The comparison of solar installation heat gains and SHW simulation results – case study

• Autorzy: Olczak Piotr

Identyfikatory

DOI

10.33223/epj/126981

Warianty tytułu

PL

Porównanie uzysków ciepła z instalacji solarnej z symulacją – studium przypadku

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In Poland an increase in the of number solar thermal collectors is observed in household applications. For economic and ecological profitability the creation of a solar thermal installation design in a proper manner is essential. In order to determine solar installations size, software calculating future solar heat gains is used. SHW software is an examples of such software. The aim of this work was to compare the simulation results with the real results of the solar installation operation. The comparison was performed by an example of a single-family house with flat plate collector installations located in south-east Poland. This installation supports domestic hot water preparation in a house occupied by four people (in two-year period of analyses). The additional heat source in this building is a gas boiler. Solar fraction parameter values were chosen for this comparison. Solar fraction is calculated as a ratio of solar heat gains used in the domestic hot water preparation process to the heat desired for domestic hot water preparation. The real results of Solar Fraction turned out to be higher than the simulation results from May to August (there were many days with Solar Fraction = 1). A difference of 20–50 percentage points was observed (Solar Fraction). Apart from this period no special differences were observed. Additionally analyses of differences between solar heat gains calculated by Get Solar simulation software with real values (for analyzed building) was performed. This simulation analysis was done before process of building installations.

PL

W Polsce obserwuje się wzrost liczby kolektorów słonecznych w zastosowaniach domowych. Dla opłacalności ekonomicznej i ekologicznej ważne jest właściwe zaprojektowanie instalacji solarnej. W celu ustalenia wielkości instalacji słonecznych stosuje się oprogramowanie do obliczania przyszłych zysków ciepła słonecznego. Program SHW jest jednym z przykładów takiego oprogramowania.Celem pracy było porównanie wyników symulacji z rzeczywistymi wynikami pracy instalacji solarnej. Porównanie przeprowadzono na przykładzie domu jednorodzinnego (z instalacją płaskich kolektorów słonecznych) położonego w południowo-wschodniej Polsce. Instalacja solarna obsługuje przygotowywanie ciepłej wody użytkowej w domu zamieszkanym przez cztery osoby (w dwuletnim okresie analizy). Dodatkowym źródłem ciepła w tym budynku jest kocioł gazowy. Do porównania wybrano wartości parametru Solar Fraction. Solar Fraction jest obliczany jako stosunek zysków ciepła słonecznego wykorzystywanych w procesie przygotowania ciepłej wody użytkowej do ciepła pożądanego do przygotowania ciepłej wody użytkowej. Rzeczywiste wyniki frakcji słonecznej (w skali miesięcznej) okazały się wyższe od wyników symulacji w okresie od maja do sierpnia (było wiele dni z Solar Fraction = 1). Maksymalna różnica wyniosła 20–50 punktów procentowych (Solar Fraction). Oprócz tego okresu nie zaobserwowano żadnych szczególnych różnic. Dodatkowo przeprowadzono analizę osiągniętych różnic między zyskami ciepła słonecznego obliczonymi przez oprogramowanie symulacyjne Get Solar a wartościami rzeczywistymi (dla analizowanego budynku). Symulacja ta została wykonana przed procesem budowy instalacji.

Słowa kluczowe

EN

simulation; renewable energy; solar energy; flat plate collector; solar thermal

PL

symulacje; energia słoneczna; OZE; płaski kolektor słoneczny; ciepło solarne

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Polityka Energetyczna
• Rocznik: 2020
• Tom: T. 23, z. 3
• Strony: 41--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Olczak Piotr

• Mineral and Energy Economy Research Institute of the Polish Academy of Sciences, Kraków, Poland

