10
P – 360 Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-a Ivan Vrljičak Odsjek za strojarstvo, Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska [email protected] Zlatko Jankoski Odsjek za strojarstvo, Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska [email protected] Sažetak. U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog sustava koji se u laboratoriju koristi za zagrijavanje potrošne tople vode. Solarni toplinski pretvornik smješten je na lokaciji 43°31'21'' N i 16°27'01'' E, usmjeren prema jugu i to pod fiksnim nagibom od 30° u odnosu na horizontalnu plohu. Mjerenje radnih parametara izvršeno je za dva specifična perioda, ljetni i zimski, kako bi se analizirao rad sustava u različitim uvjetima dozračene sunčeve energije. Na osnovu izmjerenih radnih parametara procijenjene su učinkovitosti i koeficijenti pokrivanja solarnog toplinskog sustava. Dobiveni rezultati uspoređeni su s podatcima raspoloživim u stručnoj literaturi. Ključne riječi: sunčeva energija, solarni toplinski sustav, učinkovitost, koeficijent pokrivanja 1. Uvod Potrebe za energijom kontinuirano se povećavaju. U posljednjih 40 godina ukupna svjetska opskrba primarnom energijom udvostručila se, dok se u istom vremenskom periodu svjetska potrošnja električne energije povećala za oko 3,8 puta [1]. Unatoč mnogobrojnim aktivnostima u cilju pronalaženja adekvatne zamjene, još uvijek se najveći dio energije dobiva iz fosilnih goriva; oko 85 % primarna energija te oko 80 % električna energija [1]. Takvi trendovi imaju negativne utjecaje na okoliš, odnosno imaju za rezultat klimatske promjene, povećanje prosječnih temperatura zraka te povećanje koncentracije ugljikova dioksida. Kako bi se negativni utjecaji na okoliš umanjili, na razne načine potiče se proizvodnja električne i toplinske energije iz obnovljivih izvora energije. Među njima sunčeva energija zauzima značajno mjesto. Sunce u prosjeku dnevno dozrači na površinu Zemlje oko 1 kWh/m 2 energije [2]. U Hrvatskoj se vrijednosti dnevne dozračene energije kreću, ovisno o zemljopisnom položaju, između 3,0 i 4,5 kWh/m 2 [2]. Godišnja dozračena sunčeva energija na površinu Hrvatske iznosi oko 74.000 TWh/god, što je za oko 650 puta veći iznos od ukupne godišnje potrošnje energije u Hrvatskoj. Tijekom 2014. u EU instalirano je oko 2,9 miliona četvornih metara površine solarnih toplinskih kolektora [3], od čega najviše pločastih kolektora. U Republici Hrvatskoj tijekom 2014. instalirano je 18.400 m 2 pločastih kolektora te 2.500 m 2 vakuumskih kolektora ekvivalentne toplinske snage 14,6 MWth [3]. Za usporedbu, u 2013. ekvivalentna toplinska snaga instaliranih toplinskih kolektora iznosila je oko 12,2 MWth. Procjena je da je do kraja 2014. u Republici Hrvatskoj sveukupno (kumulativno) instalirano oko 157.950 m 2 solarnih toplinskih kolektora ekvivalentne toplinske snage oko 111 MWth (što iznosi oko 0,037 m 2 /stanovniku, dok je EU prosjek oko 0,093 m 2 /stanovniku) [3].

Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

  • Upload
    others

  • View
    48

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 360

Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-a

Ivan Vrljičak

Odsjek za strojarstvo, Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska

[email protected]

Zlatko Jankoski

Odsjek za strojarstvo, Sveučilišni odjel za stručne studije Sveučilišta u Splitu, Split, Hrvatska

[email protected]

Sažetak. U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog sustava koji se

u laboratoriju koristi za zagrijavanje potrošne tople vode. Solarni toplinski pretvornik smješten je na

lokaciji 43°31'21'' N i 16°27'01'' E, usmjeren prema jugu i to pod fiksnim nagibom od 30° u odnosu na

horizontalnu plohu. Mjerenje radnih parametara izvršeno je za dva specifična perioda, ljetni i zimski,

kako bi se analizirao rad sustava u različitim uvjetima dozračene sunčeve energije. Na osnovu

izmjerenih radnih parametara procijenjene su učinkovitosti i koeficijenti pokrivanja solarnog

toplinskog sustava. Dobiveni rezultati uspoređeni su s podatcima raspoloživim u stručnoj literaturi.

