ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ По способу использования солнечной радиации системы солнечного низкотемпературного отопления подразделяют на пассивные и активные. Активными называются системы солнечного низкотемпературного отопления, в которых гелиоприемник является самостоятельным отдельным устройством, не относящимся к зданию. Пассивными называются системы солнечного отопления, в которых в качестве элемента, воспринимающего солнечную радиацию и преобразующего ее в теплоту, служат само здание или его отдельные ограждения.
СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ С ПАССИВНОЙ СИСТЕМОЙ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ С ПАССИВНОЙ СИСТЕМОЙ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
СОЛНЕЧНЫЙ ДОМ С ПАССИВНОЙ СИСТЕМОЙ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ По общему определению пассивные системы выполняют функции: - основного конструктивного назначения (элементы здания); восприятия; аккумулирования; транспортирования. Эффективности системы обеспечивает до 60 % отопительной нагрузки. Пассивные системы подразделены на открытые и закрытые. В открытых системах солнечные лучи проникают в отапливаемые помещения через оконные проемы и нагревают строительные конструкции, которые становятся приемниками и аккумуляторами тепла. В закрытых системах поток солнечной радиации поглощается приемниками солнечной радиации, совмещенными с наружными ограждающими конструкциями, которые являются аккумуляторами теплоты.
ТИПЫ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Открытые системы
ТИПЫ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Закрытая система без циркуляции теплоносителя Закрытая система с циркуляцией теплоносителя (система Тромба-Мишеля) а)- без экрана; б) – с теплоприемным экраном; 1 – остекление; 2 – стена здания; 3 – циркуляционные каналы; 4 – теплоприемный экран.
ТИПЫ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 1 – штора; 2 – верхний клапан; 3 – стеклянная перегородка; 4 – прослойка; 5 – массивная стена; 6 – нижний клапан.
КРИТЕРИИ ВЫБОРА ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ Основными критерии выбора пассивной системы: - оценка климатических возможностей района строительства предполагаемого использования солнечных систем; - выбор формы здания на основе минимизации тепловых потерь, общепринятых норм архитектурно-строительного проектирования; - определение теплового режима здания (по укрупненным показателям) с учетом не стационарности тепловых процессов и нерегулярного характера изменения внешних и внутренних возмущающих факторов.
КЛИМАТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ Перечень исходных данных для оценки климатических ресурсов: - измерение суточных температур наружного воздуха в каждый месяц отопительного периода; - характерное суточное изменение солнечной радиации в каждый месяц отопительного периода при ясной погоде (облачность 0 … 2 балла) и полуясной (облачность 2 … 6 баллов); - число ясных солнечных и полуясных дней в отопительном периоде; - скорость ветрового потока и его направление. АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ Перечень необходимых критериев при архитектурно-строительном проектировании: - ориентация и расположение здания на местности; - внутренняя планировка здания. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ЗДАНИЯ - анализ теплового баланса здания.
ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 1. Оптимальная ориентация дома – вдоль оси восток-запад или с отклонением до 30° от этой оси; 2. На южной стороне дома должно быть сосредоточено не менее 50 -70 % всех окон, а на северной – не более 10 %, причем южные окна должны иметь двухслойное остекление, а северные окна – трехслойное; 3. Здание должно иметь улучшенную тепловую изоляцию и низкие теплопотери вследствие инфильтрации наружного воздуха; 4. Внутренняя планировка здания должна обеспечивать расположение жилых комнат с южной стороны, а вспомогательные – с северной; 5. Должна быть обеспечена достаточная теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола; 6. Для предотвращения перегрева помещений в летний период над окнами должны быть предусмотрены навесы и козырьки.
РАСЧЕТ ОТКРЫТОЙ ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ При расчете открытой пассивной системы необходимо учитывать: – теплопотери через стены здания; – аккумулирование теплоты внутренними перекрытиями и перегородками; – аккумулирование теплоты внутренним оборудованием; – передача тепла через остекление; – теплопотери при нагревании воздуха, поступающего за счет инфильтрации и вентиляции; – поступление тепла за счет инсоляции. • ПОСОБИЕ 2. 91 к СНи. П 2. 04. 05 -91. РАСЧЕТ ПОСТУПЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В ПОМЕЩЕНИЯ. СНи. П 2. 04. 05 -91. ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛЯЦИЯ И КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ.
РАСЧЕТ ЗАКРЫТОЙ ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ При расчете закрытой пассивной системы необходимо учитывать: – теплопотери через стены здания; – аккумулирование теплоты внутренними перекрытиями и перегородками; – аккумулирование теплоты внутренним оборудованием; – передача тепла через остекление; – теплопотери при нагревании воздуха, поступающего за счет инфильтрации и вентиляции; – внутренние тепловыделения. – поступление тепла от теплоприемника;
КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗАКРЫТОЙ ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ Расстояния между теплоприемным экраном и стеклом, а также между экраном и стеной определяются по формулам: (для ламинарного режима) где – высота теплоприемного экрана, м; (для турбулентного режима) Высота теплоприемного экрана определяется по формуле: где – коэффициент теплообмена на поверхности теплоприемного экрана (равен 3, 5 -4), Вт/м 2·°С; – площадь теплоприемного экрана на 1 м ширины (для сложных форм – по всей поверхности контакта), м 2; – массовый расход теплоносителя в межстекольном пространстве на 1 м ширины теплоприемника, кг/ч; – удельная теплоемкость воздуха при средней температуре, Дж/кг·°С.
КОНСТРУИРОВАНИЕ ЗАКРЫТОЙ ПАССИВНОЙ СИСТЕМЫ Массовый расход теплоносителя в межстекольном пространстве на 1 м ширины теплоприемника, кг/ч, определяется по формуле: где – средняя скорость движения воздуха в прослойке, м/с; – средняя плотность воздуха в прослойке, кг/м 3; – толщина воздушной прослойки ( =4 ), мм. Средняя скорость движения воздуха в прослойке, м/с, определяется по формуле: где и – высота между центрами входного и выходного отверстий, м; – плотность входящего и выходящего воздуха из теплоприемника, кг/м 3; – сумма местных сопротивлений.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Критерием выбора наиболее целесообразного варианта технического решения является минимум приведенных затрат, определяемых по формуле: где – приведенные затраты, руб. /год – нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений (для ССТ жилищно-гражданского строительства рекомендуется принимать равным 0, 1). – капитальные вложения, руб. ; – ежегодные издержки, руб. /год; При сопоставлении приведенных затрат альтернативного и базового источника энергии используют выражение: где – эффект частичного или полного замещения базового источника альтернативным, руб. /год; – приведенные затраты базового источника энергии , руб. /год; – приведенные затраты альтернативного источника энергии , руб. /год.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ где – эффект от экономии энергоресурса, используемого базовым источником тепловой энергии, руб. /год; – эффект от снижения загрязнения окружающей среды при использовании альтернативного источника энергии, руб. /год; – эффект от экономии зарплаты на базовой генерирующей установке или социальный эффект применении мелких индивидуальных установок, руб. /год; – дополнительные затраты на альтернативные генерирующие установки – ССТ, руб. /год; Экономический эффект от экономии энергоресурса, используемого базовым источником теплоснабжения, определяется: где – объемом тепловой энергии, покрываемой альтернативным источником – удельный расход энергоресурса, используемый базовым источником теплоэнергии; – замыкающие затратами на топливо и (или) электроэнергию учитывающие франко-базисный источник.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Удельные затраты на топливо и электроэнергию, используемые базовыми теплогенерирующими установками определяют: где – замыкающие затраты на условное топливо, руб. /т, или электроэнергию, руб. /МВт·ч; – приведенные значения затрат на внутрирайонный транспорт условного топлива, руб. /т и электроэнергии, руб. /МВт·ч; – приведенные значения удельных затрат на хранение условного топлива, руб. /т.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Экономический эффект от снижения загрязнения окружающей среды при использовании альтернативного источника энергии, руб. /год: где – экономическая оценка ущерба, причиняемого газовыми выбросами загрязнений в атмосферу воздуха для отдельного источника; – объемом тепловой энергии, покрываемой альтернативным источником; – значения удельного расхода сэкономленного энергоресурса. Экономическую оценку ущерба, причиняемого газовыми выбросами загрязнений в атмосферу воздуха для отдельного источника, определяют по формуле: где – плата за единицу выбросов твердых частиц, СО, SO 2, N 2 O: Показатель Класс опасности Плата за единицу выбросов, дол. /т СО 4 27 Твердые частицы 3 54 SO 2 3 90 N 2 O 2 160
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ – показатель относительной опасности загрязнения атмосферы воздуха над территорией населенных пунктов различного назначения, принимается: Населенный пункт село город Зона рекреации Показатель 2 5 10 – поправочный коэффициент, учитывающий характер рассеяния примеси в атмосфере, принимается: КПД золоуловителя > 90 % 70 -90 % Золоуловитель отсутствует Показатель 0, 7 3 10 – приведенная масса годового выброса загрязнений, т/год где – общее число примесей, выбрасываемых источником в атмосферу; – масса годового выброса примесей i-го вида топлива (условного) в атмосферу, т/год; – показатель относительной агрессивности примеси i-го вида топлива (условного), т/т, учитывающий факторы: - ПДК в радиусе действия установки; - вероятность накопления исходной примеси и вторичных загрязнителей в компонентах ОС, в продуктах питания, - поступления примеси в организм человека неингаляционным и т. д.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Объемом тепловой энергии, покрываемой альтернативным источником: где – доля среднегодовой нагрузки, покрываемой альтернативным источником; – среднегодовая (сезонная) тепловая нагрузка объекта, оборудованного ССТ По времени потребления теплоты в течение года эти потребители делятся: а) круглогодичные б) средней длительности (6 месяцев) в) малой длительности (3 -4 месяца) Значения удельного расхода сэкономленного энергоресурса определяют – для электроэнергии: – для (условного) топлива: где 278 и 0, 034 - соответственно теоретический эквивалент электроэнергии и топлива (условного) на 1 ГДж теплоты; , – среднегодовые эксплуатационные коэффициенты полезного использования (КПИ) энергоносителей (электроэнергия, топливо).
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Эффект от экономии зарплаты (руб. /год) на базовой теплогенерирующей установке определяют возможностью полной или частичной остановки котлов: где – расходы на заработную плату эксплуатационного персонала , приходящегося на котел, останавливаемый летом (на месяцев) в период работы ССТ, руб. /год; где – среднегодовая удельная зарплата с начислениями эксплуатационного персонала, обслуживающего базисную установку, руб. /год на человека; где – численность эксплуатационного персонала базисного источника находят по проектным данным, чел. /(ГДж/ч); – доля среднегодовой нагрузки, покрываемой альтернативным источником; – заработная плату персонала обслуживающего ССТ, руб. /год: где – затраты на обслуживания ССТ, руб. /м 2; – установленная площадь коллекторов ССТ, м 2.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Дополнительные затраты в солнечные системы теплоснабжения, определяют: где , – коэффициент, учитывающий норму эффективности капитальных вложений и отчислений на амортизацию; – удельные капиталовложения в ССТ, определяют по смете, руб. /м 2; – удельные капиталовложения в базовый источник, определяемые по смете, руб. /м 2; – установленная площадь коллекторов ССТ, м 2; – расчетная часовая нагрузка потребителя, ГДж/ч. Коэффициент, учитывающий норму эффективности капитальных вложений и отчислений на амортизацию, определяют: для альтернативного источника: где – коэффициент, учитывающий норму эффективности капитальных вложений, 1/год, принимается 0, 1; – коэффициент, учитывающий отчисления на амортизацию, принимается 0, 05 -0, 08. для альтернативного источника: – коэффициент, учитывающий отчисления на амортизацию, принимается 0, 07 -0, 1.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Срок окупаемости капитальных вложений, определяются по формуле: где – капиталовложения в систему солнечного теплоснабжения, руб. ; – экономический эффект от строительства альтернативного источника, руб. /год.
