Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΙΙ ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ: ΗΛΙΑΚΟΙ ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ (ΜΕΡΟΣ Β) Ώρες Διδασκαλίας: Τρίτη 9:00 12:00. Αίθουσα: Υδραυλική

Transcript

1 Ανανεώσιμες Πηγές Ενέργειας ΙΙ ΔΙΑΛΕΞΕΙΣ: ΗΛΙΑΚΟΙ ΘΕΡΜΙΚΟΙ ΣΥΛΛΕΚΤΕΣ (ΜΕΡΟΣ Β) Ώρες Διδασκαλίας: Τρίτη 9:00 12:00 Αίθουσα: Υδραυλική Διδάσκων: Δρ. Εμμανουήλ Σουλιώτης, Φυσικός Επικοινωνία:

2 Συγκέντρωση Ηλιακής Ακτινοβολίας Η συγκέντρωση της Ηλιακής Ακτινοβολίας ήταν γνωστή διαδικασία από την αρχαιότητα. ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 2

3 Συγκέντρωση Ηλιακής Ακτινοβολίας Η συγκέντρωση της Ηλιακής Ακτινοβολίας στοχεύει αρχικά στην επίτευξη υψηλής θερμοκρασίας καθώς η πυκνότητα ισχύος αυξάνει ανάλογα με τη γεωμετρία του συγκεντρωτικού μέσου. Κατόπιν της ανάπτυξης των φωτοβολταϊκών συστημάτων, πλέον μπορούμε να μιλάμε και για επίτευξη υψηλότερης τιμής της ηλεκτρικής ενέργειας. Ανακλαστικά Μέσα Διαθλαστικά Μέσα ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 3

4 Συγκεντρωτικά Μέσα ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 4

5 Συγκεντρωτικά Μέσα ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 5

6 Συγκεντρωτικά Μέσα Ευκρινούς Ειδώλου Το είδωλο εξαρτάται από τη γεωμετρία του συγκεντρωτικού μέσου και τη γεωμετρία του απορροφητή. Ο συνδυασμός και των δύο καθορίζει την ευκρίνεια ή μη του ειδώλου ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 6

7 Βασική Αρχή Σχεδίασης της Παραβολής ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 7

8 Συγκεντρωτικά Μέσα μη Ευκρινούς Ειδώλου ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 8

9 Συγκεντρωτικά Μέσα μη Ευκρινούς Ειδώλου ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 9

10 Κατανομή της Απορροφούμενης Ηλιακής Ακτινοβολίας σε Συγκεντρωτικά Συστήματα μη Ευκρινούς Ειδώλου ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 10

11 Θεμελιώδη - Βασικά Μεγέθη Ο Μέγιστος Λόγος Συγκέντρωσης C max εξαρτάται από τη γωνία υποδοχής της Ηλιακής Ακτινοβολίας ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 11

12 Μεταβολές Βασικών Μεγεθών ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 12

13 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών Η Λογική και η Βασική Σχεδίαση των ΣΗΘΣ ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 13

14 Θερμοσιφωνικά Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 14

15 Θερμοσιφωνικά Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 15

16 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών Βεβιασμένης Κυκλοφορίας Ρευστού Το πεδίο των ΗΘΣ βρίσκεται σε απόσταση από τη δεξαμενή αποθήκευσης ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 16

17 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών Βεβιασμένης Κυκλοφορίας Ρευστού ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 17

18 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών Βεβιασμένης Κυκλοφορίας Ρευστού ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 18

19 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 19

20 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών Βεβιασμένης Κυκλοφορίας Ρευστού ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 20

21 Συστήματα Ηλιακών Θερμικών Συλλεκτών Βεβιασμένης Κυκλοφορίας Ρευστού ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 21

