Inwentaryzacja i projekt kolektorów słonecznych...3.1. Liczba i typ nowych kolektorów...

Net Zero City

68-72 Newtownards Rd Belfast, United Kingdom

www.netzerocity.com

Inwentaryzacja i projekt kolektorów słonecznych

Obiekt: KEZO PAN Jabłonna

Net Zero City


www.netzerocity.com

Przedmiot opracowania Przedmiotem opracowania jest instalacja kolektorów słonecznych w Centrum Badawczym

PAN – KEiZO zlokalizowanym przy ul. Akademijnej w Jabłonnej. Zakres opracowania

obejmuje inwentaryzację uszkodzonej instalacji solarnej oraz projekt kolektorów

słonecznych.

Podstawa opracowania

a) założenia i wytyczne przekazane przez Inwestora b) obowiązujące normy i przepisy c) inwentaryzacja d) podkłady architektoniczne e) dokumentacja powykonawcza instalacji sanitarnych f) wytyczne producenta kolektorów słonecznych

Net Zero City


www.netzerocity.com

1. Inwentaryzacja

1.1. Parametry zasobników ciepłej wody użytkowej

1.1.1. Wężownice wymiennikowe w zasobnikach i pojemność zasobników

Poniżej w formie tabelarycznej przedstawiono zestawienie podstawowych parametrów

zastosowanych w instalacji zasobników ciepłej wody użytkowej:

Zestawienie zasobników CWU

CWU 1 -20.500NE CWU 2 - 20.500NE

Pojemność wodna wężownicy górnej [dm3]

6,4 6,4

Pojemność wodna wężownicy dolnej [dm3]

13,7 13,7

Pojemność nominalna [dm3] 500 500

Pojemność rzeczywista [dm3] 472 472

1.1.2. Istniejąca instalacja solarna

Na powierzchni dachu zlokalizowane są konstrukcje przeznaczone do montażu kolektorów

słonecznych. Z maszynowni na powierzchnię dachu wyprowadzone są piony instalacji

solarnej. Do konstrukcji montażowych doprowadzone są przewody instalacji solarnej.

Istniejące przewody oraz kolektory słoneczne uległy zniszczeniu w wyniku zagotowania się

czynnika. Kolektory słoneczne zostały zdemontowane.

Na poziomie przyziemia zlokalizowane są odbiorniki ciepła:

• Wymiennik do absorpcyjnego agregatu chłodniczego 58kW

• Dwa zasobniki CWU 2x35,2kW

• Bufor ciepła niskotemperaturowego 58kW

• Bufor ciepła wysokotemperaturowego z wymiennikiem pośredniczącym 60kW

• Wymiennik do turbiny microORC 12kW

• Wymiennik do układu suszenia biomasy 30kW

Przepływ czynnika w instalacji wymuszony jest poprzez pracę pomp obiegowych

obsługujących obiegi każdego z odbiorników ciepła.

Net Zero City


www.netzerocity.com

2. Opis stanu istniejącego

Czynniki, które najprawdopodobniej miały wpływ na nieprawidłową pracę instalacji

kolektorów słonecznych:

• Użycie innego płynu od zalecanego przed producenta płynu dla kolektorów

próżniowych mogło wpłynąć na szybszą degradację glikolu w czasie stagnacji.

• Zbyt duże wielkości średnic przewodów

• Za małe prędkości przepływu

• Nieprawidłowe dobory wielkości naczyń wzbiorczych i chłodzących

• Brak wysokotemperaturowych flowsetterów, skutkujący nieprawidłowymi

przepływami w szeregach kolektorów

• Brak zbilansowania przepływu i transferu ciepła w instalacji

• Brak pełnego odbioru ciepła z obiegu kolektorów DF w momentach pełnego

załadowania buforów ciepła. Trudno ocenić skuteczność istniejącego wtórnego

obiegu zrzutu ciepła, aczkolwiek użycie zrzutu ciepła na pierwotnym obiegu dla

kolektorów typu DF jest wymagane przez producenta.

• Włączenie różnych typów kolektorów do jednego obiegu bez uwzględnienia

pojemności naczyń wzbiorczych.

