Моделювання. Звіт до лабораторної роботи з Фізика. Робота № 100964

Моделювання

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний технічний університет України Київський політехнічний інститут

Інститут:

Не вказано

Факультет:

ЗІ

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2024

Тип роботи:

Звіт до лабораторної роботи

Предмет:

Фізика

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ “КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ імені ІГОРЯ СІКОРСЬКОГО” ЗВІТ з лабораторної роботи №4 з навчальної дисципліни “Основи фізики традиційних та альтернативних джерел енергії” Варіант 10 Тема: Моделювання системи гарячого водопостачання з сонячними колекторами в програмному середовищі RETScreen Expert Мета: закріпити знання, отримані в процесі вивчення дисципліни, засвоїти методику моделювання системи сонячного гарячого водопостачання в програмному середовищі RETScreen. Завдання: Виконати розрахунки системи гарячого водопостачання об’єкту в програмному середовищі RETScreen для визначення експлуатаційних, технічних, енергетичних, економічних та екологічних характеристик. Провести аналіз отриманих результатів розрахунків. Хід роботи Сонячна енергетика в Україні має значний потенціал для розвитку, оскільки середньорічне денне випромінювання становить у середньому 4 кВт·год на 1 м² на день, а влітку досягає 6-6,5 кВт·год на 1 м². Це близько 1,5 тисячі кВт·год на рік на кожен квадратний метр, що еквівалентно показникам середньої Європи. Завдяки цьому вся територія України придатна для впровадження систем теплопостачання на основі сонячної енергії. Сонячний колектор — це пристрій, який перетворює енергію сонячного випромінювання в теплову енергію. Він використовується для нагріву води, опалення приміщень або інших побутових і промислових потреб. Колектор поглинає сонячну радіацію через спеціальну поглинальну поверхню, яка називається абсорбером. Поглинута енергія передається теплоносію (зазвичай вода або спеціальна рідина), що циркулює всередині системи. Нагріта рідина потім може бути використана для гарячого водопостачання, обігріву приміщень або інших потреб. Основні типи сонячних колекторів 1. Незасклені колектори: - Виготовляються з чорного полімеру без захисного скління та ізоляції, що знижує їх вартість. - Вони мають високу поглинальну здатність, але також значні тепловтрати, які зростають зі збільшенням температури води в колекторі та при високих швидкостях вітру. - Використовуються для нагріву води до низьких температур, наприклад, у басейнах влітку. - Мають обмежену ефективність у холодну пору року через відсутність захисту від тепловтрат. 2. Засклені колектори: - Мають скляне покриття та ізоляцію з тильного боку, що знижує тепловтрати. - Абсорбер може мати селективне або неселективне покриття для підвищення ефективності поглинання сонячного випромінювання. - Вони підходять для нагріву води до 50°C, особливо у помірному або холодному кліматі, де можуть використовуватися цілий рік із використанням антифризів. - Використовуються для гарячого водопостачання в житлових будинках, а також для технологічних процесів, що потребують нагріву води. 3. Вакуумовані колектори: - Мають селективне покриття всередині вакуумованої трубки, що забезпечує високий рівень теплоізоляції та низькі втрати тепла. - Вакуум забезпечує майже повне поглинання сонячної енергії, що дозволяє нагрівати воду до 80°C навіть у холодну погоду. - Ці колектори ідеальні для використання у цілорічних системах гарячого водопостачання та опалення, особливо в умовах низьких температур і низької інтенсивності сонячного випромінювання. - У порівнянні з пласкими колекторами, вони на 30% ефективніші взимку і на 7-10% — влітку. Використання сонячних колекторів У приватних будинках системи сонячного теплопостачання з колекторами площею близько 6 м² здатні забезпечити понад 60% річної потреби в гарячій воді. Плоскі колектори зазвичай встановлюються на дахах або стінах, причому оптимальним варіантом є їхня інтеграція на етапі будівництва будинку, що дозволяє зменшити витрати на покрівельні матеріали. Це дозволяє вбудувати колектор у каркас покрівлі, забезпечуючи кращу енергоефективність та зручність у користуванні. Вакуумовані колектори краще підходять для цілорічного використання, особливо у системах гарячого водопостачання та опалення. У перехідні сезони (осінь і весна) вони можуть використовуватися як основне джерело тепла, а з настанням холодів слугують додатковим джерелом обігріву теплоносія, зменшуючи навантаження на основні системи опалення. Переваги та ефективність Сонячні системи дозволяють знизити споживання традиційних видів палива (газ, вугілля, дрова) на 40-80%, що сприяє зменшенню пікових навантажень на електросистему та знижує витрати на енергоносії. Для максимального поглинання сонячного випромінювання важливо правильно розташувати колектори з нахилом 30-45° на південь або південний захід, що дозволяє забезпечити їхню максимальну ефективність у різні пори року. Плоскі колектори демонструють вищий оптичний коефіцієнт корисної дії і краще працюють у літній період, тоді як вакуумовані мають кращу ефективність в осінньо-зимовий період завдяки своїй конструкції, що зменшує тепловтрати. Вакуумовані колектори також мають перевагу у збереженні тепла, оскільки вони забезпечують стабільну роботу незалежно від температури навколишнього середовища, що робить їх ефективнішими в умовах низької сонячної інтенсивності та морозу. RETScreen Expert — це програмне забезпечення для аналізу проектів відновлюваної енергетики, енергоефективності та когенерації, розроблене Канадським урядом. Воно дозволяє оцінювати технічну та фінансову доцільність проектів, аналізувати їхню ефективність, прогнозувати результати і управляти енергетичними ресурсами. Програма підтримує процес прийняття рішень, допомагаючи користувачам швидко оцінити економічні вигоди, енергетичні заощадження, зменшення викидів парникових газів та інші аспекти енергетичних проектів. Маємо такий варіант завдання: Варіант Місто Період m s Тип колектору Міс. Чол. Град. 10 Черкаси III-X 8 30 Полірований На вкладці «Місцезнаходження» оберемо місто Черкаси з наступними вхідними даними: географічне розміщення, кліматична зона, висота над рівнем моря, розрахункова температура на опалення та охолодження, амплітуда коливань температури землі, помісячна температура повітря, відносна вологість, опади, надходження сонячної рад іації, атмосферний тиск, швидкість вітру, температура землі, градусо-дні. / / / На вкладці «Обладнання» задамо тип об’єкту та обладнання. / Далі задамо вартість енергоресурсів. Перейдемо на вкладку «Енергія». Робота у даній вкладці починається з пункту «Електрика та палива». Тут задамо енергоресурси, які використовуються у досліджуваній будівлі. У нашому випадку будемо використовувати Природній газ (кВт*год). Задамо вартість палива та щорічний тариф на електроенергію. На жовтень 2024 року тариф на природний газ для населення в Черкасах становить 7,96 грн за кубометр, що еквівалентно близько 0,84 грн за кВт*год (0,0227 $/кВт*год) за використання газу для опалення або інших побутових потреб. З 1 червня 2024 року тариф на електроенергію для населення в Черкасах становить 4,32 грн за кВт*год (0,1054 $/кВт*год), незалежно від обсягу споживання. / У розділі «Водопідігрівач» вводимо сезонну ефективність (%) використання базової системи нагрівання води. Поставимо 70% / У пункті «Гаряча вода» задаємо кількість жителів будинку (у нашому випадку 8). Програма автоматично генерує скільки літрів гарячої води на день припадає на одну людину. Вводимо запропоноване значення у «Використання гарячої води». Встановимо температуру 55 градусів, яка є найбільш прийнятна. Система автоматично генерує мінімальну та максимальну температуру. Встановлюємо відсоток місяців використання. Візьмемо з березня по вересень. Обираємо водопідігрівач як опалювальну систему. Отже, нам потрібно 6,203 кВт*год, щоб забезпечити 8 людей гарячою водою для 8 місяців використання. / Задання параметрів сонячних колекторів здійснюється при виборі пункту енергетичної моделі «Сонячний водонагрівач». Спочатку програма повторює характеристики навантаження, визначені у пункті «Гаряча вода», а далі користувачем задаються параметри розміщення сонячних колекторів. «Режим слідкування за сонцем» обираємо «Зафіксоване». Нахил 30 градусів (за варіантом), азимут 0 градусів, оскільки Черкаси знаходить в північній півкулі. Тип водонагрівача полірований (за варіантом). Оберемо компанію Baxi як виробника з моделлю Baxi S-SPC 18 для площі 1.916 м 2 . Оберемо 4 колектори, ємність акумулятор 75 л/ м 2 , потужність насоса 20 Вт/ м 2 . Початкові затрати 597.532314923619 $/м2∙проліт, затрати на експлуатацію та обслуговування - 50$/рік. У підрозділі «Резюме» програма наводить значення споживання електроенергії насосом, зекономлену енергію за рік та долю сонячної енергії. / У пункті «Порівняння» можемо проаналізувати результати з енергетичної точки зору. В таблиці «Резюме – Електрика та палива» в стовпчиках «Базовий випадок» та «Запропонований випадок» представлені дані щодо витрати енергоресурсів відповідно до та після встановлення системи з сонячними колекторами. Стовпчик «Збереження» – це різниця між значеннями у двох попередніх стовпчиках. В таблиці «Перевірка проекту» можна порівняти розрахункові дані по споживанню з фактичним, за наявності такої інформації про об’єкт. Таблиця «Збереження» наводить дані про енергоспоживання різних систем до та після впровадження заходу, а також економію в енергетичних одиницях вимірювання та у %. / Задати та перевірити капіталовкладення для встановлення сонячних колекторів можна перейшовши на вкладку «Вартість». Початкові інвестиції враховують витрати на придбання сонячних колекторів, визначені на попередній вкладці, а також задані користувачем витрати. Додаткові витрати на суму 450$ враховують інше обладнання системи, включаючи акумулюючу ємність, насос та трубопроводи системи. Щорічні витрати у розмірі 50$/рік на експлуатацію та обслуговування були також задані на попередній вкладці. На вкладці «Вартість» також представлені щорічні грошові витрати на енергоресурси для базового та запропонованого випадків. / Вкладка «Емісія» містить автоматично розраховані програмою дані про кількість викидів парникових газів до та після впровадження заходу зі встановлення системи сонячних колекторів, а також значення щорічного скорочення викидів у відповідних одиницях та у %. У правому нижньому кутку вкладки можна порівняти щорічне скорочення викидів з різними екологічними показниками (літри невикористаного бензину, гектари лісу, що поглинають вуглекислий газ, тони перероблених відходів тощо). / Для визначення економічної доцільності впровадження проєкту розглядається вкладка «Фінанси». Економічна оцінка ефективності інвестицій проектованих об'єктів полягає в зіставленні капітальних витрат за всіма джерелами фінансування, експлуатаційних витрат та інших витрат з надходженнями, які матимуть місце при експлуатації розглянутих об'єктів. Задамо строк реалізації проєкту - 35 років. За результатами розрахунку програма будує графік сукупного грошового потоку. / Фінансовий аналіз показує, що проект у його поточній формі не є економічно доцільним через надзвичайно низьку внутрішню норму рентабельності (-6.18 %), доволі тривалий строк окупності (135 років). Для підвищення фінансової привабливості проекту, необхідно знижувати початкові витрати, збільшувати річну економію, або забезпечувати додаткове фінансування у вигляді субсидій, грантів чи інших форм підтримки. Проект потребує суттєвих змін у фінансовій структурі, щоб стати привабливішим для інвесторів або впроваджуватись лише за умов надання фінансової підтримки. Висновок: Лабораторна робота надала можливість закріпити навички використання програмного середовища RETScreen Expert для моделювання систем гарячого водопостачання з використанням сонячних колекторів. У процесі роботи було проведено розрахунки і виконано аналіз отриманих результатів для оцінки технічних, енергетичних, економічних та екологічних характеристик системи. Незважаючи на те, що використання сонячних колекторів сприяє зниженню споживання традиційних енергоресурсів і скороченню викидів парникових газів, фінансовий аналіз показав, що проєкт у поточному вигляді є недостатньо рентабельним. Для покращення економічної доцільності необхідні зміни в структурі витрат, зниження початкових інвестицій або залучення додаткових джерел фінансування, таких як субсидії чи гранти.

Звіт до лабораторної роботи Фізика

28.02.2025 18:02-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись