Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата "Колос" (стр. 7 из 13)
Результаты математического моделирования работы воздушных систем с галечным аккумулятором, вместимость которого на 1 м2 площади коллектора изменилась в диапазоне от 0,125 от 1 м3, /9/ показали, что по сравнению с системами нагрева жидкости характеристики воздушных систем несколько слабее зависят от вместимости аккумулятора. Это объясняется тем, что воздушная система может работать в режиме без использования аккумулятора, когда нагретый в коллекторе воздух поступает непосредственно в здание. Более слабая зависимость коэффициента замещения от вместимости аккумулятора также связана с тем, что в галечной засыпке наблюдается сильное расслоение температуры. При увеличении объема засыпки фактически возрастает объем «холодной» части аккумулятора, которая редко нагревается и охлаждается в такой же мере, как и его «горячая часть». Таким образом солнечную воздушную систему теплоснабжения предполагается установить с юго-западной стороны дома под углом 600 к горизонту. Расход воздуха принят равным 10,1 л/ м2* ч . Вместимость галечного аккумулятора составляет 0,25 м3 гальки на 1 м2 площади системы.
4.3 Расчет горячего водоснабжения
4.3.1 Расчет нагрузки горячего водоснабжения
Нагрузку горячего водоснабжения определяем по формуле /9/ :
(4.5.)где N – число дней месяца,
n – число жильцов,
Тср - средняя температура горячей воды – 550 С,
Тхол – температура холодной воды, для зимних месяцев – 50 С, для летних – 150 С, осенью и весной – 100 С.
- плотность воды – 1 кг/л.Ср – теплоемкость – 4190 Дж/кг*К.
Данные нагрузки горячего водоснабжения по месяцам сводим в таблицу 4.3.
Таблица 4.3Нагрузка горячего водоснабжения
| Месяц | Количество дней | Нагрузка ГВС,МДж | Нагрузка ГВС,кВт*ч | Нагрузка ГВС,Гкал. |
| I | 31 | 7793,4 | 2167,2 | 1,9 |
| II | 28 | 7039,2 | 1957,5 | 1,7 |
| III | 31 | 7015,3 | 1950,9 | 1,68 |
| IV | 30 | 6789,0 | 1887,9 | 1,63 |
| V | 31 | 7015,3 | 1950,9 | 1,68 |
| VI | 30 | 6033,0 | 1677,7 | 1,45 |
| VII | 31 | 6234,1 | 1733,6 | 1,49 |
| VIII | 31 | 6234,1 | 1733,6 | 1,49 |
| IX | 30 | 6789,0 | 1887,9 | 1,63 |
| X | 31 | 7015,3 | 1950,9 | 1,68 |
| XI | 30 | 6789,0 | 1887,9 | 1,63 |
| XII | 31 | 7793,4 | 2167,2 | 1,9 |
 | 82540,1 | 22953,3 | 19,8 |
4.3.2 Расчет теплопроизводительности солнечного коллектора(СК)
Количество теплоты, поступающей из теплоприемника на 1 м2 солнечного коллектора определяем по формуле:
(4.6.)где Qпол – полезная тепловая мощность СК, Вт/м2,
- плотность потока суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м2. 
- пропускательная способность прозрачной изоляции; 
- поглощательная способность панели коллектора;UL – общий коэффициент тепловых потерь, Вт/(м2 *К );
ТТ – средняя температура теплоносителя в коллекторе;
Та – температура окружающего воздуха, К.
- коэффициент эффективности поглощающей панели, учитывающий то обстоятельство, что средняя температура панели всегда выше средней температуры жидкости.Расчет ведется для СК марки СК-1, со следующими характеристиками: F'R= 0,94,UL = 4,12 Вт/м2 * К,
= 1,08. 
Расчетные данные сведены таблицу 4.4..
Таблица 4.4 Помесячное количество теплоты, поступающее из теплоприемника, на 1 м2 СК,
| Месяц |  , МДж/м2 | Та, К. | Qпол ,ГДж. |
| I | 372,3 | 250,5 | 0,076 |
| II | 598,4 | 252,2 | 0,314 |
| III | 622,1 | 260,1 | 0,368 |
| IV | 584,0 | 270,4 | 0,370 |
| V | 523,8 | 277,0 | 0,334 |
| VI | 478,3 | 283,7 | 0,314 |
| VII | 422,8 | 287,8 | 0,273 |
| VIII | 453,0 | 287,4 | 0,303 |
| IX | 517,3 | 281,2 | 0,344 |
| X | 608,4 | 273,7 | 0,407 |
| XI | 520,9 | 264,1 | 0,281 |
| XII | 368,7 | 256,2 | 0,096 |
| | 3,48 |
4.3.3 Расчет доли нагрузки горячего водоснабжения, обеспечиваемой за счет солнечной энергии
Доля полной месячной тепловой нагрузки обеспечиваемой за счет солнечной энергии f – есть функция безразмерных комплексов Х и У.
