sunČeva energija za grijanje i pripremu …energija jedina i/ili uobi čajena alternativa solarnim...

SolarniSolarni sustavisustavi--simulacija

Sveučilište u Zagrebu /Sveučilište u Zagrebu /Fakultet strojarstva i brodogradnje simulacijaFakultet strojarstva i brodogradnje

SUNČEVA ENERGIJA ZA GRIJANJE I SUNČEVA ENERGIJA ZA GRIJANJE I PRIPREMU TOPLE POTROŠNE VODEPRIPREMU TOPLE POTROŠNE VODE

Damir Damir DovićDović

Srećko Srećko ŠvaićŠvaić



Ciljevi:Ciljevi:-- provesti simulaciju rada provesti simulaciju rada solarnihsolarnih sustava sustava za zagrijavanje PTVza zagrijavanje PTV--a (3a (3÷÷25 osoba) u 25 osoba) u klimatskom području Zagreba i Splita, te klimatskom području Zagreba i Splita, te jednog većeg postrojenja za zagrijavanje jednog većeg postrojenja za zagrijavanje tehnološke vodetehnološke vode-- dati smjernice za odabir optimalne dati smjernice za odabir optimalne površine kolektora i volumena spremnika površine kolektora i volumena spremnika u ovisnosti o broju korisnikau ovisnosti o broju korisnika



Tipični Tipični solarnisolarni sustav za zagrijavanje sustav za zagrijavanje potrošne tople vodepotrošne tople vode



Matematički modelMatematički model

Toplina prikupljena solarnim kolektorimaToplina prikupljena solarnim kolektorima

kolsunkol AEQ η=

η η -- faktor iskoristivosti kolektora faktor iskoristivosti kolektora

EEsunsun(W/m(W/m22) ) -- satne vrijednosti satne vrijednosti insolacijeinsolacije za za karakteristični dan u mjesecu (15 godišnji karakteristični dan u mjesecu (15 godišnji prosjek)prosjek)

SolarniSolarni sustavisustavi--simulacijasimulacija

Karakteristike pločastog kolektora s Karakteristike pločastog kolektora s cijevnim registromcijevnim registrom

ε=0.12, τ=0.9

ε=0.05, τ=0.9

ε=0.05, τ=0.96

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06(Tf,m-Tair) / I (Km2/W)

ηcSveučilište u Zagrebu /Sveučilište u Zagrebu /Fakultet strojarstva i brodogradnje Fakultet strojarstva i brodogradnje



Toplina koja se odvodi iz spremnika potrošnjom PTVToplina koja se odvodi iz spremnika potrošnjom PTV--aa

tCmcQ owpPTV ∆−= )15(ϑ

- dnevna potrošnja 80 Lit/osobi

PTVkolspremnik QQQ −=TToplinaoplina uskladištenauskladištena u u spremnikuspremniku



prosječnprosječnoo povećanjepovećanje temperaturetemperature spremnikaspremnika u u perioduperiodu ∆∆tt

pspremnik

spremnik

cmQ

=∆ϑ

temperaturatemperatura vodevode u u spremnikuspremniku na na krajukraju periodaperioda ∆∆t t

ϑϑϑ ∆+= 1,2, spremnikspremnik



Kriterij optimizacije Kriterij optimizacije

--minimalni zahtjev da se minimalni zahtjev da se kolektorskomkolektorskompovršinom osigura 100%površinom osigura 100%--tnotno pokrivanje pokrivanje potreba za PTVpotreba za PTV--om u srpnju i kolovozuom u srpnju i kolovozu-- veličina spremnika odabrana tako da se veličina spremnika odabrana tako da se ostvari ostvari maxmax. efikasnost cijelog sustava. efikasnost cijelog sustava



