3_curs 3 -USREI 2012 2p

1

USREI curs 3

Conf. dr. ing. Daniela TEODORESCU

INSTALATII SOLARE DE PREPARARE A ACC DE TALIE MEDIE SI MAREInstalatiile sunt doatate cu un camp de captatoare solare cu 10 < S < 50 m2Sunt instalate in;

Cladiri cu mai multe apartamenteSpitale de capacitati redusePensiuniCladiri comerciale

Caracteristica generala: Qzi,acm>500lSunt necesare, de regula, 2 rezervoarede stocare separate, unul utilizandenergie solara si unul utilizand energieconventionala;Se inlocuiesc schimbatoarele externe cu cele interne, datorita capacitatilortermice mari care trebuie instalate;Rezervorul de acumulare acm utilizanden conventionala este amplasat dupa rezervorul de acumulare din circuitulsolarSuplimentar, este necesara bucla anti-legionella (1 data/zi, temperatura acm> 60grd C, sau apa este tratata culampi cu UV)

2

VALORI CARACTERISTICE ALE SISTEMELOR CU ENERGIE SOLARA1. SARCINA SPECIFICA MEDIE2. RATA DE UTILIZARE

Rata de utilizare/circulatie pentru un captator solarRata de utilizare a sistemului solar

3. FRACTIA SOLARAFractia solara de consumFractia solara de consum si pierderi pe distributieFractia solara totala a necesarului unui sistem de preparare apacalda de consumFractia solara totala a necesarului unui sistem de incalzire a unei cladiri

4. RATA DE PRODUCTIE TERMICA / CONSUM ELECTRIC

5. COSTUL ENERGIEI TERMICE SOLARE

VALORI CARACTERISTICE ALE SISTEMELOR CU ENERGIE SOLARA

1. SARCINA SPECIFICA MEDIE QspSe defineste suprafata captatorilor proportionala cu consumul de apa calda

Valori recomandate pentru Qsp [l acc /m2 de captator solar]:In Europa, Qsp = 60-70 l/m2; Daca qsp < 50 l/m2 – indica o supradimensionare a instalatieiSe accepta valori Qsp <50 l/m2 (ex: 30 l/m2) doar pentru instalatiilede talie micaPentru zonele cu radiatie solara scazuta, se recomanda tehnologiimai performanteDaca instalatia este utilizata si pentru incalzire, este necesaradefinirea necesarului pentru sarcina totala Q tot = Q acc + Q incalzire, respectiv necesarul specific de energie de incalzire[kWh/m2 de suprafata incalzita]

3

VALORI CARACTERISTICE ALE SISTEMELOR UTILIZAND ENERGIE SOLARA

2. RATA DE UTILIZARE/CIRCULATIE PENTRU CAPTATORUL SOLAR

Definitie = este raportulintre: A1 cantitatea de calduratransmisa prin schimbatorulde caldura catre rezervorulde acumulare solar si B. energia solara care ajunge la suprafatacaptatoarelor solare, considerate in acelasiinterval de timpINTERFATA 1

RATA DE UTILIZARE/CIRCULATIE PENTRU CAPTATORUL SOLAR = A1/B

B

A1


2. RATA DE UTILIZARE A SISTEMULUI SOLARDEFINITIE = este raportul intre:

A2. cantitatea de caldurasolara capturata de sistemulde acumulare a energieisolare, transmisa catreinstalatia conventionala de preparare acmB. energia solara care ajunge la suprafatacaptatoarelor solare, considerate in acelasiinterval de timpINTERFATA 2

RATA DE UTILIZARE A SISTEMULUI SOLAR = A2/B

B

A2

4


RATA DE UTILIZARE/CIRCULATIE PENTRU CAPTATORUL SOLAR - Nu poate fi definit pentru instalatii solare in termosifonRATA DE UTILIZARE A SISTEMULUI SOLAR : Nu poate fi definitapentru instalatii in care energia solara si energia conventionala suntutilizate in acelasi rezervor de acumulare.