Net Zero City


www.netzerocity.com

3. Projekt kolektorów

3.1. Liczba i typ nowych kolektorów słonecznych

Do zasilenia instalacji kolektorów słonecznych zostaną wykorzystane następujące

urządzenia:

1. 2x HP400(30) prod. Kingspan

2. 9x HP400(20) prod. Kingspan

3. 13x DF400(30) prod. Kingspan

4. 2x KS2100 TLP AC (14.47.01) prod. Hewalex

3.2. System hydrauliczny

3.2.1. Koncept hydrauliczny

W projektowanej instalacji solarnej przewiduje się zasilenie następujących odbiorników

ciepła:

1. Wymiennik do absorpcyjnego agregatu chłodniczego 58kW

2. Dwa zasobniki CWU 2x35,2kW

3. Bufor ciepła niskotemperaturowego 58kW

4. Bufor ciepła wysokotemperaturowego z wymiennikiem pośredniczącym 60kW

5. Wymiennik do turbiny microORC 12kW

6. Wymiennik do układu suszenia biomasy 30kW

Instalacja kolektorów słonecznych podzielona jest na 3 niezależne od siebie układy

hydrauliczne. Pierwszy układ stanowi grupa kolektorów próżniowych Thermaflex HP400 w

liczbie 9 zestawów po 20 rur próżniowych każdy oraz 2 zestawy po 30 rur próżniowych.

Drugi układ hydrauliczny stanowi grupa kolektorów próżniowych Thermaflex DF400 w liczbie

13 zestawów po 30 rur próżniowych każdy. Trzeci układ hydrauliczny stanowi grupa 2

kolektorów płaskich typu KS2100 TLP AC. Każdy z układów posiada indywidualne podejście

do każdego z zasilanych odbiorników ciepła. Za przepływ czynnika w instalacji odpowiadają

pompy obiegowe. W celu zabezpieczenia instalacji przed zniszczeniem w wyniku zastoju

nagrzanego czynnika w rurociągach projektuje się rozwiązania zrzutu ciepła dla układu

kolektorów typu DF, jak również naczynia wzbiorcze zabezpieczające przed nadmiernym

wzrostem objętości czynnika w instalacji. Zabezpieczenie przed nadmiernym ciśnieniem

czynnika w instalacji realizowane poprzez zastosowanie zaworów bezpieczeństwa.

Przepływy w poszczególnych gałęziach instalacji regulowane są przy wykorzystaniu zaworów

regulacyjno-pomiarowych wysokotemperaturowych typu Tacosetter prod. Kingspan.

3.2.2. Wymiarowanie przewodów i przepływy

3.2.2.1. Wymiarowanie przewodów i długości poszczególnych przewodów

Wymiarowanie przewodów przeprowadzono zgodnie z wytycznymi producenta kolektorów

słonecznych. Prędkość przepływu czynnika w rurociągu powinna się zawierać w przedziale

0,4-0,8 m/s. Średnica każdego przewodu została dobrana na podstawie ilości czynnika w

danym obiegu i zalecanej prędkości przepływu.. Średnice przewodów wykorzystywane w

Net Zero City


www.netzerocity.com poszczególnych obiegach zgodnie z częścią graficzną opracowania. Poniżej w formie

tabelarycznej przedstawiono zestawienie zastosowanych w instalacji średnic przewodów

wraz z ich sumaryczną długością

3.2.2.2. Przepływy w poszczególnych odnogach systemu i poprzez pompy

obiegowe

Przepływy w poszczególnych odnogach systemu zostały wyznaczone na podstawie

wytycznych producenta kolektorów słonecznych. Wielkości przepływów w każdym z

obiegów zgodnie z schematem instalacji solarnej.

3.2.3. Wymiarowanie pomp

Dla poszczególnych obiegów instalacji solarnej dobrano indywidualne pompy obiegowe.

Założenia do obliczeń i wyniki doboru dla każdego obiegu przedstawiono poniżej:

Obieg 1 – kolektory płaskie

Straty ciśnienia w sieci przewodów – 148mbar

Straty ciśnienia na kolektorach – 8mbar

Straty ciśnienia na wymienniku turbiny microORC – z powodu braku informacji technicznych

o spadku ciśnienia przy przepływie przez zastosowany wymiennik założono wartość

120mbar. W przypadku, gdy rzeczywista wartość spadku ciśnienia przy przepływie będzie się

różnić od założonej należy dokonać ponownego doboru pompy obiegowej.

Łączne straty ciśnienia – 276mbar

Dobrano pompę obiegową WILO Yonos Pico 25/1-4. (Q=3,6l/min; H=2,81m H2O).

Obieg 2 – kolektory Direct Flow

Obliczenia przeprowadzono dla najbardziej niekorzystnej ścieżki.

Straty ciśnienia w sieci przewodów – 395mbar

Straty ciśnienia na kolektorach – 64mbar

Straty ciśnienia na wymienniku agregatu absorpcyjnego – z powodu braku informacji

technicznych o spadku ciśnienia przy przepływie przez zastosowany wymiennik założono

wartość 125mbar. W przypadku, gdy rzeczywista wartość spadku ciśnienia przy przepływie

będzie się różnić od założonej należy dokonać ponownego doboru pompy obiegowej.


Dobrano pompę obiegową WILO Stratos 25/1-8. (Q=26,0l/min; H=7,04m H2O).

Obieg 3 – kolektory Heat Pipe

Obliczenia przeprowadzono dla najbardziej niekorzystnej ścieżki.

Net Zero City


www.netzerocity.com Straty ciśnienia w sieci przewodów – 313mbar

Straty ciśnienia na kolektorach – 35,6mbar

Straty ciśnienia na wężownicy BCN – z powodu braku informacji technicznych o spadku

ciśnienia przy przepływie przez zastosowany wymiennik założono wartość 80mbar. W

przypadku, gdy rzeczywista wartość spadku ciśnienia przy przepływie będzie się różnić od

założonej należy dokonać ponownego doboru pompy obiegowej.


Dobrano pompę obiegową WILO Yonos Pico 25/1-6. (Q=16,0l/min; H=4,39m H2O).

3.2.4. Wymiarowanie naczyń

3.2.4.1. Naczynia wzbiorcze

W celu zabezpieczenia instalacji solarnej przed nadmiernym przyrostem objętości czynnika

w rurociągach przewidziano zastosowanie naczyń wzbiorczych. Dla każdego z obiegów

zastosowano oddzielne naczynie wzbiorcze. Naczynia należy zlokalizować w maszynowni po

stronie powrotnej czynnika do kolektorów słonecznych. Poniżej w formie tabelarycznej

przedstawiono zestawienie zastosowanych urządzeń:

Zestawienie naczyń wzbiorczych

Obieg Pojemność naczynia [dm3] Dobrany model

Obieg Direct Flow 200 Reflex S 200

obieg Heat Pipe 80 Reflex S 80

Obieg kolektorów płaskich

18 Reflex S 18

3.2.4.2. Naczynia chłodzące

W celu zabezpieczenia naczyń wzbiorczych przed negatywnym oddziaływaniem gorącego

czynnika zastosowano naczynia chłodzące. Poniżej w formie tabelarycznej przedstawiono

zestawienie zastosowanych urządzeń:

Zestawienie naczyń chłodzących

Obieg Pojemność naczynia [dm3] Dobrany model

Net Zero City


www.netzerocity.com

Obieg Direct Flow

60 Reflex V 60

obieg Heat Pipe 20 Reflex V 20

Obieg kolektorów

płaskich 6 Reflex V 6

3.3. Dobór zaworów regulacyjno-pomiarowych wysokotemperaturowych

Zawory regulacyjno-pomiarowe wysokotemperaturowe zostały dobrane na podstawie

przepływów w poszczególnych bateriach kolektorów słonecznych. Wielkości stosowanych

zaworów w poszczególnych obiegach zgodnie z częścią graficzną opracowania. Poniżej w

formie tabelarycznej przedstawiono zestawienie stosowanych w instalacji zaworów

regulacyjnych:

Zestawienie zaworów regulacyjno-pomiarowych

TACOSETTER HT 2-12 TACOSETTER HT 8-18

Ilość [-] 10 2

3.4. Dobór zrzutu ciepła

3.4.1. Wymiarowanie odbiornika ciepła

Dla obiegu wykorzystującego kolektory typu Direct Flow przewidziano zabezpieczenie przed

przegrzaniem czynnika w formie zrzutu ciepła. Zgodnie z wytycznymi producenta należy

przewidzieć odbiór ciepła przy wykorzystaniu chłodnicy wentylatorowej o mocy łącznej

16,4kW (420 W/10 rur próżniowych) np. Air Blast Cooler 20 kW firmy UK Exchangers lub

podobnej. Urządzenie należy włączyć do obiegu za miejscem połączenia wszystkich

strumieni.

3.4.2. Przepływ w obiegu

W projektowanym obiegu DF przewiduje się przepływ 26l/min.

3.4.3. Sterowanie

Sterowanie obiegiem zrzutu ciepła będzie się odbywać na podstawie temperatury czynnika

w przewodach zbiorczych. Podczas gdy zostanie przekroczona dozwolona maksymalna

temperatura czynnika, należy przełączyć działanie zaworu trójdrogowego z obiegu

normalnego na obieg zrzutu ciepła. Podczas przewidywanego braku rozbioru ciepła z obiegu

DF instalacji solarnej należy również przełączyć obieg na zrzut ciepła w celu zabezpieczenia

urządzeń przed przegrzaniem i zniszczeniem.

Net Zero City


www.netzerocity.com

3.5. Charakterystyka kolektorów w systemie

3.5.1. Zasięg pary w kolektorach DF, HP, płaskich

Dla każdego z obiegów przeprowadzono obliczenia określające zasięg pary w każdym z

układów kolektorów słonecznych. Poniżej w formie tabelarycznej przedstawiono wyniki

obliczeń:

Obieg 1

UKŁAD 1 - DF

5xDF30 Lsmax 106,7

Psmax 200,0

Ac 16,0

qpipe 30,0

5xDF30 Lsmax 106,7

Psmax 200,0

Ac 16,0

qpipe 30,0

3xDF30 Lsmax 64,0

Psmax 200,0

Ac 9,6

qpipe 30,0

Obieg 2

UKŁAD 2 - PŁASKIE

2xKS2100

TLP AC Lsmax 8,7

Psmax 60,0

Ac 3,6

qpipe 25,0

Obieg 3

UKŁAD 3 - HP

4xHP20 Lsmax 28,4

Psmax 100,0

Ac 8,5

qpipe 30,0

2xHP30 Lsmax 21,3

Psmax 100,0

Net Zero City


www.netzerocity.com

Ac 6,4

qpipe 30,0

3xHP20 Lsmax 38,4

Psmax 100,0

Ac 9,6

qpipe 25,0

2xHP20 Lsmax 25,6

Psmax 100,0

Ac 6,4

qpipe 25,0

3.6. Sterowanie

3.6.1. Mierzone temperatury

Pomiar temperatury czynnika powinien się odbywać na przewodach zbiorczych w pobliżu

każdego szeregu kolektorów słonecznych. Należy kontrolować temperaturę czynnika, aby

uniknąć zagotowania w przewodach i uszkodzenia zarówno samych urządzeń, jak i

rurociągów. W przypadku kolektorów typu Direct Flow w momencie przekroczenia

temperatury maksymalnej czynnika należy uruchomić obieg zrzutu ciepła.

3.6.2. Sekwencja załączania pomp oraz zaworów trójdrogowych

Przełączanie zaworów trójdrogowych oraz załączanie pomp obiegowych powinno

następować w momencie zmiany wykorzystywanego obiegu kolektorów słonecznych (DF,

HP, kol. płaskie).

Zasilenie poszczególnych odbiorników zgodnie z częścią graficzną opracowania.

3.7. Wytyczne branżowe

3.7.1. Wytyczne elektryczne

� Zasilenie pomp obiegowych � Doprowadzenie zasilenia do urządzeń sanitarnych

3.8. Bezpieczeństwo i ochrona zdrowia

Podczas realizacji robót Wykonawca musi przestrzegać przepisów dotyczących BHP.

W szczególności Wykonawca ma obowiązek zadbać, aby personel nie wykonywał pracy w

warunkach niebezpiecznych, szkodliwych dla zdrowia oraz niespełniających odpowiednich

wymagań sanitarnych. Wykonawca musi zapewnić i utrzymywać w należytym stanie

wszelkie urządzenia zabezpieczające, socjalne, sprzęt i odpowiednia odzież służące ochronie

życia i zdrowia oraz zapewniające bezpieczeństwo osób zatrudnionych na budowie.

Net Zero City


www.netzerocity.com Podczas realizacji zadania projektowego wymagane jest bezwzględne stosowanie się do

zasad BHP dotyczących bezpieczeństwa pracy na wysokości oraz czynników

niebezpiecznych. Zwraca się szczególną uwagę na przestrzeganie przepisów BHP przy pracy

na wysokości na dachu.

Strefy robót na wysokościach powinny być odpowiednio oznaczone i odgrodzone, a

pracownicy powinni posiadać odpowiednie zabezpieczenia.

Pracownicy zatrudnieni przy robotach budowlanych i montażowych powinni być

przeszkoleni pod względem bezpieczeństwa i higieny pracy stosownie do rozporządzenia w

sprawie szczegółowych zasad szkolenia w dziedzinie bezpieczeństwa i higieny pracy (Dz. U.

Nr 180/04, poz. 1860), oraz posiadać aktualne badania lekarskie stwierdzające możliwość

wykonywania prac na wysokości.

Na całym terenie robót obowiązywać będzie nakaz noszenia kasków ochronnych dla

wszystkich pracowników i służb dozoru.

