"ГОСТ Р 54856-2011. Национальный стандарт Российской Федерации. Теплоснабжение зданий. Методика расчета энергопотребности и эффективности системы теплогенерации с солнечными установками"
(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 15.12.2011 N 1561-ст)

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Проектный, конструкторский и научно-исследовательский институт "СантехНИИпроект" (ОАО "СантехНИИпроект"), Открытым акционерным обществом "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" (ОАО "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ") и Государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт Мосстрой" (ГУП "НИИ Мосстрой") на основе выполненного Открытым акционерным обществом "Центр методологии нормирования и стандартизации в строительстве" (ОАО "ЦНС") аутентичного перевода на русский язык европейского регионального стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2011 г. N 1561-ст

4 В настоящем стандарте учтены основные положения европейского регионального стандарта ЕН 15316-4-3:2007 "Системы отопления в зданиях. Метод расчета энергетической потребности системы и эффективности системы. Часть 4-3. Системы отопления помещений, тепловые солнечные системы" (EN 15316-4-3:2007 "Heating systems in buildings - Method for calculation of systems energy requirements and system efficiencies - Part 4-3: Heat generation systems, thermal solar systems", NEQ)

Наименование настоящего стандарта изменено по отношению к наименованию европейского стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (подраздел 3.5)

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт является частью группы стандартов, целью которых является гармонизация методики расчета энергетической эффективности зданий в соответствии с Федеральными законами Российской Федерации [1], [2], а также с основополагающими требованиями директив Европейского сообщества по общей энергетической эффективности зданий (EPBD) [3].

В настоящем стандарте представлены методики расчета тепловой энергии, получаемой на входе в систему солнечного отопления и/или горячего водоснабжения, тепловых потерь и потребления дополнительной энергии в системе теплогенерации с солнечными установками. Расчеты основаны на теплотехнических характеристиках компонентов системы теплоснабжения, установленных стандартами на них, и других параметров, необходимых для оценки производительности элементов, входящих в систему.

Данные методики могут использоваться в следующих случаях:

- оценка соблюдения нормативных энергетических показателей;

- оптимизация энергетических параметров создаваемой теплогенерирующей системы путем сравнения нескольких возможных вариантов;

- оценка влияния разных энергосберегающих мероприятий на показатели существующей теплогенерирующей системы путем расчета энергопотребления при наличии и при отсутствии энергосберегающих мероприятий. При этом экономию энергии (за счет использования системы солнечного теплоснабжения) определяют сравнением энергетических показателей здания с системой солнечного теплоснабжения и без нее.

Настоящий стандарт представляет методику расчета энергопотребности зданий и эффективности систем теплогенерации с солнечными установками (включая систему управления), используемую для отопления помещений, горячего водоснабжения и комбинированных систем теплоснабжения.

Область применения данной части стандарта распространяется на стандартизацию:

- необходимых исходных данных, методики расчета,

- требуемых результатов расчета.

Основы расчета полного расхода энергии и определение номинальных энергетических характеристик приведены в [4].

Рассматриваются следующие типичные системы солнечного теплоснабжения:

- системы горячего водоснабжения промышленного изготовления по [5] или изготавливаемые по спецзаказу по [6];

- комбинированные системы (горячего водоснабжения и отопления помещений) [6];

- системы отопления помещений, соответствующие [6].

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ Р ЕН 15316-1-2007 Системы теплоснабжения в зданиях. Методика расчета энергопотребности и энергоэффективности системы теплоснабжения. Общие положения

ГОСТ Р 51594-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Термины и определения

ГОСТ Р 51595-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия

ГОСТ Р 51596-2000 Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Методы испытаний.

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

В настоящем стандарте применены следующие термины и определения по ГОСТ Р 51594 и ГОСТ Р ЕН 15316-1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1. апертурная площадь (aperture area): Площадь прозрачного ограждения солнечного коллектора, через которое солнечное излучение поступает в коллектор.

3.1.2. возмещаемые тепловые потери системы (recoverable system thermal loss): Часть тепловых потерь системы, которая может быть возвращена в систему путем рекуперации для снижения энергопотребления системы отопления или охлаждения либо расхода тепла для отопления или охлаждения.

3.1.3. дополнительная энергия (auxiliary energy): Электрическая энергия, потребляемая инженерными системами здания для отопления, охлаждения, вентиляции и горячего водоснабжения энергетических потребностей здания.

Примечания

1. Дополнительная энергия включает в себя электрическую энергию, расходуемую на привод вентиляторов, насосов, системы автоматики и т.д. Электрическая энергия, подводимая к системе вентиляции для перемещения воздуха и возврата тепла, рассматривается не как дополнительная энергия, а как энергия, используемая для вентиляции.

2. В [7] энергия, используемая для привода насосов и задвижек, рассматривается как "паразитная энергия".

3.1.4. инженерная подсистема здания (technical building sub-system): Часть инженерной системы здания, которая выполняет специфическую функцию (например, выработку, распределение, выделение тепла).

3.1.5. инженерная система здания (technical building system): Инженерное оборудование для отопления, охлаждения, вентиляции, горячего водоснабжения, освещения и электроснабжения, состоящее из инженерных подсистем.

Примечание - Инженерная система здания может иметь отношение к одной или нескольким службам (например, к системе отопления и системе горячего водоснабжения).

3.1.6. комбинированная система солнечного теплоснабжения (solar combisystem): Система, использующая солнечную энергию одновременно для частичного или полного покрытия нагрузки отопления и горячего водоснабжения потребителя.

3.1.7. контур солнечного коллектора (collector loop): Контур циркуляции, включающий в себя солнечные коллекторы, циркуляционный насос или вентилятор, сеть трубопроводов и теплообменник (если он есть в системе), который используется для передачи тепла от солнечных коллекторов к тепловому аккумулятору.

3.1.8. Коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системой солнечного теплоснабжения (доля покрытия нагрузки - solar fraction): энергия, вырабатываемая солнечной частью системы, деленная на суммарный расход тепла всей системы (без тепловых потерь системы).

3.1.9. оптический КПД солнечного коллектора (zero-loss collector efficiency): Отношение количества поглощенной коллектором солнечной энергии к поступившей за тот же период времени на его полную поверхность суммарной солнечной энергии или КПД солнечного коллектора при средней температуре теплоносителя, равной температуре окружающей среды.

3.1.10. расход тепла (тепловая нагрузка) на отопление и/или горячее водоснабжение (heat use for space heating and/or domestic hot water): Тепловая энергия, передаваемая в систему отопления и/или горячего водоснабжения с целью обеспечения энергетических потребностей для отопления и/или горячего водоснабжения соответственно.

Примечания

1. Если инженерное оборудование здания используется для нескольких целей (например, для отопления и горячего водоснабжения), то бывает трудно выделить энергию, используемую для каждой конкретной цели. В этом случае расход тепла может быть выражен как суммарная величина (т.е. как сумма расходов тепла для отопления помещений и горячего водоснабжения).

2. Расход тепла для отопления помещений и/или горячего водоснабжения равен сумме энергопотребления и тепловых потерь системы отопления и/или горячего водоснабжения за вычетом снижения тепловых потерь за счет рекуперации тепла.

3.1.11. резервная энергия (back-up energy): Энергия источника тепла, используемого в качестве резервного источника энергии для системы солнечного теплоснабжения.

Примечание - В [7] резервную энергию называют вспомогательной (дополнительной) энергией.

3.1.12. система, использующая только солнечную энергию (система без дублера - solar-only system): Система солнечного теплоснабжения, не использующая источников резервной энергии.

Примечание - В [7] резервную энергию называют "дополнительной энергией".

