system kompleksowego wykorzystania energii słonecznej na przykładzie systemu grzewczego wspomagany efektem fotowoltaicznym.pdf

(1180 KB) Pobierz
Wojciech Malczeski – „System kompleksowego wykorzystania energii słonecznej…” -1-
Spis treści
Spis wielkości fizycznych ........................................................................................
03
1. Wstęp
1.1. Wprowadzenie …………………………………………………………..
05
1.2. Zakres pracy …………………………………………………………….
06
2. Założenia projektowe
2.1. opis proponowanego rozwiązania systemu grzewczego i zasilania
w energię elektryczną ……………………………………………….....
07
2.2. charakterystyka obiektu ………………………………………………..
07
2.3. lokalne warunki środowiskowe ………………………………………..
08
3. Obliczenia projektowe
3.1. określenie zapotrzebowania na wodę użytkową ………………….…….
09
3.2. określenie mocy cieplnej na potrzeby CWU ……..………………….…
09
3.3. określenie zużycia energii cieplnej do przygotowania CWU ..................
09
3.4. szacunkowe określenie mocy grzewczej na potrzeby CO ..……..…...…
10
3.5. określenie strat mocy w przewodzie cyrkulacyjnym …………..….…....
10
3.6. określenie strat mocy w zasobniku CWU. .......................... ……………
12
3.7. bilans zapotrzebowania energetycznego budynku ……...………..….…
12
3.8. podsumowanie ……………………………………………………..…...
12
4. Dobór pompy ciepła
4.1. określenie mocy pompy ciepła …………………………………..…...…
13
4.2. określenie właściwości termofizycznych obiegu pompy ciepła …....…..
13
4.3. dobór sprężarki ……………………………………………………….…
15
4.4. dobór dolnego wymiennika ……………………………………….……
16
4.5. dobór górnego wymiennika ……………………………………..…...…
19
4.6. dobór armatury i urządzeń pompy ciepła …………………………….....
22
4.7. dobór instalacji dolnego źródła ciepła ………………………..…………
22
4.8. dobór solanki …………………………………………………………….
24
4.9. dobór pompy obiegu solanki …………………………………………….
25
4.10. zabezpieczenie ciśnieniowe obiegu dolnego źródła ciepła …………....
27
4.11. regulator pompy ciepła ……………………………………………..….
28
4.12. przegląd nowoczesnych rozwiązań stosowanych w pompach ciepła ....
29
4.13. podsumowanie …………………………………………………………
31
5. Dobór kolektorów słonecznych:
5.1. analiza efektywności promieniowania słonecznego ……………….……
33
5.2. dobór kolektorów słonecznych i zasobnika solarnego .…………….……
34
5.3. dobór pompy obiegu solarnego ……………………………………….…
38
5.4. zabezpieczenie ciśnieniowe obiegu solarnego ……………………….….
41
5.5. dobór cieczy solarnej …………....................................................…….…
43
5.6. współpraca instalacji solarnej z regulatorem ………………………….…
44
5.7. komputerowe wspomaganie projektowania instalacji solarnej ………….
45
5.8. układ nadążny kolektorów słonecznych .…………………………….…..
46
5.9. podsumowanie ……………………………………………………….…..
47
886952245.006.png
Wojciech Malczeski – „System kompleksowego wykorzystania energii słonecznej…” -2-
6. Podłączenie pompy ciepła i instalacji solarnej do instalacji grzewczej CO i CWU
6.1. schemat hydrauliczny systemu CWU i CO ................................................
50
6.2. budowa i zasada działania systemu CWU i CO skojarzonym układem
pompy ciepła i kolektorów słonecznych ……………………………….…
51
7. Dobór instalacji fotowoltaicznej
7.1. określenie mocy elektrycznej generatora fotowoltaicznego ……………..
53
7.2. dobór modułów fotowoltaicznych …………………………………….….
53
7.3. dobór falownika fotowoltaicznego .............................................................
54
7.4. dobór bufora energii elektrycznej ....………………………………….…..
56
7.5. dobór aparatów elektrycznych i oprzewodowania …………………….…
58
7.6. schemat elektryczny instalacji fotowoltaicznej ……………………….….
61
7.7. podsumowanie ……………………………………………………………
62
8. Ekonomiczne studium opłacalności inwestycji
8.1. zestawienie kosztów systemu grzewczego C.W.U. ………………………
64
8.2. zestawienie kosztów systemu grzewczego C.O. …………………………
65
8.3. zestawienie kosztów systemu fotowoltaicznego …………………….……
66
8.4. system wsparcia inwestycji w OŹE i roczne koszty kapitałowe ………....
67
8.5. ekonomika inwestycji ………………………………………………….…
68
8.6. aspekt środowiskowy ……………………………………………….…….
72
8.7. podsumowanie ………………………………………………………….…
73
9. Uwagi i wnioski końcowe .........................................................................................
75
Bibliografia ………………………………………………………………………..….
77
I Wykaz literatury
II Wykaz norm
III Wykaz artykułów
IV Wykaz stron internetowych
Załączniki …………………………………………………………………………….
79
Nr 1. Projekt domu jednorodzinnego typu „Amulet”
Nr 2. Zestawienie pełnych wyników symulacji nasłonecznienia wg Solarsym 2.2
Wojciech Malczeski – „System kompleksowego wykorzystania energii słonecznej…” -3-
Spis wielkości fizycznych
l – stopień dostarczania sprężarki
h 0,05 – wymierny współczynnik sprawności kolektora przy średnich warunkach pracy
h kol – współczynnik sprawności kolektora
h o – optyczny współczynnik sprawności absorbera
Dp k – strata ciśnienia w polu kolektorowym [mbar]
Dp L – jednostkowej starty ciśnienia pojedynczego przewodu rurowego [mbar]
D
p R – starta ciśnienia w przewodach rurowych [mbar]
Dp w – starta ciśnienia w solarnym wymienniku ciepła [mbar]
h sol – współczynnika sprawności instalacji solarnej
A – ogrzewana powierzchnia mieszkalna [m 2 ]
A – powierzchnia kolektorów gruntowych [m 2 ]
c ps – ciepło właściwe solanki [kJ/kgK]
c pz – ciepło właściwe ziębnika [kJ/kgK]
c w – ciepło właściwe wody [kJ/kgK]
E a - roczne zużycie energii cieplnej do przygotowania ciepłej wody użytkowej [kWh]
E d - dobowe zużycie energii cieplnej do przygotowania ciepłej wody użytkowej [kWh]
E m - miesięczne zużycie energii cieplnej do przygotowania ciepłej wody użytkowej [kWh]
E całk – dobowe zapotrzebowanie na energię cieplną całego budynku [kWh]
E roczne – roczne zapotrzebowanie na energię cieplną całego budynku [kWh]
E CO – zapotrzebowanie na energię cieplną na cele centralnego ogrzewania [kWh]
E CWU – zapotrzebowanie na energię cieplną do podgrzania ciepłej wody użytkowej [kWh]
E kol – całkowita energia promieniowania słonecznego [W/m 2 ]
E odc – straty energii cieplnej w obiegu cyrkulacyjnym [kWh]
E prom – średnioroczna suma energii całkowitego promieniowania słonecznego na
powierzchnię absorbera [W/m 2 ]
E SOL – roczny solarny zysk energetyczny [kWh/a]
E z – użyteczna energia cieplna [W/m 2 ]
E zas – starty energii cieplnej w zasobniku solarnym [kWh]
F abs – powierzchnia absorbera kolektora [m 2 ]
F kol – wymagana całkowita powierzchnia absorbera [m 2 ]
F skol – skorygowana całkowita powierzchnia absorbera [m 2 ]
F sol – powierzchnia absorbera pola kolektorowego [m 2 ]
F w – powierzchnia wymiennika ciepła [m 2 ]
F wym – powierzchnia wymiennika [m 2 ]
k 1 – współczynnik liniowych strat ciepła [W/m 2 K 2 ]
k 2 – współczynnik nieliniowych strat ciepła [W/m 2 K 2 ]
n M – liczba modułów
n MS – liczba modułów w szeregu
n PV – skorygowana liczba modułów fotowoltaicznych
n s – liczba łańcuchów (modułów fotowoltaicznych połączonych szeregowo)
P el – moc elektryczna pobierana przez pompę ciepła w punkcie odniesienia [W]
P max – maksymalna moc modułu [W]
p max – maksymalne dopuszczalne ciśnienie pracy [bar]
p N – progowe ciśnienie aktywacji zaworu bezpieczeństwa [bar]
P PV – maksymalna moc generatora fotowoltaicznego [W]
p w – ciśnienie wstępne naczynia wzbiorczego [bar]
q – właściwa moc pobierana z gruntu [W/m 2 ]
Wojciech Malczeski – „System kompleksowego wykorzystania energii słonecznej…” -4-
q b – właściwe zapotrzebowanie na ciepło [W/m 2 ]
Q CO – cieplna moc zapotrzebowania do celu centralnego ogrzewania [W]
Q CWU – cieplna moc zapotrzebowana do celu przygotowania ciepłej wody użytkowej [W]
Q o – wydajność chłodnicza (moc poborowa pompy ciepła w punkcie odniesienia) [W]
Q PC – moc cieplna pompy ciepła [W]
q u – zapotrzebowanie na wodę użytkową [l/doba]
SF – solarny stopień pokrycia [%]
T a – średnia temperatura absorbera [K]
T c – temperatura ciepłej wody użytkowej [°C]
T o – temperatura otoczenia kolektora słonecznego [K]
t s1 – temperatura solanki na wlocie do parowacza [˚C]
t s2 – temperatura solanki na wylocie parowacza [˚C]
T z – temperatura zimnej wody [°C]
t z1 – temperatura ziębnika na wlocie do parowacza [˚C]
t z2 – temperatura ziębnika na wylocie parowacza [˚C]
U BA – napięcie baterii akumulatorów [VDC]
U Fmax – maksymalne napięcie falownika [VDC]
U MPP – napięcie modułu fotowoltaicznego dla maksymalnej mocy [VDC]
U NDC – napięcie znamionowe falownika [VDC]
U oDC – napięcie jałowe modułu fotowoltaicznego [VDC]
V s – strumień objętościowy solanki [m 3 /s]
V z – strumień objętościowy ziębnika [m 3 /s]
V zas – pojemność zasobnika solarnego [l]
W 3h – energia elektryczna zmagazynowana w baterii akumulatorów [kWh]
W BA – użyteczna zawartość energetyczna baterii akumulatorów [kWh]
w ks – prędkość solanki w kanałach [m/s]
w kz – prędkość ziębnika w kanałach [m/s]
w Nk – nominalny strumień przepływu dla kolektora słonecznego [l/h]
w Nz – nominalny strumień przepływu dla zasobnika solarnego [l/h]
W o – dobowe zużycie energii elektrycznej [kWh]
w s – pojemność cieplna solanki [kW/K]
w sol – natężenie przepływu w obiegu solarnymi [l/h]
w z – pojemność cieplna ziębnika [kW/K]
∆p a – całkowita strata ciśnienia na całej armaturze i wszystkich złączach [mbar]
∆p sol – całkowita strata ciśnienia w obiegu solarnym [mbar]
∆p z – strata ciśnienia na złączach i armaturze [mbar]
∆T log – logarytmiczna różnica temperatur
η s – lepkość dynamiczna solanki [Pa·s]
η z – lepkość dynamiczna ziębnika [Pa·s]
λ d – wskaźnik strat w wyniku dławienia sprężarki tłokowej
λ p – wskaźnik strat wyniku przegrzania sprężarki tłokowej
λ s – współczynnik przewodzenia ciepła solanki [W/mK]
λ sz – wskaźnik szczelności sprężarki tłokowej
λ z – współczynnik przewodzenia ciepła ziębnika [W/mK]