3. FRACTIA SOLARA – definitie generala - este cantitatea de energie solaradisponibila, furnizata de instalatia solara, catre consumator; ea poate fi masurata cu un contor de energie termica montate pe interfata 2.FRACTIA SOLARA DE CONSUM– este procentul de energie solara utilizat din totalulenergiei termice necesare incalzirii apei calde de consum; in acest calcul nu suntcuprinse:

Energia necesara pentru acoperirea pierderilor de caldura in rezervoarele de acumulare conventionaleEnergia necesara circulatiei apei calde de consumEnergia necesara incalzirii cladirilor

5


FRACTIE SOLARA DE CONSUM SI PIERDERI DE SARCINA DISTRIBUTIE – este raportul intre:

Energia solara termica disponibila;Necesarul energetic pentru preparare si distributie acm (nu sunt incluse pierderile de caldura prin mantaua rezervoarelor de acumulare si nicinecesarul de incalzire al cladirilor.

FRACTIE SOLARA TOTALA PENTRU UN SISTEM DE PREPARARE A ACM –este raportul intre:

Energie termica solara disponibila;Necesarul total de energie al unui sistem de preparare acm(preparareacm, distributie, circulatie, pierderi aferente rezervorului de acumulareconventional).

COSTUL DE UTILIZARE A ENERGIEI SOLARE - este raportul intre:Valoare absoluta de rambursare (plecand de la costurile sistemuluicomplet, durata de viata a sistemului si dobanzi la capitalul investit) Energia solara utilizata in sistemNu sunt cuprinse cheltuielile de exploatare.

CIRCUITUL CAPTATORULUI SOLARElemente componente:

Captatorul solarConductele intre captatorulsolar si rezervorul de acumulareIzolatia conductelorGolireEchipamente de siguranta(supape, vase de expansiune)Circuit continand antigel si/sauun agent termic solar separat

Schimbatorul de calduraAgentul termic in circuitul solar

Circuit cu circulatie fortataPompe, armaturi

6

Conditii de temperatura in captatorul solarTemperatura la iesirea din captatorul solar : 120-150 oC, pentru o dimensionare corecta a instalatieiIn cazul unei radiatii solare intense, temperatura poate sa atinga valori de 200oC (captatoare plane) si 300 oC in captatoarele vidate, in cazul stagnarii.

•In timpul stagnarii, in captatoarele solare, temperatura poate sa creasca, atingand valoriridicate; in consecinta, pentruevitarea fen. De vaporizare, se vor utiliza presiuni de functionare mai ridicate;•Putem utiliza un alt agent termica solar, respectiv un fluid cu o temperatura de vaporizare mai ridicata(apa/glycol); •Consecinte tehnice, economice;

Presiuni maxime in circuitul solar alcaptatorului

Presiunea maxima pentruechipamente – 10 barEste necesara asigurareapresiunii corespunzatoareevitarii evaporariiPentru asigurareafunctionarii instalatiei la debite scazute(corespunzator 30-140oC in captatoare), este necesara mentinerea uneipresiuni ridicate la nivelulcaptatoarelorPresiunea maxima in

captatoarele solare; 1 - 3 bar

7

INSTALATII SOLARE DE PREPARARE A ACM DE TALIE MEDIE SI MARE – REZERVOR DE STOCARE SOLAR

Automatizarea pentru rezervorul de acumulare solarE – sonda pentru masurarea radiatiei solare la nivelul captatorului solarTc – sonda pentru masurarea temperaturii agentului termic solar in captatorul solarTac – temperatura pe circuitul solar, inainte de intrarea in schimbatorul de calduraTsi – temperatura in partea inferioara a rezervorului de acumulareTss – temperatura in partea superioara a rezervorului de acumulare

INSTALATII SOLARE DE PREPARARE A ACM DE TALIE MEDIE SI MARE – REZERVOR DE STOCARE SOLAR

Pompa Pc este pusa in functiune in functiede insorire: Pc porneste daca E > 150-200 W/m

Pompa Pc este pusa in functiune: VB este inchisa, pentru a avea o diferenta utilaTac-Tsi; daca Tac</=Tsi sau Tac-Tsi<4K, bypass-ul functioneaza.

