obnovljivi izvori energije projekat
DESCRIPTION
Seminarski rad iz Obnovljivih izvora energijeTRANSCRIPT
UNIVERZITET U KRAGUJEVCUFAKULTET ZA MAŠINSTVO I GRAĐEVINARSTVO
KRALJEVO
OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE
PROJEKTNI ZADATAK
Predavač: Student:Prof. dr Rade Karamarković Dejan Plivčević 27/12 – М
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Projektni zadatak:
1. Za porodičnu kuću projektovati kompresorsku toplotnu pumpu za sistem centralnog grejanja i hlađenja koja kao izvor energije koristi bunarsku vodu. Centralno grejanje je temperaturskog režima 35/25 ℃ (temperature razvodne i povratne vode). Bunarska voda, koje ima u dovoljnoj količini, se crpi sa dubine 14 m i ima temperaturu 12℃. Bunarska voda se u isparivaču ohladi za 6℃. Izračunati: maseni protok bunarske vode, maseni protok rasladnog sredstva R407C, snagu kompresora koji radi sa stepenom dobrote 0.85, snagu isparivača i snagu kondenzatora. Odrediti stepen korisnosti toplotne pumpe i celog sistema, ako je snaga svih ostalih potrošača električne energije 0.35 kW? Skicirati proces u T-s, h-s i p-v dijagramima. Skicirati jedinstven sistem za grejanje i hlađenje porodične kuće i odrediti protok vode u sistemu grejanja i hlađenja, ako sistem za hlađenje radi u temperaturskom režimu 18/22 ℃ (temperatura razvodne i povratne vode).
2. Skicirati sistem pod 1, tako da se bunarska voda može koristiti za hlađenje.
3. Za sistem pod 1. projektovati i geotermalnu toplotnu pumpu tim zemlja/voda sa međukrugom i horizontalnim kolektorom na dubini 1.5 m. Odrediti površinu razmenjivača ako je rastojanje između polietilenskih cevi 19/24 mm (unutrašnji/spoljni prečnik) 20 cm.
4. Objasniti i nacrtati predlog sistema koji sa toplotnom pumpom kombinuje neki od obnovljivih izvora energije.
Ulazni podaci:
efektivna poršina kuće za grejanje: Ak=72 m2
zapremina kuće: V k=72∙ 2,6=187,2 m2
ulazna temp. geotermalne vode u TP: t gu=12℃
izlazna temp. geotermalne vode iz TP: t gi=6℃
ulazna temp. rashladnog sredstva u kompresor: t 1=9℃
temperatura nakon kompresije: t 2=61℃
temperatura kondenzacije: t 3=45℃
temperatura isparavanja: t 4=5℃
temperatura podnog grejanja (ulaz): t ru=35℃
temperatura podnog grejanja (izlaz): t ri=25℃
rashladni fluid: R407C
2
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
3
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
4
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Uzima se da je isparavanje na 5℃ a kondenzacija na 61℃.
Pritisak (bar)
Temperatura (ºC)
Entalpija h (kJ/kg)
1 6 9 4182 19,5 61 4473 19,5 45 2734 6 5 273
Vrednosti pritiska i entalpije
5
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Potrebna toplotna snaga za grejanje objekta površine 72 m2 – snaga kondenzatora:
Q=f 0 ∙V k=0,043 ∙187,2=8,0496 [ kW ]
f 0=0,043 [kW /m3 ] – grejni faktor za prosečnu termoizolaciju
Specifične veličine:
Isparivač – rashladni učin (razlika entalpija 1 – 4):
qo=h1−h4=418−273=145 [ kJ /kg ]
Kompresor – utrošeni rad kompresora (razlika entalpija 1 – 2):
l=h2−h1=447−418=29 [ kJ /kg ]
Kondenzator – toplota koja se oslobađa u kondenzatoru (razlika entalpija 2 – 3):
q=h2−h3=447−273=174 [kJ /kg ]
Kontrola:
Toplota koja se oslobađa u kondenzatoru (proces 2 – 3) jednaka je toploti razmenjenoj na isparivaču, uvećana za energiju (rad) dovedenu kompresoru:
q=qo+l⟹174=145+29 ⟨174 [ kJkg ]=174 [ kJ
kg ]⟩
Ukupne veličine:
Potrebni maseni protok freona R407C:
˙mR 407C=Qq
= 8174
=0,046[ kgs ]=165,5 [ kg
h ] Maseni protok vode u sistemu podnog grejanja:
Q=mw ∙ Cw ∙ Δt pod⟹ mw=Q
cw ∙ Δt pod
= 84,187 ∙10
=0,191[ kgs ]=688 [ kg
h ] Snaga kompresora:
6
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Pkom=mR407 C ∙l=0,046 ∙29=1,33 [ kW ]
Snaga kondenzatora:
Pkond .=mR407 C ∙ (h2−h3 )=0,046 ∙ (447−273 )=8,004 [ kW ]
Toplota isparavanja – rashladni učinak u ciklusu hlađenja:
Pisp.=mR407 C ∙ qo=0,046 ∙145=6,67 [kW ]
Maseni protok geotermalne vode:
QO=mwG ∙ cw ∙ ΔtG⟹ mwG=QO
cw ∙ ΔtG
= 6,674,187 ∙6
=0,26[ kgs ]=956[ kg
h ] Ukupni stepen korisnosti toplotne pumpe (koeficijent grejanja):
η= QPkom
= 81,33
=6,01
Potrebna količina toplote za hlađenje:
Qhl=qhl ∙ A=10 ∙72=720 W =0,72 kW
Protok u sistemu hlađenja.
Qhl=Q=0,72 kW
qhl=10 W /m2
(22−18 ) ∙ mhl ∙4,187=mbv ∙ 4,187 ∙ Qhl
4 ∙mhl=0,1
mhl=0,14
=0,025kgs
Stepen korisnosti celog sistema:
ηks=Q
Pkond .+1= 8,0496
8,004+1=0,89
7
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Površina cevi:
A=Pisp
Qtla
=66730
=22,2 [ m2 ]
d s ∙ π ∙ l=A
l= Ads ∙ π
= 22,20,024 ∙ 3,14
=295 [m ]
Pkolektora=0,2 ∙295
2=29,5 [m2 ]
8
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Za dvočlanu porodičnu kuću u Doboju površine 72 m2, projektovati solarni sistem za zagrevanje napojne tople vode. Uzima se približno 50l/po osobi.
Broj osoba n=2 Potrošnja tople vode po osobi:
V tv=n ∙50=2 ∙50=100 l /dan
Qt=m∙ C p ∙ Δt=100 ∙4,187 ∙ (45−12 )=13817 kJ
C p[ kJ
m2 K ] – specifični toplotni kapacitet
m [ ldan ] – masa vode u toku jednog dana
Qt=138173600
=3,84 kW /h
9
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
U tabeli su date prosečne vrednosti količine toplote od sunca Qs, srednje dnevne
temperature t o, srednji intenzitet sunčevog zračenja I m, srednja dnevna efikasnost kolektora η,
maksimalna snaga solarnog sistema P i dobitak toplote u procentima Qk /Q tokom svakog meseca u godini.
10
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
Qs – energija sunčevog zračenja koja u toku jednog dana padne na 1 m2
I m – srednja vrednost zračenja
Q [ Whdan ] – toplota potrebna za zagrevanje vode
η – srednja dnevna efikasnost kolektora
Broj prijemnika:
N= QQ s ∙ Ak ∙ηk
Izbor prijemnika:
Usvaja se ravan pločasti prijemnik Vitosol 100 – F, model SH1B.
Ak=2,51 m2
ηo=75,4 % - optički stepen korisnosti
k 1=4,15W
m2 K – koeficijent za gubitak toplote
11
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
k 2=0,0114W
m2 K 2 – koeficijent za gubitak toplote
Eg=4,5kJ
m2 K – specifični toplotni kapacitet
tmax=186℃
pmax=6 ¿
U zavisnosti od najtoplijeg meseca u godini računa se broj prijemnika, jer je tada iskorišćenost sistema 100%. Najtopliji mesec je jul.
Usvojena temperatura na prijemniku tokom cele godine 55℃.
∆ T=T p−T o=55−25=30
ηk=ηo−k1 ∙ΔTEg
−k2 ∙ΔT 2
Eg
ηk=0,754− 4,151000
∙(55−25 )
4,5−0,0114
1000∙
(55−25 )2
4,5
ηk=0,724
Broj prijemnika:
N= 3,846,6 ∙ 2,51∙ 0,724
=0,32
Usvaja se jedan prijemnik.
