Определение тепловой нагрузки системы солнечного теплоснабжения с аккумулятором для жилого дома Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Подобными термочувствительными свойствами обладает большое количество различных материалов, таких как продукты микробиологического производства, сельскохозяйственные культуры, практически все материалы на легкоплавкой полимерной основе.

Применительно к ТЭС возможно использование установок испарительного охлаждения циркуляционной воды, работающих на коронном разряде [8]. В частности, было предложено для охлаждения циркуляционной воды ТЭС использовать градирни, в которых организовано наложение поля коронного разряда. Очевидно, что такая градирня будет значительно компактней вытяжной башни и даже вентиляторной градирни, к тому же с улучшением многих режимных характеристик (например, как уже говорилось - интенсификация испарения в условиях высокой влажности). Следовательно, можно говорить о значительной экономии капитальных затрат на строительство такого сооружения.

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что данный метод может стать основой прогрессивной энергосберегающей технологии низкотемпературной сушки термочувствительных материалов. Причем сфера возможного применения не ограничивается только обезвоживанием.

Литература

1. Куц П.С. Современные направления оптимизации процессов и техника сушки. Минск, 1979.

2. Сажин Б.С. Основы техники сушки. М., 1984.

3. Сажин Б.С. Шадрина Н.Е. Выбор и расчет сушильных установок на основе комплексного анализа влажных материалов как объектов сушки.

4. Попков В.И. К теории коронного разряда в газе при постоянном напряжении. М., 1953.

5. Попков В.И. Коронный разряд и линии сверхвысокого напряжения // Избранные труды. М., 1990.

6. Ушаков В.Г., Логанчук Л.М., Зеликов Е.Н. Исследование процессов сушки пористых материалов в поле коронного разряда // Современные энергетические системы и комплексы и управление ими: Материалы II междунар. науч.-практ. конф. Новочеркасск, 2002. Ч. 1. С. 4-8.

7. Ушаков В.Г., Логанчук Л.М., Зеликов Е.Н. Экспериментальное исследование испарения в поле коронного разряда // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2002. № 2.

8. Ушаков В.Г, Горбачев В.М. Об испарительном охлаждении сточных вод в поле коронного разряда // Изв. СКНЦ ВШ. Техн. науки. 1973. № 4.

9. Тутова Э.Г., Куц П.С. Сушка продуктов микробиологического производства.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) 29 ноября 2002 г.

УДК 662.997

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С АККУМУЛЯТОРОМ ДЛЯ ЖИЛОГО ДОМА

© 2003 г. Б.Д. Бабаев, Н.И. Мамаев

В связи с дефицитом органического топлива в настоящее время вновь возросло внимание к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ). Одним из перспективных направлений использования НВИЭ является создание отопительных систем на основе преобразования солнечной энергии в тепловую. Такие системы должны компенсировать тепловые потери помещений и обеспечить в них заданную температуру воздуха 4.

Вопросы нестационарного теплообмена при теплотехнических оценках помещений и конструкций подробно рассмотрены в работах [1-5], в которых изложены современные теплотехнические требования к помещениям, проанализированы вопросы экономики и выбора оптимальных решений с целью обеспечения теплового комфорта с минимальными затратами энергии и топлива.

В данной работе рассмотрена возможность оценки необходимой тепловой нагрузки системы солнечного теплоснабжения для компенсации тепловых потерь помещения (здания), т. е. представлено расчетное обоснование выбора геометрических размеров основных элементов системы.

Тепловые потери помещения Qтп можно оценить, составив уравнение баланса тепла для помещения в виде [6]:

Qтп Qт +Qи Qтв,

где Qт - теплопотери за счет теплопередачи через ограждения, Вт; Qи - теплопотери инфильтраций за счет поступления в помещение холодного воздуха через неплотности, Вт; Qтв - внутренние тепловыделения, Вт.

Величину Qт определяют по формуле

Qт = Якп^в - 4),

где £ - площадь ограждения, м2; к = 1/Я - коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций, Вт/(м2К); Я - термическое сопротивление ограждающих конструкций, (м2К/Вт); п - поправочный коэффициент к расчетной разности температур: для нагрузочных стен, покрытий, перекрытий над подвалами п = 1, для чердачных перекрытий п = 0,8 0,9 [6, 7]; 4 и /н - температура воздуха внутри и снаружи помещения соответственно, °С.

Величину к и Я определяют для многослойной стенки [8], а для типовых наружных ограждений - из справочников СНиП.

Температура 4 принимается с учетом назначения помещения. Для жилых помещений 4 = 18 20 °С, для производственных - от 10 °С до 18 °С с учетом тепловыделений, физической занятости персонала и т. д. Температура (н зависит от климатических данных для района проектирования.

Значения теплопотерь Qи и Qтв для жилых помещений принимают равными нулю, а тепловые потери помещения Qш должны компенсироваться системой отопления, поэтому можно записать Qтп = Qт = Qот (где Qот - тепловая нагрузка на отопительную систему, Вт).

