VYUŽITÍ METEOROLOGICKÝCH DAT PŘI PROJEKČNÍ ČINNOSTI ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ

Dukelská 145, Třeboň, CZ – 379 01, Česká Republika, www.tic.cz, www.enki.cz

VYUŽITÍ METEOROLOGICKÝCH DAT PŘI PROJEKČNÍ ČINNOSTI ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ TRNSYS 16

Korečko, SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

1


Meteorologické data: Základní veličiny potřebné pro hodnocení energetických systémů: 1.Sluneční radiace • globální • přímá • difusní • celková dopadající na sledovanou plochu (není podmínkou) 2.Teplota vzduchu 3.Vlhkost vzduchu 4.Rychlost a směr větru (pro přesnější výpočty)

SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

2


Meteorologické data: Odkud získat meteorologické data? 1.Společnosti zpracovávající a komerčně poskytující databáze •METEONORM - společnost zpracovávající měřené meteorologické data z lokalit po celém světě •ČHMU – dostupnost dat již byla prezentovaná 2.Z měření na vlastních meteorologických stanicích •(stanice osazené čidly, které jsou potřebné pro daný typ měření)


3


Meteonorm • je komplexní meteorologický nástroj zahrnující databázi meteorologických dat a výpočetní postupy pro solární aplikace a návrh systému na libovolné požadované lokalitě na světě. • je založeny na více než 23 leté zkušeností s vývojem meteorologických databází pro energetické aplikace. • je určený pro inženýři, architekty, učitelé, projektanty a zájemce o solární energii a klimatologie.


4


Meteonorm Databáze počasí Meteorologická databáze má data z periody jednoho roku. Jsou zaznamenány v hodinovém intervalu. Nachází se tam globální a difusní radiace, exteriérová teplota, vlhkost vzduchu, rychlost a směr větru. TMY – je databáze charakteristických meteorologických hodnot pro danou lokalitu vytvořenou na základě vyhodnocení dlouhodobého sledování počasí


5


Meteonorm Mapa znázorňující místa meteorologických stanic

Detail rozmístnění stanic v České republice

stanice se zaznamenáváním intenzity slunečního záření

1442 stanic

stanice bez zaznamenávání intenzity sluneční radiace

6633 stanic


6


Meteonorm Program •Umožňuje výběr požadované lokality •Nastavení formátu výstupních dat (je závislý od druhu použitého programu) •Výpočty energetických bilancí na libovolně orientovanou plochu

Výběr lokality

Výběr formátu výstupních dat

Výstupní data


7


Vlastní měřená data Meteorologické stanice pro: • určování energetických toků v krajině (již bylo prezentováno)

(stanice obsahují radiační čidla pro měření dopadající i odražené sluneční radiace ve VIZ i IR oblasti, několik teplotních a vlhkostních čidel pro měření vlhkostního a teplotního profilu ve vzduch i zemy, čidlo pro měření rychlosti a směru větru, případně další specifické čidla dané lokalitou)

•určování energetických toků ve stavbách a systémech

(radiační, teplotní a vlhkostní čidla osazené v exteriéru i interiéru sledovaného objektu podle požadavek na určování energetických toků)


8


Meteorologická stanice na střeše TIC


9


Čidla pro měření energetických toků v Biotechnologické hale


10


Čidla pro měření energetických toků ve skleníku


11


Využití meteorologických dat v projekční činnosti Při optimalizaci energetických bilancí technologických systémů , které jsou závislé na klimatických podmínkách, je důležité zohlednit lokalitu, ve které se daný systém bude nacházet (je rozdíl či ten samý systém bude instalován v nížině nebo na horách, v Čechách nebo v Egyptě …)

V běžné projekční praxi se využívají průměrné měsíční hodnoty klimatických dat. Výpočty jsou stacionární Méně časté, ale při projekci složitějších systému, jsou využívané nestacionární výpočty energetických toků. Je potřebné mít databázi meteorologických dat alespoň v hodinových intervalech.


12


Využití meteorologických dat v projekční činnosti TRNSYS je simulační prostředí s modulární strukturou, pro analýzu energetických systémů v nestacionárních podmínkách. Dá se využít k: -ověření konceptu jednoduchého energetického systému (příprava TUV v rodinném domu) až po návrh a simulaci energetické bilance celého objektu i s jeho energetickým hospodářstvím Nestacionární podmínky při simulaci energetických systémů jsou vytvořeny na základě databáze meteorologických dat, zaznamenaných v hodinových intervalech. Databáze obsahuje 1270 TMY z celého světa. V rámci Evropy databáze obsahuje 369 míst v 35 krajinách. SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

13


TRNSYS Simulation Studio - je to základní interface pro sestavení energetického modelu

- systém je složen z prvků (type), které jsou vzájemně propojeny vstupníma a výstupníma daty Základní programové prostředí SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

14


Prvky jsou rozděleny do třech základních skupin - prvky (Types) tvořící daný systém čerpadla , sluneční kolektory Type114

regulace

, výměníky tepla

Type1b

, budova

, Type5g

…) Type56a

Type2b

- prvky (Types) charakterizující nestacionární podmínky systému (databáze počasí , teplota oblohy …) Type69b

Type109-TMY2-2

- prvky (Types), kterých vlastnosti jsou načítány z externích souborů (excel , matlab …) Type62

Type155


15


Každý prvek je specifikován: - Parameters hodnoty, které se v průběhu simulace nemění určují základní vlastnosti daného prvku

Tabulka s parametry

- Inputs and Outputs hodnoty měnící se v průběhu simulace (output-y z jedného prvku jsou spojeny s intup-y druhého prvku) Vzájemné propojení dvou prvků


16


TRNSYS - shrnutí I.

Program pro dynamickou analýzu energetických systémů (solarní systémy, budovy, kombinace budovy a solárního systému …)

II. Má modulární strukturu – energetický systém je vytvořený vzájemným propojením jednotlivých komponentů III.Nestacionární podmínky jsou specifikovány pomocí meteorologických dat uložených v databáze TRNSYS-u, nebo získaných vlastním měřením IV. Možnost sledování chování se energetického systému v průběhu celého roku nebo v průběhu specifického období v roku (léto, zima, den – noc …) V. Optimalizace systému na základě výsledků simulace SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

17


Příklady využití TRNSYS-u I. ENVI – přístavba budovy v Třeboni II. Bio-technologická hala v Nových Hradech III.Experimentální skleník


18


I. Výpočet tepelných ztrát a zisků – přístavba ENVI

ENVI – přístavba

ENVI – koncentrační kolektory

Model budovy v SimCad-u

Užitná plocha – 565 m2

Plocha plochých kolektorů – 16 m2

Objem – 1910 m3

Plocha koncentračních kolektorů – 18 m2 SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

19


Příklady využití TRNSYS-u: TEPELNÉ ZTRÁTY ROK 2006 [W] 35000

95 31186 25267

25000

Q [W]

85 75

20000

65

15000

55

10000

45

5000

35

0

25

-5000

15

-10000

5

-15000

-5

-20000

-15

-15,20 -21,60

-25000 0-I.

9-II.

T [°C]

30000

-25 20-III.

29-IV.

8-VI.

18-VII.

27-VIII.

6-X.

15-XI.

25-XII.

DATUM QsumW

T_exterier


20


Příklady využití TRNSYS-u: ROK 2006 TEPELNÉ ZTRÁTY - porovnání vypočtených a naměřených hodnot [MWh] 0 -2 -4 Q [MWh]

-6 -8 -10 -12 -14

I

II

III

IV

V

VI

VII

ZtrátyTRNSYS

-12,72

-9,79

-7,46

-2,39

-1,55

-0,57

0,00

ZtrátyREAL

-11,54

-9,47

-8,62

-4,34

-1,90

-1,16

-0,17

VIII

IX

X

XI

XII

0,00

0,00

-2,17

-6,49

-10,12

-1,26

-0,73

-3,48

-6,19

-9,53

MĚSÍC


21


Příklady využití TRNSYS-u: ROK 2006 TEPELNÉ ZISKY - porovnání naměřených a vypočtených hodnot [MWh] 0,9 0,8 0,7

Q [MWh]

0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

I

HeliostarTRNSYS 0,113

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

0,184

0,289

0,469

0,387

0,540

0,885

0,420

0,554

0,334

0,104

0,005

HeliostarREAL

0,06

0,12

0,21

0,43

0,57

0,63

0,74

0,43

0,55

0,34

0,05

0,08

FresnelTRNSYS

0,033

0,055

0,101

0,155

0,120

0,164

0,260

0,103

0,113

0,061

0,017

0,001

FresnelREAL

0,02

0,05

0,08

0,15

0,17

0,11

0,12

0,12

0,21

0,12

0,02

0,02

MĚSÍC


22


I. Porovnání naměřených a vypočtených hodnot :

Model haly

Matematický model budovy SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

23


Využití měřených meteorologických dat v Hale

ENERGETICKÉ ZTRÁTY

41.60 %

ENERGETICKÉ ZISKY AKUMULACE

11.36 %

ENERGETICKÉ ZISKY HALA FOTOSYNTÉZA Σ

47.00 % 0.04 % 100.00 %

Disipace sluneční radiace dopadající na plochu střechy haly SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

24


Teplota v interiéru haly - porovnání naměřených a vypočtených hodnot r = 0.83 30 28 26

t [°C]

24 22 20 18 16 14 12 21-VIII.

21-VIII.

22-VIII.

22-VIII.

23-VIII.

23-VIII.

24-VIII.

date

t - measured [°C]

t - calculated [°C]


t - exterior [°C]

25


Teplota na výstupu z koncentračních kolektorů – porovnání naměřených a vypočtených hodnot 3000

60

2500

50

2000

40

1500

30

1000

20

500

t [°C]

2

70

Q [W/m ]

r = 0.98

10 1-VIII.

1-VIII.

2-VIII.

2-VIII.

3-VIII.

3-VIII.

0 4-VIII.

date

t - calculated [°C]

t - measured [°C]

t - exterior [°C]

Q - solar radiation [W/m2]


26


IV. Experimentální skleník se skleněnými optickými rastry


27


Experimentální skleník se skleněnými optickými rastry Cíl: Využití skleněných optických rastrů Potřeba znát chování budovy a energetického systému pro přesné dimenzování absorbční plochy, akumulačního objemu, větracích a topných systémů Vývoj matematických modelů (TRNSYS)

Jak toho dosáhnout: Měření provozních charakteristik jednotlivých modulů – provozně i simulátor Monitorování a optimalizace modulárního nízkoenergetického skleníku Simulace a odladění modelů podle naměřených dat; SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

28


Použití meteorologických dat při simulacích TRY versus REAL

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Σ

tinteriér tinteriér t Δtinteriér exteriér TRY REAL TRY 15 12.7 -2.3 -0.4 15 13.0 -2.0 -2.8 25 17.8 -7.2 4.5 25 20.0 -5.0 8.4 25 17.5 -7.5 12.9 25 x x 15.3 25 x x 17.1 25 x x 18.1 25 13.3 -11.7 13.2 19 12.7 -6.3 9.5 15 13.0 -2.0 5.0 15 10.3 -4.7 -0.7 x x x x

texteriér Δtexteriér REAL 4.0 4.4 4.0 6.9 5.6 1.1 12.1 3.6 15.9 3.0 20.5 5.2 20.4 3.3 19.0 0.9 12.6 -0.6 8.5 -1.0 2.2 -2.8 0.0 0.7 x x


Iradiace TRY 22 39 73 103 147 146 156 138 80 60 25 17 1007

Iradiace ΔIradiace REAL 26 3.1 44 4.6 88 14.6 165 62.1 165 18.4 184 38.1 173 16.5 147 8.7 90 9.3 58 -2.7 23 -1.4 19 2.1 1180 173.5

29


Naměřená spotřeba na vytápění skleníku je tak o 65% nižší, než se původně výpočtem stanovilo a předpokládalo.

Q [kWh] Koncentrační kolektory REAL I


0

PŘEDPOKLAD 70

Ploché vakuové kolektory REAL PŘEDPOKLAD 37 244

II

93

94

192

386

III

167

125

365

562

IV

357

138

648

543

V

220

121

465

600

VI

263

94

483

484

VII

481

130

666

581

VIII

240

164

453

635

IX

195

123

270

586

X

182

141

212

593

XI

27

68

98

292

XII

4

48

13

245

Σ

2228

1314

3901

5753

30


Naměřená spotřeba na vytápění skleníku je tak o 65% nižší, než se původně výpočtem stanovilo a předpokládalo. Q [kWh]


QTC QTC REAL TRNSYS 2027 2666 1292 1357 1476 1418 314 8 5 0 0 0 0 0 0 0 99 143 753 469 2689 2702 2514 2435 11170 11197

QVZT QVZT REAL TRNSYS 1843 1836 1894 1580 2256 2279 599 845 190 167 8 0 1 0 42 0 252 125 817 1217 3026 2769 2141 2775 13069 13594

QSG QSG QHeliostar QHeliostar REAL TRNSYS REAL TRNSYS 0 0 37 0 93 29 192 0 167 325 365 262 357 648 648 702 220 414 465 575 263 323 483 537 481 242 666 485 240 148 453 429 195 43 270 184 182 32 212 71 27 1 98 0 4 0 13 0 2228 2207 3901 3245


31

Dukelská 145, Třeboň, CZ – 379 01, Česká Republika, www.tic.cz, www.enki.cz POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH ROČNÍCH ENERGERTICKÝCH ZISKŮ Z PLOCHÝCH VÁKUOVÝCH KOLEKTORŮ 800 700 600

kWh

500 400 300 200 100 0

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

QHeliostar REAL

37

192

365

648

465

483

666

453

270

212

98

13

QHeliostar TRNSYS

0

0

262

702

575

537

485

429

184

71

0

0

měsíc QHeliostar TRNSYS

POROVNÁNÍ NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ ROČNÍ ENERGERTICKÉ POTŘEBY SKLENÍKU 3500 3000 2500 kWh

QHeliostar REAL

2000 1500 1000 500 0

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

QVZT REAL

1843

1894

2256

599

190

8

1

42

252

817

3026

2141

QVZT TRNSYS

1836

1580

2279

845

167

0

0

0

125

1217

2769

2775

měsíc QVZT REAL


QVZT TRNSYS

32

Dukelská 145, Třeboň, CZ – 379 01, Česká Republika, www.tic.cz, www.enki.cz texteriér Třeboň I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Σ

4.0 4.0 5.6 12.1 15.9 20.5 20.4 19.0 12.6 8.5 2.2 0.0 x

texteriér Helsinki

texteriér Congo

-5.5 -6.4 -2.1 3.3 10.0 13.7 16.8 15.1 9.8 5.1 0.1 -3.9 x

26.3 25.8 26.0 25.9 25.6 25.1 24.3 24.3 24.5 25.1 24.4 25.1 x

texteriér Egypt 13.6 14.8 16.9 21.0 24.5 26.9 27.7 27.4 25.6 23.3 18.6 15.0 x

Iradiace Třeboň 26 44 88 165 165 184 173 147 90 58 23 19 1180


Iradiace Helsinki 7 25 63 109 166 184 173 126 70 33 9 4 969

Iradiace Congo 141 140 163 157 158 135 126 129 148 159 146 143 1746

Iradiace Egypt 108 122 172 196 227 238 239 220 186 155 112 97 2073

33



QTC QTC QTC QVZT QVZT QVZT Třeboň Helsinky Egypt Třeboň Helsinki Egypt 2666 4578 0 1836 4341 0 1357 2618 0 1580 3323 0 1418 3619 0 2279 2759 0 8 786 0 845 1442 0 0 0 0 167 10 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 143 126 0 125 23 0 469 259 0 1217 504 0 2702 2149 0 2769 2863 0 2435 3485 0 2775 3120 0 11197

17625

0

13594

18386

0

QSG QSG Třeboň Helsinki 0 0 29 47 325 172 648 146 414 61 323 22 242 16 148 31 43 101 32 76 1 16 0 0 2207


687

QSG QHeliostar QHeliostar QHeliostar Egypt Třeboň Helsinki Egypt 572 0 0 680 519 0 0 400 514 262 0 702 396 702 0 539 388 575 352 603 377 537 792 599 416 485 1036 675 467 429 649 631 559 184 20 553 618 71 0 525 522 0 0 460 470 0 0 506 5819

3245

2848

6872

34


Porovnání naměřených a vypočtených teplot v solárních soustavách POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH TEPLOT V AKU1 A POROVNÁNÍ SKUTEČNÉHO A VYPOČTENÉHO CHODU VZT 45

11 10 9

40

8

t [°C]

6 35

5 4

regulace TČ

7

3 30

2 1 0

25 14.X.07

15.X.07

16.X.07

17.X.07

18.X.07

19.X.07

20.X.07

21.X.07

22.X.07

23.X.07

24.X.07

-1 25.X.07

datum t_AKU1_top_REAL

t_AKU1_bottom_REAL

t_AKU1_top_TRNSYS

t_AKU1_bottom_TRNSYS

reg_TC_REAL

reg_TC_TRNSYS


35


Porovnání naměřených a vypočtených hodnot teplot v interiéru POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH TEPLOT V INTRIÉRU SKLENÍKU 30

16000

26

22

12000

14

8000

Q [W]

t [°C]

18

10

6

4000

2

-2 14.X.07

15.X.07

16.X.07

17.X.07

18.X.07

19.X.07

20.X.07

21.X.07

22.X.07

23.X.07

24.X.07

0 25.X.07

datum t_interior_SEKCE2

t_sekce2_TRNSYS

t_interior_SEKCE1

t_exterior

Q_VZT_REAL

Q_VZT_TRNSYS

t_sekce1_TRNSYS


36


ZÁVĚR: • model vytvořený v TRNSYS-u může být využitý k optimalizaci energetických systémů (zjištění množství energie potřebné k chlazení či topení, zjištění množství získané energie ze solárních systémů, zjištění teploty v interiéru počas slunečních dní …)


37


Děkuji za pozornost Kontakt: ENKI, o.p.s. Dukelska 145 Trebon 379 01 mail: [email protected] tel: +420 384 706 117 www.enki.cz, www.tic.cz, SOLÁRNÍ ENERGETIKA NOVÉ HRADY

38

VYUŽITÍ METEOROLOGICKÝCH DAT PŘI PROJEKČNÍ ČINNOSTI ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ

Recommend Documents