WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 |

   Разработаны модели СВУ как с насосной, так и с естественной циркуляцией воды. Вместе с тем теоретические исследования показывают, что показатели эффективности СВУ слабо чувствительны к величине расхода воды в контуре установки, если этот расход превышает 50 л/ч в расчете на 1 м2 площади солнечного коллектора. Увеличение расхода выше этого значения не ведет к существенному повышению эффективности СВУ, и он может быть обеспечен как с помощью циркуляционного насоса, так и (в случае хорошо спроектированной установки) за счет естественной циркуляции (тогда установка оказывается более простой и дешевой). С учетом данного обстоятельства приведенные ниже результаты относятся к СВУ, в которых расход воды в контуре циркуляции соответствует указанному оптимальному значению.

   Важным фактором при моделировании СВУ является суточный график потребления нагретой воды. В настоящем исследовании для упрощения анализа предполагается, что разбор нагретой воды осуществляется лишь в вечернее время (после захода солнца). К следующему утру бак полностью опорожняется и заполняется водопроводной водой с температурой 10°С.

   Рассматривается типичная СВУ с объемом бака 100 л. При этом в расчетах площадь солнечного коллектора изменяется в диапазоне от 1 до 4 м2. Полученные результаты могут быть распространены на СВУ с большим объемом бакааккумулятора с использованием масштабного фактора. Очевидно, что в рассмотренной постановке задачи показатели эффективности СВУ будут одинаковыми для установок с одним и тем же соотношением между объемом бакааккумулятора и площадью солнечного коллектора (например, 100 л/2 м2 и 200 л/4 м2 и т.п.).

   Итак, анализ показателей эффективности СВУ базируется на динамическом моделировании рассмотренной типовой установки в конкретных климатических условиях с учетом сделанных допущений. В процессе моделирования рассчитываются ежесуточные показатели установки, фиксируются достигнутые температуры нагрева воды и затем полученные результаты статистически обрабатываются для различных периодов года.

   В выполненных в 2001–2003 гг. исследованиях применительно к климатическим условиям России, а затем и Европы, было установлено, что в рамках сформулированной постановки задачи имеют место универсальные зависимости ранее введенных показателей эффективности СВУ от сумм солнечной радиации, приходящей на поверхность земли, позволяющие создать инженерную методику оценки эффективности СВУ в зависимости от ее конструктивных параметров и климатических условий эксплуатации. В рамках проведенных исследований было рассмотрено более 50 населенных пунктов России и около 150 пунктов в Европе, для которых имелся полный набор необходимых исходных климатических данных. Полученные результаты создали предпосылки для расширения географической зоны анализа на другие континенты. Приведенные ниже данные относятся к 1049 метостанциям, распределенным по частям света следующим образом: Африка — 144, Азия — 158, Антарктида — 10, Австралия и Океания — 45, Северная и Центральная Америка — 404, Южная Америка — 121, Европа — 167. В число этих метеостанций входят соответственно и метеостанции, расположенные в европейской и азиатской частях России. Первичными источниками климатической информации служили база климатических данных Международного центра поддержки решений по возобновляемой энергетике (RETScreen, Канада), содержащая необходимую информацию для более чем 1000 метеостанций по всему миру, а также Научноприкладной справочник по климату СССР.

   Результаты моделирования СВУ в различных климатических условиях    Некоторые примеры обобщения результатов моделирования СВУ в виде зависимостей удельного числа дней, в которые вода в бакеаккумуляторе рассмотренной установки нагревается не ниже, чем до указанных контрольных температур, от среднедневной суммарной солнечной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность за рассматриваемый период года, иллюстрируют рис. 4–6. Рисунки относятся к типичной СВУ с площадью солнечного коллектора 2 м2. Рис. 4 характеризует работу СВУ в течение всего года (365 дней), рис. 5 — в течение теплого полугодия, рис. 6 — в течение летних месяцев. Видно, что, несмотря на определенный разброс расчетных точек, обусловленный особенностями микроклимата различных районов, имеет место явно выраженное расслоение массива точек по контрольным температурам, причем с ростом среднедневной суммы солнечной радиации удельное число дней возрастает, приближаясь к 1. При относительно малых значениях среднедневной энергии солнечной радиации число дней стремится к 0.

   На рис. 7 представлен пример анализа корреляции между двумя критериями эффективности: удельным числом дней и долей покрытия нагрузки для летнего периода работы СВУ. Видно, что если доля покрытия нагрузки f близка к 1, что достигается, например, путем увеличения площади солнечного коллектора, то и удельное число дней n также близко к единице, т.е. практически во все дни рассматриваемого периода года СВУ нагревает воду не ниже, чем до контрольного уровня температуры. При уменьшении площади солнечного коллектора оба показателя снижаются, причем существует некое пороговое значение доли покрытия, при котором n = 0. Для рассмотренного на рис. 7 случая это пороговое значение соответствует f = 0,4–0,5. Этот факт является исключительно важным с практической точки зрения, поскольку свидетельствует о том, что солнечная установка, имеющая проектную долю покрытия нагрузки за счет солнечной энергии ниже 0,5, без использования резервного нагревателя воду до контрольного уровня температуры нагреть не сможет. Или, с другой стороны, создание СВУ без резервного нагревателя должно быть ориентировано на получение высоких значений доли покрытия, по крайней мере, превышающих 0,5.

   Комплекс описанных выше расчетных исследований применительно к типовой солнечной водонагревательной установке с объемом бакааккумулятора 100 л проведен для площади солнечного коллектора изменяющейся в диапазоне от 1 до 4 м2. Полученные данные были статистически обработаны, что позволило получить обобщенные зависимости, составившие основу инженерной методики оценки эффективности работы СВУ в различных климатических условиях.

Анализ показателей эффективности использования солнечных водонагревательных установок C.O.K. N 5 | 2004г. Рубрика: ЭНЕРГЕТИКА И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ О.С. ПОПЕЛЬ, С.Е. ФРИД, Ю.Г. КОЛОМИЕЦ, Институт высоких температур Российской академии наук, тел./факс: (095) 4842374, email: O_Popel@oivtran.iitp.ru Инженерная методика оценки эффективности работы СВУ.

   Как отмечалось в первой части статьи*, полученные в результате вариантных расчетов зависимости удельного числа дней от суточных сумм солнечного излучения отличаются относительно небольшим разбросом данных. Это позволяет провести их обработку с получением более или менее универсальных аппроксимационных соотношений, пригодных для проведения инженерных оценок. При этом следует отметить, что указанные зависимости имеют вид широко используемых, в т.ч. и в гелиотехнике, inputoutput диаграмм, т.е. соотношений между входными и выходными «сигналами» системы, рассматриваемой как «черный ящик». В нашем случае входным «сигналом» служит наиболее существенный климатический параметр — среднедневная сумма солнечного излучения за рассматриваемый период года, выходным — удельное число дней, в которые температура воды в бакеаккумуляторе СВУ не ниже контрольного значения. Не останавливаясь на подробностях математической процедуры обработки данных, представим конечный результат — основу инженерной методики оценки эффективности СВУ.

   Анализ различных возможностей аппроксимации результатов показал, что наиболее подходящей и простой для практического применения является функция Больцмана с пределами изменения от нуля до единицы:

       , (1)            где X0 — абсцисса точки перегиба (ордината этой точки равна 0,5), dx — постоянная «времени» в функции Больцмана, S/Nmax — среднедневная сумма солнечной радиации за рассматриваемый период года. В результате применения известных методов математической обработки данных было показано, что наилучшая аппроксимация результатов получается при dx = 1,10±0,02 (кВт•ч)/(м2•день).

   Было также показано, что параметр X0 является функцией от площади солнечного коллектора, которая хорошо аппроксимируется гиперболой        , (2)        где P2 = 0,54±0,06 м2, а параметр Р1 линейно зависит от контрольной температуры t*.