Ključne riječi: sunčeva energija, solarni toplinski sustav, učinkovitost, koeficijent pokrivanja

1. Uvod

Potrebe za energijom kontinuirano se povećavaju. U posljednjih 40 godina ukupna svjetska

opskrba primarnom energijom udvostručila se, dok se u istom vremenskom periodu svjetska

potrošnja električne energije povećala za oko 3,8 puta [1]. Unatoč mnogobrojnim

aktivnostima u cilju pronalaženja adekvatne zamjene, još uvijek se najveći dio energije dobiva

iz fosilnih goriva; oko 85 % primarna energija te oko 80 % električna energija [1]. Takvi

trendovi imaju negativne utjecaje na okoliš, odnosno imaju za rezultat klimatske promjene,

povećanje prosječnih temperatura zraka te povećanje koncentracije ugljikova dioksida.

Kako bi se negativni utjecaji na okoliš umanjili, na razne načine potiče se proizvodnja

električne i toplinske energije iz obnovljivih izvora energije. Među njima sunčeva energija

zauzima značajno mjesto.

Sunce u prosjeku dnevno dozrači na površinu Zemlje oko 1 kWh/m2 energije [2]. U Hrvatskoj

se vrijednosti dnevne dozračene energije kreću, ovisno o zemljopisnom položaju, između 3,0 i

4,5 kWh/m2 [2]. Godišnja dozračena sunčeva energija na površinu Hrvatske iznosi oko 74.000

TWh/god, što je za oko 650 puta veći iznos od ukupne godišnje potrošnje energije u

Hrvatskoj.

Tijekom 2014. u EU instalirano je oko 2,9 miliona četvornih metara površine solarnih

toplinskih kolektora [3], od čega najviše pločastih kolektora. U Republici Hrvatskoj tijekom

2014. instalirano je 18.400 m2 pločastih kolektora te 2.500 m2 vakuumskih kolektora

ekvivalentne toplinske snage 14,6 MWth [3]. Za usporedbu, u 2013. ekvivalentna toplinska

snaga instaliranih toplinskih kolektora iznosila je oko 12,2 MWth.

Procjena je da je do kraja 2014. u Republici Hrvatskoj sveukupno (kumulativno) instalirano

oko 157.950 m2 solarnih toplinskih kolektora ekvivalentne toplinske snage oko 111 MWth (što

iznosi oko 0,037 m2/stanovniku, dok je EU prosjek oko 0,093 m2/stanovniku) [3].

Page 2: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 361

2. Laboratorijski solarni toplinski sustav za pripremu PTV-a

Laboratorijski solarni toplinski sustav (slika 1) sastoji se od spremnika potrošne tople vode

(PTV) volumena 150 litara, pločastog izmjenjivača topline snage 1,4 kW, pločastog solarnog

toplinskog pretvornika površine apsorbera 2,32 m2 te solarne stanice s pripadajućom

armaturom (cirkulacijska pumpa s tri brzine, regulacijsko-sigurnosni elementi, upravljačko-

mjerna jedinica). Sustav se sastoji iz primarnog i sekundarnog cirkulacijskog kruga. U

primarnom krugu cirkulira toplinski medij (Tyfocor-LS), koji preuzima toplinsku energiju iz

pločastog solarnog toplinskog pretvornika te je prenosi i predaje pločastom izmjenjivaču

topline. Protok toplinskog medija tijekom rada sustava iznosio je 2 litre/min. Voda, koja

cirkulira sekundarnim krugom, preuzima toplinu od toplinskog medija u pločastom

izmjenjivaču topline te je predaje potrošnoj toploj vodi u spremniku. Konačni prijenos topline

s vode iz sekundarnog kruga na PTV vrši se putem izmjenjivača topline u obliku zavojnice

koji se nalazi unutar spremnika PTV-a.

