Modelowanie matematyczne instalacji słonecznej do przygotowania ciepłej wody użytkowej i ogrzewania powietrznego, z akumulacją ciepła
Variant of the title
Mathematical modeling of the DHW and space air heating solar system with heat accumulation
Author
Sacharczuk, Jacek
Promoter
dr hab. inż. Dawid Taler, prof. PK
Release date
2016
Date of defense
01.06.2016
Publisher
[s.n.]
Language
Polish
Keywords
energia słoneczna, akumulacja, bilansowa metoda elementów skończonych
solar energy, storage, Control Volume Finite Element Method
Abstract
Praca poświęcona jest zagadnieniu magazynowania energii cieplnej, pozyskiwanej przez kolektory słoneczne, w buforowym zasobniku ciepła, wykonanym w postaci bloku betonowego, o strukturze kanałowej. Ideą pracy było stworzenie prostego modelu matematycznego, nadającego się do prowadzenia ciągłych symulacji pracy systemu, a w szczególności procesów ładowania i dynamicznego rozładowywania akumulatora betonowego o strukturze kanałowej. Model nieustalonego przewodzenia ciepła w strukturze akumulatora, zbudowano w oparciu o bilansową metodę elementów skończonych BMES. Metoda ta pozwala na modelowanie nieustalonego przewodzenia ciepła w ciałach stałych, przy użyciu stosunkowo prostego modelu numerycznego, możliwego do rozwiązania przy pomocy autorskiego programu obliczeniowego, przy relatywnie krótkim czasie obliczeń. W pracy przedstawiono szereg przykładowych przebiegów ładowania i rozładowywania akumulatora, które posłużyły do weryfikacji doświadczalnej zbudowanego modelu matematycznego, na podstawie pomiarów wykonanych na stanowisku laboratoryjnym. W trakcie pomiarów badano proces nagrzewania i dynamicznego rozładowywania akumulatora, poprzez pomiary temperatur i przepływów mediów oraz porównywanie ich z wynikami symulacji. Pomiary wykonywano w różnych warunkach: przy zróżnicowanych temperaturach zasilania wymiennika, przepływach powietrza obiegowego oraz zróżnicowanych schematach zmian temperatury wody zasilającej. Przeprowadzone pomiary wykazały dobrą zgodność z modelowanymi przebiegami teoretycznymi.
The dissertation addresses the problem of the storage of thermal energy acquired with solar collectors in an auxiliary storage unit in the form of a concrete block with duct structure. The aim of the dissertation was to create a simplified mathematical model that could be used to perform continuous simulations of the thermal performance of the system, with a particular emphasis on the processes of dynamic loading and unloading of the concrete block with duct structure. The transient heat conduction model of an accumulator was built using the control volume based finite element method (CVFEM). This method allows to model transient heat conduction in the accumulator using a coarse mesh of finite volumes. Calculations were done using the own program. The developed method of modeling provides a short computation time while maintaining high calculation accuracy. The dissertation presents performance tests of accumulator loading and unloading that were employed to verify the developed mathematical model experimentally, using the measurements conducted in the laboratory facility. accumulator heating and dynamic unloading were tested by measuring temperatures and media flows, and comparing these to simulation results. The measurements were made in various conditions: with varying exchanger feed temperatures, air flow in an air loop as well as with changing water temperature. The measurements indicate good compatibility with calculations.
PKT classification
442900 Energetyka o źródłach odnawialnych i inne rodzaje energetyki
440000 Energetyka
Department
Faculty of Environmental and Power Engineering
License
Licencja PK. Brak możliwości edycji i druku.
Access rights
Zasób dostępny dla zalogowanych użytkowników lub z komputerów w domenie PK