   , (3)        где Dt = 3°C, B = 0,060; 0,067 и 0,070 для СВУ, работающих круглый год, полгода и три месяца, соответственно.

   Погрешность использования полученных аппроксимационных соотношений при расчете удельного числа дней лежит в пределах 15–20% в рассмотренном диапазоне изменения параметров СВУ, что вполне приемлемо для инженерных оценок.

   Кратко предлагаемая инженерная методика сводится к следующим последовательным действиям:

   1. Для предполагаемого места создания СВУ с использованием справочных или других источников определяется средняя дневная сумма солнечного излучения на горизонтальную поверхность за предполагаемый период эксплуатации установки: круглый год (Nmax = 365), теплое полугодие (Nmax = 183) или только летняя эксплуатация (Nmax = 92).

   2. С учетом продолжительности периода работы установки выбирается значение коэффициента B и по формуле (3) для желаемой контрольной температуры t* вычисляется коэффициент P1.

   3. По формуле (2) определяется X0 в зависимости от площади солнечного коллектора.

   4. Наконец, по формуле (1) рассчитывается искомое удельное число дней за рассматриваемый период эксплуатации, в которые СВУ будет нагревать воду не ниже, чем до выбранного контрольного уровня температуры.

   На основе вариантных расчетов потребитель может легко определить подходящую площадь солнечных коллекторов и провести соответствующие экономические оценки. Для этого он должен запросить продавца СВУ о стоимости установки при различных соотношениях между объемом бака и площадью солнечного коллектора и в зависимости от своих потребностей и финансовых возможностей принять решение о приобретении установки, оптимизировав ее конфигурацию исходя из собственных представлений о приемлемых затратах на получение горячей воды.

   Несмотря на то, что предлагаемая инженерная методика является упрощенной и не учитывает ряд специфических технических и эксплуатационных факторов, влияющих на эффективность использования солнечных водонагревателей, она крайне полезна для приближенных оценок и формирования представления о том, что может дать простейшая солнечная водонагревательная установка в различных климатических условиях.

   Распределение ресурсов    солнечной энергии    по территории России    Для оценки эффективности использования СВУ разработчики и потенциальные потребители СВУ нуждаются в информации о ресурсах солнечной радиации в различных регионах России в разные периоды года. Получение этой информации сопряжено с рядом технических сложностей, связанных, прежде всего, с тем, что актинометрические наблюдения ведутся лишь на ограниченном числе российских метеостанций, не обеспечивающих полное покрытие территории России. Непросто найти и имеющиеся по нескольким десяткам российских населенных пунктов справочные данные по солнечной радиации, поскольку они опубликованы лишь в специализированных справочниках ограниченным тиражом. Для разрешения этой проблемы в Институте высоких температур РАН ведется работа по составлению атласа распределения поступления солнечной радиации на различным образом ориентированные в пространстве неподвижные поверхности. Описание методик составления соответствующих карт является предметом отдельного рассмотрения. Отметим лишь, что исходной основой для построения карт являются база климатических данных NASA, созданная на базе многолетних спутниковых наблюдений за радиационным балансом поверхности земли, в т.ч. над территорией России, а также данные, опубликованные в многотомном Научноприкладном справочнике по климату СССР.

   На рис. 1–3 приведены карты Российской Федерации с распределением среднедневных сумм солнечной радиации на горизонтальной поверхности для различных периодов года (лето, теплое полугодие, весь год), которые могут быть использованы и при проведении расчетов по описанной выше инженерной методике оценки эффективности применения СВУ. Сравнение актинометрических данных базы NASA с данными для конкретных российских метеостанций из Научноприкладного справочника по климату СССР показало, что максимальная погрешность исходной информации базы NASA равна 15–17%. Величиной этой погрешности и обусловлен выбор величины достоверного шага районирования территории России по среднедневной энергии поступающей на поверхность земли солнечной радиации, составляющего для приведенных карт 0,5 (кВт•ч)/(м2•день).

Pages:     | 1 || 3 |




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.