Файл: 1 теплотехнический и электрический расчет установки.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.02.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
= 9810 H/
;
- КПД передачи; = 1;
- КПД насоса; = 0,4.
кВт.
Выбор мощности двигателя
насосной установки. Выбирается двигатель серии 4АА50В2У3.
Таблица 3 - Характеристики двигателя
Расчет систем солнечного теплоснабжения и горячего водоснабжения
Основным параметром ССТ является годовая удельная теплопроизводительность q, кВт·ч/м2, определяемая из уравнения
q = a + b (H – 1000), (13)
где H – среднегодовая суммарная солнечная радиация на горизонтальную поверхность, кВт·ч/м2; принимается Н = 1200 кВт·ч/м2; [ ]
a, b – параметры.
Q = 297,21+ 0,824 · (1200 – 1000) = 461,97 кВт·ч/м2;
a = (1 + 2r + 3r2) + (4 + 5r + 6r2) f + (7 + 8r + 9r2) f2; (14)
b = (1 + 2r + 3r2) + (4 + 5r + 6r2) f + (7 + 8r + 9r2) f2; (15)
а = (607–80 · 2,11–3 · 2,112)+(–1340+437,5 · 2,11+22,5 · 2,112) · 0,3+
+(1900–1125 · 2,11+25 · 2,112) · 0,32 = 297,21;
b = (1,177–0,496 · 2,11+0,14 · 2,112)+(–2,6+3,6 · 2,11–0,995 · 2,112) · 0,3+
+(3,35–5,05 · 2,11+1,4 · 2,112) · 0,32 = 0,824,
где r - характеристика теплоизолирующих свойств ограждающих конструкций здания при фиксированном значении нагрузки ГВС, представляет собой отношение суточной нагрузки отопления при температуре наружного воздуха равной 0 °С к суточной нагрузке ГВС. Чем больше r, тем больше доля отопительной нагрузки по сравнению с долей нагрузки ГВС и тем менее совершенной является конструкция здания с точки зрения тепловых потерь; r = 0 принимается при расчете только системы ГВС.
Характеристика определяется по формуле
, (16)
где - удельные тепловые потери здания, Вт/(м3
·°С);
m - количество часов в сутках, ч;
k - кратность вентиляционного обмена воздуха, 1/сут;
в - плотность воздуха при 0 °С, кг/м3;
- теплоемкость воздуха при 0 °С и постоянном давлении, Вт·ч/(кг·°С);
V - объем здания, 518 м3;
tв - температура воздуха внутри здания, °С;
l - суточная нагрузка ГВС, равная 517 Вт·ч/м2;
S - жилая площадь здания, 140 м2;
1…9; 1…9 - коэффициенты, находятся из таблиц 3.5 и 3.6;
f - коэффициент замещения, ориентировочно принимается от 0,2 до 0,4.
.
Таблица - Значения коэффициента для солнечных коллекторов II типа
Таблица - Значения коэффициента для солнечных коллекторов II типа
Значения , k, V, tв, S закладываются при проектировании ССТ.
Уравнение применимо при значениях
1050 H 1900;
1 r 3;
0,2 f 0,4.
Общая площадь поверхности солнечных коллекторов
F, м2 находится по формуле
F = Q f / q, (16)
где Q– полная годовая нагрузка теплоснабжения, кВт·ч; определяется по графику тепловых нагрузок (рис. 3.2).
Рис. 3.2. График тепловых нагрузок
Q = 90 · 20 · Рmax + 30 · 20 ·
Рmax + 60 · 20 · 
Рmax + 60 · 20 · 
Рmax ;
Q = 90 · 20 · 12,5 + 30 · 20 · 9,375 + 60 · 20 · 6,25 + 60 · 20 ·3,125 = 39125 кВт·ч;
м2.