Slika 1 Shematski prikaz laboratorijskog solarnog toplinskog sustava

Solarni toplinski pretvornik (slika 2) smješten je na lokaciji 43°31'21'' N i 16°27'01'' E

(Kopilica, Split) i to pod fiksnim nagibom od 30° u odnosu na horizontalnu plohu te usmjeren

prema jugu.

Laboratorijski solarni toplinski sustav može predstavljati stvarni sustav za pripremu potrošne

tople vode jednog dvočlanog kućanstva. Za potrebe ovog rada, a na osnovu preporuka iz

literature [4, 5], definirani su osnovni parametri sustava, kao što su volumen spremnika PTV-

a i temperatura vode na izljevnom mjestu.

Na osnovu „srednjeg zahtjeva“ za količinom PTV-a [4] te na osnovu odabrane temperature

vode na izljevnom mjestu od 45°C, proizlazi potreba za toplom vodom od 35 litara/dan po

osobi. Ne ulazeći u detaljni proračun dimenzioniranja solarnog spremnika, a pridržavajući se

smjernica za dimenzioniranje malih solarnih sustava danih u literaturi [4, 6], proizlazi da je

potreban volumen solarnog spremnika:

Vsol (litara) = prosječna dnevna potrošnja tople vode (litara) 2 (1)

Vsol (litara) = 35 litara/dan, osobi 2 osobe 2

Page 3: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 362

Vsol (litara) = 140

Na osnovu dobivenog volumena od 140 litara, proizlazi da spremnik potrošne tople vode od

150 litara (slika 2), koji je sastavni dio laboratorijskog solarnog toplinskog sustava, u

potpunosti zadovoljava predviđene potrebe.

Slika 2 Solarni toplinski spremnik s pločastim izmjenjivačem topline; solarni toplinski pretvornik

3. Rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog sustava

Mjerenje radnih parametara solarnog toplinskog sustava izvršeno je za dva karakteristična

perioda, ljetni (lipanj i srpanj) i zimski period (veljača). Mjerenjem su obuhvaćeni podaci o

dozračenoj energiji sunca (na plohu nagnutu pod kutom od 30°), temperatura toplinskog

medija, temperatura potrošne tople vode unutar spremnika te temperatura vanjskog zraka.

Mjerenje dozračene energije sunca izvršeno je pokretnim mjernim uređajem te u određenim

mjernim intervalima (svakih pola sata). Tako očitane vrijednosti dozračene sunčeve energije

predstavljaju trenutnu vrijednost s kojima se ne može pouzdano odrediti ukupna dozračena

energija sunca tijekom rada solarnog toplinskog sustava. U nastavku će izmjerene vrijednosti

biti uspoređene s vrijednostima dostupnim iz javnog internetskog servisa PVGIS (eng.

Photovoltaic Geographical Information System) [7].

Mjerenje temperature toplinskog medija izvršeno je na mjestu spoja cijevne instalacije

solarnog toplinskog sustava s pločastim izmjenjivačem topline. Na samom pločastom

izmjenjivaču topline mjerene su i temperature toplinskog medija na izlazu iz pločastog

izmjenjivača topline te vrijednosti temperature ulaza i izlaza cirkulacijske vode (radni medij

sekundarnog kruga prijenosa topline).

Temperatura potrošne tople vode mjerena je u uronjenoj čahuri unutar spremnika PTV-a, a

koja se nalazi otprilike po sredini visine spremnika. Kako bi se postigla ujednačena

temperatura potrošne tople vode po visini spremnika, tijekom rada solarnog toplinskog

sustava vršena je recirkulacija vode u spremniku.

Konačno, temperatura vanjskog zraka mjerena je na lokaciji postavljanja solarnog toplinskog

pretvornika temperaturnim senzorom laboratorijske meteorološke postaje.

Mjerenje radnih parametara solarnog toplinskog sustava ima za svrhu demonstraciju rada

laboratorijskog solarnog sustava u različitim uvjetima dozračene energije sunca. Konačno, na

osnovu izmjerenih vrijednosti određeni su neki od osnovnih radnih parametara malih solarnih

toplinskih sustava, kao što su na primjer učinkovitost i koeficijent pokrivanja.

Page 4: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 363

3.1 Mjerenje radnih parametara tijekom ljeta 2015.

Mjerenje radnih parametara u ljetnom periodu izvršeno je tijekom lipnja i srpnja 2015.