22 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method Η μέθοδος καμπυλών f αποτελεί την πιο απλή υπολογιστική προσεγγιστική μέθοδος υπολογισμού του ποσοστού κάλυψης του θερμικού φορτίου για Ηλιακών Θερμικών Συστημάτων για κάλυψη αναγκών θέρμανσης νερού χρήσης και θέρμανση χώρων. Το ποσοστό κάλυψης f του θερμικού φορτίου L ορίζεται ως ο λόγος του μέσου μηνιαίου ωφέλιμου φορτίου Q u που καλύπτει ο ηλιακός συλλέκτης προς το μέσο μηνιαίο φορτίο της εγκατάστασης (για θέρμανση χώρου και ζεστού νερού χρήσης Η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό της μηνιαίας και ετήσιας θερμικής απόδοσης ενεργητικών ηλιακών συστημάτων υπολογίζοντας το ποσοστό του ολικού θερμικού φορτίου που θα καλυφθεί από την ηλιακή ενέργεια. Η βασική παράμετρος είναι η επιφάνεια των συλλεκτών. Δευτερεύουσες παράμετροι είναι ο τύπος του συλλέκτη, η δυνατότητα αποθήκευσης, ο ρυθμός ροής μάζας και το μέγεθος των εναλλακτών που χρησιμοποιούνται στην πλευρά του συλλέκτη και του φορτίου. Η τελική σχέση που χρησιμοποιείται στην μέθοδο αυτή, υπολογίζει το συντελεστή κάλυψης f (το ποσοστό του μηνιαίου θερμικού φορτίου για θέρμανση χώρων και ΖΝΧ που καλύπτεται από την ηλιακή ενέργεια) σε σχέση με δυο αδιάστατες παραμέτρους: (α) Η πρώτη παράμετρος συνδέεται με το πηλίκο των απωλειών του συλλέκτη προς το θερμικό φορτίο, (β) Η δεύτερη παράμετρος συνδέεται με το πηλίκο της απορροφούμενης ηλιακής ακτινοβολίας προς το θερμικό φορτίο. ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 22

23 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method f Q u L ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 23

24 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method Το ποσοστό κάλυψης f του μηνιαίου θερμικού φορτίου υπολογίζεται είτε γραφικά (από το σχήμα) είτε μέσω των συντελεστών "X" και "Y". Ο συντελεστής "Χ" εκφράζει το ποσό των ενεργειακών απωλειών προς το συνολικό θερμικό φορτίο του μήνα Ο συντελεστής "Υ" εκφράζει το ποσό της ενέργειας που μπορεί να αξιοποιήσει ο ηλιακός συλλέκτης προς το συνολικό θερμικό φορτίο του μήνα Κρίσιμη παράμετρος για την εφαρμογή της μεθόδου των καμπυλών f είναι ο καθορισμός του θερμικού φορτίου L. Το θερμικό φορτίο εξαρτάται από την εφαρμογή (Θέρμανση χώρου, Ζεστό Νερό Χρήσης ή και τα δύο) ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 24

25 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 25

26 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 26

27 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 27

28 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 28

29 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 29

30 Μέθοδος των Καμπυλών f, F-Chart Method ΑΣΚΗΣΗ - ΕΦΑΡΜΟΓΗ: Ένα ξενοδοχείο με 50 κλίνες απαιτεί δεδομένο θερμικό φορτίο για Ζεστό Νερό Χρήσης (ΖΝΧ) για όλη τη διάρκεια του έτους. Η μηνιαία πληρότητα του ξενοδοχείου σε κλίνες (1 κλίνη = 2 άτομα) είναι: Ιανουάριος: 12, Φεβρουάριος: 14, Μάρτιος: 16, Απρίλιος: 28, Μάιος: 32, Ιούνιος: 44, Ιούλιος: 50, Αύγουστος: 50, Σεπτέμβριος: 45, Οκτώβριος: 31, Νοέμβριος: 16 και Δεκέμβριος: 20. Υπάρχει η δυνατότητα εγκατάστασης των ηλιακών συλλεκτών: Μ= 50 lt/m² και Κάθε άτομο καταναλώνει 55 λίτρα ζεστό νερό κατά μέσο όρο στη διάρκεια του χρόνου. Με δεδομένο ότι T ZNX = 45 C και Τ α : Ι: 11 C, Φ:13 C, Μ: 15 C, Α: 18 C, Μ: 22 C, Ι: 28 C, Ι: 31 C, Α: 33 C, Σ: 26 C, Ο: 17 C, Ν: 13 C, Δ: 9 C να υπολογιστεί η κάλυψη του φορτίου κατανάλωσης συναρτήσει των τετραγωνικών εγκατάστασης των ηλιακών συλλεκτών ανά κατηγορία σε μηνιαία και ετήσια βάση. ΤΕΙ Δυτικής Ελλάδας Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών ΤΕ, 2015 Ηλιακοί Θερμικοί Συλλέκτες (Μέρος Β) 30