F Сезонное хранилище тепла

Тема в разделе "Инженерное энергосбережение", создана пользователем ThugLife, 25.06.15.

  1. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Сезонное хранилище тепла
    Меня давно интересовал вопрос расчета сезонного накопителя тепла для отдельно взятого дома. Для тех, кто не в курсе, СХТ - сооружение, позволяющее накапливать тепловую энергию, идущую с солнечных коллекторов летом и использовать ее для оттопления дома зимой.

    Тема довольно новая и внятных методик расчета подобных сооружений я не встречал на просторах англоязычного интернета, а тем более в русском сегменте. Остальных языков не знаю.

    Основной сложностью расчета является то, что температура внешней среды и инсоляция меняются ежечасно. Следовательно, необходим почасовой тепловой баланс на год, чтобы понять объемы потребления и накопления тепловой энергии в течение года.

    Также было непонятно, откуда взять величины солнечной энергии, поступающей на коллекторы в определенный день года в определенной точке планеты, пока я не нашел данные NASA, открытые для публичного доступа совсем недавно.

    После того как были найдены данные по погоде и величины солнечной энергии для конкретной точки на планете, для расчета баланса оставалось только спроектировать какой-нибудь среднестатистический дом, чтобы понять объемы теплопотерь и энергии, необходимой для нагрева наружнего воздуха.

    Итак, проект - одноэтажный дом для семьи с тремя спальнями, 133 кв. м. регион Краснодар
    конструкция: деревянный каркас, утеплитель - стеклянная вата. Толщины теплоизоляции были оптимизированы с учетом теплового баланса
    ОВК: приточно-вытяжная вентилляция с водяным калориферами и рекуператорм кпд 0,9. Кратность смены воздуха в помещении - 1 в час. Температурный режим - днем 21 градус, ночью 15.
    Конструкция СХТ - подземный резервуар с водой. Бетонные стенки, утепленные пенополиуретаном

    Что удалось выяснить после расчета и анализа теплового баланса? Во-первых, что реализация сооружения вполне себе возможна и размеры его не космические, а также:

    1. Необходимые размеры СХТ и толщину его теплоизоляции (4*4*2 м, толщина ПИР - 0,3 м)
    2. Оптимальный статический наклон коллекторов и их площадь (5 м2)
    3. Температурный режим хранилища (см. график температуры)
    4. Необходимую толщину теплоизоляции в доме (стены 150мм, кровля, пол 250)
    5. Летнего тепла для нагрева хранилища имеется в избытке
    6. Теплопотери в хранилище - довольно слабое место. Необходимы более крутые теплоизоляциеооные материалы для этих целей

    Теплотехническая модель дома, которая позволила мне определить площади и объемы для расчета
    Starter.jpg

    Температура в СХТпо месяцам (идут задом наперед из-за последовательности данных в прогнозе погоды :)) На графике можно видеть, что осенью тепература достигает 80 (такая тепература выбрана с учетом возможностей гидроизоляционных матералов) и система отключает подачу тепла, в результате образется плато. А самый суровый месяц для системы - это январь. В этот месяц тепловая нагрузка дома велика, а энергии солнца мало и СХТ быстро "разряжается"
    2015-06-25 20_58_10-Krasnodar.ods - OpenOffice Calc.png
     
    ThugLife , 25.06.15
    #1 Цитировать
  2. mfcn
    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916

    mfcn

    Модератор

    mfcn

    Модератор

    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916
    Адрес:
    Москва
    Есть норматив на потребление тепла домом - СП Тепловая защита зданий. Считается (оценивается по крайней мере) все.

    Какие размеры-то получили?

    Ну и оставляя всю лирику в сторонке - какова площадь дома, отапливаемый объем и число градусосуток отопительного периода?
     
    mfcn , 25.06.15
    #2 Цитировать
  3. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Целью работы было не определить соответсвие нормативу, а выяснить вполне конкретные конструктивные особенности СХТ и потребителя тепла.

    Размеры дома и хранилища указаны, читайте внимательно :)

    ГСОП для Краснодара смотрите в соответсвующем СНИП

    Стандартные расчеты по ГСОП также проводились, но на более раннем этапе :)
     
    ThugLife , 25.06.15
    #3 Цитировать
  4. mfcn
    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916

    mfcn

    Модератор

    mfcn

    Модератор

    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916
    Адрес:
    Москва
    У меня нет дома в Краснодаре... :flag:

    133 кв. м. вижу. Объем дома и СХТ не вижу. Посчитать объем дома вероятно смогу, но этот дом-то не моя идея... Значит если хотите обсудить, то поделитесь данными. Иначе зачем данная тема?

    Поделитесь чтобы понять о чем речь?
     
    mfcn , 25.06.15
    #4 Цитировать
  5. Zzzzyll
    Регистрация:
    18.09.11
    Сообщения:
    1.094
    Благодарности:
    566

    Zzzzyll

    Живу здесь

    Zzzzyll

    Живу здесь

    Регистрация:
    18.09.11
    Сообщения:
    1.094
    Благодарности:
    566
    Адрес:
    Таллинн
    ?

    4х4х2 = 32 куба воды.
    Максимальная температура - 80С, минимальная, ну, пусть 30С (ниже уже даже тёплый пол из неё полезную энергию не выжмет).
    Пусть в конце лета вся вода нагрета до 80С.
    Около 1600 кВт*ч.

    На весь сезон 1600кВт*ч? И даже полностью забивая на потери из этого аккумулятора?

    Хм.
    Нет ли тут некоего... гипероптимизма, так скажем? :)
     
    Zzzzyll , 25.06.15
    #5 Цитировать
  6. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Учитывйте конструкцию: рекуператор с КПД 0,9 и толщину изоляции.
     
    ThugLife , 25.06.15
    #6 Цитировать
  7. Zzzzyll
    Регистрация:
    18.09.11
    Сообщения:
    1.094
    Благодарности:
    566

    Zzzzyll

    Живу здесь

    Zzzzyll

    Живу здесь

    Регистрация:
    18.09.11
    Сообщения:
    1.094
    Благодарности:
    566
    Адрес:
    Таллинн
    Ну, достаточных для нормального расчёта данных у меня нет, учитывать я ничего не могу.

    Я лишь задаю вполне очевидные вопросы.
    Дом, который за отопительный сезон потребляет ~12кВт*ч/м2 - это само по себе ОЧЕНЬ круто и было бы (даже в климате Краснодара) очень сильным достижением само по себе.
    Характерные потери (на практике) в пересчёте на квадратный метр для дома со сравнимой толщиной изоляции обычно в разы выше.

    Скорее всего, чего-то Вы не учли. Очень сильно не учли.
     
    Zzzzyll , 26.06.15
    #7 Цитировать
  8. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Не учитывал теплопоступления от кухонной техники, людей, горячего водоснабжения из-за того что надо было придумавать какой-то режим пребывания обитателей в доме. Однако эти постпления не увеличат, а, наоборот, сократят расход энергии на отопление

    Для пущей экономии можно зайдествовать режим "никого нет дома", когда температуру в здании можно опустить до 10 градусов, или до такой, при которой не выпадает роса. Все это еще больше уменьшает расход энергии

    А вообще, подобная конструкция дома и применение теплообменников с такой эффективностью должно по идеее сократить энергопотребление не в разы, а на порядок, однако этого не происходит, поскольку в данном случае мы имеем повышенную кратность смены воздуха, и полное отсутсвие подмеса, что дает более высокое качество воздуха и повышенный расход энергии

    Вы сравниваете с другими домами, где расход в разы больше. Стоят ли в тех домах системы, утилизирующие 90% тепла выхлопа?
     
    ThugLife , 26.06.15
    #8 Цитировать
  9. Zzzzyll
    Регистрация:
    18.09.11
    Сообщения:
    1.094
    Благодарности:
    566

    Zzzzyll

    Живу здесь

    Zzzzyll

    Живу здесь

    Регистрация:
    18.09.11
    Сообщения:
    1.094
    Благодарности:
    566
    Адрес:
    Таллинн
    То есть, это ещё и без учёта электропотребления? :) Не, что-то тут совсем не то.

    Приведите полный расчёт. Скорее всего, там ошибки.

    Я не утверждаю, но вот Вам как факт: такое потребление энергии в домах специально спроектированых, с рекуперацией, с большими активными системами (а не 5м2 СК :)), со стенами с R~7-8... и в климате Германии. :)
    Моё предположение (поскольку я сам много думал и игрался с моделями и примерно знаю, где разложены грабли) - Вы сильно переоценили поступления тепла от СК зимой. Расчёты потерь просты, а вот практических нюансов реального использования солнечных коллекторов Вы могли не учесть.

    Рекуператоры некоторые ставят. Эффективность обычных рекуператоров - 70-80%, но это и не так важно. Не только потому что 10-20% не сыграют, но и возврат всех 100% потерь тепла с вентиляцией в доме на 1 семью вернёт разве что пару-тройку киловатт в мороз. Это здорово экономит энергию, но такой разницы дать не может.
    Потери через стены, крышу и окна остаются.

    Но приведите полные расклады - будет хоть, что обсуждать...
     
    Последнее редактирование: 26.06.15
    Zzzzyll , 26.06.15
    #9 Цитировать
  10. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Это вы о чем вообще? Какое электропотребление? Тут речь об отоплении, о тепле. Или вы считаете кто-то будет сегодня использовать выделющее тепло источники света? :|:

    По расчету, я подумаю какую часть привести, чтобы не показывать весь, поскольку думаю, что метод имеет коммерческий потенциал. Но обсудить концептуально, я могу. Сразу скажу, что ошибок в математике там нет. Ошибки концепции? Система же элементарна - потребитель, аккумулятор, коллектор тепла. У всего есть потери, расчет элементарен.

    Вас устроит скриншот таблицы баланса в Джоулях? Там пару дней
     
    ThugLife , 26.06.15
    #10 Цитировать
  11. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Что именно вы имеете ввиду и как это предлагаете учесть?

    Кстати обратите внимение на план - верхняя часть с большими окнами это южная часть ;)
     
    ThugLife , 27.06.15
    #11 Цитировать
  12. Николай 1
    Регистрация:
    14.10.09
    Сообщения:
    2.307
    Благодарности:
    913

    Николай 1

    ГЕНЕРАТОР ИДЕЙ

    Николай 1

    ГЕНЕРАТОР ИДЕЙ

    Регистрация:
    14.10.09
    Сообщения:
    2.307
    Благодарности:
    913
    Адрес:
    Москва
    @ThugLife,
    А в чем вы будете хранить тепло?
    В воде?
     
    Николай 1 , 27.06.15
    #12 Цитировать
  13. mfcn
    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916

    mfcn

    Модератор

    mfcn

    Модератор

    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916
    Адрес:
    Москва
    Влажные помещения вентилируются тоже посредством рекуператоров с КПД 0,9? Не обмерзают? С рекуперацией влаги? Мембранный? Барабанный?

    Вообще идеология на мой взгляд верная - перекос с генерации на аккумуляцию (небольшая площадь СК при большом объеме ТА). Меньшая зависимость от длительных периодов пасмурности.

    "Поток суммарной солнечной радиации, приходящей за каждый месяц отопительного периода на горизонтальную и вертикальные поверхности при действительных условиях облачности, кВт• ч/м2 (МДж/м2)"
    g7.jpg
    http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3374

    Оптимальный угол получается (90 - горизонтально):
    если ноябрь-март ~45град
    если ноябрь-февраль ~49град
    Пусть 45. Суммарная облученность за ноябрь-март - 332 кВт*ч/м2

    Надо СК считать что там с теплопотерями, снегом и т. п. Поэтому пальцем в небо возьму 50% КПД
    Итого за отопительный сезон с 5м2 забрали 332*0,5*5 ~ 830 кВт*ч - подпитка СХТ за отопительный сезон.
    За более критичный период ноябрь февраль - 550 кВт*ч
     
    mfcn , 27.06.15
    #13 Цитировать
  14. mfcn
    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916

    mfcn

    Модератор

    mfcn

    Модератор

    Регистрация:
    15.04.11
    Сообщения:
    9.709
    Благодарности:
    5.916
    Адрес:
    Москва
    Рассуждаю далее. Данными ТС так и не делится, поэтому буду придумывать на ходу.
    Пусть дом хороший, энергоэффективный, все дела. Среднее потребление на отопление в течение отопительного периода скажем 15Вт/м2 (ну 10 еще может быть, ниже сложно).
    Отапливаемся гпочти ровно 5мес. Отсюда в год надо тепла ~15*24*133*5*30/1000=7182 кВт*ч.
    Вычли выработанное на СК. Получили 6349 кВт*ч~5460Мкал.
    Если нагретый ТА к началу отопительного сезона 90 град, холодный считаем скажем 30, то делим 5460/60 получаем требуемый объем СХТ 91м3 (это без учета потерь самого СХТ).

    Чтобы получить
    Хотя из первого сообщения никак не следует что объем СХТ 32куба, лишь даны габаритные размеры (с изоляцией или нет, какой формы - не ясно), то чтобы баланс сошелся надо потребление иметь значительно ниже 15Вт/м2, а именно 6,5Вт/м2.

    При горячем ТА 80, холодном 30 еще ниже - 5,6Вт/м2.

    Продолжение следует.
     
    mfcn , 27.06.15
    #14 Цитировать
  15. ThugLife
    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1

    ThugLife

    Участник

    ThugLife

    Участник

    Регистрация:
    25.06.15
    Сообщения:
    17
    Благодарности:
    1
    Именно! У воды большая теплоемкость.
     
    ThugLife , 27.06.15
    #15 Цитировать

Смотрите также