Zastosowanie metody potencjałów węzłowych do analizy i projektowania instalacji słonecznych ciepłej wody

analogia termoelektryczna, metoda potencjałów węzłowych, zastępcza sieć cieplna, instalacja słoneczna ciepłej wody użytkowej, metody analizy i projektowania, zastosowanie w budownictwie małoobiektowym i na terenach rolniczych

W pracy przedstawiono zastosowanie analogii termoelektrycznej poprzez wykorzystanie metody potencjałów węzłowych do utworzenia zastępczej sieci cieplnej (zsc) w celu sformułowania matematycznego modelu do analizy słonecznych instalacji ciepłej wody użytkowej. ZSC ma postać obwodu RC i składa się z 6 węzłów symulujących poszczególne elementy instalacji i gałęzi zawierających opory cieplne wymiany ciepła pomiędzy węzłami. dla każdego z węzłów sformułowano równanie bilansu cieplnego, a zatem powstał układ sześciu równań. W celu ich rozwiązania ułożono algorytm symulacyjny przy pomocy pakietu MathCad 7.0 służący naukowo-badawczej analizie termicznej a następnie wykonano pakiet symulacyjny w wersji użytkowej. Wykonano modele i przeprowadzono symulacje dla ustalonego i nieustalonego stanu pracy instalacji, zaprezentowano wyniki przeprowadzonych pomiarów w instalacji doświadczalnej i dokonano analizy porównawczej wyników symulacji z wynikami pomiarów. Potwierdziła ona przydatność modelu i pakietu symulacyjnego również w warunkach klimatycznych regionu Polski środkowo-wschodniej uznanej za region drugi w kraju pod względem dostępności energii promieniowania słonecznego (eps) o dużych możliwościach jej wykorzystania na terenach rolniczych. Pakiet symulacyjny jest głównym narzędziem opisanym w pracy i składa się z następujących sekwencji:
1. Wprowadzenie danych.
2: Obliczenia rezystancji cieplnych.
3. Obliczenia stanu ustalonego.
4. Obliczenia stanu nieustalonego.
Narzędzie to jest uniwersalne i umożliwia dowolne rozszerzanie modelu ZSC o dodatkowe elementy, liczbową i graficzną prezentację wyników, w tym także quasi-przestrzenną prezentację wyników dla stanu przejściowego. Użytkowa wersja programu przeznaczona dla inżynierów projektantów takich systemów jest przyjazna dla użytkownika i jest dostępna także w wersji angielskiej. Algorytmy umożliwiają symulację stanów przejściowych w zależności zarówno od warunków pogodowych jak i wewnętrznych parametrów systemu. Praca prezentuje wyniki symulacji przeprowadzone w różnych zakresach wymuszeń. Analiza stanu niestacjonarnego wskazuje na nowe aspekty pracy termicznych instalacji słonecznych. Poszczególne opory cieplne są obliczane w ścisłej zgodności z zasadami wymiany ciepła odbywającej się na drodze przewodzenia, konwekcji i promieniowania. zaprezentowane przykłady symulacji przedstawiono na wykresach wykazujących zależności względem wymuszeń zewnętrznych i wewnętrznych parametrów układu. Pokazują one m.in. zmienność temperatur w poszczególnych węzłach zależną od różnej dostępności eps i innych warunków pogodowych.