Rezultati mjerenja za četiri odabrana dana (dva u lipnju i dva u srpnju), prikazuju promjenu

temperature PTV-a unutar spremnika i to od početne temperature (sobne) do konačne

temperature na kraju mjerenja (slike 3, 4, 5 i 6). Tijekom lipnja početna temperatura PTV-a

iznosila je oko 23°C, dok je ista tijekom srpnja bila oko 25°C.

Na slici 3 prikazani su rezultati mjerenja tijekom vedrog dana u lipnju 2015., pri čemu se PTV

do završetka perioda mjerenja zagrijala na 50°C, uz prirast temperature tijekom mjerenja od

3,5 do 6,5°C/sat. Na slici 4 prikazani su rezultati mjerenja tijekom dana (lipanj 2015.) s

prolaznom naoblakom, vidljivom iz podataka o dozračenoj energiji sunca. Zbog smanjene

količine dozračene energije PTV se zagrijala na 47,7°C, uz prirast temperature tijekom

perioda mjerenja od 2,9 do 5,7°C/sat.

Na slikama 5 i 6 prikazani su rezultati mjerenja tijekom srpnja, pri čemu su postignute nešto

veće konačne temperature PTV-a. Do završetka perioda mjerenja PTV se zagrijala na oko

55°C, dok je temperatura toplinskog medija dosegla oko 60°C.

Slika 3 Rezultati mjerenja br. 1 (2. lipnja 2015.) Slika 4 Rezultati mjerenja br. 2 (30. lipnja 2015.)

Slika 5 Rezultati mjerenja br. 3 (7. srpnja 2015.) Slika 6 Rezultati mjerenja br. 4 (15. srpnja 2015.)

Uz temperature toplinskog (solarnog) medija i potrošne tople vode, na slikama 3, 4, 5 i 6

prikazane su izmjerene vrijednosti temperatura vanjskog zraka (°C) te vrijednosti dozračene

energije sunca na plohu pod nagibom od 30°, odnosno na solarni toplinski pretvornik (W/m2).

Iste će u nastavku biti korištene prilikom procjene učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja

solarnog toplinskog sustava.

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

Page 5: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 364

3.2 Mjerenje radnih parametara tijekom zime 2016.

Mjerenje radnih parametara u zimskom periodu izvršeno je tijekom veljače 2016. Rezultati

mjerenja za četiri odabrana dana prikazani su slikama 7, 8, 9 i 10. U ovom slučaju početna

temperatura PTV-a unutar spremnika iznosila je oko 20°C (sobna temperatura).

Na osnovu prikazanih rezultata proizlazi da i tijekom veljače, pod uvjetom čistog neba i

uzimajući u obzir navedenu početnu temperaturu PTV-a, solarni toplinski sustav može

zadovoljiti potrebe za toplinskom energijom potrebnom za zagrijavanje PTV-a na 45°C. Tako

je, prema rezultatima mjerenja na slici 9, konačna temperatura PTV-a iznosila 47,4°C, dok je

prirast temperature PTV-a tijekom mjerenja iznosio od 0,6 do 5,6°C/sat.

Slika 7 Rezultati mjerenja br. 5 (1. veljače 2016.) Slika 8 Rezultati mjerenja br. 6 (2. veljače 2016.)

Slika 9 Rezultati mjerenja br. 7 (5. veljače 2016.) Slika 10 Rezultati mjerenja br. 8 (9. veljače 2016.)

U preostalim slučajevima (slike 7, 8 i 10), kada je zbog djelovanja dnevne naoblake bio

smanjen intenzitet dozračene energije sunca, nisu zadovoljene ukupne potrebe za toplinskom

energijom za pripremu PTV-a.

Tako je, na primjer, 2. veljače 2016. (slika 8) najviša postignuta temperatura PTV-a iznosila

oko 31,5°C, dok je ostvareni prirast temperature PTV-a tijekom mjerenja iznosio od 1,3 do

3,5°C/sat.

Neka od mjerenja provedenih tijekom veljače 2016. (oblačni dani) pokazala su da solarnim

toplinskim sustavom nije moguće ostvariti zagrijavanje PTV-a, odnosno sustav nije ni bio u

funkciji zbog niske temperature toplinskog medija u solarnom toplinskom pretvorniku.

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

dozračena energija sunca

(W/m2, nagib 30°)

Page 6: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 365

4. Procjena učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog sustava

Na osnovu izmjerenih podataka izvršen je proračun predane toplinske energije potrošnoj

toploj vodi i to prema izrazu:

QPTV = m c tPTV (2)

Pri čemu su:

m – masa vode sadržane u spremniku PTV-a (kg)

c – specifični toplinski kapacitet PTV-a (kJ/kg°C)

tPTV – razlika temperature PTV-a, od početne do konačne temperature grijanja (°C).

Dovedena toplina PTV-u, za svako od mjerenja tijekom ljetnog perioda, prikazana je u tablici

1.

Tablica 1 Dovedena toplina potrošnoj toploj vodi – ljetni period

tTM,max (°C) tPTV,max (°C) tPTV (°C) QPTV (kJ)

mjerenje 1

(2. lipnja 2015.) 57,2 49,9 26,7 16.735

mjerenje 2

(30. lipnja 2015.) 54,8 47,7 24,4 15.294

mjerenje 3

(7. srpnja 2015.) 59,4 52,3 27,1 16.986

mjerenje 4

(15. srpnja 2015.) 60,3 55,2 28,4 17.801

tTM,max – najviša postignuta temperatura toplinskog medija na ulazu u pločasti izmjenjivač topline (°C)

tPTV,max – najviša postignuta temperatura potrošne tople vode u spremniku (°C)

S obzirom na to da je mjerenje dozračene sunčeve energije izvršeno u određenim mjernim

intervalima (svakih pola sata) te da se s tako očitanim vrijednostima ne može pouzdano

odrediti ukupna dozračena energija sunca tijekom rada solarnog toplinskog sustava, izvršena

je usporedba izmjerenih vrijednosti s vrijednostima dostupnim iz javnog internetskog servisa

PVGIS [7].

U tu svrhu, u okviru PVGIS-a definirana je lokacija postavljanja solarnog toplinskog

pretvornika te su dobivene prosječne dnevne vrijednosti dozračene energije sunca za plohu

pod nagibom od 30° (na osnovu mjesečnog prosjeka).

Vrijednosti dozračene energije sunca za uvjete prosječne naoblake (pvgis) i uvjete čistog neba

(pvgis clear sky) za lipanj i srpanj prikazani su na slikama 11 i 12. Zajedno s vrijednostima iz

PVGIS-a prikazane su i izmjerene vrijednosti tijekom 2. lipnja i 7. srpnja 2015., a u okviru

vremenskog perioda mjerenja kao što je prikazano na slikama u 3. poglavlju. Prikazane

vrijednosti dozračene energije sunca iz PVGIS-a često se koriste pri planiranju manjih

solarnih toplinskih i fotonaponskih sustava.

Kako bi se napravila procjena učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog

sustava, korišteni su podaci o izmjerenoj dozračenoj energiji sunca. Pri tome je

pretpostavljeno da između perioda mjerenja (svakih pola sata) nije bilo značajnije promjene

dozračene energije sunca u odnosu na izmjerene vrijednosti svakog perioda mjerenja.

Page 7: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 366

Slika 11 Dozračena energija sunca (2. lipnja 2015.) Slika 12 Dozračena energija sunca (7. srpnja 2015.)

Učinkovitost solarnog toplinskog sustava izračunata je na osnovu izraza:

SOL = EPTV / ESOL (3)

Pri čemu su:

SOL – učinkovitost solarnog toplinskog sustava (%)

EPTV – energija koja je predana potrošnoj toploj vodi solarnim sustavom u danu (kWh)

ESOL – solarna energija koja djeluje na solarni toplinski pretvornik u danu (kWh).

Koeficijent pokrivanja solarnog toplinskog sustava izračunat je na osnovu izraza:

C = QPTV / QPOT (4)

Pri čemu su:

C – koeficijent pokrivanja solarnog sustava (%)

QPOT – potrebna toplina za zagrijavanje potrošne tople vode u danu (kJ)

QPTV – toplina koja je predana potrošnoj toploj vodi solarnim sustavom u danu (kJ).

Vrijednosti učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog sustava u ljetnom

periodu, a s obzirom na gore navedene radne parametre sustava, prikazani su u tablici 2 (za

mjerenja izvršena 2. lipnja i 7. srpnja 2015.).

Tablica 2 Procjena učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog sustava – ljetni period

ESOL (kWh) EPTV (kWh) SOL (%) QPOT (kJ) QPTV (kJ) C (%)

mjerenje 1

(2. lipnja 2015.) 9,35 4,65 49,69 13.664,1 16.735,4 122,5

mjerenje 3

(7. srpnja 2015.) 10,09 4,72 46,74 12.410,5 16.986,1 136,8

Procijenjene vrijednosti učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog sustava iz

tablice 2 u skladu su s podacima iz stručne literature [5,8,9].

Koeficijent pokrivanja solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-a u ljetnom periodu veći

je od potrebnih 100 %. Ako se uzmu u obzir odabrani radni parametri sustava, proizlazi da u

ljetnom periodu solarni toplinski sustav proizvodi više toplinske energije nego što je

potrebno, odnosno, potrošnu toplu vodu zagrijava na višu temperaturu (i do 55°C) od

odabrane (45°C).

Page 8: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 367

Jedan od parametara koji utječe na učinkovitost solarnog toplinskog sustava je temperatura

vanjskog zraka. Utjecaj temperature vanjskog zraka nije uključen u analize koje su izvršene u

okviru ovog rada. Vrijednosti izmjerenih temperatura vanjskog zraka prikazane su na slikama

u 3. poglavlju. Vrijednosti dovedene topline PTV-u, za svako od mjerenja tijekom zimskog

perioda, prikazana je u tablici 3.

Tablica 3 Dovedena toplina potrošnoj toploj vodi – zimski period

tTM,max (°C) tPTV,max (°C) tPTV (°C) QPTV (kJ)

mjerenje 5

(1. veljače 2016.) 47,1 41,5 20,3 12.724

mjerenje 6

(2. veljače 2016.) 37,0 31,5 13,0 8.148

mjerenje 7

(5. veljače 2016.) 52,2 47,4 26,7 16.735

mjerenje 8

(9. veljače 2016.) 39,2 34,4 13,5 8.462

tTM,max – najviša postignuta temperatura toplinskog medija na ulazu u pločasti izmjenjivač topline (°C)

tPTV,max – najviša postignuta temperatura potrošne tople vode u spremniku (°C)

Kao što je bilo prikazano za mjerenja u ljetnom periodu, tako su upotrebom PVGIS-a i za

veljaču prikazane vrijednosti dozračene energije sunca za plohu pod nagibom od 30° (slike 13

i 14) i to posebno za uvjete prosječne naoblake (pvgis) i uvjete čistog neba (pvgis clear sky).

Slika 13 Dozračena energija sunca (1. veljače 2016.) Slika 14 Dozračena energija sunca (5. veljače 2016.)

Vrijednosti učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog sustava u zimskom

periodu, a s obzirom na već navedene radne parametre sustava, prikazani su u tablici 4 (za

mjerenja izvršena 1. veljače i 2. veljače 2016.).

Za razliku od ljetnog perioda, koeficijent pokrivanja solarnog toplinskog sustava za pripremu

PTV-a u zimskom periodu niži je od potrebnih 100 %. Vrijednosti učinkovitosti i koeficijenta

pokrivanja solarnog toplinskog sustava, prikazani u tablici 4, u skladu su s podatcima iz

stručne literature [5,8,9].

Tablica 4 Procjena učinkovitosti i koeficijenta pokrivanja solarnog toplinskog sustava – zimski period

ESOL (kWh) EPTV (kWh) SOL (%) QPOT (kJ) QPTV (kJ) C (%)

mjerenje 5

(1. veljače 2016.) 8,94 3,53 39,53 14.917,7 12.723,9 85,29

mjerenje 6

(2. veljače 2016.) 4,30 2,26 52,54 16.610,0 8148,3 49,06

Page 9: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 368

5. Zaključak

Dobiveni rezultati za učinkovitost i koeficijent pokrivanja solarnog toplinskog sustava za

pripremu PTV-a u skladu su s podatcima iz stručne literature, a uzimajući u obzir

pretpostavljene potrebe za potrošnom toplom vodom. Na osnovu izračunatih koeficijenata

pokrivanja proizlazi da u ljetnim mjesecima sustav u potpunosti zadovoljava pretpostavljene

potrebe za toplinskom energijom (npr. 122,5 %), dok isti tijekom zimskog perioda u prosjeku

nije dostatan. Učinkovitost sustava u terminima mjerenja iznosila je između 35 i 50 %.

Budući stručni rad trebao bi obuhvatiti utjecaje (1) procesa izmjene topline u dva stupnja

(primarni krug s toplinskim medijem – sekundarni krug s vodom – potrošna topla voda), (2)

konstantnog protoka toplinskog medija u primarnom krugu te (3) temperature okolnog zraka

na radne parametre solarnog toplinskog sustava. Konačno, potrebno je vršiti kontinuirano

mjerenje dozračene energije sunca na lokaciji postavljanja solarnog toplinskog pretvornika, a

kako bi se dobili precizniji podaci o raspoloživoj energiji sunca za rad solarnog sustava.

Zahvala

Autori se zahvaljuju tvrtkama „Viessmann“ d.o.o. i „Daikin Hrvatska“ d.o.o. na podršci u

stručnom radu laboratorija Odsjeka za strojarstvo, odnosno na doniranoj opremi.

LITERATURA

[1] International Energy Agency (IEA), 2015 Key World Energy Statistics

[2] N. Karadža, A. Bačan, L. Horvath i S. Knežević (2009), Mali vjetroagregati i fotonaponski

moduli za autonomne aplikacije na otocima Primorsko-goranske županije, Energetski institut

Hrvoje Požar, Zagreb

[3] Solar Thermal and Concentrated Solar Power Barometer – Eurobserv’er – May 2015,

http://www.eurobserv-er.org/downloads.asp

[4] Lj. Majdančić (2010.), Solarni sustavi – Teorijske osnove, projektiranje ugradnja i primjeri

izvedenih projekata, Graphis Zagreb, 2010.

[5] B. Labudović (2010.), Osnove primjene solarnih toplinskih sustava, Energetika Marketing

d.o.o., Zagreb, 2010.

[6] Viessmann (2007.), Upute za projektiranje, 8/2007.

[7] PVGIS © European Communities (2001.-2012.), Procjena dozračene energije sunca po

mjesecima, http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/

[8] I. Cetinić, V. Drnovšek (2013.), Korištenje energije sunčevog zračenja kao izvora energije u

sustavima grijanja, hlađenja, ventilacije i pripreme tople vode, Stručno usavršavanje

ovlaštenih arhitekata i ovlaštenih inženjera, XIV. tečaj, Tehničko veleučilište Zagreb, 2013.

[9] I. Balen (2011.), Isplativost primjene solarnih toplinskih sustava (2. dio), Stručno usavršavanje

ovlaštenih arhitekata i ovlaštenih inženjera, X. tečaj, Tehničko veleučilište Zagreb, 2011.

Page 10: Radni parametri solarnog toplinskog sustava za pripremu PTV-ad.researchbib.com/f/enBQt1AGphpTEz.pdf · U radu su prikazani rezultati mjerenja radnih parametara solarnog toplinskog

P – 369

Operating Parameters of a Solar Thermal System for DHW

Heating

Ivan Vrljičak

University Department of Professional Studies, University of Split, Split, Croatia

[email protected]

Zlatko Jankoski

University Department of Professional Studies, University of Split, Split, Croatia

[email protected]

Abstract. The paper presents the results of measuring the operating parameters of a solar thermal

system. The solar thermal system is used in the laboratory for heating domestic hot water (DHW). A

solar thermal panel is placed at the location 43°31'21'' N i 16°27'01'' E, facing South at the fixed angle

of 30°, in relation to the horizontal plane. The measurement of operating parameters was carried out

over two specific periods of time (in summer and winter), in order to analyse the performance of solar

system in different operating conditions. Based on the results measured, the efficiency and coverage

ratios of the solar thermal system are estimated. Finally, the results were compared with the data

available in the literature.

Key words: solar energy, solar thermal system, efficiency, coverage ratio