Для проектируемого объекта по расчетным значениям принимается коллектор,
- глубина – 110 мм;
- ширина – 1610 мм;
- высота – 1980 мм;
- масса – 71 кг;
- тепловоспринимающая поверхность – 1,87 м2;
- рабочее давление – 0,6 МПа.
Количество коллекторов
принимается равным 17 шт.
Выбор теплоносителя в теплопринимающем контуре
Теплоноситель - движущая жидкая или газообразная среда, используемая для осуществления теплообмена. Наиболее распространенными видами теплоносителей в системах отопления являются: вода и водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля с модифицирующими присадками. [ ]
Выбор бака-аккумулятора и теплообменника
Объем бака-аккумулятора зависит от площади установленных на доме коллекторов. Стандартное соотношение – 75 литров воды в баке-аккумуляторе на каждый квадратный метр коллектора.[ ] Таким образом, получаем емкость бака-аккумулятора, она равна 1905 литров, емкость бака-аккумулятора принимается равной 2000 литров.
Для производства баков-аккумуляторов применяют листовую сталь толщиной 2…10 мм. Выпускают баки-аккумуляторы, имеющие в сечении форму круга или прямоугольника. Нарезку в размер заготовок для баков выполняют на гильотинных ножницах. Входные и выходные патрубки изготовляют из труб диаметром 15…100 мм. После, сварочных работ и зачистки швов баки-аккумуляторы проверяют на герметичность и передают на окрасочный участок для грунтования наружных поверхностей. Затем баки теплоизолируют пенопластовыми плитами толщиной 50 мм и обшивают по наружной поверхности листовой
оцинкованной сталью.
Вода к баку-аккумулятору, установленному на чердаке, подводится из водопровода в нижнюю часть бака, горячая вода поступает из верхней части. Наличие в баке двух змеевиковых теплообменников позволяет осуществлять работу установки в двух режимах. В летнее время оба змеевика используют для нагрева воды от установки солнечного горячего водоснабжения, а в переходный период верхний змеевик служит для догрева воды от отопительного котла.
Размеры змеевиковых теплообменников принимаются: [3]
- диаметр трубы –58 мм;
- площадь сечения трубы – 2 640,74 мм2;
- поверхность нагрева – 1,75 м2;
- суммарная длина труб – 20,9 м;
- масса секции – 35 кг;
- рабочая вместимость – 1 м3.
Выбор циркуляционных насосов
Циркуляционные насосы гелиоустановки нужно подобрать по производительности G1, которая рассчитывается по формуле
, (1)
где q = 1000 Вт/м2;
K = 0,7;
с1 = 3,61 кДж/(кг.ч.°С);
1 = 1055 кг/м3 (для 43%-ого раствора этиленгликоля);
t1 = 95 °С; t2 = 80 °С.
G1 = 3,6 . 1000 . 8 . 0,7/(3,61 . 1055 . (95 - 80)) = 0,354 м3/ч.
Полагая, что гидравлическое сопротивление теплообменника по контуру греющей воды будет около 50 кПа, общая потеря давления в этом контуре предварительно оценивается величиной 80 кПа. Для этой цели принимается насос ВЗ – ОРА – 2 [ ] (табл. 2.7).
таблица 2.7 - Технические характеристики циркуляционного насоса
Принцип работы насоса В3-ОРА-2 заключается в следующем. Продукт через всасывающий патрубок насоса ВЗ ОРА-2 заполняет свободные промежутки между лепестками роторов и при вращении порциями подается в трубопровод. При перекачке насосом роторным В3-ОРА2 (кулачковым) структурный состав продукта не меняется. В роторном пищевом насосе В3 ОРА-2 возможно вращение роторов в обе стороны, в зависимости от направления движения продукта.
3. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ
Гелиосистема представляет собой устройство, которое используется с целью преобразования энергии солнца в иной вид, к примеру, в электрическую или тепловую. Главная особенность такой системы в том, что для ее получения не нужно что-то добывать или сжигать природные ископаемые, ведь это экологически чистая установка. Для возможности ее работы достаточно только солнечной погоды. Именно данный фактор ограничивает применение данного оборудования и ставит его эффективность в прямую зависимость от климатической зоны и времени года. Зимой такая установка поможет только подогревать воду, а летом ее энергии с лихвой хватит на удовлетворение всех нужд.
Сегодня гелиоустановки производятся серийно, ведь доказана их эффективность и имеется спрос на них. К тому же в ряде стран предусмотрены различные льготы и поощрения за их использование. Вызвано это тем, что затраты на эксплуатацию подобных установок минимальны и нет вреда экологии. Такие устройства можно использовать в любых сферах жизни. При помощи них можно нагревать или охлаждать воду, воздух в помещении, вырабатывать электрическую энергию.
Гелиосистема по способу применения может быть:
Больше всего на данный момент используются системы теплоснабжения, так как они больше всего востребованы. На текущий момент времени подобное оборудование применяется с целью снабжения горячей водой и поддержания необходимой температуры в помещениях.
Рисунок 1. Основные элементы гелиосистемы
Гелиосистема в большинстве случаев включает следующие основные элементы:
; - КПД передачи; = 1; - КПД насоса; = 0,4. кВт.Выбор мощности двигателя
насосной установки. Выбирается двигатель серии 4АА50В2У3.Таблица 3 - Характеристики двигателя
Расчет систем солнечного теплоснабжения и горячего водоснабжения
Основным параметром ССТ является годовая удельная теплопроизводительность q, кВт·ч/м2, определяемая из уравнения
q = a + b (H – 1000), (13)
где H – среднегодовая суммарная солнечная радиация на горизонтальную поверхность, кВт·ч/м2; принимается Н = 1200 кВт·ч/м2; [ ]
a, b – параметры.
Q = 297,21+ 0,824 · (1200 – 1000) = 461,97 кВт·ч/м2;
a = (1 + 2r + 3r2) + (4 + 5r + 6r2) f + (7 + 8r + 9r2) f2; (14)
b = (1 + 2r + 3r2) + (4 + 5r + 6r2) f + (7 + 8r + 9r2) f2; (15)
а = (607–80 · 2,11–3 · 2,112)+(–1340+437,5 · 2,11+22,5 · 2,112) · 0,3+
+(1900–1125 · 2,11+25 · 2,112) · 0,32 = 297,21;
b = (1,177–0,496 · 2,11+0,14 · 2,112)+(–2,6+3,6 · 2,11–0,995 · 2,112) · 0,3+
+(3,35–5,05 · 2,11+1,4 · 2,112) · 0,32 = 0,824,
где r - характеристика теплоизолирующих свойств ограждающих конструкций здания при фиксированном значении нагрузки ГВС, представляет собой отношение суточной нагрузки отопления при температуре наружного воздуха равной 0 °С к суточной нагрузке ГВС. Чем больше r, тем больше доля отопительной нагрузки по сравнению с долей нагрузки ГВС и тем менее совершенной является конструкция здания с точки зрения тепловых потерь; r = 0 принимается при расчете только системы ГВС.
Характеристика определяется по формуле
, (16)где - удельные тепловые потери здания, Вт/(м3
·°С);
m - количество часов в сутках, ч;
k - кратность вентиляционного обмена воздуха, 1/сут;
в - плотность воздуха при 0 °С, кг/м3;
- теплоемкость воздуха при 0 °С и постоянном давлении, Вт·ч/(кг·°С);V - объем здания, 518 м3;
tв - температура воздуха внутри здания, °С;
l - суточная нагрузка ГВС, равная 517 Вт·ч/м2;
S - жилая площадь здания, 140 м2;
1…9; 1…9 - коэффициенты, находятся из таблиц 3.5 и 3.6;
f - коэффициент замещения, ориентировочно принимается от 0,2 до 0,4.
.Таблица - Значения коэффициента для солнечных коллекторов II типа
| Тип коллектора | Значения коэффициентов | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| II | 607,0 | -80,0 | -3,0 | -1340,0 | 437,5 | 22,5 | 1900,0 | -1125,0 | 25,0 |
Таблица - Значения коэффициента для солнечных коллекторов II типа
| Тип коллектора | Значения коэффициентов | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| II | 1,177 | -0,496 | 0,140 | -2,6 | 3,6 | -0,995 | 3,350 | -5,05 | 1,400 |
Значения , k, V, tв, S закладываются при проектировании ССТ.
Уравнение применимо при значениях
1050 H 1900;
1 r 3;
0,2 f 0,4.
Общая площадь поверхности солнечных коллекторов
F, м2 находится по формуле
F = Q f / q, (16)
где Q– полная годовая нагрузка теплоснабжения, кВт·ч; определяется по графику тепловых нагрузок (рис. 3.2).
Рис. 3.2. График тепловых нагрузок
Q = 90 · 20 · Рmax + 30 · 20 ·
Рmax + 60 · 20 · Рmax + 60 · 20 · Рmax ;Q = 90 · 20 · 12,5 + 30 · 20 · 9,375 + 60 · 20 · 6,25 + 60 · 20 ·3,125 = 39125 кВт·ч;
м2.Для проектируемого объекта по расчетным значениям принимается коллектор,
- глубина – 110 мм;
- ширина – 1610 мм;
- высота – 1980 мм;
- масса – 71 кг;
- тепловоспринимающая поверхность – 1,87 м2;
- рабочее давление – 0,6 МПа.
Количество коллекторов
принимается равным 17 шт.Выбор теплоносителя в теплопринимающем контуре
Теплоноситель - движущая жидкая или газообразная среда, используемая для осуществления теплообмена. Наиболее распространенными видами теплоносителей в системах отопления являются: вода и водные растворы этиленгликоля и пропиленгликоля с модифицирующими присадками. [ ]
Выбор бака-аккумулятора и теплообменника
Объем бака-аккумулятора зависит от площади установленных на доме коллекторов. Стандартное соотношение – 75 литров воды в баке-аккумуляторе на каждый квадратный метр коллектора.[ ] Таким образом, получаем емкость бака-аккумулятора, она равна 1905 литров, емкость бака-аккумулятора принимается равной 2000 литров.
Для производства баков-аккумуляторов применяют листовую сталь толщиной 2…10 мм. Выпускают баки-аккумуляторы, имеющие в сечении форму круга или прямоугольника. Нарезку в размер заготовок для баков выполняют на гильотинных ножницах. Входные и выходные патрубки изготовляют из труб диаметром 15…100 мм. После, сварочных работ и зачистки швов баки-аккумуляторы проверяют на герметичность и передают на окрасочный участок для грунтования наружных поверхностей. Затем баки теплоизолируют пенопластовыми плитами толщиной 50 мм и обшивают по наружной поверхности листовой
оцинкованной сталью.
Вода к баку-аккумулятору, установленному на чердаке, подводится из водопровода в нижнюю часть бака, горячая вода поступает из верхней части. Наличие в баке двух змеевиковых теплообменников позволяет осуществлять работу установки в двух режимах. В летнее время оба змеевика используют для нагрева воды от установки солнечного горячего водоснабжения, а в переходный период верхний змеевик служит для догрева воды от отопительного котла.
Размеры змеевиковых теплообменников принимаются: [3]
- диаметр трубы –58 мм;
- площадь сечения трубы – 2 640,74 мм2;
- поверхность нагрева – 1,75 м2;
- суммарная длина труб – 20,9 м;
- масса секции – 35 кг;
- рабочая вместимость – 1 м3.
Выбор циркуляционных насосов
Циркуляционные насосы гелиоустановки нужно подобрать по производительности G1, которая рассчитывается по формуле
, (1)где q = 1000 Вт/м2;
K = 0,7;
с1 = 3,61 кДж/(кг.ч.°С);
1 = 1055 кг/м3 (для 43%-ого раствора этиленгликоля);
t1 = 95 °С; t2 = 80 °С.
G1 = 3,6 . 1000 . 8 . 0,7/(3,61 . 1055 . (95 - 80)) = 0,354 м3/ч.
Полагая, что гидравлическое сопротивление теплообменника по контуру греющей воды будет около 50 кПа, общая потеря давления в этом контуре предварительно оценивается величиной 80 кПа. Для этой цели принимается насос ВЗ – ОРА – 2 [ ] (табл. 2.7).
таблица 2.7 - Технические характеристики циркуляционного насоса
| Марка насоса | Подача | Напор, м | Частота вращения об/мин | Высота всасывания, м | КПД насоса % | |
 | л/с | |||||
| Гном 16-16 Ех | 16 | 1,8 | 16 | 3000 | 6,6 | 40 |
Принцип работы насоса В3-ОРА-2 заключается в следующем. Продукт через всасывающий патрубок насоса ВЗ ОРА-2 заполняет свободные промежутки между лепестками роторов и при вращении порциями подается в трубопровод. При перекачке насосом роторным В3-ОРА2 (кулачковым) структурный состав продукта не меняется. В роторном пищевом насосе В3 ОРА-2 возможно вращение роторов в обе стороны, в зависимости от направления движения продукта.
3. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ
Гелиосистема представляет собой устройство, которое используется с целью преобразования энергии солнца в иной вид, к примеру, в электрическую или тепловую. Главная особенность такой системы в том, что для ее получения не нужно что-то добывать или сжигать природные ископаемые, ведь это экологически чистая установка. Для возможности ее работы достаточно только солнечной погоды. Именно данный фактор ограничивает применение данного оборудования и ставит его эффективность в прямую зависимость от климатической зоны и времени года. Зимой такая установка поможет только подогревать воду, а летом ее энергии с лихвой хватит на удовлетворение всех нужд.
Сегодня гелиоустановки производятся серийно, ведь доказана их эффективность и имеется спрос на них. К тому же в ряде стран предусмотрены различные льготы и поощрения за их использование. Вызвано это тем, что затраты на эксплуатацию подобных установок минимальны и нет вреда экологии. Такие устройства можно использовать в любых сферах жизни. При помощи них можно нагревать или охлаждать воду, воздух в помещении, вырабатывать электрическую энергию.
Гелиосистема по способу применения может быть:
-
Которые используются для теплоснабжения. Их также называют солнечными. -
Используемые для выработки электрического тока. Данное оборудование работает на фотоэлектрическом принципе. -
Используемые для охлаждения, то есть для абсорбции и адсорбции.
Больше всего на данный момент используются системы теплоснабжения, так как они больше всего востребованы. На текущий момент времени подобное оборудование применяется с целью снабжения горячей водой и поддержания необходимой температуры в помещениях.
Рисунок 1. Основные элементы гелиосистемы
Гелиосистема в большинстве случаев включает следующие основные элементы:
-
Солнечный коллектор или так называемый гелиоколлектор. Данный элемент является основополагающим, ведь именно он улавливает солнечные лучи и преобразует световую энергию в тепловую или электрическую. Так инфракрасная составляющая излучения, попадая на коллектор превращается в тепловую энергию. Это приводит к разогреванию панелей. В результате этого жидкий теплоноситель в виде воды или незамерзающей жидкости нагревается. -
Система трубопроводов, по которым перемещается жидкость от коллектора в бак и наоборот. -
Бак-аккумулятор, в котором накапливается теплоноситель. -
Контур нагрева воздушных масс или воды. Это могут быть трубы отопления. -
Насос, который гоняет теплоноситель по системе. -
Устройства регуляции температуры и контроля. -
Дублирующий источник энергии. Он необходим, если на улице непогода или ночь.