2.2 Визначення місячного теплового навантаження

Місячне теплове навантаження Q_міс визначається за формулою:

. (2.14)

де Q_міс – місячна потреба теплоти, Дж/(м² міс).

G – витрати теплоносія в день, кг/день;

C – середня теплоємність робочого тіла у заданому діапазоні температур, Дж/(кг град).;

Δt – різниця температур теплоносія, ˚C ;

z – кількість днів у місяці.

задамося: t₁ = 8˚C

t₂ = 60˚C [1]

C = 4190 Дж/(кг град) [8]

G = 800 кг/день

1 Місяць:

Результати розрахунку середньомісячного теплового навантаження зведено до табл. 2.12

гарячий водопостачання геліоколектор теплообмінник

Таблиця 2.12

Середньомісячне теплове навантаження

Міс.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Qміс, ГДж/ (м2міс)	5,715	5,162	5,715	5,531	5,715	5,531	5,715	5,715	5,531	5,715	5,531	5,715

2.3 Розрахунок параметрів геліоколекторів

На теперішній час промисловістю випускається велика кількість різноманітних за характеристиками і змістом геліоколекторів. Наразі гостро стоїть питання оптимізації параметрів та вибору найбільш підходящого варіанту.

Удосконалення плоских колекторів розвивається по двох напрямках:

1. випуск недорогих низькотемпературних колекторів для одержання гарячої води при температурі 50—60^оС, для побутових потреб у теплий період року;

2. створення колекторів з поліпшеними характеристиками при підвищених значеннях температур.

Задачі першого напрямку вирішуються шляхом заміни міді іншими матеріалами для теплоприймальної поверхні геліоколектора (такими, як сталь, алюміній, пластмаси) і використання замість трудомістких методів виготовлення теплоприймальних елементів із труб і пластин більш простої технології. Зараз промисловість випускає більш-менш удалі штамповані колектори зі сталі, прокатно-зварені з алюмінію і литі з пластмаси.

З другим напрямком зв'язані наступні проблеми:

• Забезпечення максимального пропущення через прозоре покриття, наприклад, за рахунок використання скла з низьким змістом заліза чи створення на поверхні скла невідбиваючого світло шару.

• Зниження до мінімуму теплових втрат від колектора. втрати з тильної і бічної сторін можуть бути зменшені за рахунок поліпшення ізоляції. Радіаційну і конвективну складові втрат з лицьової сторони колектора зменшують вакуумуванням простору між теплоприймальною поверхнею і прозорою ізоляцією, проте не завжди вдається забезпечити абсолютно непроникне з'єднання різнорідних матеріалів, і вакуум через якийсь час погіршується. Інший шлях – використання багатошарового скляного покриття, або використання склопластиків з поліпшеними теплоізоляційними властивостями.

2.3.1 Визначення геометричних параметрів геліоколекторів

Для даного дипломного проекту, враховуючи кліматичні характеристики місцевості та характер розв’язуваної задачі оберемо геліоколектор з «середніми» параметрами, що дозволить за прийнятною ціною спеціального обладнання забезпечити споживачів гарячою водою. Розрахунок системи будемо вести згідно рекомендацій наведених у [5,6 та 7], та виходячи із розрахунку системи гарячого сонячного водопостачання на місяць квітень. В зимові місяці забезпечення необхідної температури досягається за рахунок дублюючого джерела енергії. Влітку залишкова енергія поглинена геліосистемою може використовуватись на господарські потреби(підігрів басейну, систему сезонного кондиціювання повітря, та ін.)

Для розрахунків оберемо геліоколектор з параметрами:

Матеріал поглинальної пластини	мідь
Число прозорих покрить	2
Товщина скла, м	0,004
Товщина зазору склопакету за [9]	0,016
Тепловий опір склопакету, (м2 К)/Вт [9]	0,32
Товщина зазора між склопакетом та тепло поглинаючим елементом, м	0,025
Товщина теплопоглинаючого елемента, м	0,001
Товщина ізоляції, м	0,050
Теплопровідність ізоляції(пінополістирол при режимі роботи А), Вт/(м2 К) [10]	0,041
Ширина ГК, м	1,14
Довжина ГК, м	1,74
Товщина, м	0,104
Площа теплоприймальної пластини ГК, м2	1,6
Ступінь чорноти приймальної пластини	0,95
Зовнішній діаметр трубок ГК, м	0,012
Шаг трубок, м	0,06
Рисунок 2.5 – Сонячний колектор	Позначення: 1 – корпус; 2 – прозора ізоляція; 3 – канали для теплоносія; 4 – поглинаюча панель; 5 – теплова ізоляція

В якості теплоносія геліосистеми будемо використовувати водний розчин пропіленгліколю.

Теплоносії на основі водного розчину пропіленгліколю широко використовуються в різних галузях промисловості в якості теплоносіїв (антифризів, холодоносіїв), в системах опалення, вентиляції, кондиціювання житлових будинків і громадських будівель, в системах охолодження харчових виробництв, а також в теплообмінному обладнанні в інтервалі температур від -60 ° С до +110 ° С.

Теплоносії, виготовлені на основі пропіленгліколю, є нетоксичними та екологічно безпечними. Пропіленгліколь є харчовою добавкою (Е 1520).

Випадкові протікання теплоносія не представляють токсикологічної та екологічної небезпеки для людини, що знаходиться в цьому приміщенні і для навколишнього середовища. Незважаючи на більш високу в'язкість, теплоносії на основі пропіленгліколю володіють "змащувальні ефектом", що знижує гідродинамічний опір (до 25%) і поліпшує умови роботи насосів у вторинному контурі. Теплоносій стабільний, при експлуатації в робочому інтервалі температур, тривало не розкладається і не окислюється. Пропіленгліколь сприяє видаленню з внутрішніх поверхонь теплообмінного обладнання органічних та неорганічних відкладень, накипу. У випадку аварійного тривалого відключення системи в зимовий період низькозамерзаючі теплоносії дозволяють зберегти працездатність інженерних комунікацій при температурі навколишнього середовища до мінус 60 С. [11]

Таблиця 2.13

Основні характеристики теплоносіїв марок ХНТ

Марка теплоносія	температура початку кристалізації, С	температура кипіння, С	густина, кг/м3*	темлоємність, Дж/(кг·К)*	Теплопровідність, Вт/(м·К)*	Динамічна в’язкість , мПа·с*
ХНТ-20	-20	98	1032	3770	0.400	4.3
ХНТ-30	-30	102	1037	3615	0.368	6.00
ХНТ-50	-50	106	1044	3390	0.320	9.5
ХНТ-60	-60	108	1053	3200	0.290	14

* Примітка: значення приведені для температури + 20 С

Для даного дипломного проекту враховуючи кліматичні особливості та режими роботи геліосистеми було обрано холодоносій марки ХНТ-30.