Βέλτιστη συνδεσμολογία ηλιακών συλλεκτών

[Δημήτριος_1980]

Γεια σας,

 

Θέλω να ρωτήσω ποια είναι η βέλτιστη συνδεσμολογία 10 ηλιακών συλλεκτών, προκειμένου να κατασκευαστεί υβριδικό σύστημα παραγωγής ΖΝΧ (2η πηγή : λέβητας πετρελαίου ~30kW) για ένα ξενοδοχείο στην Χαλκιδική (~40ο Γεωγρ. πλάτος).

 

Πρώτα όμως θα σας πω τι έχω υπολογίσει :

 

Έχω καταλήξει στο ότι, εφόσον βάλω σωλήνα 1'', από το boiler μέχρι τα panels, καλύτερα να τα τοποθετήσω όλα παράλληλα μεταξύ τους. Η ταχύτητα ροής στους κεντρικούς αγωγούς από τα panels μέχρι το boiler ισούται με 0,78 m/s (ήθελα κάτω από 1 m/s). Μετά θεωρώ ότι η παροχή ισοκατανέμεται σε κάθε panel (άρα υποδεκαπλασιαζεται). Τα panels έχουν αγωγούς με διάμετρο 3/4''. Δεν θα ξεπεραστεί η συνιστώμενη παροχή του κατασκευαστή των panels (έως 1,5 lt/min).

 

Με βάση την απόδοση των panels (~65%) και την παραπάνω παροχή (1,41 lt/min περίπου), την θερμοχωρητικότητα (Cp) του υγρού, αλλά και βάσει της προσπίπτουσας έντασης ακτινοβολίας (για 45ο κλίση και 0ο αζιμούθιο), προκύπτει ότι το ΔΘ ανά panel θα είναι ~70οC. Το εργαζόμενο ρευστό θα είναι 70/30 κ.β. νερό/πολυπροπυλενογλυκόλη (σημείο πήξεως @ -14οC)

 

Eπίσης υπολόγισα τις απώλειες του δικτύου (3,81m Σ.Υ) και βρήκα ποιος κυκλοφορητής θα ισορροπήσει στην παροχή που θέλω (0,85 m3/h).

Εννοείται ότι θα μπουν και διαφορικός θερμοστάτης, δοχείο διαστολής κ.τ.λ.

Το boiler θα είναι 1000lt με 70mm πάχος μόνωσης από πολυουρεθάνη.

 

Τα νούμερα αυτά σας φαίνονται λογικά;

Τελικά είναι η παράλληλη συνδεσμολογία των 10 panels η βέλτιστη λύση;

 

Ευχαριστώ...

[mechatr0n]

Έστω 1,8m^2 η συλλεκτική επιφάνεια/ συλλέκτη.

Ακτινοβολία 1000W/m^2.

Έστω απόδοση καλοκαίρι 65%.

Για 1 ώρα 0,65*1,8*1000=1170Wh

Έστω Cp=3800.

Σε θερμίδες 1170*3600/3800=1100 θερμίδες.

1100/70ΔΤ=0,26L/min και όχι

(1,41 lt/min περίπου)

.

 

Εκτός και αν έκανες συνολικά 2000 για 2m^2 η συλλεκτική επιφάνεια/ συλλέκτη.

Οπότε 0,29L/min ανά συλλέκτη και 5*0,29=1,47 lt/min περίπου.

Αλλά παρακάτω βλέπω παροχή 850λ/ώρα οπότε ανά λεπτό προκύπτει 14,166λίτρα/λεπτό.Κάτι δεν στέκει.

 

Να ρωτήσω κάτι ακόμα. Γιατί ΔΤ=70?

[Δημήτριος_1980]

Έστω 1,8m^2 η συλλεκτική επιφάνεια/ συλλέκτη.

Ακτινοβολία 1000W/m^2.

Έστω απόδοση καλοκαίρι 65%.

