ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Sun power Καπλάνη

Transcript

1 ΛΟΓΙΣΜΙΚΟ Sun power Καπλάνη Επιμέλεια: Αλέξανδρος Τσιμπούκης Το πρόγραμμα με τίτλο Sun power εξομοιώνει τα ενεργητικά και παθητικά ηλιακά συστήματα. Είναι γραμμένο σε FORTAN-77 και περιλαμβάνεται στο cd του βιβλίου του Καπλάνη, Ηλιακή Μηχανική. Με τη χρήση αυτού του προγράμματος, ο χρήστης μπορεί να σχεδιάσει και να προβλέψει την λειτουργία τόσο ενεργητικών όσο και των παθητικών ηλιακών συστημάτων. Η επιλογή του τύπον του συστήματος το οποίο ζητείται να μελετηθεί γίνεται στον πίνακα ο οποίος φαίνεται στο Σχήμα 1. Σχήμα 1: Αρχικό πίνακας επιλογών Το λογισμικό αυτό λειτουργεί μόνο για τα ενεργητικά συστήματα και για θέρμανση χώρων 18 C. Η επιλογή γίνεται με τη χρήση των γραμμάτων του λατινικού αλφάβητου που βρίσκονται μπροστά από κάθε επιλογή, π.χ. η επιλογή για τη μελέτη του ενεργητικού συστήματος γίνεται με την εισαγωγή του γράμματος e. 1. Επιμέρους πίνακας επιλογών Για τα επιμέρους ενεργητικά συστήματα προβλέπονται τρεις επιλογές: Σχήμα 1: Πίνακας επιλογών ενεργητικών συστημάτων Για την επιθυμητή εργασία πληκτρολογείται ο ακέραιος αριθμός και με το πλήκτρο <enter> ολοκληρώνεται η διαδικασία επιλογής.

2 2. Μετεωρολογικά δεδομένα Επιλογή μήνα Σε κάθε μήνα αντιστοιχεί και ένας ακέραιος αριθμός. Στο μήνα Ιανουάριο αντιστοιχεί ο ακέραιος 1, στο μήνα Φεβρουάριο ε ακέραιος 2, κ.ο.κ. Η Ελλάδα όπως φαίνεται στο σχήμα 9.6, είναι χωρισμένη σε 6 κλιματολογικές ζώνες όπως φαίνεται στο Σχήμα 3 με τη πρώτη να είναι στη Κρήτη. Σχήμα 3: Οι 6 κλιματολογικές ζώνες της Ελλάδας Η εκλογή της γεωγραφικής ζώνης στην οποία ανήκει ο τόπος που Θα εγκατασταθεί το σύστημα των ηλιακών συλλεκτών, γίνεται με την εισαγωγή στο πρόγραμμα του ακέραιού αριθμού με τον οποίο αντιστοιχείται η ζώνη στο χάρτη του σχήματος 3. Θερμοκρασία βάσης Η θερμοκρασία βάσης ορίζεται στους 18 C. 3. Θερμικές απώλειες χώρου o Εισάγονται οι απώλειες σε Watts ανά ημέρα. Οι απώλειες μπορούν να υπολογιστούν από UA 18 Ta,min όπου T b a,min η ελάχιστη θερμοκρασία περιβάλλοντος για το μήνα των υπολογισμών o Εισάγεται η μέση ελάχιστη εξωτερική θερμοκρασία o Εισάγεται ο συντελεστής εξοικονόμησης ενέργειας, f e. Στα ηλιακά συστήματα επειδή η θέρμανση είναι συνεχής λαμβάνεται f e =1.