Daca Tac-Tsi>4K, agentul termic solartrece catre schimbator (VB deschidebypass-ul)

Pompa Pc functioneaza daca dt =Tc-Tsi> 6-10 K Pompa Pc se opreste daca dT<4-5K

Pompa Pb (circuit schimbator solar –rezervor) este reglata in functie de difTss-Tsi

VB – asigura protectia impotriva inghetului

8

Conditii de igiena a apei potabileInstalatiile termice solare utilizeaza energia solara pentruprepararea acm;Soarele nu emite continuu si constant, in consecinta, aceste instalatii necesita o acumulare de apa mai mare decat cele din instalatiile conventionale;Ca urmare, sunt necesare masuri suplimentare de igienaa apeiTemperatura in rezervoarele de acumulare din circuitulsolar ; 30 -50 grd CRata ridicata de reproducere bacteriana – risc infectarelegionellaLegionella – pneumophilla legionella – se reproduc rapid la 35 grd CInhalate in plamani, atasate aerosolilor, aceste bacteriiproduc imbolnaviri graveReglementare europeana unificata – nu exista

Conditii de igiena a apei potabileLEGISLATIE FRANCEZA DGS 97-311:1997 – Franta – temperatura de iesire din rezervortrebuie sa fie 60 grd CDebutul anilor 2000, o directiva demareaza(nefinalizata inca intr-un text oficial):

In camerele de baie, temp acm = 50 grd C;Temperatura de preparare acm este de minim 60 grd C -> in consecinta, este necesara o sursa auxiliara suplimentarapentru prepararea acm cu en solara;In retelele de distributie colective, temp acm trebuiementinuta la temperaturi superioare lui 50 grd C.

9

Conditii de igiena a apei potabileLEGISLATIE GERMANA (DVGW - W551 si W552):Se face distinctia intre instalatiile solare de talie mica fata de cele de talie mareV > 400 l si daca V cuprins in distributia de la RA la punctul de consum > 3 l, instalatia este declarata de taliemareTemperatura in rezervorul de acumulare a unei instalatiisolare de talie mare trebuie mentinuta la o valoare de min 60 grd C; o reducere de 55 grd C este cu titluprovizoriu;In ansamblul de conducte, temperatura acm nu trebuiesa fie mai mult de 5 K sub valoarea temperaturii de acumulare din rezervor.DEZINFECTARE TERMICA : se recomanda la orele15h-17h (la amiaza), la aceasta ora, consumul de acm, statistic, este mai redus; in consecinta, este necesaramai putina energie conventionala pentru obtinereatemperaturii de 60 grd C;

Dimensionare echipamente pentruacm

Dimensionare echipamente clasiceDimensionare echipamente solare

10

Dimensionare echipamente pentruacm

Dimensionareechipamente clasice

Dimensionare echipamenteclasice pentru preparare acc

Prepararea instantanee a accPrepararea cu acumulare a accparation en accumulation purePreparare acc utilizand sistemesemi-instantanee

11

SCHEMA DE PREPARARE INSTANTANEE ACC

SCHEMA DE PREPARARE INSTANTANEE ACC

Un sistem de preparare acc nu are volumde acumulareSistemul se dimensioneaza pentrudebitul de apa maxim in instalatie, respectiv cel determinat cu echivalenti de debit, qc = f(E)Durata varfului de consum este de 10 min

12

SCHEMA DE PREPARARE INSTANTANEE ACC – CALCUL SCHIMBATOR

ETAPA 1 – Determinarea debitului de calcul, qc = f (E)ETAPA 2 – Determinarea volumului de apa consumatpe perioada de varf, t = 10 minETAPA 3 – Determinarea energiei necesare in 10 min, pentru o temp acc de 60 grdC

Einst = energia maxim consumata in 10 min, in kWhV60inst = volumul de apa la 60°, consumata in 10 min, in litri1,16/1000 = coeficient de corespondenta (4,185/3600 = 1,16/1000)10° = temperatura apa rece

