Оглавление

8.4 Планирование и определение размеров
8.4.1 Основопологающие принципы

Дизайн солнечных воздушных систем сильно зависит от типа их применения. Для простых входных воздушных систем в домах отдыха и также для систем, интегрированных в вентиляционные системы, приблизительное определение размеров для зданий можно произвести с помощью простых эмпирических правил : нужно указать значение требуемой площади коллекторов для обогрева жилого и строительного пространства как функцию низкой изоляции (старые здания, простые дома отдыха) и хорошего стандарта изоляции (энергосберегающий дом):

1 м2 Площадь поверхности коллектора порядка 10 м2 → низкий стандарт изоляции

0,75 м2 Площадь поверхности коллектора порядка 10 м2 → хорошая изоляция

Для интеграции солнечной воздушной системы в вентиляцию жилья, площадь поверхности коллектора определяется требуемых значений воздушного потока вентиляции в зависимости от того, где будут установлены воздушные коллектора. Если солнечная воздушная система соединена в направлении воздушного потока вентиляции, нужно рассматривать объемный поток атмосферного воздуха, потому что его можно в качестве альтернативы вести через солнечные воздушные коллектора. Если солнечная воздушная система связана внизу по направлению воздушного потока системы вентиляции и используется тепловой рекуператор, циркуляционный воздушный поток может быть добавлен к расходу атмосферного воздуха так, чтобы тогда воздушный поток (атмосферный воздух + циркуляционный воздух) был расценен как соответствующая переменная для дизайна солнечной воздушной системы.

Минимальный расход внешнего воздуха можно определить из DIN 1946, часть 2. Он зависит от типа и использования здания. Для жилых домов применяют правила 6 части. Лаборатории и закрытые плавательные бассейны описаны в своих собственных секциях стандартов, или в их собственных стандартах. Требования к вентиляции могут определяться согласно человеку или поверхности. Для жилых домов это всегда связанно с поверхностью и разделено на три различных группы, которые зависят от размера жилплощади.

Таблица 8.3

Требования к уровню внешнего потока воздуха относительно количества

рабочих и рабочей площади согласно DIN 1946 Часть 2


Примеры

Требования по вентиляции на человека

Требования по вентиляции на м2

Комментарии

Рабочее место

Обычный офис

40 м3

4 м3

В сравнении с принципами функционирования

рабочего места

Открытый большой офис

60 м3

6 м3


Лаборатория

Согласно DIN 1946 Часть 7

Места для заседаний

Концертный зал, театр, конференцзал

20 м3

10-20 м3


Жилые комнаты

I, II, III группы

60-80 м3

Согласно DIN 1946 Часть 6

Классы

Читальные залы

20 м3

12 м3


Классные и семинарные комнаты

30 м3

15 м3


Публичные места

Места продажи

20 м3

3 – 12 м3


Ресторан

30 м3

8 м3


Места для занятий спортом

Спортивные залы

Согласно DIN 18032

Плавательные бассейны

Согласно VDI 2089

После того, как будет определен необходимый уровень потока воздуха, который должен течь сквозь солнечную воздушную систему, следующий шаг – это калибровка площади поверхности воздушного коллектора. Обычно, площадь воздушного коллектора определяется уровнем окружающего потока воздуха, когда взятый вместе с расходом, подходящим для определенного коллектора (зависит от желаемой номинальной температуры).

где – это площадь коллектора, [м2], – входной/внешний поток воздуха, [м3/ч], и – определенное значение расхода коллектора, [м3/(м2ч)].

Раздел 8.2.1.5 иллюстрирует зависимость эффективности при определенном массовом потоке. Для преобразования в значение скорости потока, поток массы делится на плотность ρ = 1185 кг/м3. В следующем примере показана конструкция для солнечной воздушной системы в кронштейной сборке.

8.4.2 Расчет скорости внешнего воздушного потока, необходимой площади поверхности коллектора и соединений между коллекторами

Пример:

Кронштейн сборки имеет площадь поверхности 1087 м2 (27 м х 40,25 м) и высоту 4,2 м. Рекомендуется изменять скорость воздуха для кронштейна сборки от 5 до 7 крат для всего объема каждый час. В нашем примере мы хотим, чтобы объем воздух изменялся пять раз в час. С этих спецификаций скорость внешнего воздушного потока рассчитывается как:

где это уровень внешнего воздушного потока, [м3/ч], это объем пространства [м3], и - количество воздухообмена (ч-1).

Более того, завод-изготовитель рекомендует определенное значение объемного потока на квадратный метр площади поверхности коллектора – 60 м3/ч. Это приводит к максимальному повышению температуры на 35 К. Требуемая площади поверхности воздушного коллектора, которую мы хотим рассчитать, может быть получена с вентиляционных требований и определенного объемного потока:

или:

Площадь поверхности коллектора (м2) = Вентиляционные требования (м3/ч) / Определенный объем потока коллектора (м3/(м2ч)).

Оттуда мы получаем значение поверхности коллектора :

Скорость потока через безнапорные сечения абсорбера должна быть между 2 м/с (по тепловым причинам) и максимальной 7 м/с (по динамическим причинам). Безнапорные сечение можно найти в литературе завода-изготовителя коллектора.

