System pośredniego ogrzewania i chłodzenia budynku (3). Wydajne rurki

artykuł w wersji pdf pdfpdf

W omawianym rozwiązaniu Bariery Termicznej, do pozyskiwania energii słonecznej zastosowano bardzo tani system kolektorów słonecznych niskiej wydajności (rurki z PP umieszczone pomiędzy dachówkami a izolacją termiczną).

Proste rozwiązanie Typowe rozwiązania wodnych kolektorów słonecznych mają dwie wady, które w istotnym stopniu ograniczają zakres ich zastosowania w praktyce: stosunkowo wysoki koszt instalacji oraz rozwiązania techniczne wpływające na architekturę bryły budynku. Prezentowana koncepcja Bariery Termicznej wymaga źródeł ciepła o bardzo niskiej temperaturze (maksimum 22°C). Stąd, uwzględniając zaproponowany sposób lokalizacji gruntowego magazynu ciepła, wydajność kolektora słonecznego może być obniżona nawet o 50%. Pozwala to na zastosowanie bardzo prostego rozwiązania, wykorzystującego rurki polipropylenowe o wymiarach takich, jak przyjęto w Barierze Termicznej, ulokowanych w pustce powietrznej pomiędzy dachówkami a warstwą izolacji termicznej wykonanej ze styropianu. Wydajność panelu o tej konstrukcji badana była przez J. Florczuk [1]. Badania przeprowadzono za pomocą symulacji numerycznej procesu wymiany ciepła w układzie kolektora słonecznego. We wnioskach określono między innymi optymalną prędkość przepływu płynu przenoszącego energię. Optymalny zakres prędkości przepływu płynu w kolektorze wyniósł od 0,5 do 1,5 kg/s.

W okresie letnim, w optymalnym zakresie prędkości przepływu płynu, kolektor słoneczny może dostarczyć do geotermalnego magazynu ciepła płyn o temperaturze około 55°C przy wydajności sięgającej 0,05 kW. Są to parametry pozwalające zgromadzić wystarczające ilości ciepła w źródle o wymaganej temperaturze maksymalnej 22°C.

System sterowania Wydajność systemu ogrzewania i chłodzenia budynku, opartego na Barierze Termicznej, zależy przede wszystkim od zdolności utrzymania stałej Schemat systemu SVC sterowania procesem ogrzewania i chłodzenia Bariery Termicznej.temperatury pseudo-powierzchni BT w ciągu całego roku. Jest to zadanie bardzo trudne, zważywszy na bardzo intensywne obciążenia cieplne i chłodzące, jakim poddany jest budynek oraz dużą akumulacyjność cieplną elementu ściany zewnętrznej. Rysunek 1 przedstawia obciążenia cieplne, jakim poddana jest pionowa ściana zewnętrzna (zorientowana na południe) budynku położonego w Elblągu. Do dalszej analizy przyjęto warunki klimatu zewnętrznego jak dla Typowego Roku Meteorologicznego dla stacji meteorologicznej w Elblągu. W opracowanym programie komputerowym wykorzystano dane zawarte w bazie klimatycznej [2]. Radiacyjna wymiana ciepła pomiędzy powierzchnią zewnętrzną ściany zewnętrznej budynku a otoczeniem została uwzględniona poprzez korektę temperatury powietrza zewnętrznego do wartości temperatury słonecznej.

Dla rozpatrywanych danych klimatycznych temperatura słoneczna, uwzględniająca promieniowanie wysokotemperaturowe, może wzrosnąć w przeciągu 5 godzin (w dniu 15 lutego w Elblągu) o około 130°C. Powoduje to bardzo duży wzrost energii wewnętrznej elementu ściany zewnętrznej, a w konsekwencji gwałtowny skok temperatury BT. W lutym w Elblągu średnia temperatura powierzchni odpowiadającej lokalizacji BT, bez uwzględnienia przepływu płynu, zmienia się od 9,8 do 16,8°C, kiedy temperatura BT powinna wynosić 19°C, +/-0,5°C. Utrzymanie stałej temperatury BT zapewnia przepływający przez system rurek płyn o zmiennej wartości masowej prędkości przepływu i zmiennej temperaturze. Do sterowania procesem ogrzewania i chłodzenia BT opracowano nowatorski system sterowania o nazwie Scheduling Variable Controller (SVC) (rys. 2), który pozwala utrzymać średnią temperaturę pseudo-powierzchni Bariery Termicznej na stałym poziomie 19°C.

Opracowany system sterowania SVC wykorzystuje logikę rozmytą do sterowania wartością masowej prędkości przepływu płynu oraz mieszania płynów o różnych temperaturach, pochodzących z różnych źródeł ciepła, tak aby otrzymać optymalną wartość temperatury płynu dostarczanego do systemu rurek BT.

Temperatura BT nie jest stała na całej powierzchni. Wynika to ze spadku temperatury płynu przepływającego przez rurki, wymieniającego ciepło z warstwami elementu ściany. Temperaturę BT zdefiniowano jako średnią ważoną.

Testy SVC wykonane na modelu MES elementu ściennego wykazały zdolność systemu sterowania do utrzymywania temperatury Bariery Termicznej w zakresie od 18,68 do 19,18°C przez cały rok.

W następnym odcinku przedstawione zostaną wyniki badań wydajności Bariery Termiczny za pomocą symulacji numerycznej MES.

dr inż. Marek Krzaczek

Literatura:

1. J. Florczuk, The performance of solar panel in integrated HVAC system based on the concept of thermal barrier. MSC Dissertation, Gdańsk 2009.

2. Baza danych klimatycznych typowego roku meteorologicznego. Ministerstwo Infrastruktury, Warszawa 2008.

Rys. 1 Zmiany temperatury powietrza zewnętrznego (linia czerwona) mierzonego termometrem suchym oraz temperatury słonecznej powietrza zewnętrznego (linia niebieska) dla Elbląga w dniu 15 lutego. Dane według bazy klimatycznej [1].

Rys. 2 Schemat systemu SVC sterowania procesem ogrzewania i chłodzenia Bariery Termicznej.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij