Задача 2 Расчет солнечных коллекторов
Условия задачи Рассчитать площадь солнечного коллектора для обеспечения потребителя горячей водой в условиях Южного Урала в количестве m килограмм в сутки с заданной температурой Т К, ºК в летний период (с мая по август). Определить количество коллекторов n для выработки необходимого объема горячей воды и рассчитать их стоимость. Расчет провести для каждого месяца заданного периода.
1. Определяется количество удельной энергии, вырабатываемой солнечным коллектором в условиях Южного Урала в летний период для каждого месяца:, МДж/м² где К f – коэффициент переноса солнечной энергии к жидкости. Этот коэффициент показывает долю теплового потока Qв.уд., передаваемого воде, и в расчетах принимается равным 0,85; Н – суммарная солнечная дневная радиация на горизонтальную поверхность; τ– коэффициент пропускания солнечного излучения прозрачным покрытием (с учетом поглощения солнечного излучения поверхностью коллектора, принимаем: τ =0,9 – для одинарного стеклянного покрытия, τ = 0,8 для двойного стеклянного покрытия, τ = 0,81 для силикатного стекла); Т П – температура приемной поверхности коллектора, ºК; Т О. С. – температура окружающей среды, ºК; R П – термическое сопротивление приемной поверхности типичного коллектора (R П = 0,13 м² ºК/Вт – для одинарного стекла, R П = 0,22 м² ºК/Вт – для двухслойного стекла; R П = 0,4 м² ºК/Вт – для силикатного стекла).
Суммарная дневная солнечная радиация на горизонтальную поверхность определяется: МДж/м² где Н о – коэффициент, принимаемый равным эталонному (атмосферному) значению солнечной радиации (1360 Вт/м² =1,36 кВт/м²).Учитывая, что 1 кВт =3,6 МДж., для каждого месяца этот коэффициент будет равен Н о =1,363,6 МДж/м²; а и в – постоянные коэффициенты для заданного района; S – действительная продолжительность солнечного сияния для заданного района, ч; So – возможная продолжительность солнечного сияния, ч. Значения коэффициентов а, в и So для Челябинской области берутся из таблицы П.2.2. для каждого расчетного месяца; среднее значение S – по таблице П.2.3.
Температура приемной поверхности коллектора рассчитывается по выражению: ºК, где Т Б – температура воды в баке-аккумуляторе к концу дня (в расчетах принимается равной заданной конечной температуре Т К ).
2. Определяется количество энергии для нагрева необходимого объема воды в сутки до заданной температуры для каждого месяца расчетного периода i: МДж, где m – масса горячей воды, кг; C – теплоемкость воды (С=4,19 кДж/кг· ºК); Т К – конечная температура нагрева, ºК; Т Н – начальная температура нагрева (принимается равной температуре окружающей среды для расчетного периода времени), ºК.
3. Площадь солнечного коллектора определяется отношением м². 4. Исходя из расчетной площади СК, определяется количество коллекторов n для расчетного периода времени использования. Для расчета принимаем площадь одного коллектора 0,8 м² производства Ковровского механического завода.
5. Рассчитывается стоимость требуемого количества коллекторов по их максимальному значению из расчетных месяцев. 6. Сделать вывод о целесообразности использования энергии солнца для нагрева воды в условиях заданного района.