SCHEMA DE PREPARARE INSTANTANEE ACC – CALCUL SCHIMBATOR

ETAPA 4 : PUTEREA SCHIMBATORULUI Capacitatea schimbatorului (in kW) :

cu Pdis = pierderi in reteaua de distributie + circulatie

13

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME CU ACUMULARE


Metode generale:Metoda RO – calcul analiticMetoda RO – calcul graficMetoda RO – metodaaproximativa (neoficiala) Metoda alternativa FR

14


Metoda RO – calcul analiticSe determina Qmax zi de accSe calculeaza cu p[%] repartitiaorara a consumului max zi de accSe calculeaza Qc, QsSe cumuleaza valorile Qc, QsSe face diferenta Qac = abs (Qc,cum – Qs,cum)

Metoda RO – calcul analiticCalculul boilerelor

Stabilirea sarcinii termice pentru boilerUtilizarea repartitiilor procentuale pentru consumurile maxime zilnice, pe intervalele orare p [%] – din STAS 1343Calculul consumurilor orare din ziua de consum maximCalculul sarcinilor termice aferente volumului de apa consumat (Qc, Qc,cum)Calculul sarcinilor termice furnizate de sursa (de ex, centrala termicaQs, Qs,cum)Calculul diferentei intre cantitatile de caldura consumate si celeasigurate de consumatori

Calculul volumului boileruluiθc max = 55°C...60°C,θc min = 35°C...45°C.

( )V

Qc

a

c c

=−max

max minρ θ θ

acs QQQ ±=−

15

Metoda RO – calcul analitic



16

Metoda RO – calcul analiticDimensionarea grafica a boilerelor –determinarea sarcinii termice


17


Metoda RO – calcul analitic•Se cumuleaza valorile Qc, Qs•Se face diferenta:

•Qac = abs (Qc,cum –Qs,cum)

( )

C

C

cQV

oac

oac

acac

ac

4540

6055

min,

max,

min,max,

−=

−=

−=

ϑ

ϑ

ϑϑρ

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME CU ACUMULARE Metoda RO – calcul analitic

18


Metoda RO – calcul aproximativse determina qc = f(E)Se considera perioada de varf de consum (app 10 – 15 min)Se determina Vb = (10-15) min x qc

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME CU ACUMULARE (FR)

Metoda FR – calcul analiticConsumul de acc este acumulat in intregime; refacerea volumului preparat de acm se realizeaza pe durata noptiiETAPA 1 : Calculul volumului de acm pentru ziua maxima, Vmax zi, acc (necesar maxim zilnic de acc)ETAPA 2 : Energia termica necesara prepararii Qmax ziETAPA 3 – Determinarea volumului de acumulare in boiler, Vac,bETAPA 4 – determinarea sarcinii termice necesareserpentinei boilerului

19


ETAPA 1 – determinarea lui Vmax zi, acm (vezi curs anterior)ETAPA 2 : Energia termica necesara prepararii Qmax zi

undeEacc = energia necesara prepararii acm, pe durata unei zile, in kWhVmax zi, acm = volumul de acm consumat in ziua maxima, se considera la temp de preparare 60 grd C, in litri1,16/1000 = coeficient de transformare10° = temperatura apei reci

( ) 1000/106016,1 00,max, −×= accziacc VE


ETAPA 3 : VOLUMUL DE ACUMULARE Volumul de acumulare boiler este :

In care Tec = temperatura apei in rezervorul de acumulare10° = temperatura apei recia = coeficient de eficacitate sau randamentulboilerului

20


ETAPA 4 : PUTEREA TERMICA A SERPENTINEI BOILERULUI Puterea termica a serpentinei [kW] permite reconstituirearezervei de apa acumulate in 6-8 h (pe durata noptii)

In care Pdis = pierderi de caldura pe reteaua de distributie + circulatie0,9 = coeficient de majorare a pierderilor prin acumulare (prinmantaua boilerului)Se considera, in general, o putere minima instalata de 10 – 12 W/l acumulat.