3 1.4 Συστήματα ΖΝΧ Κατανάλωση ζεστού νερού, lt/άτομο Στο Σχήμα 4 παρουσιάζεται η οθόνη στην οποία ο χρήστης καλείται να επιλέξει, ενώ στο Πίνακα 1 φαίνεται η μέση ημερήσια κατανάλωση νερού ανά άτομο Σχήμα 4: Κατανάλωση ζεστού νερού, lt/άτομο Πίνακας 1: Χρήση νερού σε διάφορα κτίρια Είδος κτιρίου Μέση ημερήσια κατανάλωση νερού ανά άτομο (lt) Οικοτροφεία 50 Σχολεία 5 Κατοικίες: Στάθμη μέση Στάθμη υψηλή Νοσοκομεία 60 Ξενοδοχεία 4 ή 5 * 100 *** 80 ** 60 Γραφεία 6 Αθλοπαιδιές 40 Κουζίνες: Πλήρη γεύματα Πρόχειρο φαγητό 9 lt/ άτομο 2.5 lt/ άτομο Επιθυμητή θερμοκρασία ζεστού νερού Η κατώτερη επιθυμητή θερμοκρασία του ζεστού νερού χρήσης στις περισσότερες περιπτώσεις λαμβάνεται ίση με 40 C. Όταν το δίκτυο διανομής του ζεστού νερού είναι μεγάλο (π.χ. μεγάλα ξενοδοχεία), η επιθυμητή θερμοκρασία λαμβάνεται (π.χ. 45 C) για να καλύπτεται η πτώση Θερμοκρασίας κατά μήκος του δικτύου. Σημειώνεται ότι η κατώτερη επιθυμητή θερμοκρασία του ζεστού νερού ορίζεται για χρήση σε κουζίνες, εστιατόρια κλπ. για πλύση σκευών C.

4 Αριθμός των ενοίκων Είναι φανερό ότι πρέπει να εισάγουμε έναν ακέραιο αριθμό που να δηλώνει τον αριθμό των ενοίκων. Ημερήσια διάρκεια χρήσης του δικτύου Η ημερήσια διάρκεια χρήσης τον δικτύου κυκλοφορίας του ζεστού νερού από την δεξαμενή στον καταναλωτή, εξαρτάται από το είδος του κτιρίου και το πνεύμα οικονομίας τον ιδιοκτήτη. Για τα ξενοδοχεία πολυτελείας είναι 24 ώρες ενώ για άλλες περιπτώσεις η διάρκεια χρήσης του δικτύου κυμαίνεται συνήθως από 8-16 ώρες ημερησίως. 1.6 Σχεδίαση δικτύου σωληνώσεων Επιλογή διαμέτρου σωληνώσεων Επιλέγεται η διάμετρος των σωληνώσεων. Συνήθως επιλέγεται για μεγάλα δίκτυα σωλήνες διαμέτρου 1 1 1/4. Σχήμα 5: Επιλογή διαμέτρου σωληνώσεων Στην επόμενη επιλογή επιλέγεται αν οι σωλήνες είναι μονωμένοι ή όχι αλλά συνήθως είναι. Μήκος δικτύου σωληνώσεων Εισάγεται το συνολικό μήκος του δικτύου σε m και θα πρέπει ο αριθμός να είναι ακέραιος. Αν δεν είναι γνωστό το μήκος του δικτύου τότε για τις μεν κατοικίες ισχύει μια μέση κατ' εκτίμηση τιμή, με βάση το σχέδιο-κατόψεως και το δίκτυο διανομής, περίπου 25m ανά κατοικία, ενώ για τις περιπτώσεις ξενοδοχείων, το μήκος του δικτύου είναι περίπου 8-10 m ανά δωμάτιο. Στην επόμενη επιλογή επιλέγεται αν οι σωλήνες είναι εξωτερικοί ή όχι αλλά συνήθως είναι. 7. Συλλέκτης και δεξαμενή αποθήκευσης Τύπος ηλιακού συλλέκτη Επιλέγεται ο τύπος του ηλιακού συλλέκτη με τις κατηγορίες να είναι: α. Συλλέκτης τύπου Ι:

5 Πρόκειται για ένα συλλέκτη με μαύρο απορροφητήρα και ένα τζάμι που χρησιμοποιείται σε εφαρμογές, που απαιτούν σχετικά χαμηλή θερμοκρασία (40-60 C), όπως η θέρμανση ζεστού νερού χρήσης. β. Συλλέκτης τύπου ΙΙ: Έχει μαύρο απορροφητήρα και δύο τζάμια, ή μαύρη επιλεκτική επιφάνεια και ένα τζάμι. Είναι κατάλληλος για θέρμανση νερού σε υψηλότερες θερμοκρασίες (μέχρι 80 C), καθώς και θέρμανση χώρων, ιδίως μάλιστα σε περιοχές που πνέει ισχυρός άνεμος. γ. Συλλέκτης τύπου ΙΙΙ: Ο τρίτος τύπος είναι ένας συλλέκτης με σωλήνες κενού κατάλληλος για θερμοκρασίες άνω των 80 C. Θερμοκρασίες αυτής της τάξεως απαιτούνται για τη λειτουργία των ψυκτικών μηχανών απορρόφησης. δ. Συλλέκτης τύπου IV: Ο τέταρτος τύπος είναι ένας πλαστικός συλλέκτης χωρίς διαφανές κάλυμμα και χωρίς μόνωση στην οπίσθια επιφάνεια και στα πλαϊνά. Πρόκειται δηλαδή για έναν απλό απορροφητήρα που χρησιμοποιείται για χαμηλών θερμοκρασιών (μέχρι 30 C), όπως η θέρμανση κολυμβητικών δεξαμενών. Ο συλλέκτης επιλέγεται με τον αντίστοιχο ακέραιο αριθμό. Διορθωτικός συντελεστής συλλέκτη εναλλάκτη F R / FR Ο λόγος F R / FR, που λέγεται διορθωτικός συντελεστή; συλλέκτη εναλλάκτη είναι ένας δείκτης μεταξύ 0 και 1 που δείχνει την ωφέλιμη ισχύ από ένα σύστημα ηλιακών συλλεκτών με εναλλάκτη και δεξαμενή αποθήκευσης, ως ποσοστό της ωφέλιμης ισχύος που θα είχε χωρίς εναλλάκτη. Τυπικές τιμές είναι από 0.9 με Πάνω από 1 το πρόγραμμα δεν δέχεται τη τιμή. Χωρητικότητα της αποθήκης Οι καμπύλες f έχουν αναπτυχθεί για χωρητικότητα δεξαμενής 75 lt/m 2. Αν εισαχθεί διαφορετική χωρητικότητα το πρόγραμμα υπολογίζει αυτόματα το συντελεστή διόρθωσης. Συντελεστής C UA, εναλλάκτη φορτίου min / Όταν μειώνεται το μέγεθος του εναλλάκτη η θερμοκρασία της δεξαμενής πρέπει να αυξηθεί για να παρέχει το ίδιο ποσό ενέργειας. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να υπάρχει υψηλότερη θερμοκρασία εισόδου στους συλλέκτες, γεγονός πού μειώνει την απόδοσή τους. Ένα μέτρο του μεγέθους του εναλλάκτη που απαιτείται για ένα συγκεκριμένο κτίριο δίδεται από C UA, όπου: τον αδιάστατο παράγοντα min /, ο συντελεστής απόδοσης του εναλλάκτη φορτίου UA, ο ρυθμός θερμικών απωλειών ανά 0 C

6 C min, η ελάχιστη θερμική χωρητικότητα εναλλάκτη φορτίου Η βέλτιστη τιμή του συντελεστή C UA από θερμικής απόψεως είναι απεριόριστα min / μεγάλη. Εάν λάβουμε υπ οψιν το κόστος του εναλλάκτη, οι πλέον οικονομικές τιμές του συντελεστή πρακτικά κυμαίνονται από 1-3. Η μέθοδος f-chart έχει αναπτυχθεί για C UA / 2 min. Εάν η τιμή του συντελεστή είναι διαφορετική από δύο (2) τότε το πρόγραμμα υπολογίζει τον διορθωτικό παράγοντα, Κ 4 για να προσδιοριστεί το κάλυψης, f, το φορτίου θέρμανσης ή/και ζεστού νερού από τον ήλιο. Παράδειγμα Για το παράδειγμα που αναφέρεται στην 6.2 των σημειώσεων, παρουσιάζονται οι παράμετροι που εισέρχονται στο πρόγραμμα. 1. Γεωγραφική ζώνη 4, αντίστοιχη με Washington DC 2. Κατοικία 3. Επιθυμητή θερμοκρασία: 49 C 4. Αριθμός κατοίκων: 3 5. Ημερήσια χρήση; 19 ώρες 6. Σωληνώσει: 1.25" 7. Μονωμένοι σωλήνες 8. Μήκος σωληνώσεων: 10 m 9. Εξωτερικά οι σωλήνες 10. Τύπος συλλέκτη: Λόγος Fr/Fr': Χωρητικότητα αποθήκης: 62 lt/m Κλίση συλλέκτη: 40 μοίρες 14. Τιμές για συντελεστή ε: Επιφάνεια συλλέκτη: 5.02 m 2 Τα αποτελέσματα που προκύπτουν Ιανουάριος, Ποσοστό κάλυψης: 38.53% Ιούλιος, Ποσοστό κάλυψης: %