solarna energija proračun

Datum

15.02.2015

MAŠINSKI FAKULTETBEOGRAD

Solarna energijaZadatak broj 1

List broj.

Broj indeksa Prezime i ime Pregledao

Projektovanje solarnog sistema za snabdevanje sanitarnom vodom

Na zahtev investitora, zadatak je projektovati solarni sistem zagrejanje sanitarne vode, koji se dalje distribuira ka potrošačima. U ovom sistemu su predvidjeni svi uredjaji namenjeni za ovu vrstu solarne namene. Objekat na koji se instalira sistem je kuća iz domaćinstva, čija je visina 11,4 metra sa krovom. Kuća je površine 290 m2, sa tri sprata. Jedan sprat je ukopan u zemlju dubine 1,4m, a poslednji sprat je izgradjen kao potkrovlje sa kosom pločom. Kuća se sastoji od tri odvojena stana. Cela kuća je izolovana stiroporom debljine 100mm, što kuću čini visoko energetski efikasnom. Kuća je okrenuta ka jugu, što znači da je jedna strana krova okrenuta ka istoku a druga ka zapadu. Ovaj objekat je najviši u ulici pa nema uticaja drugih objekata na isti. Lokacija objekta je Nova Pazova, Sremski okrug. Na kuću se instalira solarni sistem za grejanje sanitarne vode. Za ovaj objekat je izdimenzionisan solarni sistem za potrebe korišćenja tople sanitarne vode za ukupno 9 osoba.

Datum

15.02.2015



List broj.


Tehnološki opis

Za potrebe grejanja tople vode, predvidjen je solarni sistem smešten čiji su kolektori smešteni na krovu objekta sa posebno iskonstruisanim nosačima, a akumulator i ostali delovi opreme su smešteni na tavanu. Temperaturski režim je 60/40°C. Predaja toplote iz kolektora vrši se

pomoću akumulatora toplote WST SK 500-1 proizvodhača Bosch. Kolektori su FKT-1W proizvodjača Bosh.

U ovom sistemu predvidjena je jedna radna cirkulaciona pumpa proizvodjača “Grundfos” oznake “UPS 40-100 F 250” za cirkulaciju voda-poluetilen glikol (55/45 %). Iza pumpe je predvidjen jedan zaporni ventil, dok se ispred pumpe postavlja istojedan zaporni ventil I ventil sa nepovratnom klapnom čija je uloga da spreči prodiranje fluida kroz pumpu ukoliko dodje do njenogkvala ili bilo kakve havarije.

Za potrebe dilatacije vode predvidjen je membranska ekspanziona posuda tipa “SAG25“ proizvodjača Bosch zapremine 25 litara, čiji je zadatak da prihvati višak vode u sistemu koji nastaje usled njenog

toplotnog širenja. Na ekspanzionu posudu je povezana I zaštitna posuda tipa VSG12 proizvodjala Bosch, zapremine 12 litara. Njena uloga je da zaštiti ekspanzionu posudu. One služe da zaštite membrane ekspanzione posude, od temperatura iznad granice koje dopušta proizvodjač.

Voda u kolektoru 60°C cirkuliše do akumulatora odakle pojedinačnim vertikalama preko razdelnika struji ka potrošačima.

Cevovodi kojima se transportuje vrela voda od kolektora do akumulatora su dimenzije DN15 materijala Č1212. Na cevovodima je predvidjena sva merna, regulaciona i zaporna oprema (ventili, termometri, manometri, sigurnosni ventili, itd..) Na cevovodima se postavlja standardna izolacija 22x9x2000m.

Zbog lošeg položaja kuće, iskonstruisan je poseban nosač za kolektore, koji će ih nositi i držati ih okrenute ka jugu zbog bolje efikasnosti i veće uštede.

Datum

15.02.2015



List broj.


Odredjivanje veličine akumulatora

Veličina solarnog akumulatora zavisi od broja osoba i potrošnje potrošne tople vode po osobi dnevno. Potrošnja potrošne tople vode bira se u zavisnosti od vrste zgrade i komfora stanovanja. U ovom slučaju, vrsta zgrade je porodična kuća, sa tri stana. Sanitarna topla voda se obezbedjuje za sva tri stana. Prosečna potrošnja tople vode za srednji standard i standardnu potrošnju je 40 [ l/60 C C -1/dnevno i po osobi]. Pošto se u ovoj kući toplom vodom snabdeva 9 osoba, iz Bosch-ovih uputstava sledi da je nama potrebno minimalno 1,2x9x40=432 litre a maksimalno 1,8x9x40=648 litara. Za ove potrebe iz ekonomskih razloga se usvaja bliže minimalnim potrebama a to je Akumulator WST SK 500-1 čija je cena 945 evra.

Slika 1. Konstrukcijske i priključne mere za akumulator SK 500-1

Datum

15.02.2015



List broj.


Tehnički podaci:

Gornji razmenjivačač toplote - dogrevanje: Prenos toplote- spiralni grejač - Broj zavoja spiralnog grejača: 9 - 9Korisni sadržaj: - ukupno 449 litara l 449- bez solarnog grejanja 184 litara l 184Sadržaj ogrevne vode l 8,5Ogrevna površina m² 1,3Max. učinak ogrevne površine, kod: - tV = 90 °C i tSP = 45 °C, prema DIN 4708 kW 46- tV = 85 °C i tSP = 60 °C kW 32Max. stalni učinak, kod: - tV = 90 °C i tSP = 45 °C, prema DIN 4708 l/h 1127- tV = 85 °C i tSP = 60 °C l/h 784uzeta je u obzir količina vode u cirkulaciji l/h 1300Broj učinka prema DIN 4708 kod tV = 90 °C (max. učinak grejanja) NL 4.aprMin. vreme zagrev. od tK = 10 °C na tSp = 60 °C sa tV = 85 °C), kod: -24 kW učinka grejanja Min. 27-18 kW učinka grejanja Min. 36

Donji izmjenjivač topline - solarni krug: Prenos toplote spiralnog grejača - Broj zavoja grejača - 14Korisni sadržaj l 449Sadržaj ogrevne vode l 13Ogrevna površina m² 1,9Max. učinak ogrevne površine kod - tV = 90 °C i tSP = 45 °C, prema DIN 4708 kW 65Maksimalni stalni učinak - tV = 90 °C i tSP = 45 °C, prema DIN 4708 l/h 1605uzeta u obzir količina vode u cirkulaciji l/h 1300

Datum

15.02.2015



List broj.


Odredjivanje broja kolektora

Potrebna površina solarnih kolektora ravna se prema veličini solarnog akumulatora. Kao gruba računska vrednost, 1 m2 površine kolektora zagrijava 60 litara zapremine akumulatora. Odgovarajuća površina kolektora za pripadajuću potrošnju tople vode, odnosno veličinu akumulatora odredjuje se sa sledeće slike 2. Uzete iz Bosh-ovog uputstva.

Slika 2 Dimenzionisanje površine kolektora 1. Površinski kolektor; 2.Vakumski kolektor

Za veličinu akumulatora od 450 litara potrebno je 7,7 m2 površine kolektora.

Usmerenost krova i nagib krova

Površina kolektora se određuje uzimanjem u obzir sledećih optimalnih spoljnih uslova:Nagib krova: 45°Usmerenost instalacije: jugZona lokacije: zona (Srem) Nova Pazova

Korektivni faktor za uzimanje uobzir nagiba krova i usmerenost, uzima se sa slike 3.

Datum

15.02.2015



List broj.


Slika 3 Nagib krova i odstupanje od smera juga

Nova površina kolektora: 7,7 m2 + 0% = 7,7 m2

Krov nije usmeren ka jugu. Da bi korisnost bila veća, na krov se postavlja konstrukcija koja ce držati solarni sistem okrenut ka jugu. Korekcioni faktor za površinu kolektora se radi prema proporciji u odnosu na Nemačke uslove. Godišnja srednja energija sunčevog zračenja u Nemačkoj za zonu 1 je 1175 kwh/m2 gde je korekcioni faktor 1, dok je u okolini Nove Pazove godišnja srednja energija sunčevog zračenja 1430. Proporcijom se dobija korekcioni faktor za okolinu Nove Pazove i on iznosi 1,21.

Nova površina kolektora: 7,7 m2 x 1,21 = 9,31 m2

Usvajanje kolektora

Usvaja se pločasti kolektor FKT-1W proizvodjača Bosch. Ovi kolektori su predvidjeni za solarne instalacije za pripremu potrošne tople vode i za podršku grejanja. Kolektor FKT-1W je prikladan za horizontalnu montažu. Bosch pločasti kolektori odlikuju se dugim vekomtrajanja. Posebna robusnost i povećana krutost postižu se zahvaljujući profilu okvira od fiberglasa, sa plastičnim uglovima i okvirom od čeličnog lima prevučenom aluminijumom i cinkom. Bakreni apsorberi pune površine sa dvostrukim meanderom, zavaren je ultrazvučno i pruža vrlo visoki učinak kod manjeg pada pritiska, kod čega se do 5 kolektora može jednostrano priključiti bez dodatne Tichelmann cevi. Priključna tehnika sa utikačkim spojnicama od nerđajućeg čelika omogućava jednostavnu i brzu montažu. Za priključnu

Datum

15.02.2015



List broj.


tehniku kolektora nije potreban nikakav pomoćni alat. Optički stepen korisnosti ovog kolektora je 82%

Opis uređaja•Kolektor sa visokim učinkom sastoji se od profila okvira od fiberglasa, otpornog na ultraljubičaste zrake i vremenske uslove, sa višefunkcijskim uglovima i podnožjem od čeličnog lima prevučenim aluminijumom i cinkom.• Kolektori za vertikalnu i horizontalnu montažu• Prikladni su za montažu iznad krova, u krovište, naravni krov.Oprema• Bakreni apsorber pune površine, oblika dvostrukog meandra i sa visoko selektivnom prevlakom (PVD), ultrazvučno zavaren.• Pokrov sa 3,2 mm debelim i slabo strukturiranim solarnim jednoslojnim solarnim sigurnosnim staklom, otpornim na udar.• Toplotna izolacija ostvarena sa izolacijskom mineralnom vunom debljine 55 mm, otpornom na visoke temperature i topljenje.• Protočni spoj za izbegavanje stvaranja vlage.• Utikačka spojna tehnika svih priključnih kompleta, sa O-brtvenim prstenom, za fleksibilno valovito crevo od nerđajućeg čelika i za pričvršćenje bez pomoćnog alata, pomoću osigurača od nerđajućeg čelika.• Cevni priključci na svim priključnim kompletima sa holenderom sa steznim prstenom 18 mm ili spoljnim navojem 3/4“.• Ugrađena čaura senzora Ø 6 mm

Tehnički podaci:

Slika 4. Dimenzije FKT-1 kolektora

Datum

15.02.2015



List broj.


Potrebna površina kolektora je 9,31 m2 dok je površina apsorbera ili neto površina usvojenog kolektora 2,23 m2, stoga sledi da nam treba 4,17 kolektora, zbog ekonomskog optimuma usvajamo da nam treba 4 kolektora. Cena jednog kolektora je 450 evra, u našem slučaju nama je potrebno 4 kolektora što je 1800 evra.

Hidaulično povezivanje kolektora

Solarni kolektori se mogu međusobno spajati u seriju, paralelno ili kao kombinacija serijskog i paralelnog spajanja. To omogućava razvijanje fleksibilnih polja kolektora, tj. koja se mogu lako prilagoditi raspoloživom prostoru. Zbog modifikacije u postavljanju kolektora na datom objektu, kolektori su spojeni serijski i rasporedjeni su u jednom redu.

U serijskom spoju, polazni vod prvog kolektora je istodobno povratni vod drugog kolektora, itd. Isti ukupni protok prostrujava svaki kolektor serijskog spoja.

Slika 5. Serijsko spojeni kolektori rasporedjeni u jednom redu.

Odabir Ekspanzione posude

Ekspanziona posuda se bira prema uputstvu iz Bosh-a. Zapremina ekspanzione posude se bira prema broju kolektora. U našem slučaju broj kolektora je 4, što znači da je naša ekspanziona posuda zapremine 25 l, i usvaja se SAG25 dimenzija (280x490) sa priključkom od ½“ minimalnog pritiska od 2 bar, a maksimalnog pritiska od 8 bar. Cena je 47 evra.Za zaštitu ekspanzione posude, vrši se i odabir zaštitne posude VSG za solarnu ekspanzionu posudu. Ove posude služe za zaštitu membrane ekspanzione posude, od temperatura iznad granice koje dopušta proizvodjač. Prema preporukama iz Bosh-a, usvaja se VSG12 (270x270) sa priključcima od dva puta ½“, zapremine 12 l. Cena zaštitne posude je 16 evra.

Dimenzionisanje cevovoda

Datum

15.02.2015



List broj.


8.1. Određivanje prečnika cevovoda

Zapreminski protok kroz kolektor je 50 l/h ili 0,05 m3/h ili 0,00001388 m3/s. Pošto imamo četri kolektora zapreminski protok se povećava četri puta, dakle zapreminski protok je 0,0000555 m3/s.

0,00841m

gde je:

= 0,000555 -zapreminski protok fluida kroz kolektor,

= 1 - brzina strujanja toplijeg fluida prema preporukama -

Usvaja se DN 15 ( x 2,11 mm) ili 1/2“ materijala Č1212

Odredjivanje stvarne brzine strujanja:

gde je:

= 0,00005555 -zapreminski protok fluida

–unutrasnji precnik cevovoda

Cena cevi po kilogramu je 165 dinara. Naše cevi su dugačke 7 metara i preko gustine čelika znamo da je masa ukupnih cevi 11.9 kg, što znači da je cena ovih cevi 1964 dinara odnosno 16 evra.

Datum

15.02.2015



List broj.


Hidraulični proračun

Hidraulični proračun se odredjuje da bi se odredio pad pritska koji nam je potreban da bi smo izabrali pumpu za ovaj sistem. Postoje padovi pritiska u cevovodu, usled geodezijske visine, kolektor, akumulatoru i armaturi. Suma svih padova pritisaka daje ukupan pad pritisaka i po njemu se odredjuje napor pumpia.

Pad pritiska u cevovodu

Pad pritiska u cevovodu se odredjuje pomoću Darsijeve formule:

gde je:

Gde je:

= 0,03 - Koeficijent trenja čelika -zapreminski protok fluida

L=7 m - Dužina cevovoda D=0,0129m - Unutrašnji prečnik cevovoda

=0,3 – Koeficijent lokalnog otpora kod kolena, (postoji šest kolena

u sustemu)

=0,42 - Stvarna brzina strujanja fluida

Pad pritiska usled geodezijske visine

Gde je:

Datum

15.02.2015



List broj.


Gde je:

= 995 kg/m3 – Gustina fluida g=9,81 m/s2 - Gravitacionoubrzanje H=2,5m – Geodezijska visina

Pad pritiska u kolektoru

Slika 6 Dijagram pada pritiska u kolektoru, n - predstavlja broj kolektora

Sa dijagrama na slici 6 se zaključuje da je pad pritiska jednak 40 mbar, odnosno 40 000 Pa.

Datum

15.02.2015



List broj.


Pad pritiska u akumulatoru

Slika 7 Dijagram pada pritiska u akumulatoru, 1 - predstavlja donji spiralni grejač (voda - propilen glikol)

Protok u našem sistemu je = 0,2 m3/h, pa se sa dijagram sa slike jasno vidi da je pad pritiska

u akumulatoru 0.001 bar odnosno 100 Pa.

Datum

15.02.2015



List broj.


Pad pritiska u armaturama

Pad pritiska u armaturi se računa tako što se ukupan pad pritiska poveća za 15%.

