Энергоэффективный - Энергонезависимый дом своими руками – руководство к действию

Тема у розділі 'Гелио и геосистеми', створена користувачем Авиатор90, 26 чер 2014.

Сторінка 16 з 118
  1. sov1178

    sov1178 Інженер

    Повідомлення:
    882
    Симпатії:
    3.386
    Ну почти так. Смотрите я здесь выкладывал файл. В файле табличка (экселевская) в которой подсчитываются теплопотери в зависимости от температуры на улице, воздухообмена и других параметров. Расчет ведется путем сложения теплопотерь через стены, потолок, пол, окна, плюс затраты на подогрев приточного воздуха. Заодно видно цифры сколько тепла куда вылетает, т.е. можно решить что делать в первую очередь, или какой эффект можно ожидать от того или иного решения.

    Имея такую табличку (это как бы моя "модель") я могу подсчитать какую мощность должен потреблять мой дом при конкретной температуре на улице. Ну а по фактическим данным (температура внутри, снаружи, показания эл. счетчика, период замеров) я могу подсчитать реальные теплопотери и сравнить, чтобы убедиться, что все правильно подсчитано/построено.

    Также можно по климатическим данным подсчитать потребление энергии за отопительный сезон (и при желании перевести в газ/соляру/пеллеты и т.п.), но этот расчет будет пессимистической оценкой, т.к. не бдут учтены теплопоступления от солнца, жильцов (да, да я заметил, что мое пребывание поднимает температуру в доме зимой где-то на 1С, что совпадает с подсчетами) и т.п. Т.е. в реальности затраты на отопление будут меньше.

    Как-то так :)
     
    sov1178, 29 лип 2014
    #151
    Whisker та Руслан_77_ подобається це.
  2. ocrimenco

    ocrimenco Майстер

    Повідомлення:
    98
    Симпатії:
    30
    Адреса:
    запорожье
    Пирометром зимой промерял комнаты потолок окна щели в первом приближении помогло найти дыры в теплоизоляции.
     
    ocrimenco, 29 лип 2014
    #152
    sov1178 подобається це.
  3. Авиатор90

    Авиатор90 Модератор Команда форуму

    Повідомлення:
    1.185
    Симпатії:
    1.499
    Эксперимент с солнечным коллектором.
    Тепловая математическая модель солнечного коллектора.
    ................................................................................................
    Был изготовлен СК для различных экспериментов площадью 0.5 м2.
    Конструкция следующая.
    Корпус.
    Теплоизоляция снизу и с боков.
    Абсорбер - корытце из стали толщиной 0.5 мм.
    Сверху стекло.
    ...................................................................................
    Был составлен обыкновенный тепловой расчет, но со следующими добавлениями.
    В расчет введены массы:
    Абсорбера, стекла и других элементов конструкции.
    Соответственно вводятся их коэффициенты теплопроводности и теплоемкости.
    При тепловом расчете на этих массах рассчитывается тепловой баланс,
    а по нему и изменение температуры за заданный промежуток времени.
    ...............................................................................................................................
    Формулируется постановка задачи.
    По тепловому расчету и постановке задачи строится алгоритм.
    Пишется программа.
    .......................................................................
    Программа работает примерно так.
    Вводятся исходные данные.
    Задается цикл по времени в данном случае 1 секунда.
    По начальным условиям производится полный тепловой расчет.
    Получается новое расчетное температурное поле.
    По новому температурному полю снова производится
    полный тепловой тепловой расчет и т.д.
    Если задано время эксперимента 1 час, циклов - 3600.
    Конец расчета - вывод результатов.
    ..........................................................................
    Раньше говорилось, что из за большого разброса некоторых
    исходных данных и коэффициентов результаты расчетов не
    будут совпадать с экспериментом.
    .........................................................................................
    Поэтому производим калибровку тепловой модели.
    Производим максимально точный и простой эксперимент.
    Устанавливаем СК на приспособление, чтобы поддерживать
    постоянным угол облучения 90 градусов путем вращения
    вокруг полярной оси.
    Обязательно небо должно быть безоблачным.
    На СК установили датчики температуры - на абсорбер и стекло.
    Замерялась температура воздуха и скорость ветра анемометром.
    Солнечное излучение измерялось фотоэлементом.
    Эксперимент длился один час и замеры производились
    через каждые 5 минут.
    ......................................................................................................
    Результаты эксперимента приведены на рис. 1.
    Синяя кривая - температура абсорбера.
    Затем проделывалась следующая процедура.
    Мы знаем где заложены большие неточности.
    Например коэффициент теплопередачи конвекцией от
    абсорбера к стеклу.
    Берем фиксируем все коэффициенты и делаем полный тепловой
    расчет для одного коэффициента 5-10 раз и ищем минимальное
    суммарное рассогласование расчетной и экспериментальной кривой
    по всем точкам.
    В качестве примера приведен расчет минимального значения
    степени черноты абсорбера - смотри рис 2.
    Оптимальное значение получено 0.85.
    Зафиксировав это значение просчитываем следующий
    коэффициент и т.д.
    Прогнав все сомнительные коэффициенты таким образом
    (их около 15) мы получили откалиброванную математическую
    модель. Всю эту работу выполняет компьютер.
    .............................................................................................................
    Просчитав теперь по откалиброванной модели кривую разогрева
    мы получили суммарное рассогласование 5 градусов.
    Или 0.5 градуса в среднем на одну расчетную точку.
    Красная кривая на рис 1.
    ...........................................................................................................
    Последний этап проверка откалиброванной тепловой модели.
    Был проведен аналогичный эксперимент, но плавно снижалась
    прозрачность атмосферы от 0.8 до 0.4. Это фиксировалось фотоэлементом.
    На рисунке 3 она показана зеленой линией.
    Значения прозрачности атмосферы были введены в программу массивом
    и рассчитана кривая температуры абсорбера.
    На рис 3 это красная линия. а экспериментальная синяя.
    Суммарное рассогласование составило 22 градуса или 2 градуса
    на одну расчетную точку.
    .......................................................................................................................
    Теперь имея откалиброванную тепловую модель можно проводить
    бесчисленное множество экспериментов на компьютере и они
    будут с высокой точностью совпадать с реальными,
    если это потребуется.
    ...............................................................................................
    Пока все. Что непонятно спрашивайте.
    [​IMG]
    Рис 1.
    [​IMG]
    Рис 2.
    [​IMG]
    Рис 3.
     
    Авиатор90, 29 лип 2014
    #153
    Staratel та Andrii_M подобається це.
  4. blossem

    blossem Прораб

    Повідомлення:
    754
    Симпатії:
    334
    Адреса:
    Черниговская обл. г.Новгород-Северский
    А фото самого СК.?
     
    blossem, 30 лип 2014
    #154
  5. Whisker

    Whisker Інженер

    Повідомлення:
    770
    Симпатії:
    1.982
    Адреса:
    Київ
    Попробую прокомментировать. Если где-то ошибся - исправляйте.
    Итак,нам известно, что солнце нагрело железяку толщиной 0,5 мм и площадью 0.5м2 за полчаса до 100градусов с (для примера) 15 градусов. Оценим мощность установки.
    Масса железяки равна плотность умноженная на объем.
    Объем = 0,5Е-3м х 0,5м2=0,00025м3
    плотность железа (из справочника) 7800 кг/м3
    Масса = 0,00025м3 х 7800 кг/м3 =1,95 кг. Короче 2 килограмма :)
    Чтобы нагреть железяку с 15 до 100град, ей нужно передать тепла Q=c m (t2-t1) [Дж]
    С= 462Дж/кг*С - удельная теплоемкость стали.
    Q= 462Дж/кг*С х 2кГ х (100-15)= 78540 (Дж)
    Известно, что 1 Вт = 1 Дж / 1сек. Секунд у нас - полчаса или 60сек*30мин=1800 сек.
    Итак, мощность = 78540/1800=43,63Вт.
    Таким образом квадратный метр такого коллектора даст около 80Вт энергии. Как по мне, хотелось бы на порядок больше, иначе не стоит шкурка вычинки.
     
    Whisker, 30 лип 2014
    #155
    Руслан_77_ подобається це.
  6. Авиатор90

    Авиатор90 Модератор Команда форуму

    Повідомлення:
    1.185
    Симпатії:
    1.499
    [​IMG]
    Предлагаю простенькую формулу для расчета КПД солнечного коллектора.
    Расчетная схема прилагается.
    По вертикали откладывается КПД СК.
    По горизонтали температуры .
    То = 20 - температура окружающего воздуха.
    Тп = 120 - предельная температура абсорбера.
    Тр = 70 - расчетная (рабочая) температура абсорбера.
    По многим расчетам КПД СК линейно зависит от рабочей температуры
    абсорбера. Это в диапазоне температур 0 - 130 градусов.
    КПД СК довольно точно можно посчитать по следующей формуле.
    КПД = (Тп-Тр)/(Тп-Т0) и для примера на схеме
    КПД = (120-70)/(120-20) = 50/100=0.5
    Формула простая и довольно точная.
    Зная предельную температуру абсорбера всегда можно
    довольно точно рассчитать КПД при заданных То и Тр.
     
    Авиатор90, 30 лип 2014
    #156
    Staratel та Andrii_M подобається це.
  7. Авиатор90

    Авиатор90 Модератор Команда форуму

    Повідомлення:
    1.185
    Симпатії:
    1.499
    Теперь по тепловому расчету.
    НЕТ КОНСТРУКТИВНОЙ СХЕМЫ СК.
    НЕТ РАСЧЕТНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ СК.
    НЕ УЧТЕНЫ МАССЫ ДРУГИХ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ.
    В режиме разогрева большая часть энергии идет на разогрев конструкции.
    ....................................................................................................................................
    На поверхность стекла падает с учетом поглощения в атмосфере
    1000*0.9= 900 Вт/м2 где 0.9 коэфф. поглощения в атмосфере.
    Перечень разогреваемых масс СК.
    - СТЕКЛО толщиной 3 мм 3500 грамм теплоемкость 0.67
    разогревается до 60 С в стационаре.
    В конструкции СК использовано дерево.
    В связи с тем, что пенопласт плавится при высоких температурах
    между абсорбером и пенопластом была уложена термостойкая
    базальтовая вата. Между ватой и пенопластом стальной экран.
    - АБСОРБЕР сталь толщина 0.5 мм 2200 грамм
    дерево прилегающее к абсорберу 370 грамм теплоемкость 2.3
    - ЭКРАН сталь 5000 грамм
    дерево прилегающее к экрану 2600 грамм.
    ..............................................................................................................
    Экран разогревается до температуры примерно средней между
    абсорбером и наружным воздухом.
    Теперь у нас есть исходные данные рассчитать рабочий режим СК
    по нагреву воды до т-ры 50 С.
    КПД= (Тп-Тр)/(Тп-Т0)=(120-50)/(120-20)=70/100=0.7
    900*0.7=630 Вт/м2 - ЭТО ЭНЕРГИЯ ИДУЩАЯ НА НАГРЕВ ВОДЫ.
    900*0.3=270 Вт СУММАРНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ ВСЕЙ КОНСТРУКЦИИ СК.
     
    Авиатор90, 31 лип 2014
    #157
  8. Whisker

    Whisker Інженер

    Повідомлення:
    770
    Симпатії:
    1.982
    Адреса:
    Київ
    Из вашего поста выделил жирным ключевые фразы, которые буду комментировать:
    Это означает, что такая конструкция имеет крайне низкий КПД. Ведь тепло мы заберем только из абсорбера, а не всей обвязки, хотя элементы конструкции также участвуют в общем теплообмене и влияют на температуру
    абсорбера. Все эти выводы, безусловно, полезны для для понимания и общего развития, но, если не менять конструкцию коллектора, они не имеют практической ценности. Ну и что с того, что греется дерево, стекло и т.д. ? Я сомневаюсь, что есть другая доступная альтернатива. Ну фанера/пластик/поликарбонат. Это не меняет сути. Потому что "путеводной звездой" является ответ на вопрос : "сколько воды можно нагреть за единицу времени квадратным метром такого конструктива"?

    Вы меня простите, но это число вообще "сферический конь в вакууме". Я охотно верю, что некие ученые мужи это каким-то образом измерили. Но, блин, есть разная прозрачность стекла, коэффициент его преломления и отражения, угол наклона коллектора к горизонту, азимут, облачность и т.д. и т.п. Что, будем это все рассчитывать?
    Есть очень простой способ реального измерения количества энергии, идущей на нагрев воды. Берется бойлер известного объема и соединяется в последовательную схему с циркуляционным насосом и коллектором. И ответ на вопрос - за сколько времени температура воды в бойлере изменится с начальной до заданной даст реальную энергию, идущую на нагрев воды.
     
    Whisker, 31 лип 2014
    #158
    sov1178 подобається це.
  9. Авиатор90

    Авиатор90 Модератор Команда форуму

    Повідомлення:
    1.185
    Симпатії:
    1.499
    Опять мы уходим в абстрактную полемику без аналитики и расчетов.
    Речь шла ТОЛЬКО О СОЛНЕЧНОМ КОЛЛЕКТОРЕ.
    Оптимум у нас только один МИНИМАЛЬНАЯ СТОИМОСТЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ.
    Теперь разговор внезапно перескочил на СИСТЕМУ СОЛНЕЧНОГО НАГРЕВА ВОДЫ.
    У меня есть ТЕПЛОВАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
    СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО НАГРЕВА ВОДЫ.
    В нее входит солнечный коллектор 2 варианта площадью 0.5 и 1 м2.
    Система трубопроводов.
    Емкости для хранения горячей воды 4 варианта 0.5; 1.0; 1.5; 2.0; м3.
    Просчитывать можно 8 вариантов.
    Анализируется суточный цикл с различными вариантами нагрева
    и отбора горячей воды.
    Ну а прежде чем менять конструкцию СК необходимо это
    обосновывать хотя бы расчетами.
    Рекомендациями без расчетов пользоваться нежелательно и опасно.
     
    Авиатор90, 31 лип 2014
    #159
  10. Whisker

    Whisker Інженер

    Повідомлення:
    770
    Симпатії:
    1.982
    Адреса:
    Київ
    Что-то мы тут пока вдвоем тусуемся. Неужели никому больше не интересно.
    Ну ладно, продолжим.
    Нет уж. позвольте. Я привел пример расчета на основе ваших же данных. Результат, увы, не впечатляет.

    Хорошо, пусть так. Исходим из идеальных условий. Минимальная стоимость тепловой энергии будет при использовании абсорбера минимальной стоимости без обвязки, так как с нее все равно тепло не снимешь. Но и он, как физический предмет, имеет массу и габариты. Но даже идеальный абсорбер нужно где-то размещать и как-то крепить. Поэтому без обвязки (корпуса) он не мыслим. Поэтому при прочих равных параметры корпуса прямо влияет на стоимость тепловой энергии в целом. Разумеется, легко доказать, что лучше будет использовать абсорбер максимальной площади при минимальных массогабаритных показателях корпуса плюс его теплофизические параметры. Но тут уже вопросы сопромата - ведь нельзя при определенной ветровой и снеговой нагрузке использовать хлипкий корпус, пусть даже с минимальными теплопотерями. Вот и получается, что существует вполне определенная , минимально необходимая , но достаточная толщина стекла и линейные размеры каркаса из дерева или фанеры на единицу площади абсорбера.
    Вы можете прямо ответить на вопрос - каковы оптимальные размеры каркаса и толщина стекла на 1м2 площади абсорбера?

    Если не греть воду, то каков замысел? Что греть? Воздух? Куда девать тепло?

    Может ли ваша модель дать ответы на такие вопросы:
    - с какой оптимальной скоростью нужно нужно перемещать нагретый абсорбером теплоноситель из коллектора в накопитель, чтобы получить минимальные потери.? При известном сечении и длине трубопровода. Можно указать расход.
    - при какой разнице температур между тем что в накопителе и тем, что в коллекторе следует включать насос, чтобы за минимальное время нагреть бойлер? И при какой выключать?
    - какова оптимальная емкость бойлера на 1м2 площади коллектора в диапазоне май-октябрь? Другими словами, что лучше - пусть в мае/октябре будет 30 литров, но горячей воды 60С, а в июле, хрен с ней, больше не греем, пусть кипит. Или поставить 80 литров, в июле - 80 литров кипятка, а май\октябрь - те же 80 литров, но еле теплая (30-35 к примеру)?
     
    Whisker, 31 лип 2014
    #160
Сторінка 16 з 118

Поділитися цією сторінкою