obnovljivi izvori energije projekat

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


3


4


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


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


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


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


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


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


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


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


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


∑ 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


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


16

obnovljivi izvori energije projekat

Documents