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Установки солнечного горячего водоснабжения считаются экономически целесообразными при выполнении условия: где – критерий экономической эффективности установки солнечного горячего водоснабжения; – сезонный или годовой КПД установки солнечного горячего водоснабжения. где – нормативный коэффициент эффективности капиталовложений; – норма отчисления на покрытие эксплуатационных расходов (принимается 0, 1 от капитальных вложений); – удельных капитальные затраты на установку солнечного горячего водоснабжения, руб. /м 2; – удельная стоимость замещаемой теплоты, руб. /ГДж; – интенсивность солнечной радиации.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Автоматизация систем теплоснабжения (СТС) позволяет: – повысить точность поддержания технологических параметров на объекте управления; – получить дополнительную экономию энергоресурсов; – снизить эксплуатационные расходы; – повысить теплопроизводительность; – создать возможность перевода рассматриваемых систем на работу льготного тарифа электроэнергии; – снизить расходы на отопление за счет рационального управления режима аккумулирования тепла; – сократить потери энергии в окружающую среду.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Задачи автоматического управления системами солнечного теплоснабжения: – независимо от режима радиационных теплопоступлений должны поддерживаться требуемые значения регулируемых параметров на объекте теплопотребления; – энергетические потери преобразовании лучистой энергии в тепловую (при транспорте и хранении произведенного тепла) должны быть минимальными; – работу гелиосистем необходимо организовать таким образом, чтобы затраты ТЭР при производстве теплоты дублирующим источником, а также ущерб от загрязнения окружающей среды были сведены к минимуму; – должна быть обеспечена защита солнечных коллекторов, а также других элементов гелиосистем от замерзания, перегрева и механических повреждений.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ При выборе вариантов методов и схем системам солнечного теплоснабжения необходимо учитывать следующие классификационные признаки систем: 1. Вид тепловой нагрузки: - сезонное горячее водоснабжение, круглогодичное горячее водоснабжение, технологическая нагрузка, кондиционирование воздуха, теплоснабжение. 2. Тип систем: - автономные (без дублирующего источника тепловой энергии, с электрокотлом, с пиковым котлом, с печью); - централизованные (гелиоструктуры, связанные с системой теплоснабжения от ТЭЦ, районной котельной). 3. Вид теплоносителя и количество контуров циркуляции: - водяные одноконтурные, - жидкостные двухконтурные и многоконтурные системы, - водовоздушные и воздуховоздушные системы.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 4. Способ циркуляции теплоносителя: - термосифонные (естественная циркуляция), - с принудительной циркуляцией. 5. Тип солнечных коллекторов: - плоские, вакуумированные, воздушные, струйные солнечные коллекторы без слежения за солнцем, тоже с механизмом слежения, баки-солнечные водонагреватели, солнечные бассейны. 6. Вид пассивных гелиосистем: - без специальных устройств регулирования поступления солнечной радиации, - со специальными устройствами и естественной циркуляцией воздуха, - тоже с принудительной циркуляцией. 6. Вид аккумулирования: - суточное, сезонное (в водяных, в гравийных, аккумуляторах, в грунте).
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Общие особенности систем СТС заключаются в следующем: 1. Зависимость режим работы системы от постоянно изменяющихся технологических и климатических параметров; 2. Зависимость режим работы системы от изменяющейся в течение суток тепловой нагрузки потребителей; 3. Необходимость обеспечения наиболее экономичных процессов сбора, накопления и распределения солнечной энергии; 4. Необходимость обеспечения наиболее эффективного регулирования отбора теплоты системой СТС от дублирующего источника.
АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ По степени автоматизации СТС подразделяются: Частичная автоматизация – первый этап, при котором на автоматическое управление переводятся отдельные узлы и механизмы; Комплексная автоматизация – второй этап, при котором весь комплекс технологических операций осуществляется по заранее разработанному алгоритму с помощью различных автоматических устройств, объединяемых общей системой управлений; Полная автоматизация – третий этап автоматизации технологического процесса систем СТС, при котором система автоматических устройств выполняет без непосредственного участия человека весь комплекс операций технологического процесса.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ СТС - Проекты автоматизации систем СТС разрабатываются на основании: технологической части проекта; санитарно-технической части проекта; специального здания (предусматривающего необходимые требования к устройствам автоматики). Исходными данными для разработки проектов автоматизации являются: - описание проектируемого объекта с указанием характеристик технологического оборудования и производственных помещений; требования к параметрам, подлежащим регулированию, а также к точности регулирования; технологические схемы и чертежи расстановки технологического оборудования; подробное описание технологической системы СТС, режима работы и места установки датчиков; сведения об источниках питания электроэнергией; строительные чертежи (планы и разрезы).
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СХЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ СТС - В состав рабочего проекта входят: общие данные; функциональная схема автоматизации; схемы электрические принципиальные; схемы соединения внешних проводок; план разводки трасс автоматики; Исходными данными для разработки проектов автоматизации являются: - описание проектируемого объекта с указанием характеристик технологического оборудования и производственных помещений; требования к параметрам, подлежащим регулированию, а также к точности регулирования; технологические схемы и чертежи расстановки технологического оборудования; подробное описание технологической системы СТС, режима работы и места установки датчиков; сведения об источниках питания электроэнергией; строительные чертежи (планы и разрезы).
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Экономическая эффективность альтернативных источников энергии определяется совокупностью факторов, обусловленных: - денежными и материальными затратами на новые системы теплоснабжения; - экономией на базовых источниках энергоресурсов и значениями замыкающих затрат по этим ресурсам; - сокращением ущерба от загрязнения окружающей среды; - экономией труда на базовых генерирующих установках, а в ряде случаев и вытеснением генерирующих мощностей базовых источников.
Скачать презентацию ПАССИВНЫЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ По способу использования солнечной
Solar_7_1.ppt