Методические указания к задаче №1

1 . Изобразим схематично солнечную электростанцию башенного типа (рис. 1).

3

3

3

2

1

p₀ t₀

h₀

4

5

Рис. 1. Схема солнечной электростанции башенного типа:

1 – солнечная башня; 2 – приемник; 3 – гелиостаты; 4 – паровая турбина; 5 – электрогенератор; 6 – конденсатор; 7 – насос.

2

h_k

h₀

h_k

h_kt

t

0

p₀

t₀

p_k

k

kt

s

. Построим процесс расширения пара в турбине в h–s диаграмме (рис. 2).

Рис. 2. Процесс расширения пара в турбине в h–s диаграмме:

1. – kt – теоретический процесс;0 – k – действительный процесс.

3. Теоретический (располагаемый) теплоперепад турбины:

где

- энтальпия пара на входе в турбину - точка 0 (рис. 2). Определяется из таблиц свойств воды и водяного пара по p₀ и t₀ .

- энтальпия пара на выходе из турбины в теоретическом процессе - точка . Определяется из таблиц свойств воды и водяного пара p_k и s₀ (т.к. процесс 0 – kt происходит при s=const).

4. Действительный теплоперепад турбины:

где

- относительный внутренний КПД турбины, известен по заданию.

5. Энтальпия пара на выходе из турбины в действительном процессе:

,кДж/кг.

6. По давлению p_k, из таблиц свойств воды и водяного пара находим значение энтальпии конденсата .

7. Расход пара на турбину определяется из основного энергетического уравнения турбины:

8. Расход тепла на турбоустановку:

9. Удельные потерн тепла с поверхности приемника солнечной энергии за счет излучения:

где

степень излучения абсолютно черного тела (постоянная Стефана - Больцмана).

10. Из условия известно, что:

Тогда:

.

11. Полная величина тепловых потерь приемника определяется по формуле:

где

Задаемся этой величиной в диапозоне м².

12. Количество тепла, полученное приемником от солнца через гелиостаты, определяется по формуле:

,

13. Площадь поверхности приемника:

, м² ,

где

максимальная энергетическая освещенность приемника, известна по заданию.

14. Погрешность вычислений:

Если расхождение между заданной и полученной величиной площади находится в допeстпмых пределах, то расчет считаем законченным. Если нет, то возвращаемся к п. 11, приняв .

15. Количество тепла, получаемое приемником от солнца через гелиостаты, можно рассчитать по формуле:

.

Тогда, количество гелиостатов:

16. Мощность солнечной электростанции в случае, если вместо ПТУ применить кремниевые фотоэлементы, занимающие ту же площадь, что и зеркала гелиостатов:

η_фэ.

Задача №2

Тема: Расчет системы солнечного теплоснабжения здания

На крыше здания установлен пластинчатый приемник солнечной энергии проточного типа, который имеет поверхности F, м²`. Коэффициент использования солнечной энергии η_пр. Облученность приемника Е. Приемник освещается солнцем в течение суток τ_осв.

В приемнике нагревается рабочее тело (вода) от температуры t_в1 до температуры t_в2. Вода направляется в систему теплоснабжения здания, тепловой мощностью Q_т.сн и в аккумулятор тепловой энергии.

Определить:

• расход воды через приемник G_в , кг/с;

• расходы воды в систему теплоснабжения G_т.сн и в аккумулятор G_акк , кг/с;

• площадь поверхности приемника F, м²;

• емкость аккумулятора V , м³.

Таблица 2. Исходные данные для задачи № 2.

Величина	Номер варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Коэффициент использования солнечной энергии ηпр	0,8	0,81	0,82	0,79	0,78	0,8	0,81	0,82	0,79	0,78
Максимальная облученность приемника, Е, Вт/м2	550	575	580	585	590	600	610	620	615	605
Температура воды на входе, tв1,	32	45	27	40	30	45	37	25	30	19
Температура воды на выходе, tв2, 1	45	53	45	55	54	56	49	55	50	36
Тепловая мощность системы теплоснабжения, Qт.сн , кВт	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5
Период освещения приемника, τосв , час	5	6	4	6	7	5	6	7	5	4

Окончание таблица 2

Величина	Номер варианта
	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Коэффициент использования солнечной энергии ηпр	0,8	0,79	0,78	0,77	0,76	0,8	0,79	0,78	0,77	0,76
Максимальная облученность приемника, Е, Вт/м2	450	475	480	485	490	400	410	420	515	505
Температура воды на входе, tв1,	35	44	24	41	34	41	38	21	19	18
Температура воды на выходе, tв2, 1	48	58	47	56	55	58	52	53	45	36
Тепловая мощность системы теплоснабжения, Qт.сн , кВт	3,6	4,1	4,6	5,1	5,6	1,1	1,6	2,1	2,6	3,1
Период освещения приемника, τосв , час	7	6	4	6	7	5	6	7	5	4
Величина	Номер варианта
	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Коэффициент использования солнечной энергии ηпр	0,8	0,81	0,82	0,79	0,78	0,8	0,81	0,82	0,79	0,78
Максимальная облученность приемника, Е, Вт/м2	550	575	580	585	590	600	610	620	615	605
Температура воды на входе, tв1,	32	45	27	40	30	45	37	25	30	19
Температура воды на выходе, tв2, 1	45	53	45	55	54	56	49	55	50	36
Тепловая мощность системы теплоснабжения, Qт.сн , кВт	1,2	1,3	2,2	2,7	3,1	3,2	4,1	4,3	5,1	5,2
Период освещения приемника, τосв , час	4	6	7	5	6	4	6	7	5	6

Методические указания к задаче №2

1. Изобразим схему системы солнечного теплоснабжения здания (рис.3)

Приемник солнечной энергии

t_в1

G_в t_в2

G_{т. сн}

Аккумулятор

G_акк

Бак запаса воды

Система теплоснабжения

Рис. 3. Принципиальная схема системы солнечного теплоснабжения здания

2. Суточное потребление тепла системой теплоснабжения определяется по формуле:

где

24 – количество часов в сутки;

3600 – число секунд в 1 часе;

- мощность системы теплоснабжения рассматриваемого здания.

3. Тепло, воспринимаемое приемником солнечной энергии в течение периода освещенности, рассчитывается по формуле:

где

облученность приемника;

коэффициент использования солнечной энергии приемником;

площадь поверхности приемника;

период освещения приемника солнцем в течение суток.

4. Тогда уравнение теплового баланса приемника солнечной энергии можно записать в виде:

или

5. Из этого уравнения можно определить площадь поверхности пластинчатого приемника солнечной энергии проточного типа F :

6. Расход воды через приемник солнечной энергии определяется по формуле:

где

- теплоемкость воды;

начальная и конечная температура рабочего тела (воды) со-

ответственно.

7. Расход воды в систему теплоснабжения здания рассчитывается по формуле:

8. Расход воды в аккумулятор тепловой энергии накопительного типа рассчитывается по формуле:

9. Емкость аккумулятора можно определить по формуле:

где

1000 кг/м³ – плотность воды.