能源供與需計算
 (即供=需) |
集熱器可提供熱能 = 業者所需之負載熱能、使用人數、熱水使用量 集熱器可提供之熱能以羅柏法計算出：
以羅柏法計算單位面積可收集全年度熱能之優點
每平方米全年可收集之有關能量Q( GJ / m²yr )之方程式為 Q = Fγτα〔q0 + q1Ix + q2Ix²〕---------------(1) Fγτα：集熱器性能參數 q0、q1、q2 ：羅柏法所得關係數(如附表一) Ix：該集熱器之年平均起始日照量( Kw / m² ) Ix= FγUL ( Ti-Ta ) / Fγτα ×KW / 1000w ---------------(2) Ti：進水口平均溫度 Ta：當地年平均大氣溫度 負載所需之能量qn qn = CP×ρ×W ×( TS-Tm ) ×N ---------------(3) qn：N天所需求之能量 CP：水之比熱4.2kj / kg℃ 4.2kj = 1000cal ρ：水之密度1kg / L W：每天用水量kg / day L = kg TS：熱水溫度 Tm：冷水溫度 N：負載天數
例一：屏東某員工宿舍每天需提供50人之沐浴用熱水 (1)請求出其所需之熱能負載 (2)若使用Fγτα = 0.8 FγUL = 7集熱器，其有效集熱面積為2m²，需要幾片？ 解：由表一查出當地之冷水溫24.8℃ 假設每人使用60 L的60℃熱水 則(1) qn = CP×ρ×W ×( TS-Tm ) ×N = 4.2 × 1kg / L × ( 60 L × 50人 ) × ( 60℃-24.8 ℃) × 365天 = 4.2 × 3000 × 35.2 × 365 =161 ×106 KJ =161 GJ ------------這一年所需之熱能 J：焦耳 則(2) Q = Fγτα〔q0 + q1Ix + q2Ix²〕 先求出Ix=FγUL ( Ti-Ta ) / Fγτα ×KW / 1000w = 0.154 KW / m² 代入公式如下 Q = 0.8〔6. 208–( 13.897 × 0.154 ) + ( 7.776 × 0.154² )〕 = 3.4 GJ / m² yr 所需之集熱器片數 = 161 GJ / 3.4 GJ ÷2m² = 23.6片 = 24片
例二：台中有一飯店，其每天平均有40為旅客住宿，試估計其所需之太陽能熱水系統之大小。 解：首先，其負載之估計可依每位旅客耗用60℃熱水預估150公升計算，則每天之負載一方程式(3)計算，並令平 均冷水溫度22℃， q = 4.2比熱 × 1kg / L × 150 L × ( 60℃ × 22℃ ) × 40人 = 9.6 ×105 KJ = 0.96 GJ 故其全年總負載為 Q = q × 365 = 350 GJ 接下來，若是使用Fγτα = 0.75，FγUL = 7.0 w/m²℃ 之集熱器，依前節所示介紹之羅柏法估計 此集熱器所能提供之能量，利用方程式(2)求起始日照量Ix時，集熱器平均進口溫度依不同系統迴 路而大有不同，假設我們所設計之系統為再循環強制式系統，並控制其流量為 0.22 kg / m² - sec，則平均入口溫度可以令為平均冷水溫度加22℃，因此， Ix = 7.0 ×( 22 ) / 0.75 × 1000 = 0.205 kw 依方程式(1)，則該集熱器之全年可收集之有用能量 Q = 0.75〔5.375 –( 13.00 × 0.205 ) + ( 7.937 × 0.205² )〕 = 2.28 GJ / m² yr 因此，其所需集熱器面積為 A = 350 / 2.28 ≒153.5 m² 若是每片集熱器之有效集熱面積為2m²，則該飯店之太陽能熱水系統需77片集熱器。 ( 以上部分資料內容摘錄自李崇江、蔡世銘所著之技術手冊 ) |