Για 1 ώρα 0,65*1,8*1000=1170Wh

Έστω Cp=3800.

Σε θερμίδες 1170*3600/3800=1100 θερμίδες.

1100/70ΔΤ=0,26L/min και όχι .

 

Την προσπίπτουσα ακτινοβολία την υπολόγισα για τον Ιούλιο στα 172,01 kWh/m2 (@ β=45ο, γ=0ο). Για 20 τ.μ είναι 3440,2 kWh και αυτό διά 31 μας δίνει 110,97 kWh/ημέρα (για τα 20 τ.μ.). Αυτό το νούμερο το πολλαπλασιάζω με 0,65 και λαμβάνω 72,13 kWh/ημέρα.

Επειδή οι ώρες πραγματικής ηλιοφάνειας/ημέρα για τον μήνα Ιούλιο είναι ίσες με 10,78, έκανα το εξής :

72,13 kWh/ημέρα * 1000 /10,78 = 6691,094 W

 

W(J/s), Cp(J/kgK), mdot(Kg/s) => Qdot (W) = mdot*Cp*ΔΘ

 

Η ολική παροχής μάζας mdot = 0,24 kg/s (αντιστοιχεί στα 0,235 lt/sec, τα οποία αντιστοιχούν στα 0,723m/s που είχα πει πιο πριν, για κεντρική σωλήνα 1''). Το mdot όμως το διαιρώ με το 10, αφού και οι 10 συλλέκτες τοποθετούνται παράλληλα μεταξύ τους.

Αυτό διά 10 λοιπόν δίνει 0,024 kg/s για κάθε panel (θεωρώ ότι η παροχή ισοκατανέμεται ακριβώς). Το 0,024 kg/s αντιστοιχεί στα 1,42 lt/min που έλεγα πιο πριν (για d=1010,8 kg/m3 @~30οC για το 70/30 κ.β. διάλυμα).

 

Cp = 3914 (J/kgK) @~30oC για το 70/30 διάλυμα (κ.β.).

 

Με τις παραπάνω μονάδες, αν λύσω ως προς ΔΘ θα λάβω (οΚ), δηλαδή (οC), αφού μιλάμε για διαφορά θερμοκρασίας. Αν γίνουν οι πράξεις, προκύπτει ΔΘ = 70oC.

[mechatr0n]

Δημήτρη,

 

Στα ηλιακά δεν επιλέγουμε την παροχή με βάση του τι διάμετρο σωλήνα θα βάλουμε μεταξύ των ηλιακών συλλεκτών και του boiler.

Την επιλέγουμε με βάση του τι θέλουμε να κάνουμε με το ΖΝΧ μας.

Στην προκειμένη περίπτωση, εφόσον διαστασιολογείς με βάση του τι γίνεται τον Ιούνιο, είναι σαφώς παράλογο να προκαλείς ΔΤ=70 βαθμούς κελσίου. Αυτό θα είχε ως συνέπεια δηλαδή οι ηλιακοί συλλέκτες να υπερθερμαίνονται χωρίς λόγο, και να αποδίδουν πολύ χαμηλότερα σε σχέση με του τι θα μπορούσαν να κάνουν εκείνο τον μήνα.

Επίσης η ηλιακή ακτινοβολία, δεν είναι ο μέσος όρος της ημέρας τα 515W/m^2 που λαμβάνεις υπόψη στις 10,78 ώρες μιας μέσης ημέρας.

Εννοείται πως η ηλιακή ακτινοβολία μεταξύ τις πρώτες πρωινές ώρες θα είναι χαμηλή, όπως και τις απογευματινές ώρες. Αλλά η κύρια ενέργεια που θα πάρεις είναι τις μεσημεριανές ώρες όπου η ακτινοβολία είναι στο ζενιθ της, η εξωτερική θερμοκρασία του περιβάλλοντος είναι υψηλή κλπ κλπ.

Αν η συγκεκριμένη εγκατάσταση αποσκοπεί κατά βάση να ζεσταίνει την χειμερινή περίοδο το ΖΝΧ, τότε θα μιλούσαμε διαφορετικά, διότι και "σκοτωμένη" απόδοση το καλοκαίρι να είχαμε δεν θα μας πείραζε.

 

Αν το λειτουργήσεις με τις συγκεκριμένες συνθήκες, θα έχεις χοντρικά μια απόδοση συλλέκτη με ακτινοβολία 1000W/m^2 και ΔΤ=70, 52%, ενώ για 1000W/m^2 και ΔΤ=30, 68%.

Μιλάμε για εξοικονόμηση 16% ή χοντρά χοντρά, θα μπορούσες να βάλεις 16% μικρότερη συλλεκτική επιφάνεια.

 

Τον χειμώνα αν το λειτουργήσεις με τις παρακάτω συνθήκες, θα έχεις:

απόδοση συλλέκτη με ακτινοβολία 500W/m^2 και ΔΤ=70, 25%, ενώ για 500W/m^2 και ΔΤ=30, 56%.

 

Παρεπιπτόντως βλέπεις πως με την παραδοχή των 515W/m^2 που ανέφερες παραπάνω στις 10,78 ώρες, θα είχες απόδοση συλλεκτών 25% και όχι 65%.

 

Ο διαφορικός θερμοστάτης του Pumpstation που θα βάλεις ή ο σκέτος διαφορικός που θα βάλεις, έχουν 3 λειτουργίες ταχύτητας του κυκλοφορητή.

100%, 70%, 30% της παροχής.

Είμαι φαν των συστημάτων Lowflow, αλλά εσύ παραέχεις χαμηλή ροή.

 

Το ζητούμενο για μένα σε συστήματα που λειτουργούν όλο τον χρόνο, είναι να υπερθερμαίνονται λιγάκι οι συλλέκτες το καλοκαίρι, αλλά τον χειμώνα, ανοιξη και φθινόπωρο να λειτουργούν βέλτιστα.

[aithilenio]

Ο φίλος μου ο Mechatron έχει πάρει τα κουσούρια του μεγάλου δασκάλου (ξέρει αυτός ποιόν εννοώ) και γράφει σαν την πυθία......

Θέλει αποκρυπτρογραφηση....

 

Φίλε Δημητρη θα σου πω την γνώμη μου εμπειρικά και δεν θα μπω πολύ στα μηχανολογικά μιας και δεν είναι και η ειδικότητα μου.

Καταρχάς πρέπει να το σπάσεις σε 2 συστοιχίες και να τις συνδέσεις είτε reverse return είτε να προσέξεις ο παραλληλισμός κάθε συστοιχίας να έχει ίδιο μήκος σωλήνα για να μην κλέβει η μία την άλλη.

Με παροχή 50 λίτρων την ώρα ανά τμ παίζει περίφημα.

Επίσης η πτώση πίεσης του δικτύου που έχεις υπολογίσει των (3,81m Σ.Υ) μου φαίνεται μεγάλη χωρίς βέβαια να γνωρίζω το δίκτυο.

Για 50 μέτρα σωλήνα 1'' με παροχή 900 λίτρων/h για συλλεκτική επιφάνεια 18 τετραγωνικών βρίσκω για την σωληνογραμμή περίπου ένα μέτρο πτώση πίεσης....

Έλεγξε το...

[Δημήτριος_1980]

Δηλαδή προτείνετε να τοποθετήσω τα ηλιακά σε δύο πεντάδες εν σειρά μεταξύ τους (τα panels εντός της κάθε πεντάδας θα έχουν παράλληλη συνδεσμολογία). Θα πρέπει να βάλω όμως 3/4'' σωλήνα (όσο και οι υποδοχές του κάθε πάνελ), αλλιώς θα ξεπεραστεί η μέγιστη συνιστώμενη παροχή ανά πάνελ (1,5 lt/min περίπου) για ταχύτητα ροής στον κεντρικό κλάδο 0,75m/s περίπου.