Proračun povrata investicijeProračun povrata investicije

--investicija obuhvaća (na temelju tržišnih paket investicija obuhvaća (na temelju tržišnih paket modela): modela): kolektore, kolektore, pričvrsnupričvrsnu konstrukciju, spremnik, konstrukciju, spremnik, cirkcirk. . pumpu, automatiku, cijevi i izolaciju, ekspanzijsku pumpu, automatiku, cijevi i izolaciju, ekspanzijsku posudu, armaturu i ostaloposudu, armaturu i ostalo--spremnik PTVspremnik PTV--a ne ulazi u cijenu investicije u a ne ulazi u cijenu investicije u solarnisolarnisustav kada je broj osoba >5sustav kada je broj osoba >5--prosječna cijena el. energije je 0.67 kn/prosječna cijena el. energije je 0.67 kn/kWhkWh (ne (ne uključuje dodatak za snagu)uključuje dodatak za snagu)--cijena plina kao energenta za usporedbu 0.23 kn/cijena plina kao energenta za usporedbu 0.23 kn/kWhkWh(pretpostavljena efikasnost kotla od (pretpostavljena efikasnost kotla od ηη=0.9)=0.9)

Dubrovnik ‘04Dubrovnik ‘04SolarniSolarni sustavisustavi--simulacijasimulacija

Sveučilište u Zagrebu /Sveučilište u Zagrebu /Fakultet strojarstva i brodogradnje Fakultet strojarstva i brodogradnje

Rezultati

broj osoba

površina kolektora,

m2 spremnik

energija prikupljena kolektorima,

kWh/god.

energija potrebna za PTV

povrat investicije-plin,

god.

povrat investicije-el.en.,

god.