Расчетное значение Qот с учетом тепловых характеристик дома (здания) находят по формуле

Qот = - 4Х

где д0 - удельная тепловая характеристика здания, Вт/(м3-К); Ун - объем здания по наружным обводам, м3.

Удельная тепловая характеристика д0 для здания любого назначения может быть определена в виде

Рзд

1

q0 = [кст + ш(к0к - кст)] + т (0,9кпт - 0,6кпл)

Г зд

h

ßCCT = КкАßcSк [1 - (qnoTAT/(Aqc))],

(1)

S = —

к KкAqc[1 - qn0TAT / Aqc)\

(2)

Получив численные значения Qот или Qсст, рассчитывают поверхность нагрева отопительных приборов роп

бот

F =

0п

K(tср - tB )

ßlß 2ß3

(3)

где к - коэффициент теплопередачи отопительного прибора (по экспериментальным данным к ~ 9,54 Вт/(м2-К); ¿Ф - средняя расчетная температура теплоносителя в приборе, °С; рь в 2, вз - соответственно поправочные коэффициенты на число секций в батарее, остывание воды в трубах и характер установки прибора (по данным справочников СНиП можно принять в1 = 1,0; в2 = 1,03 и вз = 1,0)

Значения разности температур (¿ср - ¿в) в формуле (3) определяют в виде

где Рзд - периметр здания, м; £зд - площадь здания, м2; т - коэффициент остекления; И - высота здания, м; кст, кок, кпт, кпл - коэффициенты теплопередачи соответственно стен, окон, потолка и пола (по данным справочников СНИП кст = 13,43; кок = 17,38; кпт = кпл = = 9,06), Вт/(м2-К).

Тепловую нагрузку на отопительную систему при использовании для этой цели системы солнечного теплоснабжения Qсст можно оценить по формуле [9, 10]

12 +11 t -1 = 2 1

2

- tB

где Кк = 0,9 0,95 - коэффициент отвода тепла от солнечного коллектора и теплообменника; А = 0,7 0,73 - поглощательная способность солнечной радиации коллектором; дс - плотность потока солнечной радиации, Вт/м2; - площадь поверхности солнечного коллектора, м2; дпот = 4 +5 - коэффициент, учитывающий удельную суммарную потерю тепла от системы, Вт/(м2-К); АТ = Твх - Тн - перепад температур теплоносителя на входе в коллектор после системы (Твх) и наружного воздуха (Тн), К.

Очевидно, что при правильном подборе площади коллектора Sк, объема бака-аккумулятора Убп типа теплообменника, коэффициентов, входящих в формулу (1) для конкретного помещения, значения Qсст должны быть равны или больше Qот.

Из равенства Qот = Qсст определяем необходимую площадь поверхности солнечного коллектора

Ч0ун Ов - гн)

а значения дс в формуле (2) согласно [10] определяются по формуле:

дс = £ш5сп(0,25созф + 0,52т/ттах), где Кнг - отношение плотности радиации, приходящейся на наклонную поверхность, к значению плотности радиации, приходящейся на горизонтальную поверхность, для рассматриваемого промежутка времени; Qcп = 9830 Вт-ч/(м2-сут) - солнечная постоянная; ттах - максимально возможное число часов солнечного сияния, ч; ф - географическая широта.

где ¿1 и ¿2 - температуры соответственно на выходе и входе в отопительную систему, °С; 4 = 20 - нормативная температура воздуха в помещении, °С.

По значению роп определяют эквивалентную площадь радиаторов (например, типа М-140)

р экв = 1 22Р

оп оп

где 1,22 - переводной коэффициент для радиаторов типа М-140.

По характеристике радиаторов М-140 находят поверхность нагрева одной секции (которая составляет обычно 5с = 0,31м2) и определяют число секций

п = роп ^с .

Таким образом, решением уравнения теплового баланса можно получить численные значения тепловых потерь через ограждающие конструкции здания. С учетом заданных температур внутри помещения и наружного воздуха можно получить также рассчетно обоснованные размеры основных элементов системы солнечного теплоснабжения и ее тепловую мощность.

Литература

1. Богословский В.Н. Строительная теплотехника. М., 1970.

2. Мачинский В.Д. Теплопередача в строительстве. М.; Л.,

1939.

3. Муромов С.Н. Расчетные температуры наружного воз-

духа и теплоустойчивость ограждений М.; Л., 1939.

4. Шкловер А.М. Метод расчета зданий на теплоустойчивость. М., 1945.

5. Педько Н.М. Метод теплотехнической оценки помещений и конструкций. Киев, 1980.

6. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей / Под ред. А. А. Николаева. М., 1965.

7. Справочник проектировщика. Ч. I. Отопление, водопровод, канализация / Под ред. И. Г. Староварова. М., 1975.

8. Литвин А.М. Теоретические основы теплотехники. М.,

1969.

9. Беркман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчеты систем солнечного теплоснабжения. М., 1982.

10. Валов М.И., Казанджан Б.И. Системы солнечного теплоснабжения. М., 1991.

Дагестанский государственный университет

26 сентября 2002 г.