Qk=N ∙ A ∙ ηk ∙ Qs=1∙2,51 ∙0,724 ∙ 6,6=11,99kWh
Zapremina rezervoara:
V Rmin=
2∙ V je dnaosoba ∙ n∙ (t tv−thv )tR−t hv
12
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
V Rmin=
2∙ 50 ∙2 ∙ (45−12 )55−12
V Rmin=153,48 l
Usvaja se V Rmin=200 l
Snaga:
P=I m ∙ Aukupno ∙η=1 ∙1,251 ∙ 0,724 ∙6,6=12,027 kWh
Mesec %
Januar 27,54Februar 43,34
Mart 60,33April 89,9Maj 111,21Jun 117,31Jul 125,33
Avgust 114,89Septembar 85,27Oktobar 55,44
Novembar 28,79Decembar 23,29
Protok vode u sistemu:
Kod malih sistema ( Ak<20 m2) protok od 40 [ l /m2 h ]
Za ravne pločaste kolektore:
˙V=40 ∙ N ∙ Ak=40 ∙1 ∙ 2,51=100,4 [ l /h ]
Priključci za kolektore Cu22 x1 m:
DN 22
R=26 [ Pa/m ]
Visina 5 m od kolektora do dna.
w=0,18 [ m /s ]
∑ l=15 [m ]
13
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
∑ R ∙ l=15 ∙26=390 [ Pa ]
Lokalni otpori:
krivine: 5 ∙0,5⟹∑❑=2,5
razmenjivač toplote: Δ p=2000 [ Pa ] nepovratn ventil: ¿4 zaporni ventil: ¿2,5
prijemnici: Δ p=1∙20 [ mbar ] ∙ 100=2000 [ Pa ]
Pad pritiska:
∆ p=∑❑ ∙ρ ∙ w2
2=9 ∙
990 ∙ 0,182
2=144,34 [ Pa ]
Ukupan pad pritiska:
∆ p=∆ ppt+∆ ppr+∆ par
∆ ppt=2000 [ Pa ] – prijemnik
∆ ppr=2000 [ Pa ] – razmenjivač
∆ p=4560,3 [ Pa ]
∆ puk=∆ p+R=4560,3+416=4976,3 [ Pa ]
Snaga pumpe:
P=G ∙ ∆ p
ηuk
=
100,4990 ∙3600
∙ 4560,3
0,5 ∙0,6=0,43 [ W ]
Izbor ekspanzionog suda:
Zapremina suda:
V N=(V V + ΔV +n ∙V k )∙ ( pe+1 )
pe−pst
14
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
V N – nominalna zapremina ekspanzionog suda
pe=5,4¿ – dozvoljeni maksimalni radni pritisak
pe=psi−0,1∙ psi=6−0,1 ∙6=5,4¿
psi= (1,2−2 ) ¯+0,1∙ h
psi=1,5+0,1∙ 6=2,1¿
psi – dozvoljeni maksimalni pritisak (na kome se otvara ventil sigurnosti)
V a=V cevi+V prijemik+V razmenjivač
V k=n ∙V 1 kol=1 ∙ 2,2=2,2 [ l ]
V p . stanica=0,7 [ l ]
V razm.=13 [ l ]
V vod .u cev .=15 m∙ 0,314l
m=4,71 [ l ]
V A=2,2+0,7+13+4,71=20,61 [ l ]
V A – zapremina vode u sudu
V v=0,005 ∙20,61=0,1 [l ]⟹V v=3 [l ]
V v – minimalna zapremina vode u ekspanzionom sudu
V 2=V A ∙ β
V 2=20,61 ∙ 0,13=2,68 [ l ]
V N=(3+2,68+2,2 ) ∙ (5,4+1 )
(5,4−2,1 )
V N=15,76 [l ]
β – koeficijent ekspanzije
Usvaja se ekspanzioni sud V N=18 [ l ].
15
FAKULTET ZA MAŠINSTVO OBNOVLJIVI IZVORI ENERGIJE I GRAĐEVINARSTVO Dejan Plivčević KRALJEVO 27/17 - М
16