения характеризуется системой показателей, отражающих соотношение затрат и результатов варианта проекта применительно к интересам его участников [3].

3.2. Инвестиционные проекты следует оценивать с позиции пользы для страны, региона, муниципального образования, конкретного поселения, организаций, отдельных участников проекта и т. д.

Для проведения оценки рассматривают следующие показатели экономической эффективности инвестиций в системы теплоснабжения:

показатели коммерческой (финансовой) эффективности, учитывающие финансовые последствия реализации инвестиционного проекта для его непосредственных участников;

показатели экономической эффективности, учитывающие связанные с проектом затраты и результаты, выходящие за пределы прямых финансовых интересов его участников и допускающие стоимостное измерение. Для крупномасштабных проектов (существенно затрагивающих интересы города, региона или всей России) следует обязательно оценивать экономическую эффективность.

3.3. Оценка эффективности инвестиционного проекта проводится в два этапа, отображенных на рис. 1.

Рисунок 1.Схема оценки эффективности инвестиционного проекта

3.4. На первом этапе определяют показатели экономической эффективности инвестиционного проекта в целом. Целью работы на этом этапе является агрегированная экономическая оценка проектных решений и создание необходимых условий для поиска инвесторов.

3.5. В первую очередь оценивают общественную эффективность инвестиционного проекта – его адекватность требованиям общества (обязательствам, вытекающим из законов, инструкций, правил, кодексов, уставов, а также из соображений обеспечения защиты окружающей среды, здоровья и безопасности общества, надежности производства, сохранения энергии и естественных ресурсов). При неудовлетворительной оценке общественной эффективности такие проекты не рекомендуют к реализации и они не могут претендовать на бюджетную поддержку любого уровня. Если же общественная эффективность оказывается положительной, оценивают их коммерческую эффективность.

3.6. При недостаточной коммерческой эффективности инвестиционного проекта рекомендуется рассмотреть возможность применения различных форм его поддержки, которые позволили бы повысить коммерческую эффективность инвестиционного проекта до приемлемого уровня.

3.7. Если источники и условия финансирования известны заранее, оценку коммерческой эффективности инвестиционного проекта можно не производить.

3.8. Второй этап оценки осуществляют после обоснования схемы финансирования. На этом этапе уточняют состав участников и определяют финансовую реализуемость и эффективность участия в проекте каждого из них, региональную и территориальную эффективность, эффективность участия в проекте отдельных предприятий и акционеров, бюджетную эффективность и пр. Для участников-кредиторов эффективность определяют процентом за кредит.

4. Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосбережение

4.1. Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосбережение производится для сравнения различных вариантов энергосберегающих мероприятий и выбора наиболее эффективного варианта решений [4].

4.2. Дополнительные инвестиции в энергосбережение DК приводят к ежегодному среднему дополнительному доходу DЭ за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока Тсл эксплуатации в зданиях энергосберегающих мероприятий.

4.3. Сравнение различных вариантов энергосберегающих мероприятий производится на основе расчетов и сопоставления сроков окупаемости инвестиций в эти мероприятия, а также следующих дополнительных показателей эффективности инвестиций:

чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий;

индекс доходности инвестиций в энергосберегающие мероприятия, обеспечивающих указанный доход.

Перечисленные выше показатели могут рассчитываться в двух вариантах:

при дисконтировании поступающих доходов за срок службы инвестиционного оборудования;

при наращении (капитализации) указанных доходов.

4.4. Срок окупаемости инвестиций.

4.4.1. Срок окупаемости инвестиций в проектирование зданий повышенного уровня энергосбережения с учетом дисконтирования поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов Тд, лет, определяется по формуле:

Тд = –ln [1 – rТ0] / ln (1 + r),(3)

где r – расчетная норма дисконта, %; норму дисконта рекомендуется принимать равной 10–12 % (0,10–0,12);

Т0 – бездисконтный срок окупаемости инвестиций, лет; в соответствии с п. 4.4.2.

4.4.2. Бездисконтный срок окупаемости инвестиций Т0, лет, определяется по формуле:

Т0 = DК / DЭ, (4)

где DК – инвестиции в проектирование повышенного уровня энергосбережения зданий, руб.;

DЭ – ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, руб./год.

4.4.3. Срок окупаемости инвестиций в проектирование повышенного уровня энергосбережения зданий с учетом наращения (капитализации) поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов Тнр, лет, определяется по формуле:

Тнр = ln [1 + rТ0] / ln (1 + r), (5)

где r, Т0 – то же, что и в формуле (3).