Эти комплексы рассчитываем для всех месяцев года при заданном значении площади коллектора /9/.
Уравнение запишем в виде:
(4.7) 
(4.8)где F'R – коэффициент эффективности отвода тепла, F'R= 0,94
UL – полный коэффициент теплопотерь СК, V = 4,12
F'R/FR– поправочный коэффициент, учитывающий влияние
теплообменника, F'R/FR = 0,97.
Тср – среднемесячная температура наружного воздуха (Табл.4.5.)
Dt – число секунд в месяце (Табл. 4.5)
L – нагрузка горячего водоснабжения (Табл. 4.5)
F'R·(t
)n – произведение коэффициента эффективности отвода тепла и приведенной поглощающей способности, F'R·(t )n= 0,97ta /(ta)n– оптическая характеристика (Табл. 4.5)
– среднемесячный дневной приход солнечной радиации для угла 50° (Табл.4.5)Таблица 4.5 Данные для определения доли нагрузки горячего водоснабжения
| Месяцы | Число секунд в месяце х 106 | Тср, °С | ta /(ta)n |  , 50° | L, ГДж | D t / L | QпГДж х 1м2 |
| IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXIXII | 2,682,412,682,592,682,592,682,682,592,682,592,68 | -22,5-20,8-12,9-2,64,010,714,814,48,20,7-8,9-16,8 | 0,440,940,940,920,920,900,900,900,940,940,940,94 | 372,3598,4622,1584,0523,8478,3422,8453,0517,3608,4520,9368,7 | 7,797,047,026,797,026,036,236,236,797,026,797,79 | 0,3440,3420,3820,3810,3820,4290,4300,4300,3810,3820,3810,344 | 0,0760,3140,3680,3700,3340,3140,2730,3030,3440,4070,2810,096 |
I.
I.
Для сравнения долю месячной нагрузки определяем для СК площадью S=10 м2 и S=20 м2 из выражения:
(4.9.) 
Результаты расчетов сведены в таблицу 4.6.
Таблица 4.6 Доли нагрузок горячего водоснабжения, обеспечиваемые за счет солнечной энергии (ориентация – юго-запад , угол 50°)
| Месяцы | Х/А | Y/А | Площади СК 10м2 | Площади СК 20м2 | ||||||
| Х | Y | f | f·L | Х | Y | f | f·L | |||
| IIIIIIIVVVIVIIVIIIIXXXIXII | 0,1580,1560,1620,1470,1380,1440,1380,1380,1320,1420,1560,151 | 0,0420,0750,0780,0750,0650,0670,0570,0620,0670,0780,0680,042 | 1,581,561,621,471,381,441,381,381,321,421,561,51 | 0,420,750,780,750,650,670,570,620,670,780,680,42 | 0,3330,5880,6060,5870,5170,5290,4560,4930,5300,6090,5380,332 | 2,594,144,253,993,633,192,843,073,604,283,652,58 | 3,5873,4393,2182,8852,6462,4432,4382,4442,6312,9273,3093,544 | 1,1491,9021,7211,6531,5221,4471,2411,3651,5211,8861,5051,224 | 0,2310,7280,7651,0230,9901,0110,9160,8990,8890,9490,6450,283 | 4,744,725,526,487,187,186,686,546,186,844,50,58 |
| ΣfL | 41,8 | 75,59 | ||||||||
Определяем процентное замещение годовой нагрузки для площадей 10 м2 и 20 м2.
(4.10) 
В нашем случае при отсутствии традиционного горячего водоснабжения дома достаточно коллекторов с площадью А = 10м2.
4.3.4 Расчет объема бака-аккумулятора
Объем бака-аккумулятора определяем из соотношения /18/:
V = 0,09·А, м3 (4.11)
где А = 10м2
V = 0,09·10=0,9м3, принимаем V = 1м3.
4.3.5 Коэффициент полезного действия установки
При расчете ССГВС одной из существенных характеристик является ее КПД, которое определяется по формуле /18/:
(4.12)где , q – приведенная оптическая характеристика коллектора, q = 0,
v – приведенный коэффициент теплорасхода СК, v=5Вт/м2·К