cijena invest, EUR

ZAG SPLIT Lit. ZAG SPLIT kWh/god ZAG SPLIT ZAG SPLIT ZAG SPLIT

3 4 3 200 2329,8 3000,8 3574,0 29,95 20,94 10,37 7,25 2093,3 1893,3

4 5 4 200 2912,3 4001,0 4765,3 25,79 17,37 8,93 6,01 2293,3 2093,3

5 6 5 300 3494,8 5001,3 5956,7 24,85 16,46 8,60 5,70 2680,0 2480,0

6 7,5 6 300 4368,5 6001,5 7148,0 17,15 12,65 5,94 4,38 2980,0 2680,0

7 8,5 7 300 4950,9 7001,8 8339,3 16,32 11,79 5,65 4,08 3180,0 2880,0

8 10 8 400 5824,6 8002,1 9530,6 15,67 11,56 5,42 4,00 3786,7 3386,7

9 11 8,5 400 6407,1 8502,2 10722,0 15,17 11,45 5,25 3,97 3986,7 3486,7

10 12 9,5 500 6989,5 9502,4 11913,3 14,77 10,95 5,11 3,79 4493,3 3993,3

11 13,5 10,5 500 7863,2 10502,7 13104,6 14,45 10,85 5,00 3,76 4793,3 4193,3

12 15 11,5 600 8736,9 11503,0 14296,0 14,20 10,77 4,91 3,73 5386,7 4686,7

13 16 12,5 600 9319,4 12503,2 15487,3 13,95 10,44 4,83 3,61 5586,7 4886,7

14 17 13 600 9901,9 13003,3 16678,6 13,74 10,46 4,76 3,62 5786,7 4986,7

15 18 14 800 10484,3 14003,6 17870,0 13,56 10,19 4,69 3,53 6320,0 5520,0

16 19,5 15 800 11358,0 15003,9 19061,3 13,42 10,17 4,65 3,52 6620,0 5720,0

17 21 16 800 12231,7 16004,1 20252,6 13,31 10,15 4,61 3,51 6920,0 5920,0

18 22 16,5 800 12814,2 16504,2 21443,9 13,17 10,18 4,56 3,52 7120,0 6020,0

19 23 17,5 1000 13396,6 17504,5 22635,3 13,05 9,98 4,52 3,45 7653,3 6553,3

20 24,5 18,5 1000 14270,3 18504,8 23826,6 12,98 9,98 4,49 3,45 7953,3 6753,3

21 26 19,5 1000 15144,0 19505,0 25017,9 12,91 9,97 4,47 3,45 8253,3 6953,3

22 27 20,5 1000 15726,5 20505,3 26209,3 12,82 9,81 4,44 3,40 8453,3 7153,3

23 28 21,5 1000 16308,9 21505,5 27400,6 12,73 9,66 4,41 3,34 8653,3 7353,3

24 29 22 1000 16891,4 22005,7 28591,9 12,65 9,70 4,38 3,36 8853,3 7453,3

25 30 23 1000 17473,9 23005,9 29783,3 12,59 9,57 4,36 3,31 9053,3 7653,3



Rezultati

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30br.osoba

kol.p

ovrš

ina,

m2

ZAGREBSPLIT



Rezultati

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 5 10 15 20 25 30br.osoba

inve

stic

ija, E

UR

ZAGREBSPLIT



Rezultati

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30br.osoba

ušte

da, E

UR

/god

Split/el.energijaZagreb/el.energijaSPLIT/plinZAGREB/plin

Sveučilište u Zagrebu /Sveučilište u Zagrebu /Fakultet strojarstva i brodogradnje SolarniSolarni sustavisustavi--

simulacijaFakultet strojarstva i brodogradnje

simulacijaPovrat investicije/plin

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 1415 16 1718 19 2021 22 2324 25br.osoba

godi

na

ZAGREBSPLIT



simulacijaPovrat investicije/el.energija

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25br.osoba

godi

na

ZAGREBSPLIT


Primjer zagrijavanja tehnološke vode Primjer zagrijavanja tehnološke vode solarsolar. energijom. energijom


postojeći spremnik


Raspored polja kolektora Raspored polja kolektora JEDNOSTREŠNA ZGRADAJEDNOSTREŠNA ZGRADA--brbr. . kolektorakolektora: 180: 180

DVOSTREŠNA ZGRADADVOSTREŠNA ZGRADA--brbr. . kolektorakolektora: 90+80: 90+80



Rezultati700m2

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

Povrat investicije8 godina




simulacijaZAKLJUČAK

--dvostruko niži period povrata investicije za klimatsko dvostruko niži period povrata investicije za klimatsko područje Splitapodručje Splita--veći sustavi ekonomski isplativijiveći sustavi ekonomski isplativiji-- najmanji sustavi neisplativi bez poticajanajmanji sustavi neisplativi bez poticaja--izuzetna isplativost sustava u područjima gdje je el. izuzetna isplativost sustava u područjima gdje je el. energija jedina i/ili uobičajena alternativa solarnim energija jedina i/ili uobičajena alternativa solarnim sustsust..--rezultati ovakvih analiza mogu poslužiti za brzi rezultati ovakvih analiza mogu poslužiti za brzi orijentacijski odabir optimalnog sustava orijentacijski odabir optimalnog sustava --Visoke vrijednosti efikasnosti kolektora, a time i cijelog sustaVisoke vrijednosti efikasnosti kolektora, a time i cijelog sustava, va, rezultat su relativno niskih zahtijevanih temperatura tehnološkerezultat su relativno niskih zahtijevanih temperatura tehnološkevode (35°C) što prikazani sustav čini isplativim i u klimatski vode (35°C) što prikazani sustav čini isplativim i u klimatski nepovoljnijem kontinentalnom području R. Hrvatskenepovoljnijem kontinentalnom području R. Hrvatske

Dubrovnik ‘04Dubrovnik ‘04SolarniSolarni sustavisustavi--simulacija


simulacija

HVALA NA PAŽNJI HVALA NA PAŽNJI

Laboratorijske vježbeLaboratorijske vježbeObnovljivi izvori energijeObnovljivi izvori energijeENERGIJA SUNCAENERGIJA SUNCA

PLOČASTI KOLEKTORPLOČASTI KOLEKTORUREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCAUREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA


PLOČASTI KOLEKTORPLOČASTI KOLEKTOR--zagrijavanje vode za potrebe grijanja prostora i PTVzagrijavanje vode za potrebe grijanja prostora i PTV--a a ––do do 70°C70°CDIJELOVI:DIJELOVI: apsorberapsorber--tanka (do 0.5 mm) metalna ploča tanka (do 0.5 mm) metalna ploča ((Cu,AlCu,Al) sa premazom visokog koeficijenta apsorpcije ) sa premazom visokog koeficijenta apsorpcije εε=0.9=0.9÷÷0.950.95registar cijevi ili kanala u dobrom registar cijevi ili kanala u dobrom topl.kontaktutopl.kontaktu s s apsorberom (zalemljen, laserski zavaren, apsorberom (zalemljen, laserski zavaren, ljepljenljepljen, , uprešanuprešan))pokrovno staklo propusno za kratkovalno pokrovno staklo propusno za kratkovalno sunčsunč zračenje zračenje ((ττ=0.9) i nepropusno za dugovalno=0.9) i nepropusno za dugovalnoizolacija obično oko 50 mm (izolacija obično oko 50 mm (poliuretan,min.vuna,armaflexpoliuretan,min.vuna,armaflex) ) za smanjenje za smanjenje topltopl. gubitaka (do 5%) stražnje strane. gubitaka (do 5%) stražnje strane

UREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCAUREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA


VAKUUMSKI KOLEKTORVAKUUMSKI KOLEKTORUREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCAUREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA


VAKUUMSKI KOLEKTORVAKUUMSKI KOLEKTOR--zagrijavanje vode za potrebe grijanje prostora i PTVzagrijavanje vode za potrebe grijanje prostora i PTV--a a preko 100°C, nema preko 100°C, nema konvektivnihkonvektivnih gubitaka niti kondukcije gubitaka niti kondukcije od od apsorberaapsorbera do staklado stakla--veća efikasnost kod viših veća efikasnost kod viših temp.razlikatemp.razlika medija kolektora i medija kolektora i okoline, te nižih vrijednosti insolacijaokoline, te nižih vrijednosti insolacija--DIJELOVI:DIJELOVI:--staklena cijev visoke propusnosti za staklena cijev visoke propusnosti za sunč.zračenjesunč.zračenje--traka traka apsorberaapsorbera ((CuCu, Al) visoki , Al) visoki εε=0.9=0.9--0.95,0.95,--bakrena cijev u dobrom kontaktu s apsorberombakrena cijev u dobrom kontaktu s apsorberom--parabolična zrcala za koncentraciju zračenja na staklenu cijev sparabolična zrcala za koncentraciju zračenja na staklenu cijev sapsorberomapsorberom--radni medijradni medij--voda, alkohol, antifrizvoda, alkohol, antifriz

UREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCAUREĐAJI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA


ZAGRIJAVANJE PTVZAGRIJAVANJE PTV--aaSISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCASISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA


SISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCASISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCAZAGRIJAVANJE PTVZAGRIJAVANJE PTV--a i GRIJANJEa i GRIJANJE

spremnik u spremnik u spremnikuspremniku ––spriječavaspriječavamiješanje miješanje hladne i već hladne i već zagrijane vodezagrijane vode

Laboratorijske vježbeLaboratorijske vježbeObnovljivi izvori energijeObnovljivi izvori energije

ZAGRIJAVANJE PTVZAGRIJAVANJE PTV--a i GRIJANJEa i GRIJANJESISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCASISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA

dva spremnikadva spremnika––pokrivaju pokrivaju potrebe za potrebe za PTVPTV--om u om u turističkoj turističkoj sezoni, po sezoni, po zimi radi samo zimi radi samo SSTCSSTC

ENERGIJA SUNCAENERGIJA SUNCA


SISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCASISTEMI ZA ISKORIŠTAVANJE ENERGIJE SUNCA

SISTEM SA DODATNIM IZMJENJIVAČEMSISTEM SA DODATNIM IZMJENJIVAČEM

PLOČASTI PLOČASTI IZMJENJIVAČIZMJENJIVAČ ––PTV se zagrijava PTV se zagrijava onoliko koliko je onoliko koliko je potrebnopotrebno--nema nema opasnosti od opasnosti od pregrijavanja pregrijavanja unutarnjeg unutarnjeg spremnikaspremnika

sunČeva energija za grijanje i pripremu …energija jedina i/ili uobi čajena alternativa solarnim...

Documents