fakultet strojarstva i brodogradnje sveučilišta u zagrebu

Fakultet strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu

5. Primjena solarnih kolektora za industrijske svrhe 6.Projektiranje solarnih sustava

Trening - HEP Toplinarstvo21-23.01.2019.

Prof.dr.sc. Damir Dović, dipl.ing.stroj.

Projekt je sufinanciran iz programa za istraživanje i inovacije Obzor 2020. Broj ugovora o sufinanciranju je 784966 te projekt traje od travnja 2018. do rujna 2020. godine.

2

SADRŽAJ

1. Solarna dizalica opline

2. Niskotemperaturni sustav za zagrijavanje tehnološke vode

3. Simulacija rada

4. Smjernice za projektiranje sustava

3

Solarne dizalice topline

4

Rezultati simulacije mjesečne količine korisne energije prikupljene solarnom dizalicom topline (SDT) s ostakljenim i neostakljenim kolektorima, usporedba sa konvencionalnim solarnim toplovodnim sustavom,simulacije napravljen za klim. područje Splita , Acoll = 6m2, Vspremnik = 600 Lit (SDT), Vspremnik = 300 Lit (konvencionalni sustav)

5

Primjer- niskotemperaturni solarni sustav za zagrijavanje industrijske vode (35°C)

Za potrebe zagrijavanja tehnološke vode u DERMACRIJEVARA d.d., Varaždin, potrebno je izraditi tehničkorješenje, u obliku izvedbenog projekta, ugradnje solarnihkolektora s pripadajućim spremnicima, izmjenjivačimatopline, armaturom i regulacijom kao dodatnogenergetskog izvora pored postojećih plinskih kotlova.

6

Primjer- niskotemperaturni solarni sustav za zagrijavanje industrijske vode (35°C)Potrebne količine tehnološke vode temperature 35°C

sum= 923 605 kWh/a

mjesec

potrošnja plina, kWh/mjesec

potrošnja vode, m3/mjesec

1. 96226 3 311 2. 39089 1 345 3. 101486 3 492 4. 89745 3 088 5. 67009 3 002 6. 59316 2 513 7. 62123 3 813 8. 47219 1 824 9. 70971 2 442

10. 96807 3 331 11. 96807 3 331 12. 96807 3 331

6:00-8:00 AM - 18 m3/h, 14:00-18:00 - (10÷20)% dnevne potrošnjeNema potrošnje vikendima i 15 danau kolovozu

7


Sustav 1

1

ulaz hladne vodovodne vode

hnološka voda 35°C

170 kol.

prema pogonu

hladna vodovodna voda

5000 Lit 13000 Lit

2b

3

a

c

Z

Z

eksp. posuda2500 Lit.

9

7

1

16

15

17

8

3

2

5

11

14

11

13

6

12

8


Sustav 2

1

prema pogonu

182 kol.

tehnološka voda 35°C

3000 Lit 3000 Lit

ulaz hladne vodovodne vode

hladna vodovodna voda

13000 Lit3

c Z

Z

2

b

12

13

10

11

14

15

1

2

16

a

933

8a 87

15

17

14

9

Smještaj kolektora na krovu tvornice

O50O50

O20 O20 O20 O20O20O20

O20 O20 O25 O25 O20 O20

O25 O20 O20

O25 O20 O20

O20 O20 O20

O25 O20 O25

O20 O20

O20 O20

O20

O25

O25

O25

O25

O40

O50

O50

O32O

40O

25O

32O

25

O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20

O20 O20 O20 O20 O25 O25 O20 O20 O20

O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20

O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20O20

O20 O20 O20 O25 O25 O20 O20 O20

O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20 O20

O25

O40

O50O50

O32

O25

O32

O32

O25

O25

O32

DEATLJ A

1" PN61" PN6

5/4" PN6

1" PN61" PN6

1" PN6 1" PN6

1" PN6 1" PN6

5/4" PN6

16

5

3

4

2a 2b

5a 5b

3a 3b

4a 4b

6a 6b

3a 3b

2a 2b

4a 4b

2

5

1

11

7

10

11

8a 8b

9a 9b

10a 10b

182 kolektora, nagib=35° 80 kolektora, nagib=35°

10

Simulacije rada sustava tijekom dana

svibanjtzraka tkol,ul tkol,iz ηkol Qkol qvoda Qvoda Qakumul ts1 ∆t ts2, ts2,vel. tvoda,iz Qdodano

sat oC oC oC kWh m3/h kWh kWh oC oC oC oC oC kWh4-5 17 24.5 0 24.5 24.5005-6 17 24.500 27.911 1.076 21.832 0 0 21.832 24.5 3.7525 28.252 24.5006-7 17 28.252 32.040 0.479226 24.23728 9 190.967 -166.729 28.252 -7.960 28.252 28.252 12.317 70.59577-8 17 28.252 36.274 0.589 51.339 9.000 190.967 -139.628 28.252 -6.666 21.586 10.000 14.907 140.3438-9 17 13 27.255 0.722 91.234 7.696 103.654 -12.420 21.586 -0.593 20.993 10.000 20.198 125.3119-10 17 13 32.467 0.779 124.590 7.696 98.349 26.241 20.993 4.510 25.503 10.000 23.926 84.960710-11 17 13 34.619 0.763 138.360 7.696 138.699 -0.340 25.503 -0.058 25.445 10.000 25.465 85.483211-12 17 13 36.066 0.758 147.622 7.696 138.177 9.445 25.445 1.623 27.068 10.000 26.501 70.959812-13 17 13 35.948 0.753 146.866 7.696 152.700 -5.834 27.068 -1.003 26.066 10.000 26.416 79.930913-14 17 13 33.861 0.748 133.513 7.696 143.729 -10.216 26.066 -1.756 24.310 10.000 24.924 95.640414-15 17 24.310 40.786 0.695 105.449 2.831 0.000 105.449 24.310 5.035 42.574 10.000 41.40015-16 17 27.574 38.897 0.601 72.470 2.831 0.000 72.470 42.574 3.460 35.000 17.704 38.90616-17 17 30.000 36.640 0.501 42.493 2.831 0.000 42.493 35.000 2.029 35.000 20.513 35.22217-18 17 35.000 36.137 0.155063 7.278927 2.831 0.000 7.278927 35.000 0.348 35.000 20.994 30.89418-19 17 35 20.994119-20 17 srednja 24.884620-21 1721-22 1722-23 1723-24 17sum/srednje 28.02 0.70 1107.28 75.50 1157.24 28.90 13.96 753.23

kWh/(month.m2) 69.60

Svibanj

11

Proračun pada tlakaJEDNOSTREŠNA ZGRADA

DIONICA protok BROJ.KOL. promjer brzina duljina Re f ∆p lok.otpori ∆plok I granam3/h mm m/s m Pa Pa/m Pa Pa

1 5.78 170 50 0.82 9.5 13080 0.00731 1962 207 2.5 883 19622 3.06 90 39 0.71 9.5 8878 0.00814 2121 223 2.3 615 2121

2a, I 1.70 50 25 0.96 2 7694 0.00848 1327 663 2.9 1418 13272a, II 1.36 40 25 0.77 5 6155 0.00906 2268 454 22682a, III 1.02 30 19 1.00 5 6074 0.0091 5051 1010 0.6 316 50512a, IV 0.68 20 19 0.67 5 4049 0.01032 2547 509 1.0 234 25472a, V 0.34 10 19 0.33 5 2025 0.0079 488 98 10.0 586 4882b, I 1.36 40 25 0.77 3 6155 0.00906 1361 4542b, II 1.02 30 19 1.00 5 6074 0.0091 5051 10102b, III 0.68 20 19 0.67 5 4049 0.01032 2547 5092b, IV 0.34 10 19 0.33 5 2025 0.0079 488 983a, I 0.85 25 19 0.83 2 5062 0.00962 1483 742 4.7 1703 14833a, II 0.68 20 19 0.67 5 4049 0.01032 2547 509 25473a, III 0.51 15 19 0.50 5 3037 0.00527 731 146 7313a, IV 0.34 10 19 0.33 5 2025 0.0079 488 98 4883a, V 0.17 5 19 0.17 5 1012 0.0158 244 49 2443b, I 0.68 20 19 0.67 3 4049 0.01032 1528 5093b, II 0.51 15 19 0.50 5 3037 0.00527 731 1463b, III 0.34 10 19 0.33 5 2025 0.0079 488 983b, IV 0.17 5 19 0.17 5 1012 0.0158 244 49

5 1.53 45 25 0.87 12.2 6925 0.00875 6761 554 67616 3.06 90 32 1.06 4 10820 0.0077 2271 568 3.0 1770 22717 2.72 80 32 0.94 15 9617 0.00796 6955 464 0.6

8a,I 1.36 40 25 0.77 2 6155 0.00906 907 4548a,II 1.02 30 19 1.00 5 6074 0.0091 5051 10108a,III 0.68 20 19 0.67 5 4049 0.01032 2547 5098a,IV 0.34 10 19 0.33 5 2025 0.0079 488 98

9 1.36 40 25 0.77 12.2 6155 0.00906 5533 45410a,I 0.68 20 19 0.67 2 4049 0.01032 1019 50910a,II 0.51 15 19 0.50 5 3037 0.00527 731 14610a,III 0.34 10 19 0.33 5 2025 0.0079 488 9810a,IV 0.17 5 19 0.17 5 1012 0.0158 244 49

10 2.72 80 32 0.94 8 9617 0.00796 3709 46411 5.78 170 50 0.82 9.5 13080 0.00731 1962 207 2.5 883 1962

tot:,m 301.9 max:,Pa 8409 32250

totvel.spremn. 7 40 1.55 80 51604 0.0052 49868 623 17.8 22441 72309izmedju spr. 7 40 1.55 20 51604 0.0052 12467 623 43.6 55121 67588

12

Proračun razmaka između kolektora

Duljine sjene za kolektor orijentiran prema jugu pod kutem od 35° prema horizontalii dimenzija (duljina) 2000 mm ×(širina) 1010 mm za područje Zagreba (45.8° sj.z.š.)

osjenčana polja pokazuju duljinu sjene u periodu kada se uključuju / isključuju pumpe u solarnom krugu

13

Rezultati simulacije-optimizacija

Ukupna površina kolektora,

m2

Ušteda energije kWh/godina

Ušteda energije kn/godina

Povrat investicije, godina

700 515408 106077 8.57

600 467998 96320 8.1

500 409839 84350 7.71

400 342992 70592 7.37

300 267356 55025 7.1

14

Energija prikupljena kolektorima vs. energetska potreba, 700 m2

0.E+00

2.E+04

4.E+04

6.E+04

8.E+04

1.E+05

1.E+05

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12mjesec

kWh/

mje

sec

potrebna energija

kolektori

15

Solarna tehnika – Solarni toplovodni sustavi

Moguća odstupanja od orijentacije (otklon od juga) i idealnog nagiba

Dac

hnei

gung

10%

20%

Smjernice za projektiranje

16


Dimenzioniranje solarnog toplovodnog sustavaDnevna

potreba za PTV-om

[ l ]

Veličina spremnika

Površina kolektora*)

[m²]

Izmjenjivač topline

[m²]

Ekspanzijska posuda

[l] 100 - 200 300 5 -6 1.8 24 200 - 300 500 6 - 8 2.5 24-35 300 - 500 800 9 - 12 3.6 35-50

Promjeri bakrenih cijevi solarnog kruga (polaz i povrat)

Površina kolektora

[m²]

Duljina do 20 m Promjer cijevi

[mm]

Duljina 20 - 50 m Promjer cijevi

[mm] 5 - 8 18 18

8 - 11 18 22 11 - 15 22 22-28


17


Rapon mogućih potreba za PTV u apartmanima

Dnevna potreba za PTV-om po osobi pri 60°C

Standardna 10 - 20 l

Velika 20 - 40 l

Najveća 40 - 80 l


18


Smjernice za dimenzioniranje solarnih toplovodnih sustava u apartmanskim objektima

Orijentacija Odstupanje do 50° od juga prema istoku ili zapadu nije problematično

Nagib kolektora Optimalno 25 - 50°, ali su mogući i nagibi od 90° (fasade).

Površina kolektora 1-2 m² / osobi

Veličina spremnika 40 - 60 Litara / m² površine kolektora

Solarno pokrivanje 40 - 65%

Specifični godišnji solarni doprinos 350- 450 kWh / m² površine kolektora


19

1. Za objekte s više od 4 osoba prilikom projektiranja sustava grijanja i pripremePTV-a i/ili kupovine opreme predvidjeti mogućnost spajanja spremnika PTV-a nasunčane kolektore jer se, uz prikupljenu besplatnu sunčevu energiju, time smanjuju itoplinski gubici sustava (posebice izvan sezone grijanja)2. Izolirati spremnik i sve cjevovode u sustavu3. Za veće sustave od 4 m2 kolektorske površine obavezno napraviti proračunveličine komponenti sunčanog sustava (kolektorske površine, zapremine spremnika)4. Za veće sustave od 4 m2 proračunati pad tlaka u kolektorskom krugu radi odabiraadekvatne pumpe kako bi se izbjegao pad efikasnosti zbog protoka manjih od 30Lit/h po m2 kolektora odnosno preveliki pad tlaka kod vrijednosti većih od 70 Lit/h.m2

a koje praktički ne dovode do povećanja efikasnosti kolektora5. Kod većih sunčanih sustava sa potrebnom zapreminom spremnika > 500-1000 Lit,predvidjeti ugradnju dva manja spremnika umjesto jednog većeg, jer se time postižebrže zagrijavanje vode na potrebnu temperaturu i povećava efikasnost sustava radinižih prosječnih temperatura na polazu kolektorskog kruga, te omogućuje modularninačin rada ovisno o potrošnji i iznosu sunčevog zračenja


20

6. Sustave i regulaciju projektirati na način da se u spremnicima održavajutemperature <55°C zbog što efikasnijeg rada kolektora7. Vakuumske kolektore koristiti samo kada je potrebno prikupiti veću količinusunčeve energije u zimskim mjesecima, jer u ljetnim rade s nižom efikasnošćuod pločastih8. Serijski spoj kolektora koristiti samo kada se proračunom dokaže daizmjenjivači topline u spremniku ne bi u zimskim mjesecima mogli izmijeniti svuprikupljenu toplinu pri nižim izlaznim temperaturama iz paralelnog spoja9. Sustave projektirati tako da se u potpunosti pokriju potrebe za PTV-om uljetnim mjesecima kako bi se izbjegla potreba za paljenjem kotla i zagrijavanjemvelikog volumena vode u njemu i priključnim cjevovodima.10. U slučajevima iz prethodne točke se preporuča direktna ugradnja el. grijačau spremnik što je tada ekonomičnije rješenje od korištenja toplovoodnog kotla


21

11. Prilikom projektiranja/izvođenja sustava za grijanje prostora koristitiniskotemperaturna podna i zidna grijanja radi povećanja efikasnosti kolektora isustava u cjelini12. Sunčane sustave za grijanje prostora dimenzionirati prema mogućnostikorištenja viškova topline tijekom ljeta, a koji se primjerice mogu iskoristiti zazagrijavanje bazenske vode ili apsorpciisjko hlađenje.13. Provjeravati tlak u kolektorskom krugu barem jednom tjedno i po potrebinadopuniti radni fluid da se izbjegnu zastoji u radu i pregrijavanje kolektora14. Redovito jednom godišnje obaviti čišćenje izmjenjivačkih površina, dopunuradnog fluida i kontrolu svih ostalih dijelova sustava (ekspanzijskih posuda,sigurnosnih ventila i dr.) te priključaka (posebice na kolektorima)

Smjernice za projektiranje i korištenje

22

HVALA NA PAŽNJI

www.fsb.hr/encert

Projekt je sufinanciran iz programa za istraživanje i inovacije Obzor 2020. Broj ugovora o sufinanciranju je 784966 te projekt traje od travnja 2018. do rujna 2020. godine.

fakultet strojarstva i brodogradnje sveučilišta u zagrebu

Documents