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME SEMI - INSTANTANEE

21


REGIMURI DE FUNCTIONARE PENTRU PREPARARE A.C.C.

22


Metode generale:Metoda RO – metoda graficaMetoda RO – calcul analiticMetoda alternativa FR – calculgrafic

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME SEMI –INSTANTANEEMetoda grafica

23


Metode generale:Metoda RO – calcul analitic

Se determina Qmax orar accSe considera:80% = sarcina sch, Qsch20% - sarcina rezervorului Qra

Dif temp = Tmax – Tmin = 60-10

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME SEMI – INSTANTANEEMetoda RO – calcul analitic

( )

C

C

cQV

oac

oac

acac

acac

10

6055

min,

max,

min,max,

=

−=

−=

ϑ

ϑ

ϑϑρ

•20% - sarcina rezervorului Qra•Dif temp = Tmax – Tmin = 60o -10o

24


Metode generale:Metoda alternativa FR – calculgrafic

Etapa 1 : Determinarea profilelorzilnice de consum acc

25

ETAPA 2 : TRADUCEREA CONSUMURILOR DE APA IN CONSUMURI ENERGETICE CONSUMATE

Profil de puisage

période lundi-jeudivendredi et

samedi le dimanchede 0 à 1h 0 0 0de 1 à 2h 0 0 0de 2 à 3h 0 0 0de 3 à 4h 0 0 0de 4 à 5h 0 0 0de 5 à 6h 179 54 22de 6 à 7h 123 228 261de 7 à 8h 777 615 915de 8 à 9h 819 855 1437de 9 à 10h 1008 855 471de 10 à 11h 381 507 273de 11 à 12h 1146 1221 1044de 12 à 13h 315 174 156de 13 à 14h 246 324 105de 14 à 15h 177 129 132de 15 à 16h 448 310 276de 16 à 17h 293 397 241de 17 à 18h 603 310 724de 18 à 19h 569 1034 672de 19 à 20h 17 52 103de 20 à 21h 86 121 69de 21 à 22h 34 0 86de 22 à 23h 0 0 17de 23 à 24h 0 0 0

Profil de l'energie puisee maximum en 1 h

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Series1

Series2

Series3

Consumuri de energie cumulateEtapa 3 : Stabilirea profilelor zilnice cumulate de energie consumate

26

Etapa 4 : Determinarea sarciniitermice pentru sch + rezervor acumulare

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME SEMI – INSTANTANEEConsumuri de energie cumulate

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME SEMI – INSTANTANEE

Courba de egala satisfactie a consumurilor

27

Valeurs chiffrées de la courbe d'égale satisfaction des besoins :

Chaque couple (puissance-volume) est capable de donner satisfaction.Si la puissance diminue, le volume tampon doit augmenter.

Volume Réservoir (kWh) 0 15.2 28.8 36.8 40.5 50.6 58.8 66.0 69.0Volume Réservoir (litres à 60°C) 0 290 551 703 773 967 1124 1261 1318Puissance (kW) 84 68 55 50 48 43 39 35 34

Volume Réservoir (kWh) 77.6 76.5 76.4 85.1 93.6 102.5 110.1 117.2 124.1Volume Réservoir (litres à 60°C) 1483 1462 1460 1626 1789 1959 2105 2240 2371Puissance (kW) 33 33 33 31 29 28 26 25 23

Volume Réservoir (kWh) 130.2 142.4 154.4 165.3 175.3 184.4Volume Réservoir (litres à 60°C) 2489 2722 2951 3159 3349 3524Puissance (kW) 22 21 20 19 18 17

Courbe d’égalesatisfaction des besoins

Courbe d'égale satisfaction des besoins

0

10

20

30

4050

60

70

80

90

0 200 400 600 800 1000 1200 1400Volume du réservoir (litres)

Puis

sanc

e de

l'éc

hang

eur

(kW

)

