Werner Weiss. AEE - Institute for Sustainable Technologies A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 2 AUSTRIA

Transcripción

1 Collector Hydraulics Werner Weiss AEE - Institute for Sustainable Technologies A-8200 Gleisdorf, Feldgasse 2 AUSTRIA

2 Hydraulic connection of collectors

3 Hydraulic connection of collectors

4 Collector hydraulics: serial - parallel Parallel connection All collectors work on the same temperature level The total mass flow is devided by the number of collectors Serial connection All collectors work on different temperature levels The mass flow in all collectors is equal to the total mass flow To To T3 T2 T1 Ti Ti

5 Pressure drop

6 Pressure drop

7 Mass flow in parallel connected collectors Pressure p 1. Connection which causes diffent mass flows p e p col p dist High mass flow in the first collector, low mass flow in the last collector of the field p s m col f p col The higher h the pressure drop (mass flow) in the collector the lower the pressure drop in the distribution pipes p dist << p col

8 Mass flow in parallel connected collectors Pressure p 2. Connection via return pipe (Tichelmann) p e p col p dist Different mass flows in the centre and at the end of the collector field p s -> non-linear pressure in the distribution pipes pp

9 Mass flow in parallel connected collectors Pressure p 3. Connection via return pipe and reduced pipe diameter in the distribution pipes pp p e p s p col p dist Equal mass flow in all collectors of the field

10 Mass flow in parallel connected collectors Pressure p 4. Connections with valves for each string p e pp col p dist p válvula Equal mass flow in all collectors of the field p s Different pressure is compensated via ajustable valves

11 THE HYDRAULIC CONNECTION OF THE COLLECTORS

12 Hydraulic connection of large-scale collectors

13 Flat plate Collectors Roof Integrated

14 Large-scale collectors Entlüftung Kollektorvorlauf 1 m 2 m ca. 4 m Kollektorrücklauf ca. 10 m

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16 Collector connections Variante 1: Np filas de Ns captadores Np captadores en paralelo Mfield Definiciones: (1) Afield = Ncol * Acol (2) Ncol = Ns * Np rie Ns captado ores en ser Mcol Mcol Mcol Relaciones caudal area: (3) Mcol = Mfield / Np Mfield

17 Conexión de campos solares: Variante 2: Ns bloques de Np captadores Np captadores en paralelo Mfield Ns captador res en serie e Definiciones: Mcol Mcol Mfield Mcol (1) Afield = Ncol * Acol (2) Ncol = Ns * Np Mfield Relaciones caudal area: (3) Mcol = Mfield / Np Mfield Mfield Mfield

18 Conexión de campos solares: Variante 3: Np1 filas de Ns bloques de Np2 captadores Bloque 1 Bloque Ns IN Fila 1 OUT Fila Np1 Np = Np1 * Np2

19 Relación entre caudal en el campo y caudal en el captador Definiciones: (1) Afield = Ncol * Acol (2) Ncol = Ns * Np Relaciones caudal area: (3) Mcol = Mfield / Np Con (3) y (2) -> (4) Mcol = (Mfield / Ncol) * Ns Dividiendo (4) por Acol -> (5) (Mcol/Acol) = (Mfield / Acol*Ncol) * Ns Relación de caudal por unidad de superficie en el campo y en el captador está dado por el número de captadores conectados en serie Sustituyendo Afield por Ncol*Acol (Ec. (1)): (6) (Mcol/Acol) = (Mfield / Afield) * Ns E invirtiendo ecuación (6): (7) (Mfield / Afield) = (Mcol/Acol) * (1/Ns)

20 Relación entre caudal y salto de temperatura Cálculo para radiación solar máxima (1000 W/m2) (rendimiento captador supuesto: 70%) Q u G T A c mc p T s T e Regimen de flujo m A c T T s T e T s 15 C T kg/m2h K C flujo alto flujo medio fljujo bajo

21 Ventajas y desventajas de sistemas low-flow Pro Reacción rápida: ya con bajo nivel de radiación (mañana) se llega a la temperatura de servicio Diámetro inferior de tubería Coste de instalación inferior Menos pérdidas térmicas Menor consumo de energía eléctrico para bombas de recirculación Contra Necesidad de un acumulador estratificado Altas temperaturas en la zona superior del acumulador Rendimiento inferior en sistemas con baja cobertura solar Posible en sistemas grandes: -> caudal variable ( matched flow )

22 Consequencias de un flujo no equilibrado Altas temperaturas en los ramos con poco caudal -> peligro de sobrecalentamiento -> reducción del rendimiento

23 Criterios de diseño de un campo solar 1. Selección del caudal total del campo solar (Mfield / Afield) : High-flow / low-flow -> opción de diseño según tipo de aplicación 2. Definición del caudal máximo / mínimo permitido en el captador (Mcol/Acol) (según especificaciones del fabricante) límite inferior: evitar régimen de flujo laminar (reducción de transferencia de calor) límite superior: exceso de pérdida de carga 3. Definición del número de captadores por conectar en serie Ns = (Mcol/Acol) / (Mfield / Afield) Nota: Ns puede variar según el rango de variación permitido en Mcol/Acol y Mfield/Afield 4. Elegir la configuración definitiva del campo según los siguientes criterios: ajuste a la geometría del espacio disponible minimización de la longitud de tubería minimización de la cantidad de válvulas equilibradoras