λ ν – wskaźnik przestrzeni szkodliwej sprężarki tłokowej
ρ s – gęstość solanki [kg/m 3 ]
ρ w – gęstość wody [kg/m 3 ]
ρ z – gęstość ziębnika [kg/m 3 ]
Wojciech Malczeski – „System kompleksowego wykorzystania energii słonecznej…” -5-
1. Wstęp
1.1 Wprowadzenie
Na wskutek szybkiego rozwoju gospodarczego świata ostatnie stulecie naszej
cywilizacji cechuje gwałtowny wzrost zużycia energii. Analiza tempa spożycia energii
wskazuje na jego wykładniczy charakter [1]. Dynamika zapotrzebowania na energię
przyczynia się do wyczerpywania ogólnoświatowych zasobów paliw naturalnych. Pomimo
trudności przewidzenia dalszego tempa zużycia paliw kopalnych, trudności oszacowania
nieodkrytych złóż i ciągłego doskonalenia technologii wydobycia niedostępnych dziś
pokładów, można szacunkowo określić przewidywany czas wyczerpania się zasobów paliw
naturalnych. Orientacyjny czas wyczerpania się światowych zasobów wybranych paliw
naturalnych zestawiono w tabeli 1 wg [1]
paliwa
kopalne
przy utrzymaniu obecnego
tempa zużycia energii
przy wzroście tempa
zużycia energii o 2%
Węgiel
200 lat
150 lat
Ropa
100 lat
55 lat
Gaz
150 lat
70 lat
Tabela 1. Oszacowanie orientacyjnego czasu wyczerpania się zasobów paliw kopalnych [1]
Wytwarzanie energii z paliw kopalnych przyczynia się do zanieczyszczenia
środowiska. Energetyka konwencjonalna oparta na spalaniu paliw kopalnych odpowiedzialna
jest za emisję szkodliwych substancji ubocznych, m.in. takich jak [2], [3]:
-
węglowodory – przyczyniają się do powstania smogu, absorbują ozon, niektóre są
rakotwórcze;
-
tlenek węgla – jest silną trucizną;
-
tlenki azotu – są gazami paraliżującymi, współodpowiedzialne za wymieranie lasów;
-
dwutlenek siarki – razem z woda tworzy kwasy siarkawe przyczyniając się do
wymierania roślinności;
-
dwutlenek węgla – stanowi główną przyczynę silnego wzrostu globalnej temperatury
tzw. efektu cieplarnianego.
Aspekt ochrony środowiska to wyzwanie dla energetyki konwencjonalnej, który
wymusza stosowanie nowoczesnych technologii. Obecne trendy stosowane w energetyce
konwencjonalnej oparte są na nowoczesnych technologiach np. [4]:
-
odsiarczanie węgla
-
skojarzona produkcja energii cieplnej i elektrycznej tzw. kogeneracja
-
spalanie w złożu fluidalnym
-
zagospodarowanie odpadów (pyłów, produktów odsiarczania, filtracji szlamów)
-
oczyszczenie spalin
-
odzysk ciepła
Równolegle do powyższych działań wdraża się programy oszczędzania energii oraz
intensywnie poszukuje się coraz doskonalszych alternatywnych rozwiązań w dziedzinie
energetyki. Jednym z takich rozwiązań jest stopniowe zastępowanie konwencjonalnych źródeł
energii proekologicznymi odnawialnymi źródłami energii (OŹE). Termin OŹE dotyczy dość
szerokiego zakresu źródeł energii wykorzystujących:
-
energię pochodzenia słonecznego (bezpośrednie promieniowanie t.j. fototermiczne
i fotowoltaiczne oraz pochodne promieniowania słonecznego np. wiatru i wody)
886952245.007.png 886952245.008.png 886952245.009.png 886952245.001.png 886952245.002.png 886952245.003.png 886952245.004.png 886952245.005.png
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin