VYUŽITÍ METEOROLOGICKÝCH DAT PŘI PROJEKČNÍ ČINNOSTI ENERGETICKÝCH SYSTÉMŮ TRNSYS 16 Korečko, 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) 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 formátu výstupních dat Výběr lokality 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 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
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
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
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 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 m 2 Objem 1910 m 3 Plocha plochých kolektorů 16 m 2 Plocha koncentračních kolektorů 18 m 2 19
Příklady využití TRNSYS-u: TEPELNÉ ZTRÁTY ROK 2006 [W] 35000 30000 31186 95 85 25000 20000 15000 25267 75 65 55 Q [W] 10000 5000 0-5000 -10000-15000 45 35 25 15 5-5 T [ C] -20000-15,20-15 -25000-21,60-25 0-I. 9-II. 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 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
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
I. Porovnání naměřených a vypočtených hodnot : Model haly Matematický model budovy 23
Využití měřených meteorologických dat v Hale ENERGETICKÉ ZTRÁTY 41.60 % ENERGETICKÉ ZISKY AKUMULACE ENERGETICKÉ ZISKY HALA 11.36 % 47.00 % FOTOSYNTÉZA 0.04 % Σ 100.00 % Disipace sluneční radiace dopadající na plochu střechy haly 24
Teplota v interiéru haly - porovnání naměřených a vypočtených hodnot r = 0.83 30 28 26 24 t [ C] 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 r = 0.98 70 3000 60 2500 50 2000 t [ C] 40 1500 Q [W/m 2 ] 30 1000 20 500 10 0 1-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
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; 28
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 15 12.7-2.3-0.4 4.0 4.4 22 26 3.1 II 15 13.0-2.0-2.8 4.0 6.9 39 44 4.6 III 25 17.8-7.2 4.5 5.6 1.1 73 88 14.6 IV 25 20.0-5.0 8.4 12.1 3.6 103 165 62.1 V 25 17.5-7.5 12.9 15.9 3.0 147 165 18.4 VI 25 x x 15.3 20.5 5.2 146 184 38.1 VII 25 x x 17.1 20.4 3.3 156 173 16.5 VIII 25 x x 18.1 19.0 0.9 138 147 8.7 IX 25 13.3-11.7 13.2 12.6-0.6 80 90 9.3 X 19 12.7-6.3 9.5 8.5-1.0 60 58-2.7 XI 15 13.0-2.0 5.0 2.2-2.8 25 23-1.4 XII 15 10.3-4.7-0.7 0.0 0.7 17 19 2.1 Σ x x x x x x 1007 1180 173.5 29
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 0 70 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] 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 2027 2666 1843 1836 0 0 37 0 II 1292 1357 1894 1580 93 29 192 0 III 1476 1418 2256 2279 167 325 365 262 IV 314 8 599 845 357 648 648 702 V 5 0 190 167 220 414 465 575 VI 0 0 8 0 263 323 483 537 VII 0 0 1 0 481 242 666 485 VIII 0 0 42 0 240 148 453 429 IX 99 143 252 125 195 43 270 184 X 753 469 817 1217 182 32 212 71 XI 2689 2702 3026 2769 27 1 98 0 XII 2514 2435 2141 2775 4 0 13 0 Σ 11170 11197 13069 13594 2228 2207 3901 3245 31
POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH ROČNÍCH ENERGERTICKÝCH ZISKŮ Z PLOCHÝCH VÁKUOVÝCH KOLEKTORŮ 800 700 600 500 kwh 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 REAL QHeliostar TRNSYS POROVNÁNÍ NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ ROČNÍ ENERGERTICKÉ POTŘEBY SKLENÍKU 3500 3000 2500 kwh 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
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 4.0-5.5 26.3 13.6 26 7 141 108 II 4.0-6.4 25.8 14.8 44 25 140 122 III 5.6-2.1 26.0 16.9 88 63 163 172 IV 12.1 3.3 25.9 21.0 165 109 157 196 V 15.9 10.0 25.6 24.5 165 166 158 227 VI 20.5 13.7 25.1 26.9 184 184 135 238 VII 20.4 16.8 24.3 27.7 173 173 126 239 VIII 19.0 15.1 24.3 27.4 147 126 129 220 IX 12.6 9.8 24.5 25.6 90 70 148 186 X 8.5 5.1 25.1 23.3 58 33 159 155 XI 2.2 0.1 24.4 18.6 23 9 146 112 XII 0.0-3.9 25.1 15.0 19 4 143 97 Σ x x x x 1180 969 1746 2073 33
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 2666 4578 0 1836 4341 0 0 0 572 0 0 680 II 1357 2618 0 1580 3323 0 29 47 519 0 0 400 III 1418 3619 0 2279 2759 0 325 172 514 262 0 702 IV 8 786 0 845 1442 0 648 146 396 702 0 539 V 0 0 0 167 10 0 414 61 388 575 352 603 VI 0 0 0 0 0 0 323 22 377 537 792 599 VII 0 3 0 0 0 0 242 16 416 485 1036 675 VIII 0 0 0 0 0 0 148 31 467 429 649 631 IX 143 126 0 125 23 0 43 101 559 184 20 553 X 469 259 0 1217 504 0 32 76 618 71 0 525 XI 2702 2149 0 2769 2863 0 1 16 522 0 0 460 XII 2435 3485 0 2775 3120 0 0 0 470 0 0 506 Σ 11197 17625 0 13594 18386 0 2207 687 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] 35 30 7 6 5 4 3 2 1 0 regulace TČ 25-1 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 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 30 POROVNÁNÍ NAMĚŘENÝCH A VYPOČTENÝCH TEPLOT V INTRIÉRU SKLENÍKU 16000 26 22 12000 18 t [ C] 14 8000 Q [W] 10 6 4000 2-2 0 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 25.X.07 datum t_interior_sekce2 t_sekce2_trnsys t_interior_sekce1 t_sekce1_trnsys t_exterior Q_VZT_REAL Q_VZT_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: korecko@enki.cz tel: +420 384 706 117 www.enki.cz, www.tic.cz, 38