Минимальное и максимальное количество коллекторов, объединенных в серию равно:

где - это безнапорное сечение коллектора [м2], это минимальная или максимальная скорость потока [м/с], и это определенный объем потока коллектора [м3/(м2ч)].

Безнапорное сечение является «продуктом» высоты и ширины канала потока в абсорбере. В нашем примере Таким образом, минимальная площадь поверхности коллектора, соединенного в серию можно рассчитать как:

Для самой высокой разрешенной площади поверхности коллектора, соединенных последовательно, необходимо использовать максимальную скорость потока :

Эти результаты устанавливают расположение коллекторных модулей в пределах площади коллекторного поля. Должен наблюдаться принцип однородного потока через отдельные ветви посредством схемы цепи согласно принципу Тихелмана (то есть, падение давления каждого коллектора или каждого ряда коллекторов – это то же самое).

Пример:

В нашем примере требуемая площадь поверхности коллектора составляет 380 м2 при размере модуля 2,4 м2 более 160 коллекторов должны соединятся минимум в 5 рядов (5 2,4 м2=12 м2) и максимум в 16 (16 2,4 м2=38,4 м2). При доступной площади крыши 1000 м2 и ориентации короткой стороны на юг, возможное решение – установка 16 параллельных рядов 10 коллекторов, посредством чего должна быть принята во внимание взаимное затенение коллекторов.

8.4.3 Расчет мощности вентилятора

Расчет мощности вентилятора имеет место в соответствии с расчетами обычной технологии вентиляции. Чтобы преодолеть фрикционные потери, которые всюду происходят в системе, требуется особая мощность вентилятора [Вт].

Подобно к жидкостным системам, определение мощности вентилятора требует знания полного падения давления системы. Они составлены из потерь от трения блока в каналах абсорбера, входных отверстиях и выходах к рядам коллекторов, колен трубок и трубопроводов непосредственно. Значение для падения давления, в зависимости от объемного потока и скорости потока для отдельных компонентов может быть найден с номограмм завода-изготовителя.

В нашем примере общие потери давления составляют 272 Па.

Таблица 8.4.

Пример расчета давления потерь в (солнечной) воздушной системы

Компонент

Индивидуальные потери давления

Отношение количество/детали

Потери давления (Па)

Трубопровод

1 Па/м

~60 м

60

Входы и выходы

9,5 Па

2

19

Колени труб

13 Па/часть

6

78

Коллекторы в сериях соединенных коллекторов

4,3 Па/м

102,5=25 м

115

Общие потери 272 Па

Мощность вентилятора (Вт) можно рассчитать следующим образом:

где это почасовое требование вентиляции (м3/ч), это общая потеря давления (Па), и это КПД вентилятора.

В зависимости от типа вентилятора, КПД толчка нужно добавлять к мощности вентилятора.

Пример

Принимая КПД вентилятора 0,7, мощность вентилятора может тогда быть вычислена как:

8.4.4 Определение размеров воздушно-водяного теплообменника

Применение воздушно-водяного теплообменника, для использования солнечных пневматических систем также летом, является подходящим решением, которое позволяет солнечной воздушной системе работать чрезвычайно эффективно в течении целого года. При калибровке теплообменника нужно принимать во внимание тот факт, что передача теплоты среднего потока воздуха к воде или к водной смеси гликоля пропилена не работает настолько оптимально как с передачей теплоты по схеме воздух-воздух или вода-вода из-за определенных термодинамических параметров. В общем случае, размеры теплообменника должны быть определены таким путем, что бы максимальное количество энергии, которое доступно летом, передавалось, но все еще учитывался предварительный прогрев внутренней воды, чтобы она прогревалась во время среднего уровня солнечного излучения. Чтобы достигнуть этого, должен использоваться следующий расчет, для определения среднего выхода теплообменника и необходимого объемного потока в солнечной схеме:

где это средний выход теплообменника [Вт], почасовый объемный поток воздуха [м3/ч], это определенная теплоемкость воздуха [0,293 Вт ч/м3 для 35оС], и - это температурная разница, расположенная внизу направления потока [K].

Здесь можно принять температурную разницу в солнечной воздушной системе, например, 20 К, что вызывает значение входной температуры примерно 55°C в теплообменнике и 35°C на выходе. Объемный поток воздуха должен быть понижен, например, к 40 м32ч относительно операции нагревания, чтобы достигнуть более высоких температур.

Следовательно, в случае типичной системы в доме для одной семьи с площадью поверхности коллектора 10 м2, результирующий объемный поток равен 400 м3/ч, и таким образом, средние рабочие характеристики теплообмена равны:

где это средний выход теплообменника [Вт], это объемный поток в гидравлической системе [м3/ч], это определенная емкость воды [1150 Вт ч/ м3К], и это “береговой” перепад температур [К].

Максимальные рабочие характеристики теплообменника могут быть рассчитаны с отрегулированной максимальной входной температурной приблизительно 80°C, таким образом DTL приблизительно равно 33 К.

Когда идет планирование солнечной воздушной системы, и возможность внутреннего водяного нагрева предусмотрена с самого начала, поверхность коллектора должна быть приблизительно на 15-25% больше проложенной, чем в сравнении без водного нагрева.

На главную