VYUŽITÍ METEOROLOGICKÝCH DAT PŘI PROJEKČNÍ ČINNOSTI ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ

Transkript

1 VYUŽITÍ METEOROLOGICKÝCH DAT PŘI PROJEKČNÍ ČINNOSTI ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ TRNSYS 16 Korečko, 1

2 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) 2

3 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

4 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

5 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

6 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

7 Meteonorm Program Umožňuje výběr požadované lokality Nastavení formátu výstupních dat (je závislý od druhu použitého programu) Výpočty energetických bilancí na libovolně orientovanou plochu Výběr formátu výstupních dat Výběr lokality Výstupní data 7

8 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

9 Meteorologická stanice na střeše TIC 9

10 Čidla pro měření energetických toků v Biotechnologické hale 10

11 Čidla pro měření energetických toků ve skleníku 11

12 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

13 Využití meteorologických dat v projekční činnosti TRNSYS je simulační prostředís modulárnístrukturou, 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. 13

14 TRNSYS Simulation Studio -je to základníinterface pro sestavení energetického modelu - systém je složen z prvků (type), které jsou vzájemně propojeny vstupníma a výstupníma daty Základní programové prostředí 14

15 Prvky jsou rozděleny do třech základních skupin - prvky (Types) tvořící daný systém čerpadla, sluneční kolektory, výměníky tepla, Type114 regulace, budova ) - prvky (Types) charakterizující nestacionární podmínky systému (databáze počasí, teplota oblohy ) - prvky (Types), kterých vlastnosti jsou načítány z externích souborů (excel, matlab ) Type62 Type2b Type109-TMY2-2 Type155 Type56a Type1b Type69b Type5g 15

16 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

17 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 17

18 Příklady využití TRNSYS-u I. ENVI přístavba budovy v Třeboni II. Bio-technologická hala v Nových Hradech III.Experimentální skleník 18

19 I. Výpočet tepelných ztrát a zisků přístavba ENVI ENVI přístavba ENVI koncentrační kolektory Model budovy v SimCad-u Užitná plocha 565 m 2 Objem 1910 m 3 Plocha plochých kolektorů 16 m 2 Plocha koncentračních kolektorů 18 m 2 19

20 Příklady využití TRNSYS-u: TEPELNÉ ZTRÁTY ROK 2006 [W] Q [W] T [ C] , , I. 9-II. 20-III. 29-IV. 8-VI. 18-VII. 27-VIII. 6-X. 15-XI. 25-XII. DATUM QsumW T_exterier 20

21 Příklady využití TRNSYS-u: ROK 2006 TEPELNÉ ZTRÁTY - porovnání vypočtených a naměřených hodnot [MWh] Q [MWh] I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII ZtrátyTRNSYS -12,72-9,79-7,46-2,39-1,55-0,57 0,00 0,00 0,00-2,17-6,49-10,12 ZtrátyREAL -11,54-9,47-8,62-4,34-1,90-1,16-0,17-1,26-0,73-3,48-6,19-9,53 MĚSÍC 21

22 Příklady využití TRNSYS-u: ROK 2006 TEPELNÉ ZISKY - porovnání naměřených a vypočtených hodnot [MWh] 0,9 0,8 0,7 0,6 Q [MWh] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII HeliostarTRNSYS 0,113 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

23 I. Porovnání naměřených a vypočtených hodnot : Model haly Matematický model budovy 23

24 Využití měřených meteorologických dat v Hale ENERGETICKÉ ZTRÁTY % ENERGETICKÉ ZISKY AKUMULACE ENERGETICKÉ ZISKY HALA % % FOTOSYNTÉZA 0.04 % Σ % Disipace sluneční radiace dopadající na plochu střechy haly 24

25 Teplota v interiéru haly - porovnání naměřených a vypočtených hodnot r = t [ C] VIII. 21-VIII. 22-VIII. 22-VIII. 23-VIII. 23-VIII. 24-VIII. date t - measured [ C] t - calculated [ C] t - exterior [ C] 25

26 Teplota na výstupu z koncentračních kolektorů porovnání naměřených a vypočtených hodnot r = t [ C] Q [W/m 2 ] VIII. 1-VIII. 2-VIII. 2-VIII. 3-VIII. 3-VIII. 4-VIII. date t - calculated [ C] t - exterior [ C] t - measured [ C] Q - solar radiation [W/m2] 26

27 IV. Experimentální skleník se skleněnými optickými rastry 27

28 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; 28

29 Použití meteorologických dat při simulacích TRY versus REAL t interiér TRY t interiér REAL Δt interiér t exteriér TRY t exteriér REAL Δt exteriér I radiace TRY I radiace REAL ΔI radiace I II III IV V VI 25 x x VII 25 x x VIII 25 x x IX X XI XII Σ x x x x x x

30 Naměřená spotřeba na vytápění skleníku je tak o 65% nižší, než se původně výpočtem stanovilo a předpokládalo. Koncentrační kolektory Q [kwh] Ploché vakuové kolektory REAL PŘEDPOKLAD REAL PŘEDPOKLAD I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Σ

31 Naměřená spotřeba na vytápění skleníku je tak o 65% nižší, než se původně výpočtem stanovilo a předpokládalo. Q [kwh] Q TC REAL Q TC TRNSYS Q VZT REAL Q VZT TRNSYS Q SG REAL Q SG TRNSYS Q Heliostar REAL Q Heliostar TRNSYS I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Σ

32 POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH ROČNÍCH ENERGERTICKÝCH ZISKŮ Z PLOCHÝCH VÁKUOVÝCH KOLEKTORŮ kwh I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII QHeliostar REAL QHeliostar TRNSYS měsíc QHeliostar REAL QHeliostar TRNSYS POROVNÁNÍ NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ ROČNÍ ENERGERTICKÉ POTŘEBY SKLENÍKU kwh I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII QVZT REAL QVZT TRNSYS měsíc QVZT REAL QVZT TRNSYS 32

33 t exteriér Třeboň t exteriér Helsinki t exteriér Congo t exteriér Egypt I radiace Třeboň I radiace Helsinki I radiace Congo I radiace Egypt I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Σ x x x x

34 Q TC Třeboň Q TC Helsinky Q TC Egypt Q VZT Třeboň Q VZT Helsinki Q VZT Egypt Q SG Třeboň Q SG Helsinki Q SG Egypt Q Heliostar Třeboň Q Heliostar Helsinki Q Heliostar Egypt I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Σ

35 Porovnání naměřených a vypočtených teplot v solárních soustavách POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH TEPLOT V AKU1 A POROVNÁNÍ SKUTEČNÉHO A VYPOČTENÉHO CHODU VZT t [ C] regulace TČ X X X X X X X X X X X 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

36 Porovnání naměřených a vypočtených hodnot teplot v interiéru 30 POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH TEPLOT V INTRIÉRU SKLENÍKU t [ C] Q [W] X X X X X X X X X X X X.07 datum t_interior_sekce2 t_sekce2_trnsys t_interior_sekce1 t_sekce1_trnsys t_exterior Q_VZT_REAL Q_VZT_TRNSYS 36

37 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

38 Děkuji za pozornost Kontakt: ENKI, o.p.s. Dukelska 145 Trebon mail: tel: