W poprzedniej części zostały przedstawione wyliczenia energii niezbędnej do podgrzania ilości wody wynikającej z dziennego zapotrzebowania, straty ciepła oraz solarny zysk energetyczny. Dziś przedstawimy dalszy tok obliczeń pozwalający na dobranie odpowiedniej powierzchni absorbera w kolektorze słonecznym.
Możemy przejść do wyliczenia wielkości pola kolektorowego niezbędnego dla omawianych warunków. Wymaganą całkowitą powierzchnię pola kolektorowego AK wyznacza się na podstawie spodziewanego rocznego słonecznego zysku QSOL, średniorocznego współczynnika sprawności instalacji η oraz ilości promieniowania EK.
AK=QSOL/(EK*ηAnl ) [m^2]
Aby ją obliczyć musimy uwzględnić:
1). Nasłonecznienie
W sieci dostępne są mapy Polski ukazujące wielkość nasłonecznienia na metr kwadratowy powierzchni. My przyjęliśmy, że wynosi ono 1150 kWh/m2.
2). Nachylenie i orientację kolektorówIlość padającej energii słonecznej zależy od kąta nachylenia kolektora β i jego orientacji γ na powierzchni dachu. Ponadto powierzchnia kolektora powinna być zorientowana w kierunku południowym i tak nachylona, by promienie słoneczne padały możliwie pionowo na powierzchnię kolektora. Dla Polski wartości kąta nachylenia wahają się nieznacznie wokół wartości ϕ = 50°.
W omawianym przypadku przyjęto β=30 oraz orientację SW/NE.
3). Współczynnik korelacji odbioru promieniowania na 1 m2 kolektora EK
EK=E*f(β,γ ) [kWh/m^2 ], gdzie:
E – roczne promieniowanie na powierzchnię horyzontalną
f(β,γ) – współczynnik korekcji zależny od orientacji i kąta nachylenia kolektora (tabele z wartościami współczynników dostępne są w sieci)
EK=1150*1,1=1265 [kWh/m^2 ]
4). Dobór kolektora
Należy się zastanowić, które rozwiązanie wybrać. W tym celu odsyłamy do artykułu o dostępnych rodzajach tych urządzeń. W omawianym przypadku dobrane zostały próżniowe kolektory słoneczne firmy Hewalex.
Ich charakterystyka jest następująca:
Długość: 2130 mm
Szerokość: 856 mm
Wysokość: 116 mm
Powierzchnia brutto kolektora: 1,823 m2
Powierzchnia czynna (apertury): 1,014 m2
Pojemność cieczowa: 1,8 l
Waga: 30 kg
Sprawność optyczna: 78 %
Współczynnik strat A1: 1,27 W/(m2K)
Współczynnik strat A2 zależny od temperatury: 0,0012 W/(m2K2)
Gwarancja: 10 lat
Jednostkowy strumień przepływu: 60 l/h/m2
5). Współczynnik sprawności kolektora η
Wylicza się go ze wzoru:
η=η0-k1*(Tm-Tu)/Ek -k2*[(Tm-Tu)^2]/Ek , gdzie:
η0; k1; k2 – współczynniki zależne od rodzaju kolektora
Tm – temperatura absorbera (60℃)
Tu – temperatura otoczenia (20℃)
EK – współczynnik korelacji odbioru promieniowania
η=78-1,27*(60-20)/1265-0,0012*[(60-20)^2]/1265=77,95
6). Miarodajny współczynnik sprawności η0.05
Wyliczany ze wzoru:
η0.05=η0-0.05*k1-2*k2
η0.05=78-0.05*1,27-2*0,0012=77,93
7). Średnioroczny współczynnik sprawności instalacji ηAnl
Odczytany z wykresu uwzględniającego miarodajny współczynnik sprawności η0.05 i solarny stopień pokrycia SF: średnioroczny współczynnik sprawności instalacji wynosi 0,52.
Wracając do wielkości wymaganego pola kolektorowego, wynosi ona:
AK=2200,04/(1265*0,52)= 3,34 [m2]
Istotna jest także skorygowana wielkość pola kolektorowego Aerf, która uwzględnia straty ciepła w przewodach rurowych prowadzących z kolektora do zasobnika.
Wyznaczając całkowitą powierzchnię absorbera uwzględnić należy straty ciepła w przewodach rurowych pomiędzy kolektorami a zasobnikiem. Orientacyjnie na każde kolejne 10 metrów długości tych przewodów, powierzchnię kolektorów zwiększa się o 8-10 proc.
Przypuśćmy, że długość tych przewodów wynosi 20 m, w związku z tym, przyjmując przyrost 10 procentowy, skorygowana wielkość pola kolektorowego wynosi 4 m2.
Kolejny krok to ustalenie liczby potrzebnych kolektorów. Robi się to na podstawie wzoru:
n=Aerf/A(A ) , gdzie:
AA – powierzchnia czynna dobranego kolektora (parametry kolektora)
Aerf –skorygowana wielkość pola kolektorowego
n=4/1,014=3,95
Z obliczeń wynika, że potrzebne będą 4 kolektory.
Piotr Wójcik
