Схема и описание солнечной водонагревательной установки.

Содержание.

1. Схема и описание солнечной водонагревательной установки……………

2. Задание………………………………………………………………………..

3. Исходные данные…………………………………………………………….

4. Расчёт солнечной водонагревательной установки…………………………

Схема и описание солнечной водонагревательной установки.

Солнечная водонагревательная установка (СВУ) предназначена для нагрева воды за счёт энергии светового излучения Солнца. Она представляет собой совокупность нескольких теплообменных устройств, используемых для улавливания солнечной радиации, преобразования её в тепловую энергию, аккумулирования и передачи промежуточному теплоносителю, а затем и потребителю.

В состав СВУ входят следующие элементы: 4- коллектор солнечной энергии (КСЭ),

6- бак нагретой воды, 10- теплообменник для передачи тепла промежуточному теплоносителю, направляемого потребителю, 11- патрубок для подачи нагретой воды из бака непосредственно потребителю, трубопроводы подъёмного 5 и опускного 12 участков циркуляционного контура СВУ, 14- циркуляционный насос.

КСЭ (рис. а) представляет собой плоский ящик 4, передняя, обращённая к солнцу панель 3 которого, выполнена из прозрачного материала – стекла или полимерной плёнки. Прошедший через эту панель поток лучистой энергии солнца Q_лпопадает на зачернённый абсорбер 2 и поглощается им. Абсорбер состоит из металлического листа и приваренных к нему трубок. Трубки являются тепловоспринимающей частью циркуляционного контура установки, где и происходит нагрев воды (или антифриза). Обратная сторона КСЭ покрыта слоем теплоизоляционного материала 1 толщиной d_из. Из коллектора нагретая вода по подъёмному трубопроводу 5 поступает в бак 6, в котором смешивается с уже находящейся в нём водой, а образующаяся смесь по опускному трубопроводу 12 вновь подаётся в коллектор, где получает очередную порцию тепла. Такой процесс происходит непрерывно в течение всего светового дня, что обуславливает постепенное повышение температуры t(t) воды 7 в баке 6. Её рост продолжается до тех пор, пока не наступит равенство между приходом тепла к воде в КСЭ и его расходом в виде тепловых потерь в окружающую среду через стенки коллектора 4, бака 6 и трубопроводов 5 и 12 и в виде полезного тепла, отводимого потребителю.

Заполнение СВУ водой допускается только при t_окр>0^оС. В противном случае не исключено её замерзание в элементах СВУ и, как следствие, выход из строя установки. Для предотвращения этого вместо воды применяют антифриз, температура замерзания которого t_зам меньше наинизшей температуры окружающей среды. Тепло солнечного излучения, воспринятое в КСЭ антифризом, отводится к воде, циркулирующей по встроенному в бак 6 рекуперативному трубчатому теплообменнику 10. Здесь она нагревается от начальной температуры t_вх до температуры t_вых, при которой направляется потребителю.

Для снижения тепловых потерь бак и трубопроводы покрыты слоем теплоизоляции толщиной d_из. При нагревании из воды выделяются растворённые в ней газы. Они выходят в атмосферу через воздушный клапан 8. Подпитка СВУ производится через патрубок 13, расположенный в нижней части бака.

Движение теплоносителя в циркуляционном контуре СВУ может быть принудительным или свободным. В первом случае жидкости перекачиваются при помощи насоса 14. Установки второго типа называют термосифонами. Для таких установок циркуляционный насос не нужен. Движение теплоносителя при этом осуществляется за счёт разности его плотностей в опускной (холодной) и подъёмной (тёплой) ветвях циркуляционного контура. Термосифонные СВУ более просты и экономичны, но требуют размещение бака над коллекторами. В насосных установках расположение элементов СВУ относительно друг друга может быть произвольным, однако их стоимость и эксплуотационные расходы выше.

Задание.

1. Выбрать тип теплоносителя, тип и число КСЭ, необходимых для обеспечения заданного режима работы СВУ.

2. Исследовать влияние теплоизоляции бака на коэффициент его тепловых потерь и найти оптимальную толщину теплоизоляции.

3. Определить кпд КСЭ.

4. Определить температуру воды t_гор в баке в конце светового дня и предельное, максимально возможное её значение t_max.

5. Вычислить величину снижения температуры воды в баке за ночь.

6. Рассчитать значения переменной во времени температуры воды в баке и построить график её изменения в течение суток.

7. Оценить экономическую эффективность СВУ.

8. Разработать рекомендации по повышению тепло производительности СВУ.

Исходные данные.

Шифр	Населенный пункт	Месяц	V,
	Астрахань		0,5

2. 46 град. сев. Широты.

4. г. Брянск, з-д оптического оборудования.

a. Длинна а = 1530 мм

b. Ширина b = 630 мм

c. Высота = 98 мм

Площадь а b x = 0,964 м²

5. Показатели энергетической эффективности:

a. оптический кпд - h_опт= 0.8

b. коэффициент тепловых потерь – k_КСЭ= 3.5 Вт/м² К

Расчёт солнечной водонагревательной установки

6. Габаритов бака-аккумулятора: диаметр d и высоту h:

где относительная высота бака.

7. Площадь теплоотдающей поверхности бака-аккумулятора, м²,

8. Число коллекторов солнечной энергии n, шт.

n = 30 V, шт./м³ воды в баке.

9. Площадь теплообменной поверхности КСЭ, м²,

где площадь теплообменной поверхности единичного КСЭ.

10. Оптический КПД КСЭ

11. Коэффициент теплопередачи , Вт/(м² К) от нагретой воды в баке через его теплоизолированную стенку к окружающему воздуху:

где Вт/(м² К) - коэффициент теплоотдачи от воды в баке к внутренней его поверхности; Вт/(м² К) - коэффициент теплоотдачи от наружной, покрытой теплоизоляцией поверхности бака к окружающему воздуху;