4.5. Чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий.

4.5.1. Чистый дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий ЧДД, руб., определяется по формуле:

ЧДД = DЭд – DК,(6)

где DЭд – полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий, руб.; определяется в соответствии с п. 4.6.1;

DК – то же, что и в формуле (4).

4.5.2. Чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходов ЧНД, руб., определяется по формуле:

ЧНД = DЭнр – DК,(7)

где DЭнр – полный доход за счет экономии энергоресурсов за все время эксплуатации энергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходов, руб., определяется в соответствии с п. 4.6.2;

DК – то же, что и в формуле (4).

4.6. Полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий.

4.6.1. Полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий DЭд, руб., определяется по формуле:

DЭд = DЭ [1 – (1 + r)–Тсл] / r, (8)

где DЭ, r – то же, что и в формулах (42) и (3) соответственно;

Тсл – срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий, лет, определяется по нормативным показателям или по данным фирм-производителей.

4.6.2. Полный доход за счет экономии энергоресурсов за все время эксплуатации энергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходов DЭнр, руб., определяется по формуле:

DЭнр = DЭ [(1 + r)Тсл – 1] / r,(9)

где DЭ, r, Тсл – то же, что и в формуле (8).

4.7. Индекс доходности инвестиций.

4.7.1. Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающих доходов ИДд в течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле:

ИДд = DЭд / DК, (10)

где DЭд – то же, что и в формуле (8);

DК – то же, что и в формуле (4).

4.7.2. Индекс доходности инвестиций при условии наращения (капитализации) всех поступающих доходов ИДнр в течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле:

ИДнр = DЭнр / DК, (11)

где DЭнр – то же, что и в формуле (9);

DК – то же, что и в формуле (4).

Заключение

Дальнейшее развитие методики расчетов по оценке экономической эффективности инвестиций в теплоэнергоснабжение и энергосбережение зданий должно учитывать следующие принципиально важные факторы:

– рассмотрение энергетических ресурсов как стратегического сырья;

– представление о том, что главным мотивом энергосбережения должна быть защита интересов будущих поколений, сохранение традиционных источников энергии, но уже как сырья для химической и медицинской промышленности;

– необходимость сохранения качества окружающей естественной природной среды и ее улучшения;

– стимулирование применения возобновляемых нетрадиционных источников энергии – солнечной энергии, тепла верхних слоев Земли, энергии ветра и т. д.;

– повышение потребительских качеств здания путем применения энергосберегающих технологий, одновременно способствующих улучшению качества микроклимата помещений.

Литература

1. Табунщиков Ю. А. Потребительские качества здания //АВОК. 2004. № 4.

2. Бродач М. М. Повышение тепловой эффективности зданий оптимизационными методами: Диссертация канд. техн. наук. М., 1988.

3. Дмитриев А. Н., Табунщиков Ю. А., Ковалев И. Н., Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. М.: АВОК-ПРЕСС, 2005.

4. Р НП «АВОК» 5–2006. Рекомендации по оценке экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжению. Общие положения. М., 2006.

Керимов М.А. Cалмaнова Ф.А.
Институт Радиационных Проблем НАН Азербайджана.
(Email:firuze2006@box.az.)

Условия разработки СВП.

В работе рассмотрена задача снабжения горячей водой сельского дома (дачи, виллы и т.д), в котором проживает семья состоящая из четырех - пяти человек [1,2]. Дом расположен в окрестностях г.Баку, где количество солнечных дней в году равно 220 250 при интенсивности солнечной радиации 1600 1800 кВт ч/м2 и среднегодовой скорости ветра ~1,2 м/сек.

Для обеспечения работы солнечной водоподогревательной установки (СВП), используем плоский коллектор, теплоноситель - вода ( в зимнее время – антифриз) циркуляция воды в установке свободная (термосифонная).

Бесперебойная работа СВП обеспечивается, применением в пасмурные дни и ночное время электронагревателя (мощности ~1,5 2,0 кВт), питающегося от ветроэлектрического агрегата. Система также сблокирована с центральной электроснабжающей сетью. Цель подобной системы, выполняемой в рамках «Энергосберегающих технологии и Энергоэффективности» - экономия традиционного топлива, электроэнергии и улучшение экологической ситуации.

При расчёте установки, исходим из условия, что примерно 45 50% тепловой нагрузки системы должно быть обеспечено за счет солнечной энергии, а 20 25% за счёт энергии ветра. Остальная часть потребности сельского дома, обеспечивается от центральной электроснабжающей сети.

Для решения задачи исходим из принятого условия, норма расхода 80 100 на одного взрослого человека и ~ 40 50 на ребёнка (8 14 лет).

Производительность установки, может в зависимости от времени года, изменяться в широких пределах 40 70 л/м2 площади поверхности СВП. в сутки.

Суммарное количество горячей воды на данную семью составит, очевидно где-то 220 250 .

Площадь СВП принимает равной ~5,0 м2 исходные данные для решения задачи следующие [4]. Конструкция плоского коллектора «лист-труба», с диаметрами труб коллектора, толщина зачерненного листа коллектора (с использованием селективного покрытия) 1,0 мм. Коэффициент теплопроводности Диаметр соединительных труб . Степень черноты поверхности коллектора Количество часов солнечного сияния в сутки ~ 10 часов. Температура окружающего воздуха 250С, поверхности коллектора ~65 800С. Скорость ветра

Степень черноты коллектор СВП ~ . Расстояние между пластиной коллектора и ограждающего стекла . Угол наклона СВП к горизонту ~ 40 420 , при условии размещения Ю-С. Изоляционный материал «стекловата», с коэффициентом теплопроводности

2. Принципиальная схема и описание работы СВП с тепловым-дополнительным резервом.

Установка СВП (Рис. 1) состоит из плоского коллектора 1, бака-аккумулятора с дозатором 2, трубы для подачи холодной воды 3, горячей воды 4, резервуара для запасной воды 5, вентиляционной трубы 6, вентилей 7-11. Опорожнение воды из бака-аккумулятора производится посредством линии слива воды 13. Дополнительный (резервный) обогрев 2 осуществляется посредством стандартного ТЭН,а 14, производимого, посредством переключателя, как от ветроэлектрического агрегата, так и от централизованной электроснабжающей сети.

Принцип работы установки следующий: благодаря расположению плоского коллектора 1 над верхним уровнем бака-аккумулятора 2 на высоте 0,3-0,6м горячая вода из 1 в 2 перетекает как под гидродинамическим напором, так и под влиянием термодиффузии.

Перед запуском установки, заполняют холодной водой бак-аккумулятор 2, трубы соединяющие 2 с 1. Затем закрывают все вентили.

В летнее время, начиная с 8.00 утра вода начинает нагреваться в 1. Через 2-3 часа после непрерывного облучения поверхности плоского коллектора и подогрева воды в нем открывают вентили 7 и 8 и подогретая вода из верхней части коллектора 4, поступает в 2, оттуда в 3.

Процесс циркуляции воды между 2 и 1 продолжается до повышения температуры в нижней части 2 и на входе 3 в 1, до 65 800С (в некоторых случаях до 85 900С).

После достижения этих температур, открывают вентиль 9 и горячая вода поступает к потребителю (и далее в случае) отопления – в радиаторы помещения.

Линия для подачи горячей воды, посредством термосифонной циркуляции воды, соединяют к боковой поверхности 2 на отметке его высоты от нижнего основания.

3. Теплоэнергетический расчёт плоского коллектора СВП.

Целью теплового расчёта плоского коллектора является определение тепловых потерь с его поверхности и суточный КПД.

Для решения данной задачи используем уравнение теплового баланса [3-6]:

(1)

Где -плотность теплового потока, падающего на поверхность коллектора,

-полезноиспользуемая солнечная энергия, затрачиваемая на подогрев воды в коллекторе СВП,

- суммарные теплопотери с верхней, боковых поверхностей и основания коллектора, .

Эти теплопотери определяются по формуле:

(2)

Где (3)

Здесь -общий коэффициент теплообмена с верхней поверхности коллектора,

-коэффициент теплообмена с боковых поверхностей и изолированной нижней поверхности коллектора,

Эту величину определяем из выражения для данной задачи и Следовательно .

(Рис.2)

Для определения первого члена в (3) пользуется формулой:

(4)

Где -коэффициент теплоотдачи при свободной конвекции с поверхности коллектора к нижней поверхности стеклянного ограждения коллектора

-коэффициент теплоотдачи солнечной радиации с поверхности коллектора,

-коэффициент теплоотдачи с верхней поверхности стекла к воздуху при заданной скорости ветра,

-коэффициент теплоотдачи солнечный радиации от верхней поверхности стекла к воздуху излучением,

Эти величины определяем из следующих выражении:

(5)

Здесь где разность температур коллектора () и (), -расстояние (см), между поверхностного коллектора и ограждающего стекла.

- средняя температура поверхности пластины коллектора и стекла.

Из (1) определяем

(6)

Здесь - постоянная излучения абсолютного чёрного тела или константа Стефана-Больцмана.

и - степень черноты соответственно поверхности коллектора и стекла.

(7)

Здесь w-скорость ветра

(8)

Температуру поверхности ограждающего коллектор стекла определяем по формуле

(9)

Согласно принятым условиям расчёта находим (1-9):

; ;

Суммарные тепловые потери СВП составят:

Полезно использованная теплота:

КПД СВП для принятых условии:

4. Определение температуры воды на выходе из СВП.

Температуру воды на выходе из коллектора определяем посредством уравнения теплового баланса:

(10)

Здесь -расход воды в течение светлого времени суток для условий задачи за 10 часов, который определяем из формулы:

(11)

Для данных условии

Из (10) определим разность температур воды на выходе из коллектора и на входе в него:

(12)

Здесь -коэффициент расхода коллектора, учитывающий отношение полезно использованной теплоты при средней температуре поверхности коллектора, равной температуре воды на входе в коллектор к действительно полезной температуре коллектора.

- средняя массовая теплоемкость воды.

Коэффициент определяем по формуле:

(13)

Здесь

w- расстояние между трубами коллектора (шаг труб коллектора, ),

-наружный диаметр коллектора м; - коэффициент теплопроводности материала сварки места коллектора к его трубе, принимаем ;

- коэффициент свободной конвекции, при переносе теплоты с внутренней поверхности трубы коллектора к воде, циркулирующей в трубе при свободной конвекции, принимаем ;

коэффициент оребрения поверхности коллектора по принятым данным находим

Пользуясь данными [1,2] находим Откуда Из (13) определяем

Из формулы (12) определяем

Температуру воды на выходе из коллектора определяем по формуле:

Принимаем , т.е. температура воды на выходе из коллектора получается равной средней температуре поверхности коллектора.

5. Определение количества труб коллектора.

Количество труб коллектора определяем по формуле , где - общая длина труб коллектора, м; -длина одной трубы коллектора, м;

Общую длину труб коллектора, определяем по формуле:

; где -линейная плотность теплового потока коллектора , которая определяется по формуле:

(15)

Согласно принятым условием задачи, находим: .

По данным расчета находим:

и труб

Число труб (для случая 2-х коллекторов) равно 25:2=12,5 труб. Исходя из удобства и конструкторских соображении (исключения громоздкости системы СВП) число труб в коллекторе принимаем равным труб.

Количество труб можно также определить исходя из размеров коллектора по следующему соотношению: .

6. Гидравлический расчёт коллектора.

Термосифонный эффект, способствующий свободному движению воды через коллектор, обусловливается перепадом давления:

(16)

Здесь -плотность воды при температуре ,, плотность воды при температуре .

-высота бака-аккумулятора.

Принимаем бак-аккумулятор, объемом литров, диаметром

Высоту бака аккумулятора определяем из формулы:

Следовательно

Гидравлические потери по длине труб коллектора вычисляет по формуле Дарси-Вейсбаха: (17)

где -средняя плотность воды в помещении.

Скорость течения воды в трубах коллектора

Для получения размерности для W в , эту формулу перепишем в виде:

По данным задачи определяем .

7.Определение времени прохождения теплоносителя - воды в коллекторе.

Время прохождения воды через коллектор СВП, т.е. время нагрева воды в коллекторе определяем из выражения:

Время подогрева воды от тепературы в момент включения установки до температуры определяем по формуле - уравнения теплового баланса СВП:

Отсюда время подогрева

Рассмотрим 4 характерных для данного процесса случая;

1. Вода в баке-аккумуляторе предварительно подогревается электронагревателем (стандартным ТЭН ом) от ветроэлектрической установки или от централизованной электроснабжающей сети до , как это предусмотрено для принятого случая. Затем в коллекторе от до (с учетом ). В этом случае часа.

2. Система запускается в работу летом без предварительного подогрева воды. В этот период года вода нагревается в коллекторе до . Для этого времени года температура воды в баке-аккумуляторе принимается и часа (при ) .

3. Установка запускается в работу при начальной температуре и часа (при ) весной и осенью до .

4. Система запускается в работу зимой при и вода нагревается до (при ), часов.

Следовательно для рационального использования СВП необходимо предварительно подогревать воду в баке-аккумуляторе до

Тогда для нормального функционирования системы осенью и весной при потребуется часа, зимой же при потребуется 4,70 часа.

Определим число Рейнольдса по формуле , где -кинематическая вязкость воды, которую определяем по средней температуре воды:

, откуда находим , следовательно режим течения воды в трубах коллектора ламинарный. Для данного режима коэффициент гидравлического сопротивления находим по формуле:

Из формулы (17) находим .

Потери напора в элементах местного сопротивления: вентилях, поворотах на входах и выходах труб в коллекторе, в бак аккумулятор находим по формуле Берда-Карно

(18)

Зедсь п-число элементов местного сопротивления, по схеме установки (Рис.1), примем ; -коэффициент метного сопротивления, для всех элементов установки принимаем .

Учитывая выизложенное находим . Суммарные потери давления по ходу перемешения воды в системе

Так как перепад давления, обусловленный термосифонным эффектом то свободное истечение воды через коллектор СВП практически обеспечен.

8. Расчет теплоизоляции СВП и бака-аккумулятора.

Целью расчёта является определение толщины слоя изоляции, предназначенной для теплоизоляции коллектора и бака-аккумулятора.

Для этой цели пользуемся формулой [4].

(19)

Здесь - заданный коэффициент теплопроводности изоляции, -коэффициент теплопроводности воды со средней температурой ~600С и воздуха с температурой ~300С [4].

(20)

- толщина трубы бака-аккумулятора,

- коэффициент теплопроводности стали,

- толщина слоя накипи на внутренней поверхности труб (бака-аккумулятора), примем ;

- коэффициент теплопроводности накипи, принимаем .

- коээфициент теплоотдачи с изолированных поверхностей к окружающему воздуху, принимаем .

Коэффициент теплоотдачи находим по формуле:

(21)

, следовательно толщину изолящии - принимаем равной 60 мм.

Из практики эксплутации СВП различного конструктивного исполнения рекомендуется принимать , для бака-аккумулятора и для поверхностей коллектора и коллекторных труб.

Заключение

Резюмируя вышеизложенное необходимо отметить, что предложенная методика теплоэнергетического расчёта СВП, может представить научно-техническую основу создания подобных систем, предназначенных для удовлетворения санитарно-гигиенических условии-горячего водоснабжения (отопления сельских домов (дачь и др.), позволяющих эффективно использовать возобновляемые источники энергии-солнце и ветер. Использование альтернативных источников энергии для этих и других смежных целей в Аграрном секторе республики (ферм, птичников и др) позволит сэкономить трдиционное топливо, электроэнергию, а также способствовать улучшению экологической ситуации в стране.

Необходимо отметить, что данная проблема включена в Государственную программу по усилению работ в области использования возобновляемых источников энергии и развитии регионов Азербайджана.

Литература

1. Рзаев П.Ф., Аббасова Ф.А., Мамедов Ф.Ф., Некоторые особенности разработки и проектирования солнечного водоподогревателя для круглогодичного горячего водоснабжения сельского дома «Проблемы энергетики», №4, Б,2004,с.77-84.

2. Расчетно-пояснительная записка. К проекту отопления и горячего водоснабжения Пансионата, ГРЭС «Северная» с использованием солнечной и ветровой энегии. ЦКТБ ДП «Сантехмонтаж», Б, 1991, 80 с.

3. Даффи Дш., Бекман У.А.. Тепловые процессы с использованием солнечной энергии: перевод с английского / Под редакцией Ю.Н., Малевского/Издательство «Мир», М, 1977, 470 с.

4. Теплотехнический справочник. Том 1. Издательство «Энергия», М, 1986, 430 с.

5. Свердлов Г.С., Яковлев Б.К.. Курсовое и дипломное проектирование», Издательство «Пишевая промышленность», М, 1988, 250 с.

6. Харченко Н.В.. Индивидуальные солнечные установки. Издательство «Энергоатомиздат», М, 1991, 208 с.

7. Н.В. Харченко, В.А.Никифоров. Системы гелиотеплоснабжения и методики их расчёта. Издательство «Знание», К, 1982, 240 с.

ссылка по вывозу строительного мусора

Порівняльний аналіз енергозберігаючої політики в країнах європи. Выполненные проекты. Новая страница 1. Кпд солнечных элементов и модулей. Ермолаев.

Главная -> Экология