Práce s programem VTB + kolektor

Program VTB + kolektor slouží pro výpočet společného pracovního bodu výměníků tepla řady VTB a zvoleného solárního kolektoru. Ochlazovaným mediem ve výměníku je teplonosná kapalina přicházející od solárních kolektorů a ohřívaným mediem je voda v bazénu. Výpočtový program pracuje v Mikrosoft Exelu, protože využívá řadu funkcí včetně grafů, které jsou zde k dispozici a nebylo nutné je pracně programovat. Při otevírání programu je nutné povolit makra.

Zadávání parametrů probíhá na listě „zadání„ . V horní části listu se zadávají technické parametry c0, c1 a c2použitého solárního kolektoru, jeho celková plocha, teplota venkovního vzduchu a intenzita slunečního záření, případně i maximální předpokládaná teplota teplonosné kapaliny z kolektorů. Po jejich zadání se vypočítá předběžný topný výkon kolektorů. Teoretický maximální výkon kolektorů je tepelný výkon, kdy je střední teplota kapaliny v kolektoru rovnou teplotě vzduchu. Tato situace nastává při nízké teplotě vody v bazénu ( pod 10 °C ) a dostatečné teplotě vzduchu ( nad 20 °C ). Relativní účinnost určuje vliv výměníku tepla na kolektor. Energetická účinnost kolektoru je celková účinnost kolektoru, včetně vlivu výměníku tepla. Je to procentuálně vyjádřený poměr mezi výkonem předaným do vody bazénu a celkovým zářivým výkonem, který je kolektorem zachycen. Velikost dosazovaných hodnot a další parametry program kontroluje, aby neměly nereálnou hodnotu. Velikost parametrů c0, c1a c2 je dána typem použitého slunečního kolektoru a měla by být výrobcem udávána. Přibližné hodnoty jsou uvedeny na protokolu kolektoru.

Konkrétní typ výměníku, tedy velikost výměníku, je možné navolit ze seznamu od nejmenšího VTB2 po VTB11. Výměník má pevně zvolenou teplou stranu v trubičkách a studenou v plášti. Tato volba je jednoznačně dána jeho konstrukcí. Na teplé straně je ochlazovaným mediem zvolená kapalina ( nemrznoucí ), nejběžněji voda. Jinou kapalinu je možné navolit ze seznamu kapalin. V seznamu jsou vedle vody pevně navoleny roztoky etylenglykolu a propylenglykolu s vodou, jako nejběžněji užívané nemrznoucí směsy. Při volbě kapaliny program zároveň určí, maximální a minimální teplotu, kterou je možné použít pro tuto danou kapalinu. Na studené straně je pevně určeným ohřívaným mediem voda z bazénu. Záporné teploty při provozu do bazénu nepřicházejí v úvahu. Program také nepředpokládá jiné teplonosné kapaliny.

Zapojení výměníku tepla je možné navolit buď protiproudé nebo souproudé. Touto volbou je určen pracovní režim výměníku tepla. To znamená, jestli tekutiny, mezi kterými dochází k předávání tepla, proudí proti sobě nebo v souhlasném směru. Touto volbou je i nepřímo určena velikost teploty T 12, mezi jakými teplotami se bude pohybovat.

Vstupní hodnoty, které mohu být voleny, jsou podbarveny zeleně. Ty je možné zadávat. Ostatní hodnoty zadávat nejdou a jsou programem vypočítány. Zadává se tedy množství m1protékající kapaliny od kolektorů a množství m2 bazénové vody proudící výměníkem. Dále pak teplota T21 vody v bazénu. Podle potřeby je možné zadat faktor znečištění. Zcela čistý výměník má faktor znečištění 0, velmi hodně zanesený pak cca 0,1 m2K / kW. Je vhodné ponechávat faktor znečištění roven 0. Zadání T12 je nepodstatné, výpočtem se změní.

Ihned po zadání každé hodnoty se pracovní parametry přepočítají a výsledkem je hodnota výkonu a ostatních parametrů, nalezená z rovnic přestupu tepla pro výměník. Tyto hodnoty jsou na bílém podbarvení. Zároveň je nalezena „rezerva výkonu“, která je podbarvena žlutě. Je to rozdíl, mezi zadaným výkonem a výkonem spočítaným z rovnic přestupu tepla. Pracovní bod je ten, kdy je rezerva výkonu rovna 0, to znamená když je požadovaný výkon zadaný do tepelné bilance obou stran výměníku roven výkonu nalezenému z rovnic přestupu tepla. Tento pracovní bod je hledán iteračním výpočtem, kdy jsou do výpočtu výměníku dosazovány hodnoty z kolektorů a naopak. Výpočet pro tento případ je možné spustit příslušným tlačítkem „ počítej“. Ukončení výpočtu je ohlášeno nápisem „výpočet ukončen“. Pokud není ukončení výpočtu ohlášeno, je nutné spustit počítání znovu.

Výjimečně se stane, že iterační výpočet „zabloudí„ a pracovní bod nelze uvedeným postupem nalézt. Pokud se výpočet úplně „zasekne“, je nutné ho bez ukládání zavřít a otevřít výpočet nový. Iteračnímu hledání je pak dobré napomoci tím, že ručně postupně zadávám veličinu kterou chci měnit a sleduji jak se mění rezerva výkonu a hledání výsledku. Může se ale výjimečně stát, že pro zadané parametry a zadané teploty společný pracovní bod výměníku a kolektoru opravdu neexistuje a pak ho také nelze nalézt.

Je vhodné základní výpočet výměníku provést bez linearizace přechodů mezi laminární a turbulentní oblastí. To znamená ponechat na grafech a ve výpočtech skokové změny v součinitelích přestupu tepla, pokud při malých průtocích dochází ke změnám mezi turbulentním a laminárním prouděním. Na grafech průběhů jednotlivých veličin si potom prohlédnout a posoudit provozní chování výměníku v tomto pracovním bodu. Pokud je vše podle přání, tak výpočet zopakovat s linearizací přechodů, kdy výsledky lépe odpovídají skutečnému fyzikálnímu ději ve výměníku. Při jmenovitých průtocích je ve výměníku spolehlivě turbulentní proudění a linearizací se výpočet nezmění.

Na dalším „listu“ je podrobný protokol výměníku a na dalším kolektoru, k nalezenému pracovnímu bodu. Grafy hlavních veličin pro výměník jsou na dalších dvou listech.

Při skončení výpočtu a zavírání programu je velmi vhodné, nově provedeným výpočtem nepřepsat původní program, tedy ho neukládat. Je potom jistota, že nově otvíraný program je stále původní, bez případných vad, ke kterým může během výpočtu dojít. Nic ale nebrání tomu, nový výpočet uložit jinám.

Ukázky obrazovek programu