Przebywanie na terenie robót osób trzecich odbywać się może jedynie po wydaniu

zezwolenia przez kierownika robót i pod nadzorem osoby upoważnionej do przebywania na

terenie.

Wszelkie roboty powinny być wykonywane zgodnie z wymogami Rozporządzenia Ministra

Infrastruktury z 06.02.2003 roku „w sprawie bezpieczeństwa i higieny pracy podczas

wykonywania robót budowlanych” (Dz. U. Nr 47, poz. 401 wraz z późniejszymi zmianami).

3.9. Wykonanie, próby i odbiory techniczne

Instalacje należy wykonać i odebrać zgodnie z:

Rozporządzeniem Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków

technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki ich usytuowanie,

Warunki techniczne wykonania i odbioru instalacji ogrzewczych COBRTI INSTAL ZESZYT 6

� Zasadami sztuki budowlanej, obowiązującymi przepisami BHP, P.POŻ. i SANEPID, � Wymaganiami montażowymi producentów zastosowanych urządzeń, � Obowiązującymi przepisami i normami oraz tzw. dobrą praktyką inżynierską.

Badania odbiorcze instalacji solarnej (analogia do węzła cieplnego ) powinny przebiegać wg

metodyki badań określonej normą PN-B02423 uwzględniającej ich podział na badania przy

odbiorach częściowych oraz przy odbiorze końcowym.

Instalację należy napełnić płynem o parametrach spełniających wymagania producenta.

Próby szczelności dla obiegu glikolowego wykonać dla ciśnienia 5 bar. Próby ciśnieniowe

należy przeprowadzić przy zdemontowanych zaworach bezpieczeństwa oraz odciętych

naczyniach wzbiorczych.

Net Zero City


www.netzerocity.com Obniżanie i podwyższanie ciśnienia w zakresie od ciśnienia roboczego do próbnego powinno

odbywać się jednostajnie z prędkością nie większą niż 1 bar/min. Podczas próby szczelności

oraz gdy układ znajduje się pod ciśnieniem zabrania się wykonywania jakichkolwiek prac

związanych z usuwaniem usterek.

Badanie instalacji w stanie gorącym możliwe jest dopiero po zaistnieniu odpowiednich

warunków zewnętrznych (odpowiednio długie i intensywne promieniowanie słoneczne) -

wykonawca zobowiązany jest do wykonania badań i regulacji oraz do oceny uzysku ciepła w

okresie rocznej eksploatacji instalacji.

Wszystkie materiały winne być dopuszczone do stosowania w budownictwie i oznaczone

znakiem CE a ponadto zastosowane materiały i urządzenia powinny posiadać atesty

higieniczne wydane przez Państwowy Zakład Higieny oraz certyfikaty Polskiego Centrum

Badań i Certyfikacji lub Centralnego Ośrodka Badania Rozwoju Techniki Instalacyjnej Instal

lub Deklaracje zgodności.

UWAGA: Podane w niniejszym opracowaniu rozwiązania materiałowe należy traktować

jako przykładowe. Dopuszcza się stosowanie rozwiązań równoważnych pod względem

parametrów technicznych, gabarytowych i eksploatacyjnych.

Autor opracowania :

mgr inż. Krzysztof Chojecki

Net Zero City


www.netzerocity.com

4. Załączniki

1. Karta katalogowa kolektorów próżniowych typu HeatPipe

2. Karta katalogowa kolektorów próżniowych typu DirectFlow

3. Karta katalogowa kolektorów płaskich typu KS2100 TLP AC

5. Zestawienie rysunków

1. Rzut instalacji solarnej – dach wyższy

2. Rzut instalacji solarnej – dach niższy

3. Rzut instalacji solarnej - przyziemie

4. Schemat instalacji solarnej – obieg kolektorów DF

5. Schemat instalacji solarnej – obieg kolektorów HP

6. Schemat instalacji solarnej – obieg kolektorów płaskich

Net Zero City


www.netzerocity.com

5.1. Pierwotny schemat technologiczny instalacji kolektorów słonecznych (poprawiona wersja z dn. 21.07.2017)

Net Zero City


www.netzerocity.com

5.2. Zdjęcia z inwentaryzacji

5.3.

Net Zero City


www.netzerocity.com

Inwentaryzacja i projekt kolektorów słonecznych...3.1. Liczba i typ nowych kolektorów...

Documents

Transcript of Inwentaryzacja i projekt kolektorów słonecznych...3.1. Liczba i typ nowych kolektorów...