Ukupan pad pritiska

Gde je :

Izbor pumpe

Bira se jedna radna pumpa. Na osnovu zapreminskog protoka od 0,2 m3/h I napora pumpe od 74,305 pa. Prema softveru za izbor pumpe proizvodjača “Grundfos” usvaja se pumpa oznake “UPS 40-100 F 250”. Pumpa je jednofazna, 230V, 50Hz. Cena ove pumpe je 87 evra.Pump se bira preko sledeceg dijagrama sa slike 8.

Datum

15.02.2015



List broj.


Slika 8. Dijagram krive pumpe

Izolacija

Na cevovode se stavlja standardna izolacija 22x9x2000mm čija cena 60 din. Za naše potrebe nam treba 4 komada, odnosno 240 dinara.

Montaža kolektora

Montaža kolektora na krov se vrši po principu montiranja kolektora na ravan krov. Na krov se ugradjuju dodatni nosači koji su fiksirani za samu betonsku ploču kuće, a zatim prolaze kroz krov I formiraju ravnu površinu. Na tu površinu se oslanjaju I čvrsto fiksiraju obični nosači namenjeni za montažu na ravan krov. Ti dodatni nosači su napravljeni od čelika I pravouglog su profila dimenzija 30x30mm.Te šipke formiraju površinu na krovu od 4,6x1,165m na koju se kasnije postavljaju oslonci za ravnu ploču. Potrebna dužina kavdratnih cevi za željenu površinu I visinu je 22m što čini masu čelika od 50kg. Cena je 8250 dinara ili 68 evra.

Datum

15.02.2015



List broj.


Dodatna oprema

U dodatna opremu za solarne sisteme spadaju kuglaste slavine ½”, 4 komada, koje služe da bi se kontrolisao protok ili da bi se upravljalo protokom I sistemom. 2 nepovratna ventila, koji sprečavaju povratak fluida u pumpu ili kolektore kada sistem prestane da radi. Manometar se postavlja da bi se kontrolisao pritisak u akumulatoru, termometar kontroliše temperature u akumulatoru, a sigurnosni ventil ispušta višak vode pošto je u pitanju posuda pod pritiskom.

Specifikacija materijala I opreme

Redni broj Naziv opreme

Jedinica mere Količina

Jedinična cena

Ukupna cena

1 Akumulator WST SK 500-1 Bosch kom. 1 115290 1152902 Kolektor FKT-1W Bosch kom. 4 54900 2196003 Cevovod DN15 (17,12x2,11mm) kg 11,9 165 1963,54 Pumpa Grundfos “UPS 40-100 F 250” kom. 1 10614 106145 Izolacija 22x9x2000mm kom. 4 60 2406 Nosač kolektora kg 50 165 82507 Kuglasta slavina kom. 4 451 18048 Nepovratna klapna kom. 2 1000 20009 Manometar kom. 1 700 700

10 Termometar kom. 1 700 70011 Sigurnosni ventil kom. 1 555 55512 Trokraki ventil kom. 1 300 300

Ukupno: 362016,5

Datum

15.02.2015



List broj.


Ostali troškovi u odnosu na ukupnu vrednost opreme I materijala

Naziv Udeo (%) cena

1. Montaža opreme 20 72403,3

2. Pripremno-završni radovi 5 18100,1

3. Glavni mašinski projekat 10 36201,6

Σ126.705,00 dinara

Ukupna vrednost troškova celog projekta iznosi 488.721,00 dinara, odnosno 4006 evra.

LITERATURA

[1] Bogner M., Petrović A.: "Konstrukcije i proračuni procesnih aparata",

Mašinski fakultet, Beograd, 1991

[2] Kozić Dj., Vasiljević B., Bekavac V.: "Priručnik za termodinamiku",

Mašinski fakultet, Beograd, 1991

[3] Bogner M.: "Projektovanje termotehničkih i procesnih sistema", SMEITS,

Beograd, 2002

Datum

15.02.2015



List broj.


[4] Uputstvo za projektante, BOSCH

[5] Izbor cirkulacione pumpe: http://www.rs.grundfos.com /

http://www.rs.grundfos.com/

solarna energija proračun

Documents