Розрахунок основних параметрів і економічної доцільності використання геліоенергетичних установок (ГЕУ).

Навчальна мета:

Засвоєння студентами методики розрахунку основних параметрів ГЕУ і визначення економічної доцільності використання ГЕУ.

 

Програма роботи:

1) Ознайомитись з принципом роботи і призначення геліоенергетичних установок.

2) Розрахувати площину сонцепоглинаючої поверхні геліоколектора.

3) Визначити обсяги енергії, які можливо отримати від ГЕУ.

4) Визначити, за даними критерію ефективності, економічну доцільність використання геліоенергетичних установок.

Вимоги до складення звіту

Звіт про виконану роботу повинен мати:

1. Мету і програму роботи.

2. Вхідні данні.

3. Приклад рішення та результати розрахунків, зведених в таблицю.

4. Висновки за результатами розрахунків.

Основні теоретичні положення

Площина сонцепоглинаючої поверхні геліоколектора визначається за

формулою:

(1.1)

де Q_д – розрахункові потреби в тепловій енергії, ГДж/добу, де

,

де ∆Q – теплові погодинні втрати енергії об’єкту, що обігрівається, кВт∙год/м³;

t_д – термін доби, t_д = 24 год;

V – об’єм об’єкту, що обігрівається, м³;

k_е – коефіцієнт, який характеризує співвідношення між одиницями енергії (кВт∙год в Дж) k_е = 3,6∙10⁶ в.о.;

η _г – ККД геліоенергетичної установки, в.о. (η _г =0,4-0,5 в.о.);

– сумарна середньостатистична добова щільність теплового сонячного потоку в j - му місяці, ГДж/м²: за даними [1] для центральних кліматичних зон України в липні за умов сонячного дня.

Обсяги енергії, які споживач може отримати за термін року від ГЕУ за умови її сезонного використання визначимо за формулою [3]:

(1.2)

 

де: Т_с - кількість місяців використання ГЕУ за термін року, Т_с = 5 в.о..

А – площина геліоколектора, м²;

t – кількість діб використання навантаження геліоустановкою за термін j – ого місяця, t = 30 в.о.;

Кн_ГЕУ - коефіцієнт незбігання графіка навантаження споживача з наявністю сонячної енергії, в.о., Кн_ГЕУ = 0 - 1;

Критерій ефективності L_ек використання ГЕУ залежить від щорічних відрахувань Е_н і а від величини капітальних вкладень в установку К, обсягів купленої та використаної теплової енергії від централізованої системи за термін року Q_р та її вартості С. Систему енергопостачання з використанням ГЕУ використовувати доцільно, коли виконуються умови [1]:

 

(1.3)

 

де а – норма відрахувань на покриття експлуатаційних витрат (при відсутності нормативних даних за термін експлуатації а = 0,1/Т_е, в.о., тоді при терміні експлуатації Т _е =16 років річна величина експлуатаційних витрат дорівнює: а=0,1/16=0,00625 в.о. / рік);

Е_н - нормативний коефіцієнт економічної ефективності, річна величина якого складає: Е_н = 1/Т_е=1/16=0,0625 в.о.;

Q_р – річні обсяги купленої теплової енергії від централізованої системи, ГДж/рік.

 

Завдання розділу 1

При заданій добовій щільності сонячного теплового потоку необхідно розрахувати геометричні параметри геліоколектора і економічну доцільність використання ГЕУ. Об’єт обігріву - водогрійний котел. Дублююче джерело – індивідуальна котельня. Вартість виробленої теплової енергії на котельні –

С = 72 грн/ГДж. Величину річного нормативного коефіцієнта економічної ефективності приймемо рівним Е_н = 0,0625 в.о., а норму відрахувань на покриття експлуатаційних витрат – а = 0,00625 в.о. / рік Теплові погодинні втрати теплової енергії водогрійного котла (ВК) ∆Q =0,083 кВт∙год/м³. Геліоенергетична установка сезонної дії з прийнятим ККД – η = 0,45 в.о. і вартістю В_г = 600 грн./м². Строк роботи за термін року з травня по вересень включно. Розрахунковий місяць – липень. Принцип роботи ГЕУ пояснено на рис.1. [2].

 

Рис. 1. Система теплопостачання водогрійного котла від ГЕУ,

де 1 – геліоколектор, 2 – теплоізоляція, 3 - теплообмінник.

Якщо умови економічної ефективності не виконуються, то необхідно навести заходи для їх усунення.

Таблиця 1.1 – Вхідні дані для розрахунку ГЕУ.

№ варіанту
V, м^3
№ варіанту
V, м^3
№ варіанту
V, м^3

 

 

Таблиця 1.2 – Результати розрахунку ГЕУ.

К, грн	Qд, ГДж/добу	Qдр, ГДж/рік	Vак, м^2	А, м^2	WГЕУ, ГДж∙год/рік	Lек, в.о.

Приклад рішення

Вхідні дані. Розрахувати площину колектора ГЕУ для підтримання температурного режиму водогрійного котла об’ємом 1000 м³ та обґрунтувати економічну доцільність використання ГЕУ.

 

Рішення.

1. Визначимо добові витрати енергії на підтримання температурного режиму водогрійного котла:

 

= 0,083∙24∙1000∙3,6∙10⁶ = 7,2 ГДж/добу

2. За формулою 1 визначаємо площину колектора ГЕУ:

7,2 / 0,45∙0,02 = 800 м²

3. Визначимо об’єм бака-акумулятора:

 

V_ак = k_ак∙А = 0,08∙800 = 64 м²

 

де k_ак – коефіцієнт, який враховує співвідношення площини геліоколектора і бака акумулятора, k_ак = 0,08 в.о..

 

4. Визначимо річні обсяги виробленої ГЕУ теплової енергії [3], при умові, що Кн_ГЕУ, Кв_ГЕУ =1.

 

 

 

де t∙ - кількість діб в місяці, t =30 в.о.;

5. Перевіримо економічну доцільність використання ГЕУ:

 

(0,0625+0,00625) 480000 / 72∙7,2∙30∙5 = 0,42 < η=0,45

 

де К = А∙В _г = 800∙600 = 480000 грн;

Q_p – річні витрати енергії на підтримання температурного режиму водогрійного котла від централізованої системи (котельні), Q_p = Q_д∙t∙Т_с, ГДж/рік.

Висновок: За даними співвідношення критерію ефективності установки сонячного гарячого водопостачання і її ККД встановлена позитивна економічна доцільність її використання.

Для випадків невиконання умов економічної ефективності надати заходи щодо її підвищення: ……………………………………………………………...

Контрольні питання

 

1) Що необхідно враховувати при визначенні площини геліоколектора?

2) Як залежить площина геліоколектора від щільності теплового сонячного потоку?

3) З яких основних складових складається ГЕУ?

4) Від чого залежить ефективність роботи ГЕУ?