PREPARARE ACC UTILIZAND SISTEME SEMI – INSTANTANEE

Dimensionare echipamentepentru acm

Dimensionareechipamente solare

28

Dimensionare echipamentesolare

DIFERENTE DE DIMENSIONARE intresistemele conventionale si cele solare;SISTEME CONVENTIONALE:

Considerarea unui profil de consumuri de accmai ridicatCalculul necesarului de energie necesara pedurata cea mai dezavantajata – in iarnaIncluderea, in calcul, a situatiilor de dezvoltareulterioara a instalatiilor (extinderi viitoare)

SISTEME SOLARE Dimensionareechipamente solare

Instalatiile solare supradimensionate:costa f multapare efectul de stagnareau randamente anuale scazuteSunt supuse unor temperaturi mai ridicate, datoritastagnarii

Sistemele solare se dimensioneazaconsiderand:

Se porneste de la fractia solara cerutaO productie maxima/m2 de captator (costuri miciasociate cu productie maxima)Suprafata acoperisului poate sa devina o limitare a suprafetei de captatoare posibil de montat

29

Dimensionare echipamentesolare

Utilizarea de norme specifice de consum, conform normelor?

Dimensionare echipamente solare

Calcule termice:Panouri solare – tip, suprafataModul de montare a panourilor – orientare, inclinare, umbrireCalculul rezervorului de acumulare solarCalculul schimbatorului de caldura solar

Alte calcule:Conducte, calculul hidraulic al acestoraVasul de expansiuneAlegerea pompelor de circulatie

30

BILANTUL DE CALDURA

Necesarul de caldura:necesarul de caldura aferent consumului QdPierderi de caldura pe conducte QpheatupPierderi de caldura prin manta QsPierderi de caldura pe recirculare in circuitul solar QcircCaldura furnizata de captatoarele solare QoutQaux = Qd+Qic+Qa+Qc-QoutFractia solara = caldura care e furnizata de cap.solare si e transmisa acumularii de acc, in acumulatorul solar

QsQdQcircQpheatupQout

QsQdQauxQsQdFS

+−−

=+−+

=

Grafice utile - OPTIMIZARE

31

Rezervoarele de acumulare solare

Volumul depinde de :Necesarul de accFractia solaraPerformantele colectoarelorOrientarea colectoarelorConducte, izolatieRadiatia solara anuala

Rezervoarele de acumulare solare

Pentru zona centrala europeana:Volumul de acumulare se recomanda 1,5-2 orinecesarul mediu zilnicNecesar mediu zilnic+volum de rezerva de 50% suplimentar + 20 l/mp de suprafata de colectorex pt o familie 4-6 persoane, se recomanda V = 300-500 l

32

SCHIMBATORUL DE CALDURA SOLAR

FLUIDUL DIN CIRCUITUL SOLAR

Caracteristici:Stabilitate pana la nivelul de temperatura aferentmomentului stagnariiAsigurarea protectiei antigel, daca instalatiafunctioneaza in perioada receProtectia anticoroziva a instalatieiCaldura specifica si conductivitate termicaridicataNetoxicitate, impact mediu asupra mediuluiViscozitate mica, pierderi de sarcina miciPret redus, disponibilitate facila

33

Modul de functionare al fluxului princaptatoarele solare – valoarea debituluirecirculat

Flux normal (valoare ridicata) – pt captatoarein paralel

Se recomanda un debit normal q = 40 l/mp,h pentru 1 mp de captator solarEx: I = 1000 W/mp; rand= 60%, se obtine o puteretermica de 600 W/mp

Flux redus – pt captatoare in serieSe recomanda un debit normal q = 12-20 l/mp,h pentru1 mp de captator solarEx: I = 1000 W/mp; rand= 60%, se obtine o puteretermica de 600 W/mp

34

Vasul de expansiune - functionare

3-30Composants et sous-systèmes des installations solaires thermiques

Vasul de expansiune

3-29Composants et sous-systèmes des installations solaires thermiques

3_curs 3 -USREI 2012 2p

Documents

Transcript of 3_curs 3 -USREI 2012 2p