3.1.13. система, использующая солнечную и дополнительную энергию (solar-plus-supplementary system): Система солнечного теплоснабжения, использующая одновременно источники как солнечной, так и резервной энергии и способная обеспечить заданный уровень теплоснабжения независимо от поступления солнечной энергии.

3.1.14. система с принудительной циркуляцией теплоносителя (forced-circulation system): Система, в которой циркуляция теплоносителя в солнечном коллекторе(ах) осуществляется специальным насосом или вентилятором.

3.1.15. система предварительного солнечного подогрева (solar preheat system): Система солнечного нагрева воды перед ее поступлением в водонагреватель другого типа.

3.1.16. система солнечного горячего водоснабжения [solar domestic hot water (DHW) system]: Система, использующая солнечную энергию для нагрева воды и обеспечивающая частичное или полное покрытие нагрузки горячего водоснабжения потребителя.

3.1.17. система солнечного отопления [solar space heating (SH) system]: Система, использующая солнечную энергию с целью частичного или полного покрытия отопительной нагрузки потребителя.

3.1.18. система солнечного теплоснабжения (thermal solar system): Система, состоящая из солнечных коллекторов и других компонентов, предназначенная для теплоснабжения.

3.1.19. солнечный коллектор (solar collector): Устройство для поглощения энергии солнечного излучения и преобразования ее в тепловую энергию.

3.1.20. тепловые потери системы (system thermal loss): Потери тепла в инженерной системе здания, обеспечивающей отопление, охлаждение, горячее водоснабжение, увлажнение и осушение воздуха, вентиляцию и освещение, не вносящие вклад в полезную теплопроизводительность системы.

Примечание - Тепловые потери системы могут стать для здания внутренним источником тепла, если они возмещаемые.

3.1.21. термосифонная система солнечного теплоснабжения (thermosiphon system): Система, в которой отвод тепла от солнечного коллектора к аккумулятору или теплообменнику осуществляется путем естественной циркуляции теплоносителя за счет использования разности плотности теплоносителя.

В настоящем стандарте используются следующие символы и единицы измерения (см. таблицу 1), а также индексы (см. таблицу 2).

Теплопроизводительность системы солнечного теплоснабжения зависит от тепловой нагрузки. Тепловая нагрузка системы представляет собой потребность здания в тепле, включая энергетические потребности, потери тепла от отопительных приборов и систем распределения (трубы и насосы). В общем, чем выше тепловая нагрузка системы солнечного теплоснабжения, тем выше ее теплопроизводительность. Поэтому для определения теплопроизводительности системы необходимо знать ее тепловую нагрузку.

Тепловая нагрузка системы отопления включает в себя:

- тепловую энергию, требуемую для отопления помещений (см. [8]);

- потери тепла в отопительных приборах (см. [9]);

- потери тепла в системе распределения тепла (см. [10]).

Тепловая нагрузка системы горячего водоснабжения включает в себя:

- энергию, требуемую для горячего водоснабжения, включая потери в водонагревателях (см. [11]);

- потери тепла в системе распределения горячей воды (см. [12]).

Влияние системы солнечного теплоснабжения на энергетические характеристики здания состоит в том, что:

- тепло, направляемое из системы солнечного теплоснабжения в систему распределения (для отопления и/или горячего водоснабжения), снижает потребление зданием другого вида тепла (например, генерируемого традиционными источниками);

- возмещенные потери системой солнечного теплоснабжения (для отопления и горячего водоснабжения) снижают тепловые потребности здания;

- электроэнергия, которую нужно подвести к системе солнечного теплоснабжения, увеличивает потребности здания в электроэнергии;

- снижается время работы традиционного генератора тепла. В некоторых случаях традиционный генератор тепла может быть отключен в теплый период года, за счет чего снижаются потери тепла от оборудования и потребление дополнительной электроэнергии.

Производительность системы солнечного теплоснабжения определяется следующими параметрами:

- характеристиками элементов системы в соответствии со стандартами на них: показателями производительности системы (годовой расход резервной энергии, коэффициент замещения и годовой расход дополнительной энергии) или параметрами солнечного коллектора (апертурная площадь, оптический КПД, коэффициент тепловых потерь и т.д.);

- параметрами бака-аккумулятора тепла (тип, размеры и т.д.);

- потерями тепла в контуре коллектора и потерями при распределении тепла (между баком-аккумулятором и резервным нагревателем: длина трубопроводов, их изоляция, эффективность системы и т.д.);

- настройками системы управления (заданные перепады температур, значения температур и т.д.);

- климатическими условиями (солнечное излучение, температура окружающей среды и т.д.);

- электроэнергией, расходуемой на работу насоса солнечного коллектора и блоков управления;

- потребностями тепла системы отопления;

- потребностями тепла системы горячего водоснабжения (или комбинированной системы теплоснабжения).

В соответствии с общей структурой расчета тепловых потерь системы энергетические показатели подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения зависят от следующих исходных данных:

- тип и характеристика системы солнечного теплоснабжения;

- место размещения системы солнечного теплоснабжения;

- тип системы управления;

- тепловой нагрузки.

В настоящем стандарте необходимо использовать исходные данные, приведенные в других частях стандарта (ГОСТ Р ЕН 15316-1 и [4]).

На основании исходных данных рассчитывают выходные данные для подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения:

- тепло, подводимое от подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения;

- потери тепла в баке-аккумуляторе;

- расход дополнительной энергии на работу циркуляционного насоса и системы управления в контуре солнечного коллектора;

- возмещаемая и возмещенная дополнительная энергия;

- возмещаемые и возмещенные тепловые потери бака-аккумулятора.

Тепловые балансы подсистем генерации тепла систем солнечного теплоснабжения представлены на рисунках 1 и 2.

T - подсистема генерации тепла системы солнечного теплоснабжения;

- солнечная энергия, падающая на поле солнечных коллекторов;

- тепло, передаваемое подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения в систему горячего водоснабжения;

- тепло, передаваемое подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения в систему отопления;

- полное тепло, передаваемое подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения в систему теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение) здания;

- дополнительная электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления;

- возмещаемая электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления (часть дополнительной электроэнергии, которую можно преобразовать в тепло для отопления);

- возмещенная электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления (часть дополнительной электроэнергии, преобразованная в полезное тепло);

- невозмещаемая электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления (часть дополнительной электроэнергии, которую можно преобразовать в тепло для отопления и преобразовать в полезное тепло);

- полные тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения;

- возмещаемые тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения (которые можно преобразовать в тепло для отопления);

- невозмещаемые тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения (которые нельзя преобразовать в тепло для отопления).

Примечание - Для системы предварительного солнечного подогрева потребности в тепле от внешнего теплогенератора уменьшаются на величину .

T - подсистема генерации тепла системы солнечного теплоснабжения;

- солнечная энергия, падающая на поле солнечных коллекторов;

- тепло, передаваемое подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения в систему горячего водоснабжения;

- тепло, передаваемое подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения в систему отопления;

- полное тепло, передаваемое подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения в систему теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение) здания;

- требуемый подвод тепла от резервного нагревателя;

- дополнительная электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления;

- возмещаемая электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления (часть дополнительной электроэнергии, которую можно преобразовать в тепло для отопления);

- возмещенная электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления (часть дополнительной электроэнергии, преобразованная в полезное тепло);

- невозмещаемая электроэнергия, расходуемая на работу насосов и систем управления (часть дополнительной электроэнергии, которую можно преобразовать в тепло для отопления и преобразовать в полезное тепло);

- полные тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения;

- возмещаемые тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения (которые можно преобразовать в тепло для отопления);

- невозмещаемые тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения (которые нельзя преобразовать в тепло для отопления).

Дополнительная энергия необходима для работы подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения, например, для работы насосов контура солнечного коллектора, системы защиты от замерзания. Дополнительная энергия учитывается в подсистеме выработки тепла лишь тогда, когда энергия не переносится в распределительную систему, размещенную вне подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения.

В случае, если подсистема генерации тепла и различные распределительные системы гидравлически развязаны, например, с помощью бака-аккумулятора, в подсистеме генерации тепла учитывают дополнительную энергию насоса контура солнечного коллектора, используемого для зарядки аккумулятора тепла.

Примечание - Термин "дополнительная энергия", применяемый в настоящем стандарте, в [7] называют "паразитной энергией" (он включает в себя расход энергии на работу насосов, вентиляторов и систем управления), тогда как термин "резервная энергия", применяемый в настоящем стандарте, в [7] называют "дополнительной энергией".

Рассчитанные потери тепла не обязательно являются потерянными. Часть потерь может быть возмещена, причем часть этих возмещаемых потерь действительно возмещается.

Возмещаемые потери тепла представляют собой, например, потери тепла при его распределении между подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения и резервным нагревателем.

Цель расчета - определение годовой теплопроизводительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения. Она может быть найдена одним из двух различных способов:

- с использованием годовых данных для периода эксплуатации системы и проведением расчетов по среднегодовым значениям;

- путем деления года на ряд расчетных периодов (например, месяцы или другие периоды эксплуатации, определенные в [8]), выполнения расчетов за каждый период с использованием данных за этот период и дальнейшего суммирования результатов за все периоды в течение года.

В настоящем разделе представлены две методики определения теплопроизводительности, потребности в дополнительной энергии и возмещаемых потерь тепла подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения и других данных, относящихся к системе и необходимых для расчета энергетических характеристик здания, оборудованного системой солнечного теплоснабжения.

В этих двух методиках используются различные типы исходных данных:

- в методике A (см. 5.2) используются данные, относящиеся к системе в целом, т.е. параметры, полученные в результате испытаний системы или значения параметров по умолчанию в формате по [13] (показатели производительности). Возможно также использование результатов моделирования системы (модельные испытания);

- в методике B (см. 5.3) используются данные, относящиеся к компонентам, параметры компонентов, полученные при их испытаниях (или значения параметров компонентов по умолчанию).

В методике A в большей степени учитываются специфические параметры/характеристики системы (т.е. алгоритмы управления). В методике B используются только результаты испытаний компонентов (или значения по умолчанию).

Примечание - Методика A также может использоваться для комбинированных систем солнечного теплоснабжения с апертурной площадью солнечного коллектора менее 6 м². Ограничивающим условием проведения испытаний этих систем согласно [13] является возможность проведения функциональных испытаний системы горячего водоснабжения без учета отопления. В этом случае данные, относящиеся к системе, применимы только к горячему водоснабжению, и таким образом не учитывается отопление, использующее тепловую солнечную систему.

Методика расчета включает в себя следующие этапы:

- поиск показателей производительности по результатам испытаний, представленным в протоколах испытаний по [13];

- определение теплопроизводительности подсистемы генерации тепла;

- определение расхода дополнительной энергии на нужды вспомогательного оборудования подсистемы генерации тепла;

- расчет потерь тепла в подсистеме генерации тепла;

- определение потерь тепла бака-аккумулятора;

- определение потерь тепла в процессе его передачи между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем;

- расчет возмещаемых тепловых потерь подсистемы генерации тепла;

- определение возмещаемого расхода дополнительной энергии;

- определение возмещаемых потерь тепла бака-аккумулятора;

- определение возмещаемых потерь тепла в процессе его передачи между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем.

Примечания

1. До настоящего времени данная методика является достоверной исключительно для систем горячего водоснабжения, подвергнутых испытаниям по [13].

Результаты испытаний должны включать в себя показатели производительности для фактического климата и тепловой нагрузки как выше или равной, так и ниже или равной фактической.

2. Предполагается также применять эту методику к системам, в которых параметры/характеристики системы определены с помощью признанных методов моделирования.

Тепловая нагрузка системы солнечного теплоснабжения зависит от ее конфигурации (система предварительного подогрева, система, использующая солнечную и дополнительную энергию, система, использующая только солнечную энергию).

Для того чтобы упростить расчет и избежать использования итерационных процедур расчета, делают следующие допущения:

- для всех конфигураций тепловая нагрузка должна учитывать потребности (горячего водоснабжения) и потери тепла в подсистеме распределения. Значения тепловой нагрузки являются исходными данными для данной методики;

- для системы предварительного подогрева потери тепла между подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения и резервным нагревателем не должны добавляться к тепловой нагрузке;

- потери тепла в подсистеме генерации тепла системы солнечного теплоснабжения (потери от бака-аккумулятора и контура коллектора) не должны добавляться к тепловой нагрузке.

5.2.3.1. Общие положения

Для определения производительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения индикаторы производительности по [13] должны быть применимы к системе и отвечать реальным условиям эксплуатации.

Показатели производительности для фактического климата и тепловой нагрузки как выше или равной, так и ниже или равной фактической должны быть зафиксированы в результатах испытаний.

5.2.3.2. Система, использующая только солнечную энергию, и система предварительного подогрева - определение ежемесячной производительности.

Годовую теплопроизводительность , кВт·ч, системы, использующей только солнечную энергию, или системы предварительного подогрева рассчитывают по формуле

где - коэффициент замещения тепловой нагрузки потребителя системой солнечного теплоснабжения, определенный интерполяцией для соответствия фактической годовой тепловой нагрузке [см. (2)];

- фактическая годовая тепловая нагрузка, кВт·ч, определенная по 5.2.2.

Определение для фактической тепловой нагрузки

Единицу измерения для переводят из кВт·ч в МДж для соответствия показателю производительности , рассчитанному по [13]:

а , %, определяют интерполяцией по данным протоколов испытаний:

Индексы i - 1 и i + 1 соответствуют ближайшему набору значений ниже и выше фактического значения (стандартная процедура интерполяции).

Определение месячной производительности

Принимая, что значения месячной производительности , кВт·ч, подсистемы генерации тепла пропорциональны месячной сумме солнечного излучения, их рассчитывают по формуле

где - средняя за рассматриваемый период плотность потока солнечного излучения в плоскости коллектора, Вт/м²; принимается по приложению Б;

- продолжительность месяца в часах (28 дней - 672 ч; 30 дней - 720 ч, 31 день - 744 ч);

- среднегодовая плотность потока солнечного излучения в плоскости коллектора, Вт/м²; ее значения приведены в приложении Б;

- продолжительность года в часах (8760 ч).

Ограничение производительности системы солнечного теплоснабжения:

- значение теплопроизводительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения не может быть отрицательной. Если в результате расчета по формуле (1) получается отрицательное значение, то значение производительности принимают равным нулю;

- значение теплопроизводительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения не может быть выше значения тепловой нагрузки. Если значение производительности выше, то значение устанавливают равным тепловой нагрузке.

5.2.3.3. Система, использующая солнечную и дополнительную энергию, - определение ежемесячной производительности

Годовую теплопроизводительность , кВт·ч, системы, использующей солнечную и дополнительную энергию, рассчитывают по формуле

где - фактическая годовая тепловая нагрузка, определенная в соответствии с 5.2.2, кВт·ч;

- потребность системы отопления в энергии резервного нагревателя, определенная интерполяцией для соответствия фактической годовой тепловой нагрузке, кВт·ч.

Определение , кВт·ч, для фактической годовой тепловой нагрузки:

Единицу измерения для переводят из кВт·ч в МДж для соответствия показателю производительности , рассчитанному по [13]:

где определено интерполяцией по данным протоколов испытаний:

Индексы i - 1 и i + 1 соответствуют ближайшему набору значений ниже и выше фактического значения (стандартная процедура интерполяции).

Определение ежемесячной производительности:

В предположении, что значения месячной производительности , кВт·ч, подсистемы генерации тепла пропорциональны месячной сумме солнечного излучения, их рассчитывают по формуле

где - средняя за рассматриваемый период плотность потока солнечного излучения в плоскости коллектора, Вт/м², ее значения приведены в приложении Б;

- продолжительность месяца в часах (28 дней - 672 ч; 30 дней - 720 ч, 31 день - 744 ч);

- среднегодовая плотность потока солнечного излучения в плоскости коллектора, Вт/м²; ее значения приведены в приложении Б;

- продолжительность года в часах (8760 ч).

Ограничение производительности системы солнечного теплоснабжения:

- значение теплопроизводительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения не может быть отрицательным. Если в результате расчета по формуле (1) получается отрицательное значение, то значение производительности принимают равным нулю;

- значение теплопроизводительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения не может быть выше значения тепловой нагрузки. Если значение производительности выше, то значение устанавливают равным значению тепловой нагрузки.

Одни тепловые солнечные системы потребляют электроэнергию, расходуемую на собственные нужды (см. 3.2), а другие нет:

- для термосифонных систем расход энергии на собственные нужды равен нулю;

- для систем с принудительной циркуляцией принимается во внимание расход энергии на работу насосов и регуляторов.

Годовая потребность в дополнительной энергии на работу насосов и систем управления определяется по результатам испытаний (параметр ) по [13].

Параметр интерполируется для соответствия фактической годовой тепловой нагрузке по формуле, аналогичной (2) или (5), после чего единицы измерения переводятся из МДж в кВт·ч:

где - годовая потребность в дополнительной энергии на работу насосов и систем управления, определенная интерполяцией для соответствия фактической годовой тепловой нагрузке, МДж.

Месячные значения потребности в дополнительной энергии на работу насосов и систем управления определяют пропорционально месячным суммам солнечного излучения, указанным в приложении Б (например, если в январе месячная сумма солнечного излучения составляла 5% годовой, то в январе расход энергии на работу насосов будет составлять 5% годового расхода энергии на работу насосов).

Потери тепла системы рассчитывают в соответствии с 5.3.5 (методика B).

Возмещаемые потери тепла рассчитывают в соответствии с 5.3.6 (методика B).

Данная методика расчета, основанная на использовании f-диаграмм [14], включает в себя следующие этапы:

- определение тепловых нагрузок системы (исходные данные для этого расчета):

- расчет доли отопительной нагрузки в суммарной нагрузке системы теплоснабжения ;

- расчет доли нагрузки по горячему водоснабжению в суммарной нагрузке системы теплоснабжения ;

- расчет безразмерного параметра X (отношения тепловых потерь системы генерации тепла к тепловой нагрузке);

- определение апертурной площади коллектора A;

- определение коэффициента потерь тепла в контуре солнечного коллектора ;

- определение КПД контура солнечного коллектора ;

- определение расчетного перепада температур ;

- расчет поправочного коэффициента на емкость бака-аккумулятора в зависимости от конфигурации системы (система предварительного нагрева или система, использующая солнечную и дополнительную энергию);

- выделение объема бака-аккумулятора, относящегося к отоплению или горячему водоснабжению;

- расчет безразмерного параметра Y (отношение суммы поглощенного солнечного излучения к тепловой нагрузке системы):

- определение оптического КПД солнечного коллектора ;

- определение плотности потока солнечного излучения I в плоскости коллектора;

- расчет производительности системы солнечного теплоснабжения на отопление и горячее водоснабжение и ее суммарной теплопроизводительности;

- расчет потребности в дополнительной энергии на нужды вспомогательного оборудования системы солнечного теплоснабжения;

- расчет потерь тепла в системе солнечного теплоснабжения:

- определение потерь тепла баком-аккумулятором;

- определение потерь тепла при его передаче между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем;

- расчет возмещаемых потерь подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения:

- определение возмещаемой потребности в дополнительной энергии;

- определение возмещаемых потерь тепла бака-аккумулятора;

- определение возмещаемых потерь тепла при его передаче между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем.

Тепловая нагрузка системы солнечного теплоснабжения зависит от:

- вида потребления (горячее водоснабжение и/или отопление);

- конфигурации системы солнечного теплоснабжения (солнечная система предварительного подогрева, система, использующая солнечную и дополнительную энергию, система, использующая только солнечную энергию).

Для того чтобы упростить расчет и избежать использования итеративных процедур расчета, делаются следующие допущения:

- для всех служб здания тепловая нагрузка должна учитывать потребности (т.е. количество тепла на отопление и горячее водоснабжение) и потери тепла в распределительных системах. Значения тепловой нагрузки являются исходными данными для этого метода;

- для системы предварительного подогрева потери тепла между подсистемой генерации тепла системы солнечного теплоснабжения и резервным нагревателем не должны добавляться к тепловой нагрузке;

- потери тепла в подсистеме генерации тепла системы солнечного теплоснабжения (потери от бака-аккумулятора и контура коллектора) не должны добавляться к тепловой нагрузке.

Примечание - При использовании данной методики считают, что резервный нагреватель не компенсирует потери при распределении горячей воды.

5.3.3.1. Основные положения

При расчете производительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения рассматривают три случая:

а) только горячее водоснабжение.

В этом случае рассчитывают производительность системы с помощью метода расчета, изложенного в 5.3.2.2, используя только тепловую нагрузку по горячему водоснабжению и характеристики системы горячего водоснабжения (площадь коллектора, объем бака-аккумулятора и т.д.);

б) только отопление.

В этом случае рассчитывают производительность системы , с помощью метода расчета, изложенного в 5.3.2.2, используя только отопительную тепловую нагрузку и характеристики системы отопления помещений (площадь коллектора, объем бака-аккумулятора и т.д.);

в) комбинированная система солнечного теплоснабжения (горячее водоснабжение и отопление).

В случае комбинированной системы [15] рассчитывают производительность системы для нужд горячего водоснабжения и производительность для нужд отопления с помощью методики расчета, изложенного в 5.3.2.2. Методику применяют дважды, при этом апертурную площадь коллектора и объем бака-аккумулятора (если используется только один бак-аккумулятор) делят на две части в зависимости от соотношения отопительной нагрузки и нагрузки на горячее водоснабжение.

Полную производительность системы , кВт·ч, определяют по формуле

где - тепло, подводимое подсистемой генерации тепла в распределительную систему горячего водоснабжения, кВт·ч;

- тепло, подводимое подсистемой генерации тепла в распределительную систему отопления, кВт·ч.

Разделение апертурной площади коллектора

Расчет производительности подсистемы генерации тепла (см. 5.3.3.2) выполняется отдельно для системы отопления и системы горячего водоснабжения в предположении, что одна часть апертурной площади коллектора используется для отопления помещений, а другая ее часть - для горячего водоснабжения пропорционально тепловым нагрузкам на отопление и горячее водоснабжение соответственно.

Для определения параметров X, Y и апертурную площадь коллектора умножают на коэффициент для расчета вырабатываемого системой тепла для нужд отопления , и на коэффициент для расчета вырабатываемого тепла для нужд горячего водоснабжения :

Разделение объема бака-аккумулятора

Для системы с одним баком-аккумулятором:

- объем бака-аккумулятора, используемый для расчета производительности системы на нужды отопления, равен объему бака-аккумулятора, умноженному на ;

- объем бака-аккумулятора, используемый для расчета производительности системы на нужды горячего водоснабжения, равен объему бака-аккумулятора, умноженному на .

Если в системе имеется два бака-аккумулятора (один используется для отопления, а другой - для горячего водоснабжения), то каждый из них учитывают в соответствующем расчете (в качестве аккумулятора системы отопления может использоваться обладающий высокой теплоемкостью теплообменник системы напольного отопления, см. приложение Б).

Примечание - Важно отметить, что расчет соотношения объемов частей бака-аккумулятора, рассматриваемых при расчете систем отопления и горячего водоснабжения, должен выполняться помесячно. В противном случае разделение объемов в зависимости от соотношения тепловых нагрузок приведет к слишком малым объемам баков-аккумуляторов системы горячего водоснабжения.

5.3.3.2. Расчет производительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения

Производительность подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения рассчитывают помесячно по формуле

где - месячная тепловая нагрузка, кВт·ч;

a, b, c, d, e - эмпирические коэффициенты корреляции. Значения, используемые методом f-диаграмм [14], приведены в Б.1 приложения Б;

f - новый коэффициент корреляции для расчета систем с аккумулятором тепла, совмещенным с теплообменником напольной системы отопления [16]. Значение приведено в Б.1 приложения Б;

X и Y - безразмерные коэффициенты.

Ограничение производительности подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения:

- производительность подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения не может быть отрицательной: если вычисленное ее значение отрицательно, то производительность принимается равной нулю;

- производительность подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения не может быть больше тепловой нагрузки: если вычисленное ее значение превышает тепловую нагрузку, то производительность принимается равной тепловой нагрузке.

Определение X:

Значение X зависит от коэффициента потерь тепла контура коллектора и перепада температур, а также от объема бака-аккумулятора X, который учитывается с помощью поправочного коэффициента на его вместимость и рассчитывается по формуле

где A - апертурная площадь коллектора согласно [17], м²;

- коэффициент тепловых потерь контура коллектора, Вт/(м²·К), - см. формулу (13);

- КПД контура коллектора с учетом влияния теплообменника, формула и значения приведены в Б.2 приложения Б;

- расчетный перепад температур, К, - см. формулу (14);

- поправочный коэффициент на емкость бака-аккумулятора, значения приведены в Б.3 приложения Б;

- продолжительность месяца, ч;

- месячная тепловая нагрузка, кВт·ч.

Коэффициент тепловых потерь контура коллектора, солнечных коллекторов и трубопроводов определяют в зависимости от параметров солнечного коллектора и характеристик теплоизоляции труб:

где - коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора в расчете на апертурную площадь, этот параметр измеряется в соответствии с [17], [18] расчетные значения приведены в Б.2 приложения Б;

- коэффициент температурной зависимости коэффициента тепловых потерь в расчете на апертурную площадь: этот параметр измеряется в соответствии с [17], расчетные значения приведены в Б.2 (приложение Б);

- полный коэффициент потерь тепла всех труб в контуре солнечного коллектора, включая трубы между коллекторами, а также трубы между массивом солнечных коллекторов и баком-аккумулятором:

- если параметры труб контура солнечного коллектора и их теплоизоляции известны, то можно рассчитать по формулам для изолированных труб, см. [14];

- если характеристики контура солнечного коллектора неизвестны, то определяют в соответствии с Б.2 приложения Б.

Расчетный перепад температур вычисляется по формуле

где - расчетная температура (в зависимости от применения и типа бака-аккумулятора значения определяют по приложению Б);

- средняя за рассматриваемый период температура окружающего воздуха, значения приведены в приложении Б.

Определение Y:

Значение Y зависит от параметров коллектора (оптический КПД) и плотности потока солнечного излучения в плоскости коллектора и рассчитывается по формуле

где A - апертурная площадь коллектора согласно [17], м²;

IAM - модификатор угла падения солнечного излучения на коллектор ( в [17]), расчетные значения приведены в приложении Б;

- оптический КПД коллектора по [17] в расчете на апертурную площадь (расчетные значения приведены в Б.2 приложения Б);

- КПД контура солнечного коллектора с учетом влияния теплообменника, значение определено в Б.2 приложения Б;

- средняя за рассматриваемый период плотность потока солнечного излучения d плоскость коллектора, Вт/м², значения приведены в приложении Б;

- продолжительность месяца, ч;

- месячная тепловая нагрузка, кВт·ч.

Одни тепловые солнечные системы потребляют электроэнергию, расходуемую на собственные нужды (см. 3.2), а другие нет:

- для термосифонных систем расход энергии на собственные нужды равен нулю;

- для систем с принудительной циркуляцией принимается во внимание расход энергии на работу насосов и регуляторов.

Насосы:

Потребление дополнительной энергии на работу насосов в системе солнечного теплоснабжения рассчитывают по формуле

где - полная номинальная потребляемая мощность насосов, Вт. Для многоступенчатого насоса выбирают мощность, соответствующую типичному рабочему режиму. Если номинальная мощность неизвестна, расчетные значения принимают по Б.2 приложения Б;

- месячное число часов использования насоса, ч.

Годовое число часов использования насоса согласно [5], [13] равно 2000 ч. Месячное число часов использования насоса определяют по распределению годового, соответствующему месячному распределению сумм солнечного излучения, указанному в приложении Б (например, если в январе сумма солнечного излучения составляла 5% годовой, то в январе месячное число часов использования насоса будет составлять 5% годового).

5.3.5.1. Потери тепла баков-аккумуляторов

Потери тепла баков-аккумуляторов определяют с помощью полного коэффициента тепловых потерь , Вт/К. Значение можно получить из результатов испытаний по [20] или определить, как указано в приложении Б. Для системы горячего водоснабжения месячные потери тепла рассчитывают по формуле

где - продолжительность месяца, ч;

- нормативное значение температуры горячей воды (60 °C);

- средняя температура окружающего воздуха:

- если бак-аккумулятор установлен в отапливаемом помещении, то ;

- если бак-аккумулятор установлен в неотапливаемом помещении, то ;

- если бак-аккумулятор установлен вне помещения, то (см. приложение Б).

Для системы отопления месячные потери тепла определяются по формуле

где - средняя температура в системе распределения системы отопления в расчетных условиях (исходные данные для этого метода).

5.3.5.2. Потери тепла при его передаче между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем

Расчет потерь тепла при его передаче между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем приведен в приложении Б.

5.3.5.3. Полные тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения

Полные тепловые потери подсистемы генерации тепла системы солнечного теплоснабжения рассчитываются помесячно по формуле

5.3.6.1. Возмещаемый расход энергии на собственные нужды

Возмещаемую часть расхода дополнительной энергии на собственные нужды определяют по формулам приложения Б.

5.3.6.2. Возмещаемые потери тепла бака-аккумулятора

Возмещаемую часть потерь тепла баков-аккумуляторов определяют по формулам приложения Б.

5.3.6.3. Возмещаемые потери тепла при его передаче между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем

Возмещаемую часть тепловых потерь при передаче тепла между подсистемой генерации тепла и резервным нагревателем определяют по Б.8 приложения Б.

5.3.6.4. Полные возмещаемые потери тепла системы солнечного теплоснабжения

Полные возмещаемые потери тепла системы солнечного теплоснабжения рассчитывают помесячно по формуле

Другие возмещаемые потери тепла определяют в других частях настоящего стандарта:

- возмещаемые потери системы выработки и распределения тепла на горячее водоснабжение;

- возмещаемые потери системы выработки и распределения тепла на отопление;

- возмещаемые потери отдельного резервного нагревателя (нагревателей).

5.3.7.1. Общие положения

Система солнечного теплоснабжения сокращает время работы другого (резервного) генератора тепла, что оказывает влияние на расход дополнительной энергии и, в некоторых случаях, на тепловые потери несолнечного генератора тепла, а значит, и на энергетические характеристики здания от:

- снижения потребления дополнительной энергии;

- снижения потерь тепла от резервного генератора.

5.3.7.2. Снижение расхода энергии на работу резервного генератора тепла

Считается, что энергопотребление резервного теплового генератора уменьшается пропорционально доле тепловой нагрузки, покрываемой системой солнечного теплоснабжения (коэффициенту замещения). Доля тепловой нагрузки определяется помесячно по формуле

Сокращенное потребление энергии несолнечным (резервным) генератором тепла с учетом системы солнечного теплоснабжения определяется по формуле

где - месячное номинальное <1> потребление энергии несолнечным (резервным) генератором тепла, кВт·ч.

--------------------------------

<1> Номинальное потребление дополнительной энергии определяется как потребление энергии несолнечным тепловым генератором при отсутствии системы солнечного теплоснабжения.

5.3.7.3. Снижение тепловых потерь резервного генератора тепла

Если система солнечного теплоснабжения в течение длительного периода времени полностью покрывает тепловую нагрузку, то несолнечный (резервный) генератор тепла можно отключить и избавиться таким образом от его тепловых потерь. Однако в этом случае в любое время должна быть гарантирована микробиологическая безопасность горячей воды.

Предполагают, что несолнечный (резервный) генератор тепла не может быть отключен в течение "длительного периода", если месячная доля тепловой нагрузки, покрываемая системой солнечного теплоснабжения, составляет менее 80%.

Предполагают, что несолнечный (резервный) генератор тепла может быть отключен на период времени, пропорциональный месячной доле тепловой нагрузки, покрываемой системой солнечного теплоснабжения, если эта доля составляет 80% или более.

Используя определение , сокращенные потери тепла несолнечного (резервного) генератора тепла с учетом системы солнечного теплоснабжения , определяют по формулам:

где - месячные номинальные <1> тепловые потери несолнечного (резервного) генератора тепла, кВт·ч.

--------------------------------

<1> Номинальные потери тепла определяют как потери тепла несолнечного генератора тепла в случае отсутствия системы солнечного теплоснабжения.

В настоящем приложении разъясняется применение методики расчета B, описанного в 5.3, для:

- системы предварительного подогрева для системы горячего водоснабжения;

- комбинированной системы солнечного теплоснабжения.

Для этих двух систем определены основные характеристики, а также способ определения их теплопроизводительности.

В первом примере представлена система солнечного горячего водоснабжения с солнечным коллектором, испытанным по ГОСТ Р 51596, [17], с апертурной площадью 2,702 м², оптическим КПД, равным 0,8026, коэффициентом тепловых потерь, равным 3,723 Вт/(м²·К), и коэффициентом температурной зависимости коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора второго порядка равным 0,0135 Вт/(м²·К²). Контур коллектора оборудован циркуляционным насосом номинальной мощностью 50 Вт, используемым также для заполнения контура водой. После заполнения контура насос переключают на мощность 20 Вт. Внутри бака-аккумулятора расположены теплообменник контура коллектора и прямой водозабор водопроводной воды. Объем бака-аккумулятора равен 120 л. Бак-аккумулятор и насос расположены на первом этаже здания в его обогреваемой части. Отопительный сезон продолжается с октября по март включительно. Отдельный резервный нагреватель всегда находится в режиме ожидания. Трубы между баком-аккумулятором и резервным нагревателем теплоизолированы. Циркуляция водопроводной воды через систему и резервный нагреватель осуществляется под давлением.

Задача состоит в определении тепловых характеристик этой системы солнечного горячего водоснабжения, находящейся в De Bilt, Нидерланды, при потреблении 110 л горячей воды в день (нагрев воды от 15 °C до 65 °C). Угол наклона плоскости солнечного коллектора к горизонту минус 45°, коллектор ориентирован на юг. Значения среднемесячных температур наружного воздуха и плотностей потока солнечного излучения, месячные суммы солнечного излучения в плоскости коллектора приведены в таблице А.1. Среднегодовая температура холодной воды равна 12 °C.

Расчет тепловых характеристик выполнен поэтапно согласно 5.3.

Определяется тепловая нагрузка горячего водоснабжения. Ежедневный расход тепла на горячую воду составляет:

В этом примере тепловые потери трубопроводов между резервным нагревателем и точками отбора воды составляют 10% количества подведенного тепла, что соответствует 0,64 кВт·ч/день. Согласно 5.3.2 потери тепла между баком-аккумулятором и резервным нагревателем приниматься в расчет не должны. Месячные значения расхода тепла на горячую воду приведены в таблице А.3.

Большинство параметров системы, необходимых для определения значений X, Y и , в распоряжении имеются. Следует рассчитать поправочный коэффициент на вместимость бака-аккумулятора:

Если КПД контура коллектора неизвестно, то его берут из А.2. Неизвестное значение общего коэффициента тепловых потерь труб контура коллектора также берут из Б.2 приложения Б. Затем можно рассчитать значение :

В таблице А.2 перечислены характеристики, необходимые для расчета теплопроизводительности системы солнечного теплоснабжения.

А.2.4. Определение X, Y и производительности системы солнечного теплоснабжения 

Значения X, Y и рассчитывают для каждого месяца, используя месячные значения тепла, необходимые для нагрева горячей воды для водоснабжения и характеристики системы, перечисленные в таблице А.2. Значение в январе составляет 20 кВт·ч, в ноябре 2 кВт·ч и в декабре 27 кВт·ч; эти значения приравнивают к нулю. Годовая производительность системы равна 950 кВт·ч.

Значение энергии на работу насоса в контуре коллектора рассчитывают по формуле (16), где мощность насоса равна 20 Вт, а годовая продолжительность эксплуатации насоса 2000 ч, распределенная по месяцам в поступлении солнечного излучения на площадь приемника в таблице А.1. Значения энергии, расходуемой на собственные нужды, перечислены в таблице А.4. Годовое общее значение равно 40 кВт·ч.

Общий коэффициент тепловых потерь не был измерен, поэтому его значение рассчитывают по формуле (Б.13) приложения Б:

Так как бак-аккумулятор солнечного коллектора установлен в отапливаемой части здания, то . Отношение берут из таблицы А.3. Исходя из этого, рассчитывают тепловые потери бака-аккумулятора по формуле (17). Результаты расчетов представлены в таблице А.5. Годовые потери тепла бака-аккумулятора равны 228 кВт·ч.

Потери тепла в трубах между баком-аккумулятором и резервным нагревателем можно рассчитать по формуле (Б.10) приложения Б. Результаты расчетов представлены в таблице А.5. Годовые потери тепла в трубах равны 19 кВт·ч.

Часть энергии для собственных нужд и потери тепла системы солнечного теплоснабжения являются возмещаемыми и могут быть отнесены к отоплению здания в течение отопительного сезона согласно Б.8 приложения Б:

50% расхода энергии на собственные нужды;

100% тепловых потерь бака-аккумулятора и труб между баком-аккумулятором и резервным нагревателем, поскольку и солнечный аккумуляторный бак, и резервный нагреватель расположены в отапливаемой части здания.

Возмещаемые потери перечислены в таблице А.6. Годовые возмещаемые потери равны 42 кВт·ч.

Во втором примере рассматривается солнечная комбинированная система, имеющая солнечный коллектор с апертурной площадью 8,4 м² и бак-аккумулятор объемом 800 л. Верхняя часть бака-аккумулятора объемом 200 л нагревается резервным нагревателем для получения горячей воды. Для отопления помещения бак-аккумулятор действует как система предварительного нагрева, т.е. предварительно нагретая вода нагревается резервным нагревателем до ее поступления в распределительную систему. Резервный нагрев возможен в любое время в соответствии с правилами микробиологической защиты горячей воды. Резервный нагреватель включает в себя насос как для распределения тепла в отапливаемой части, так и для передачи резервного тепла в верхнюю часть бака-аккумулятора объемом 200 л для получения горячей воды. Стандартная продолжительность эксплуатации насоса в общепринятых комбинированных системах (без использования солнечной энергии) с соответствующими функциональными возможностями составляет 1000 ч в год, а ее распределение в течение года зависит от количества тепла. Мощность насоса в резервной части составляет 70 Вт. Характеристики солнечного коллектора (угол наклона, ориентация), его контура и насоса те же, что и в первом примере.

Система предназначена для дома на одну семью с годовой выработкой тепла на отопление 100 кВт·ч/м² площади пола и забором горячей воды объемом 140 л в день при перепаде температур от 15 °C до 65 °C. Это низкотемпературная система распределения тепла для отопления; ее расчетная температура равна 40 °C. Дом расположен в Цюрихе. Ежемесячные значения средней температуры воздуха, плотности потока солнечного излучения и поступления солнечного излучения на плоскость коллектора представлены в таблице А.7. Средняя годовая температура холодной воды равна 9,7 °C.

Задача состоит в определении тепловых характеристик этой солнечной комбинированной системы. Расчет тепловых характеристик выполняют согласно с этапами, приведенными в 5.3.

Ежедневный расход тепла для нагрева воды составляет 140 л·1 кг/л·4180 Дж/(кг·К)·50 К = 8,13 кВт·ч/день.

Предполагают, что потери тепла в трубах между резервным нагревателем и точками отбора воды составляют 10% расхода подведенного тепла, что соответствует 0,81 кВт·ч/день. Для данного метода расчета количество тепла на отопление включает в себя другой важный источник подвода тепла. Среднемесячные значения расходов тепла на горячее водоснабжение и отопление, а также отношения этих расходов тепла к их сумме представлены в таблице А.8. Отношения расходов тепла и необходимы для последующего расчета теплопроизводительности тепловой солнечной системы.

Большинство данных, относящихся к системе и необходимых для определения значений X, Y и , имеются в распоряжении. Следует рассчитать поправочный коэффициент на вместимость бака-аккумулятора: . Если КПД контура коллектора неизвестен, то его значение берут из Б.2 (приложение Б). Неизвестный общий коэффициент тепловых потерь труб контура коллектора также берут из Б.2 (приложение Б). Затем можно рассчитать значение :

В таблице А.9 перечислены все характеристики, необходимые для расчета производительности системы солнечного теплоснабжения.

А.3.4. Определение X, Y и производительности системы солнечного теплоснабжения

Значения X, Y и рассчитывают дважды, т.е. один раз - для определения производительности системы солнечного теплоснабжения для нужд горячего водоснабжения, а другой раз - для определения производительности солнечной системы для нужд отопления. Значения и соответственно определяют для каждого месяца, используя среднемесячные значения расхода тепла из таблицы А.8 и характеристики системы, перечисленные в таблице А.9. Апертурную площадь коллектора умножают на значения или соответственно из таблицы А.8. В таблице А.10 представлены расчеты для горячего водоснабжения, а в таблице А.11 - для отопления. За период июнь-август расчетная производительность системы солнечного теплоснабжения для нужд горячего водоснабжения выше потребности. Поэтому производительность была доведена до максимальных значений потребности. Годовая производительность системы для нужд горячего водоснабжения составляет 1581 кВт·ч, а годовая производительность системы для нужд отопления - 1534 кВт·ч. В сумме производительность системы солнечного теплоснабжения составляет 3215 кВт·ч/год.

Затрачиваемую энергию на работу насоса в контуре коллектора рассчитывают по формуле (16), где мощность насоса равна 20 Вт, а годовая продолжительность эксплуатации насоса, распределенная по месяцам в соответствии с поступлением солнечного излучения в таблице А.7, - 2000 ч. Значения энергии, расходуемой на собственные нужды, перечислены в таблице А.12. Годовое значение равно 40 кВт·ч.

Общий коэффициент тепловых потерь не был измерен, поэтому его значение рассчитывают по формуле (Б.13) приложения Б: . Так как бак-аккумулятор установлен в отапливаемой части здания, то . Для отопления помещений заданное значение температуры равно 40 °C. Отношение берут из таблицы А.10, а отношение - из таблицы А.11. Исходя из этой информации, дважды рассчитывают тепловые потери бака-аккумулятора по формуле (17), т.е. сначала - для нужд горячего водоснабжения, а затем - для нужд отопления. Результаты представлены в таблице А.13. Годовые потери тепла бака-аккумулятора составляют 715 + 142 = 857 кВт·ч.

Потери тепла в трубах между баком-аккумулятором и резервным нагревателем можно рассчитать по формуле (Б.14) приложения Б. Результаты расчетов представлены в таблице А.13. Годовые потери тепла в трубах составляют

Часть энергии на собственные нужды и потери тепла системы солнечного теплоснабжения являются возмещаемыми и могут быть отнесены к отоплению здания в течение отопительного сезона согласно Б.8 приложения Б:

50% расхода энергии на собственные нужды;

100% потерь тепла бака-аккумулятора и в трубах между баком-аккумулятором и резервным нагревателем, поскольку и бак-аккумулятор, и резервный нагреватель расположены в отапливаемой части здания.

Возмещаемые потери представлены в таблице А.14. Годовые возмещаемые потери составляют 522 кВт·ч.

Вклад солнечной энергии в производство тепла снижает значение энергии, необходимой для работы насоса в резервной части системы. Это снижение соответствует доле тепла, покрываемой системой солнечного теплоснабжения, как определено в формуле (22). Номинальная продолжительность эксплуатации насоса в случае отсутствия системы солнечного теплоснабжения, доля номинальной работы насоса и значение сэкономленной энергии, необходимой для работы насоса резервного нагревателя мощностью 70 Вт, представлены в таблице А.15. Годовая экономия составляет 70,0 - 56,4 = 13,6 кВт·ч.

Коэффициенты типа системы приведены в таблице Б.1.

Даются два типа значений по умолчанию:

- типичные значения - используемые в том случае, когда необходимо сделать расчет типовой системы солнечного теплоснабжения;

- штрафные значения - используемые для назначения штрафа для "неизвестных" компонентов (т.е. систем и компонентов, которые не были испытаны и/или сертифицированы), чтобы стимулировать использование высокоточных данных для расчета.

Примечание - Эти значения приводятся только для общего сведения.

Б.2.2.1. КПД контура солнечного коллектора 

Типичный КПД контура коллектора loop равен 0,9.

Примечание - Значение учитывает влияние теплообменника.

Значение рассчитывают по формуле

где

- КПД коллектора, определенный без потерь согласно [17];

A - апертурная площадь коллектора, м²;

- коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора первого порядка, определенный согласно [17], [20];

- значение теплопередачи теплообменника , Вт/К.

Б.2.2.2. Коэффициент тепловых потерь коллектора a рассчитывают по формуле

где - коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора первого порядка, определенный согласно [17], Вт/(м²·К);

- коэффициент температурной зависимости коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора второго порядка, определенный согласно [17], .

Типичные значения:

(вакуумные трубчатые коллекторы);

(остекленные коллекторы);

(неостекленные коллекторы);

.

Б.2.2.3. Удельные тепловые потери труб на 1 м² поверхности контура солнечного коллектора , Вт/(м²·К), рассчитывают по формуле

где A - апертурная площадь коллектора, м².

Б.2.2.4. КПД коллектора без потерь 

Значение КПД коллектора без потерь определяют согласно [17].

Типичное значение: .

Б.2.2.5. Номинальная мощность солнечного насоса , Вт, рассчитывают по формуле

где A - апертурная площадь коллектора, м².

Б.2.3.1. КПД контура солнечного коллектора 

Штрафное значение КПД контура коллектора составляет 0,8.

Б.2.3.2. Коэффициент тепловых потерь коллектора a рассчитывают по формуле

где - коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора первого порядка, определенный согласно [17], Вт/(м²·К);

- коэффициент температурной зависимости коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора второго порядка, определенный согласно [17], .

В случае, если характеристики коллектора неизвестны, принимают следующие штрафные значения по умолчанию:

(вакуумные трубчатые коллекторы);

(остекленный коллектор);

(неостекленный коллектор);

.

Б.2.3.3. Удельные тепловые потери труб контура коллектора , Вт/(м²·К), рассчитывают по формуле

где A - апертурная площадь коллектора, м².

Б.2.3.4. КПД коллектора без потерь 

Значение эффективности коллектора без потерь определяют согласно [17].

Штрафное значение: .

Б.2.3.5. Номинальную мощность солнечного насоса , Вт, рассчитывают по формуле

где A - апертурная площадь коллектора, м².

Б.3. Поправочный коэффициент на вместимость бака-аккумулятора 

В случае водного бака-аккумулятора поправочный коэффициент на его вместимость рассчитывается по формуле

где - опорный объем, равный 75 л на м² коллектора, л;

- объем бака-аккумулятора, л.

В случае солнечной системы предварительного нагрева значение равно (номинальный объем).

В случае системы, использующей солнечную и дополнительную энергию, объем бака-аккумулятора , литры, определяют по формуле

где - часть объема бака-аккумулятора, используемая для резервного нагрева;

- номинальный объем бака-аккумулятора.

Эффективную часть рассчитывают по формуле

где - объем бака-аккумулятора, используемый для резервного нагрева, который расположен между вершиной бака и нижней частью резервного элемента (электрический элемент или теплообменник), л;

x - контрольный коэффициент, равный:

1 - в случае постоянного резервного источника питания;

0,7 - в случае ночного резервного питания;

0,3 - в случае аварийного резервного питания.

Значение по умолчанию равно:

0,50 - для вертикального бака;

0,66 - для горизонтального бака.

Б.4. Опорная температура 

Значение , °C, зависит от системы и применения:

- система отопления:

;

система горячего водоснабжения:

где - требуемый уровень температуры горячей воды, принятый равным 40 °C;

- температура воды в водопроводной магистрали, °C, согласно таблице Б.2 для каждого месяца;

- средняя температура наружного воздуха за рассматриваемый период, °C, согласно таблице Б.2.

В таблице Б.2 перечислены значения и для контрольных местоположений/климатов (информативно), используемые при разработке испытаний солнечных систем горячего водоснабжения и солнечных комбинированных систем по [13] и [21].

Величина - это среднее значение плотности потока солнечного излучения на плоскость коллектора за рассматриваемый период, Вт/м².

Возможны три категории ориентации коллекторов:

1) когда коллекторы ориентированы в направлении с юго-востока на юго-запад, имеют наклон в диапазоне широт от минус 20° до плюс 5° от горизонтали и не затенены какими-либо препятствиями. Значения приведены в таблице Б.3 приложения Б ниже для различных климатических зон;

2) для всех других случаев значения равны значениям, приведенным в таблице Б.3, умноженным на коэффициент 0,8, при условии, что ориентация коллекторов находится в диапазоне плюс 90° на юг (между востоком и западом) и средняя высота препятствий на горизонте менее 20° (угол наклона произвольный);

3) для всех других конфигураций не учитывают солнечную установку (нет воздействия на энергетические характеристики здания).

Значения для контрольных местоположений/климатов (информативно), используемые при разработке испытаний солнечных систем горячего водоснабжения и солнечных комбинированных систем, таких как в [13], [20], перечислены в таблице Б.3.

Модификатор угла падения IAM зависит от типа коллектора. Значения по умолчанию равны:

- для плоских пластинчатых остекленных коллекторов IAM = 0,94;

- для неостекленных коллекторов IAM = 1,00;

- для вакуумных трубчатых коллекторов с плоским поглотителем IAM = 0,97;

- для вакуумных трубчатых коллекторов с круглым поглотителем IAM = 1,00.

Удельные потери тепла в баке-аккумуляторе на 1 м² поверхности , Вт/К, допускается определять по формуле

где - объем солнечного бака-аккумулятора, л.

Потери тепла при его распределении между солнечной системой и резервным нагревателем рассчитывают по формулам:

- если трубы изолированы:

- если трубы не изолированы:

Возмещаемая часть энергии на работу насоса составляет 50%.

Возмещаемая часть потерь тепла бака-аккумулятора и потерь тепла при его распределении между системой солнечного теплоснабжения и резервным нагревателем может быть регенерирована только во время отопительного сезона. Во время отопительного сезона возмещаемая часть этих потерь составляет:

100% - если компонент установлен в отапливаемом помещении;

50% - если компонент установлен в неотапливаемом помещении;

0% - если компонент установлен снаружи.

Характеристиками коллекторов являются:

A - апертурная площадь коллектора, м²;

- КПД коллектора без потерь;

- коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора первого порядка, Вт/(м²·К);

- коэффициент тепловых потерь солнечного коллектора второго порядка (температурная зависимость), .

Значения , и определяют согласно [17].

Настоящее приложение применимо к заводским солнечным установкам горячего водоснабжения, поставляемых в готовых к установке блоках, с заданной комплектацией, в соответствии с [13].

При отсутствии блочной комплектации, солнечная установка горячего водоснабжения может быть определена по отдельным компонентам:

- коллектору;

- баку-аккумулятору;

- трубопроводной сети контура коллектора. Характеристиками являются:

A - апертурная площадь коллектора, м²;

- номинальный объем бака-аккумулятора, л.

Примечание - Следующие характеристики являются промежуточными параметрами, рассчитанными согласно [21], но не указанными в официальных результатах испытаний, приведенных в [13]:

- эффективная площадь контура коллектора, м²;

- теплоемкость теплового аккумуляторного бака, МДж/К;

- эффективный коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт/(м²·К);

- часть объема бака-аккумулятора, используемая для резервного нагрева.

Характеристиками являются:

- номинальный объем бака-аккумулятора, л;

- общий коэффициент тепловых потерь бака-аккумулятора, Вт/К.

Если значение , Вт/К, неизвестно, но константа охлаждения , Вт·ч/л·К·день, известна, используют формулу

Примечание - Эта формула применима только в том случае, если константа охлаждения бака-аккумулятора менее или равна значению по умолчанию термочувствительного элемента водонагревателя, т.е. .

- объем бака-аккумулятора, л, вычисленный по формуле

где - часть объема теплового аккумуляторного бака, используемая для резервного нагрева:

- значение может быть определено непосредственно по результатам испытаний, выполненных согласно [13];

- значение равно нулю, если термочувствительный элемент не встроен в резервное оборудование.

Для определения результирующего влияния системы солнечного теплоснабжения на энергетические характеристики здания, т.е. экономии в результате установки системы солнечного теплоснабжения, необходимо выполнить два расчета:

расчет основного расхода энергии в здании без системы солнечного теплоснабжения;

расчет основного расхода энергии в здании с системой солнечного теплоснабжения.

Экономию энергии в результате установки системы солнечного теплоснабжения определяют как основной расход энергии в здании без системы солнечного теплоснабжения минус основной расход энергии в здании с системой солнечного теплоснабжения :