 

Εγώ θεωρώ ότι το μέγιστο ΔΘ μας ενδιαφέρει, εφόσον η απόδοση του ηλιακού panel είναι αποδεκτή. Το μέγιστο ΔΘ θα ζεστάνει και στον συντομότερο χρόνο το νερό εντός του boiler.

 

Από τα διαγράμματα που υπάρχουν στα εγχειρίδια των πάνελς για θερμοκρασία λειτουργίας ~75οC και θερμοκρασία περ/ντος 30οC, η απόδοση ισούται με ~65% (βάσει του λόγου Tm-Ta/I).

 

Επιπρόσθετα μας ενδιαφέρει μόνο η καλοκαιρινή περίοδος, αφού τον χειμώνα το ξενοδοχείο δεν λειτουργεί.

 

Σε ό,τι αφορά τις ώρες ηλιοφάνειας κ.τ.λ. σκέφτηκα και 'γω αυτό που λέει ο Mechatron, αλλά μιλάμε πάντα για μέσες τιμές.

[mechatr0n]

Δημήτρη, τώρα που ξαναβλέπω τους υπολογισμούς σου, βλέπω πως ενώ υπολογίζεις την απορροφούμενη ακτινοβολία περίπου 7000W από τα 20 τ.μ. ηλιακών, υπολογίζεις την ροή όχι στους 10 συλλέκτες, αλλά στον έναν.

 

Κάνεις δηλαδή 6691=0,024*3914*ΔΤ άρα ΔΤ= 6691/(3914*0,024)=71,22 βαθμούς κελσίου,

 

αντί να κάνεις 6691=0,24*3914*ΔΤ άρα ΔΤ= 6691/(3914*024)=7,22 βαθμούς κελσίου.

 

 

Τώρα πάντως που ξεκαθάρισες οτι είναι μόνο για καλοκαίρι, γίνεται πιο ξεκάθαρο. Αν θέλεις πες μου πόσα τετραγωνικά είναι ο εναλλάκτης του boiler σου, τι χωρητικότητα έχει το boiler, αν υπάρχει ανακυκλοφορία (πόσα μέτρα χοντρικά, τι πάχος μόνωσης έχει, πως σκοπεύεις να την λειτουργείς -συνεχόμενα-διακοπτόμενα/ώρα-κλπ) και τέλος το πόσες φορές θα αδειάζει το boiler/ημέρα περίπου.

 

Αν μου δώσεις τα παραπάνω στοιχεία, θα σου βγάλω την απόδοση του εναλλάκτη vs απόδοση ηλιακών/ ανά λεπτό σε πίνακα να το δεις συνολικά πως θα συμπεριφερθεί το σύστημα. Με πολύ μεγάλο ΔΤ εισόδου και με ένα ικανοποιητικό ΔΤ.

 

Επίσης αν μπορείς μην βάλεις γαλβανιζέ σωλήνα, αλλά πήγαινε σε χαλκοσωλήνα με σκληρή κόλληση. Τι απόσταση έχεις από τα ηλιακά μέχρι το boiler σε σωλήνα?

 

Από τα διαγράμματα που υπάρχουν στα εγχειρίδια των πάνελς για θερμοκρασία λειτουργίας ~75οC και θερμοκρασία περ/ντος 30οC, η απόδοση ισούται με ~65% (βάσει του λόγου Tm-Ta/I).

 

Άρα ΔΤ=35..

Δες τι σου έγραψα χοντρικά για ΔΤ=30

 

......, ενώ για 1000W/m^2 και ΔΤ=30, 68%.

 

Έβαλα a1,a2,n0 εμπειρικά.

 

 

Γρηγόρη, ο Πειρατής παραμένει δάσκαλος for ever.....Ελπίζω να είναι καλά..Όταν τον δεις δώστου χαιρετίσματα..

 

Αν κάνεις αυτό που σου λέει ο Γρηγόρης θα έχεις με πλήρη ηλιοφάνεια 12-14 βαθμούς ΔΤ και τις μεταβατικές ώρες 10-11 και 17:00-19:00, αν δεν είναι το Boiler στους 70 βαθμούς κελσίου, ένα ΔΤ συλλεκτών 7 βαθμούς περίπου. Εκεί θα ρυθμίσεις και τον διαφορικό σου στις 100% των στροφών του κυκλοφορητή. ΔΤ=7 β.κελσίου.

 

Μην ξεχάσεις να βάλεις και 2 ροόμετρα πάνω στην ταράτσα.

[CostasV]

Το κριτήριο που θα χρησιμοποιούσα για να απαντήσω στο ερώτημα

...ποια είναι η βέλτιστη συνδεσμολογία 10 ηλιακών συλλεκτών, προκειμένου να κατασκευαστεί υβριδικό σύστημα παραγωγής ΖΝΧ (2η πηγή : λέβητας πετρελαίου ~30kW) για ένα ξενοδοχείο στην Χαλκιδική (~40ο Γεωγρ. πλάτος).

θα ήταν το κόστος λειτουργίας από την καύση του πετρελαίου, διότι το κόστος αγοράς και εγκατάστασης των ηλιακών συλλεκτών έχει ήδη προκαθορισθεί (10 ηλιακοί συλλέκτες, edit: αλήθεια, γιατί 10 και όχι λιγότεροι ή περισσότεροι; ).

 

 

Η απάντηση θα δοθεί με υπολογισμούς καθόλη την διάρκεια της σαιζόν. Δηλαδή δοκιμάζοντας ένα-δύο πιθανά προφίλ ζήτησης ζεστού νερού, μπορείς να προσομοιώσεις το σύστημα ΖΝΧ (εισάγοντας επίσης χωρητικότητα δεξαμενής αποθήκευσης, και συντελεστή απωλειών στο περιβάλλον), και να δεις πότε ανάβει και πότε σβήνει ο καυστήρας πετρελαίου.

 

edit: Ενα σχετικό φύλλο υπολογισμού βρίσκεται εδώ.

[aithilenio]

Δηλαδή προτείνετε να τοποθετήσω τα ηλιακά σε δύο πεντάδες εν σειρά μεταξύ τους (τα panels εντός της κάθε πεντάδας θα έχουν παράλληλη συνδεσμολογία). Θα πρέπει να βάλω όμως 3/4'' σωλήνα (όσο και οι υποδοχές του κάθε πάνελ), αλλιώς θα ξεπεραστεί η μέγιστη συνιστώμενη παροχή ανά πάνελ (1,5 lt/min περίπου) για ταχύτητα ροής στον κεντρικό κλάδο 0,75m/s περίπου.

 

Με αυτό το εν σειρά έχουμε ξαναμπερδευτεί αλλού και κάναμε αμάν και πως για να ξεκαθαρίσουμε τι εννοεί ο καθένας με το εν σειρά.

 

Εγώ τέλος πάντων εννοώ 2 συστοιχίες όπου η κάθε μία θα έχει 5 συλλέκτες μέγιστο παραληλα συνδεδεμένους αναμεταξύ τους όπωςι παράλληλα συνδεδεμένες θα είναι και οι συστοιχίες.

[COSTAS T]

αλλά και βάσει της προσπίπτουσας έντασης ακτινοβολίας (για 45ο κλίση και 0ο αζιμούθιο),

Επιπρόσθετα μας ενδιαφέρει μόνο η καλοκαιρινή περίοδος, αφού τον χειμώνα το ξενοδοχείο δεν λειτουργεί.

Υπάρχει κάποιος κατασκευαστικός περιορισμός ( π.χ. κεραμίδια ) και επιλέγετε κλίση 45ο παρόλο που η εγκατάσταση προορίζεται για καλοκαιρινή λειτουργία;