Bibliografia

• Biawar 2012. BIAWAR solar set installation manufacturer’s offer. Cracow, p. 4.
• Calise et al. 2019 – Calise, F., Figaj, R.D. and Vanoli, L. 2019. Energy performance of a low-cost PhotoVoltaic/ Thermal (PVT) collector with and without thermal insulation. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 214, p. 012116.
• Canales et al. 2020 – Canales, F.A., Jadwiszczak, P., Jurasz, J., Wdowikowski, M., Ciapała, B. and Kaźmierczak, B. 2020. The impact of long-term changes in air temperature on renewable energy in Poland. Science of the Total Environment 729, p. 138965.
• EPLAB 2015. Black & White Pyranometer. [Online] http://www.eppleylab.com/wp-content/uploads/pdf/EPPLEY160919-8-48-Diffuse.pdf [Accessed: 2020-01-05].
• ETU 2020. GetSolar 9.0. [Online] https://www.etu-software.com/M/SOFTWARE/Renewables-Simulation/GetSolar-Professional/Seite.html,154166,96653 [Accessed: 2020-08-20].
• Figaj et al. 2020 – Figaj, R., Żołądek, M. and Goryl, W. 2020. Dynamic Simulation and Energy Economic Analysis of a Household Hybrid Ground-Solar-Wind System Using TRNSYS Software. Energies 13(14), p. 3523.
• Good et al. 2015 – Good, C., Andresen, I. and Hestnes, A.G. 2015. Solar energy for net zero energy buildings – A comparison between solar thermal, PV and photovoltaic–thermal (PV/T) systems. Solar Energy 122, pp. 986–996.
• Hartmann et al. 2011 – Hartmann, N., Glueck, C. and Schmidt, F.P. 2011. Solar cooling for small office buildings: Comparison of solar thermal and photovoltaic options for two different European climates. Renewable Energy 36(5), pp. 1329–1338.
• Hevelius wunder n.d. [Online] http://www.biawar.com.pl/systemy-solarne/hevelius-wunder-kolektory-plaskie/hevelius-cls-3-bz [Accessed: 2020-08-20].
• Hsieh et al. 2017 – Hsieh, S., Omu, A. and Orehounig, K. 2017. Comparison of solar thermal systems with storage: From building to neighbourhood scale. Energy and Buildings 152, pp. 359–372.
• Instalreporter 2020. PLUM Ecosol 200 Regulatory. [Online] https://instalreporter.pl/produkty/regulator-ecosol-200/ [Accessed: 2020-08-20].
• Intergaz 2020. BK-G4. [Online] https://www.intergaz.eu/produkty/gazomierze/miechowe/bk-g4m/ [Accessed: 2020-08-20].
• Jeleński et al. 2020 – Jeleński, T., Dendys, M., Tomaszewska, B. and Pająk, L. 2020. The Potential of RES in the Reduction of Air Pollution: The SWOT Analysis of Smart Energy Management Solutions for Krakow Functional Area (KrOF). Energies 13(7), p. 1754.
• Kryzia et al. 2020 – Kryzia, D., Kuta, M., Matuszewska, D. and Olczak, P. 2020. Analysis of the potential for gas micro-cogeneration development in Poland using the Monte Carlo method. Energies 13(12), p. 3140.
• Kryzia, D. and Pepłowska, M. 2019. The impact of measures aimed at reducing low-stack emission in Poland on the energy efficiency and household emission of pollutants. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 22(2), pp. 121–132.
• Kuta et al. 2016 – Kuta, M., Matuszewska, D. and Wójcik, T.M. 2016. The role of phase change materials for the sustainable energy. E3S Web of Conferences 10, p. 00068.
• Matuszewska et al. 2017 – Matuszewska, D., Kuta, M. and Górski, J. 2017. Cogeneration – Development and prospect in Polish energy sector. E3S Web of Conferences 14, p. 01021.
• Metbox 2020. Danfoss Calstreem EEM-C. [Online] http://metbox.com/en/we_connect/Danfoss-Calstreem-EEM-C [Accessed: 2020-08-20].
• Ministry of Development 2019. Typical Reference Year, Ministry of Development. [Online] https://www.gov.pl/web/fundusze-regiony/dane-do-obliczen-energetycznych-budynkow [Accessed: 2019-12-18].
• Olczak, P. 2020. The influence of excessive solar heat gains on heat loss in the hot water tank – case study. Polityka Energetyczna – Energy Policy Journal 23(2), pp. 91–104.
• Olczak et al. 2015 – Olczak, P., Zabagło, J., Kandefer, S. and Dziedzic, J. 2015. Influence of Solar Installation with Flat-Plate Collectors in a Detached House on Pollutants Emission and Waste Stream. Between Evolution and Revolution – in Search of an Energy Strategy, WAT, Poznań, pp. 739–752.
• Olczak et al. 2018 – Olczak, P., Kryzia, D., Augustyn, A. and Olek, M. 2018. The economic profitability of the changing size of solar collectors surface in the case study of the household domestic hot water installation. Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk 102, pp. 77–90.
• Olczak et al. 2020 – Olczak, P., Matuszewska, D. and Zabagło, J. 2020. The Comparison of Solar Energy Gaining Effectiveness between Flat Plate Collectors and Evacuated Tube Collectors with Heat Pipe: Case Study. Energies 13(7), p. 1829.
• Olczak, P. and Zabagło, J. 2015. The Efficiency of the Solar System With Heat Pipe Collectors in Apartment Building. District Heating, Heating, Ventilation 11(46), p. 427.
• Pająk et al. 2020 – Pająk, L., Tomaszewska, B., Bujakowski, W., Bielec, B. and Dendys, M. 2020. Review of the Low-Enthalpy Lower Cretaceous Geothermal Energy Resources in Poland as an Environmentally Friendly Source of Heat for Urban District Heating Systems. Energies 13(6), p. 1302.
• PROVA 2020. PROVA 800 Multi-Input Thermometer/Datalogger, PROVA. [Online] www.prova.com.tw/product_detail.asp?seq=23 [Accessed: 2020-05-18].
• Sacharczuk, J. and Taler, D. 2019. Numerical and experimental study on the thermal performance of the concrete accumulator for solar heating systems Energy 170, pp. 967–977.
• UIBK 2017. SHW – Simulation Software for Thermal Solar Systems. Universitat Innsbruck. [Online] https://www.uibk.ac.at/bauphysik/forschung/shw.html.en [Accessed: 2020-08-20].
• Weiss, W. and Spörk‐Dür, M. 2018. Global Market Development and Trends in 2018. Gleisdorf, Austria.
• www.mdpi.com/1996-1073/13/14/3523.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).