Wersja skrócona

Materiały dydaktyczne do laboratorium z OiC-2 „Analiza pracy kolektorów słonecznych metodą f-chart” na podstawie PN-EN 15316-4-3:2007 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło i oceny sprawności instalacji -- Część 4-3: Źródła ciepła, cieplne instalacje solarne.

1

Wersja skrócona instrukcji; dr inż. Małgorzata Szulgowska-Zgrzywa

I. Literatura

PN-EN 15316-4-3:2007 Instalacje ogrzewcze w budynkach -- Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło i oceny sprawności instalacji -- Część 4-3: Źródła ciepła, cieplne instalacje solarne.

Pluta Z., Słoneczne instalacje energetyczne, Warszawa, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej

II. Oznaczenia

oznaczenie opis jednostka

A Powierzchnia apertury kolektora m²

a1 Współczynnik strat ciepła kolektora słonecznego (pierwszego rzędu) odniesiony

do powierzchni apertury kolektora wyznaczany wg EN 12975-2 W/(m²K) a2 Zależność temperaturowa współczynnika strat ciepła (drugiego rzędu)

odniesiony do powierzchni apertury kolektora wyznaczany wg EN 12975-2 W/(m²K²)

a, b, c, d, e, f Współczynniki korelacji -

cw Ciepło właściwe wody, na potrzeby ćwiczenia można przyjąć równe

4,19 kJ/(kgK) kJ/(kgK)

fst Współczynnik korygujący ze względu na pojemność zasobnika ciepła - faux Część objętości zasobnika wykorzystywana przez dodatkowe źródło ciepła -

tm Długość miesiąca h

ld Liczba dni w miesiącu doba

IAM Modyfikator kąta padania promieniowania dla kolektora -

Im Nasłonecznienie w rozpatrywanym okresie kWh/m²

Uloop Współczynnik strat ciepła pętli kolektora (kolektor i orurowanie) W/(m²K)

X,Y Współczynniki bezwymiarowe -

ref Temperatura referencyjna zależna od typu systemu i zasobnika °C

e,avg Średnia temperatura powietrza zewnętrznego w rozpatrywanym okresie °C

cwu Temperatura wody ciepłej °C

zw Temperatura wody zimnej °C

w Gęstość wody, na potrzeby ćwiczenia można przyjąć równą 1 kg/dm³ kg/dm³

loop Wskaźnik efektywności pętli kolektora uwzględniająca wpływ wymiennika ciepła; typowa wartość: loop = 0,9

-

ΔT Referencyjna różnica temperatur K

0 Sprawność kolektora bez strat ciepła do otoczenia (optyczna) wyznaczany wg EN

12975-2, odniesiona do powietrzni apertury -

kol Sprawność instalacji słonecznej -

Qsol,us,m Zapotrzebowanie na energię potrzebną do przygotowania ciepłej wody kWh

Qsol,out.m Wydajność cieplna systemu słonecznego w okresie miesięcznym kWh

Qkonwenc,m Zapotrzebowanie na energię potrzebną do przygotowania ciepłej wody

pokrywane z poza instalacji słonecznej kWh

Vcwu Dobowe zużycie ciepłej wody dm³/dobę

Vref Referencyjna objętość zasobnika równa 75 litrów na m² kolektora dm³

Vsol Objętość zasobnika w systemie kolektorów słonecznych dm³

Vbu Objętość w zasobniku zajmowana przez dodatkowe źródło ciepła liczona pomiędzy górą zasobnika a dołem elementu dodatkowego źródła ciepła (nagrzewnica elektryczna lub wymiennik ciepła)

dm³

Materiały dydaktyczne do laboratorium z OiC-2 „Analiza pracy kolektorów słonecznych metodą f-chart” na podstawie PN-EN 15316-4-3:2007 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło i oceny sprawności instalacji -- Część 4-3: Źródła ciepła, cieplne instalacje solarne.

2

III. Wzory i wartości przyjmowane do obliczeń

Zapotrzebowanie na energię potrzebną do przygotowania ciepłej wody

Qsol,us,m = Vcwucww(cwu-wz)ld/3600 [kWh/miesiąc]

Wydajność cieplna systemu słonecznego (miesięczna)

Qsol,out,m = z’Qsol,us,m [kWh]

Ilość ciepła dostarczana spoza systemu słonecznego

Qkonwen,m = (1- z’) Qsol,us,m [-]

Sprawność instalacji solarnej

kol= Qsol,out,m/(AIm) [-]

Wskaźnik udziału energii solarnej

z = aY+bX+cY²+dX²+eY³+fX³ [-]

z’ – skorygowany wskaźnik udziału energii solarnej zawierający się w przedziale <0,1>. Jeżeli wskaźnik udziału jest mniejszy od 0, przyjmuje się go jako 0, jeżeli jest większy od 1, przyjmuje się go jako 1 dlatego z’ = z gdy z

<0,1>, z’ = 0 gdy z<0 oraz z’ = 1 gdy z>1 gdzie:

a, b, c, d, e, f – współczynniki korelacyjne wg tabeli:

Współczynniki

korelacyjne Typ systemu

Z zasobnikiem Bezpośredni

a 1,029 0,863

b -0,065 -0,147

c -0,245 -0,263

d 0,0018 0,008

e 0,0215 0,029

f 0 0,025

Współczynnik X -

udział strat ciepła do zapotrzebowania na ciepło

X = (AUlooploopΔTfsttm)/(Qsol,us,m1000) [-]

Współczynnik Y -

udział ciepła wytwarzanego przez kolektor do zapotrzebowania na ciepło

Y = (AIAM0 loopIm)/(Qsol,us,m) [-]

Współczynnik strat ciepła pętli kolektora (kolektor i orurowanie)

Uloop = a1+a240+Uloop,p/A [W/(m²K)]

Ogólny współczynnik strat ciepła z orurowania pętli kolektorów Uloop,p = 5 + 0,5 A [W/(m²K)]

Materiały dydaktyczne do laboratorium z OiC-2 „Analiza pracy kolektorów słonecznych metodą f-chart” na podstawie PN-EN 15316-4-3:2007 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło i oceny sprawności instalacji -- Część 4-3: Źródła ciepła, cieplne instalacje solarne.

3

Referencyjna różnica temperatur

ΔT = ref-e,avg [K]

Temperatura referencyjna

ref = 11,6+1,18 cwu +3,86 zw – 1,32 e,avg [°C]

Wskaźnik korekcyjny ze względu na objętość zbiornika magazynującego

fst = (Vref/Vsol)^0,25 [-]

W systemie słonecznym ze wstępnym podgrzewem Vsol = Vnom (wartość nominalna). W systemie słonecznym ze źródłem dodatkowym objętość zasobnika solarnego określa się jak poniżej:

Vsol = Vnom(1-faux) gdzie:

faux – część objętości zasobnika wykorzystywana przez dodatkowe źródło ciepła faux = xVbu/Vnom

gdzie:

x – współczynnik sterowania równy:

- 1 – jeżeli dodatkowe źródło ciepła pracuje ciągle - 0,7 – jeżeli dodatkowe źródło ciepła pracuje w nocy

- 0,3 – jeżeli dodatkowe źródło ciepła pracuje w szczególnych potrzebach Typowe wartości faux to:

- 0,50 – dla pionowego zasobnika ciepła - 0,66 – dla poziomego zasobnika ciepła

Modyfikator kąta padania promieniowania dla kolektora:

IAM = 0,94 – dla kolektora płaskiego oszklonego IAM = 1,00 – dla kolektora nieoszklonego

IAM = 0,97 – dla kolektora rurowego próżniowego z płaskim absorberem IAM = 1,00 – dla kolektora rurowego próżniowego z okrągłym absorberem

Wskaźnik efektywności pętli kolektora: typowa wartość loop = 0,9

Materiały dydaktyczne do laboratorium z OiC-2 „Analiza pracy kolektorów słonecznych metodą f-chart” na podstawie PN-EN 15316-4-3:2007 Instalacje ogrzewcze w budynkach - Metoda obliczania zapotrzebowania na ciepło i oceny sprawności instalacji -- Część 4-3: Źródła ciepła, cieplne instalacje solarne.

4

IV. Karta zadania

Wykonać arkusz kalkulacyjny do analizy pracy słonecznej instalacji c.w.u.

Wykonać optymalizację i analizę pracy układu dla zadanych parametrów.

Lokalizacja obiektu: ………..

Montaż kolektorów, kierunek /kąt: ………...

cwu

C temperatura wody ciepłej

A m

powierzchnia kolektorów

a

W/(m

K) współczynnik strat ciepła kolektora

a

W/(m

K

) współczynnik sprawności optycznej kolektora

0

-

V

dm

zużycie wody ciepłej na dobę

V dm

objętość zasobnika

wz

C temperatura wody zimnej

c

kJ/kgK ciepło właściwe wody

f

- współczynnik korekcyjny

U

W/(m

współczynnik strat ciepła pętli kolektora

Miesiąc

Dane meteorologiczne Obliczenie z Praca układu

ta Im ld X Y z z' Qsol,us,m Qsol,out,m ηkol. Qkonwenc.

oC kWh/

(m²mc) - - - kWh/

mc kWh/

mc - kWh/

mc

styczeń

luty

marzec

kwiecień

maj

czerwiec

lipiec

sierpień

wrzesień

paździer.

listopad

grudzień

średnia średnia