W domu jednorodzinnym przeprowadzany jest przegląd słonecznej instalacji c.w.u. z czterema próżniowymi kolektorami (β = 45°, kierunek południowy). Zadanie to analiza dokumentacji: ciśnienia i przepływ z wzorów, ocena wyników pomiarów z przeglądu, zapotrzebowanie na ciepło i pole powierzchni kolektorów, elementy instalacji ze schematu oraz zasady użytkowania. Rozwiązanie zapisuje się w tabelach A ÷ E.
Kroki idą za kolejnością tabel. Każdy zaczyna się poleceniem z arkusza, wyjaśnia, skąd bierze się wpis, a na końcu podaje kryteria klucza. Wszystkie wartości policzyłem w skrypcie i porównałem z kluczem oceniania CKE.
Co widać w podglądzie. Tabele z arkusza odtworzone na stronie, a tam, gdzie coś się odczytuje, wycinki arkusza (rysunek 1, tabele 2 ÷ 4). Wpisy zdającego są granatowe i pisane ręcznie (model „d”), pola z bieżącego kroku są podświetlone na żółto.
Najważniejsze dane, do których wracamy w wielu krokach:
Jak liczą się punkty. Klucz ma 32 kryteriów w 5 rezultatach, każde za 1 punkt. Próg zdania części praktycznej to 75%, czyli 24 punktów - można stracić 8 kryteriów i nadal zdać.
Kroki 1-3 · po tym etapie masz 3 z 32 kryteriów (pkt)
Oblicz parametry pracy słonecznej instalacji grzewczej.
Wzór z tabeli 5: Psol = 1,5 bar + 0,1 bar/m · Hhyd. Wysokość hydrostatyczną bierzemy z tabeli 3 (wiersz 8): Hhyd = 6 m.
Psol = 1,5 + 0,1 · 6 = 2,1 bar.
Stała 1,5 bar to zapas ciśnienia w najwyższym punkcie instalacji (kolektory), a 0,1 bar na każdy metr wysokości to ciśnienie słupa płynu.
Oblicz parametry pracy słonecznej instalacji grzewczej.
Tabela 5 podaje warunek: Psol ≥ Pn1 + 0,3 bar. Ciśnienie wstępne naczynia może więc wynosić najwyżej:
Pn1 = Psol - 0,3 = 2,1 - 0,3 = 1,8 bar.
Różnica 0,3 bar sprawia, że po napełnieniu instalacji w naczyniu zostaje zapas płynu, który uzupełnia ubytek objętości przy stygnięciu instalacji.
Dodanie 0,3 bar zamiast odjęcia (wynik 2,4 bar) - warunek mówi, że to ciśnienie napełniania ma być o 0,3 bar wyższe (R.1.2).
Oblicz parametry pracy słonecznej instalacji grzewczej.
Wzór z tabeli 5: Vkol = Skol · Lkol. Strumień przez jeden kolektor to 1 dm³/min (tabela 1, wiersz 10), a kolektorów są 4 (treść zadania):
Vkol = 1 · 4 = 4,0 dm³/min (zapis z jednym miejscem po przecinku, jak każe przypis tabeli; klucz przyjmuje też „4”).
Kroki 4-8 · po tym etapie masz 13 z 32 kryteriów (pkt)
Na podstawie obliczonych wartości i danych z przeglądu technicznego oceń prawidłowość użytkowania instalacji.
Wartość obliczona to 1,8 bar (tabela A), rzeczywista z przeglądu (tabela 3, wiersz 2) to 2,0 bar.
Sprawdzenie warunku z tabeli 5: 2,0 + 0,3 = 2,3 bar, a instalacja jest napełniona do 2,1 bar - warunek Psol ≥ Pn1 + 0,3 bar nie jest spełniony. Ciśnienie wstępne naczynia jest za wysokie, więc ocena: NIE.
Ocena „TAK”, bo 2,0 bar mieści się poniżej ciśnienia napełniania - liczy się zapas 0,3 bar z warunku (R.2.6).
Na podstawie obliczonych wartości i danych z przeglądu technicznego oceń prawidłowość użytkowania instalacji.
Obliczone 2,1 bar, zmierzone 2,1 bar - wartości są równe, ocena: TAK.
Na podstawie obliczonych wartości i danych z przeglądu technicznego oceń prawidłowość użytkowania instalacji.
Wartość katalogowa to przedział z tabeli 2: -35 ÷ -25 °C. Zmierzona temperatura krzepnięcia (tabela 3, wiersz 3): -28 °C - mieści się w przedziale, ocena: TAK.
Na podstawie obliczonych wartości i danych z przeglądu technicznego oceń prawidłowość użytkowania instalacji.
Przedział katalogowy z tabeli 2: pH 7,5 ÷ 9,5, zmierzony odczyn: 8,5 - w przedziale, ocena: TAK. Spadek pH poniżej 7,5 oznaczałby rozkład glikolu (zakwaszenie płynu) i wymianę czynnika.
Na podstawie obliczonych wartości i danych z przeglądu technicznego oceń prawidłowość użytkowania instalacji.
Wartość obliczona to 4 dm³/min (Vkol z tabeli A). Tabela 3 podaje trzy wartości rzeczywiste, po jednej dla każdego biegu pompy - wpisuję wszystkie i oceniam każdą osobno:
Wniosek dla użytkownika: pompa powinna pracować na II biegu.
Kroki 9-12 · po tym etapie masz 17 z 32 kryteriów (pkt)
W oparciu o założenia podane w tabeli 4, oblicz całkowite dzienne zapotrzebowanie ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oblicz rzeczywiste łączne pole powierzchni wszystkich kolektorów.
Wzór z tabeli 5: Qz = Li · qcwu · cw · (Twc - Twz). Litr wody to 1 kg, więc dm³ i kg można podstawić wprost:
Qz = 4 · 50 · 0,00116 · (45 - 10) = 200 · 0,00116 · 35 = 8,12 → 8,1 kWh/d.
W oparciu o założenia podane w tabeli 4, oblicz całkowite dzienne zapotrzebowanie ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oblicz rzeczywiste łączne pole powierzchni wszystkich kolektorów.
Do ciepła netto dodaje się straty z podgrzewacza i z obiegu cyrkulacyjnego (tabela 4, wiersze 7 i 8):
Qcwu = Qz + Qpg + Qcr = 8,12 + 2,5 + 1,1 = 11,72 → 11,7 kWh/d.
W oparciu o założenia podane w tabeli 4, oblicz całkowite dzienne zapotrzebowanie ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oblicz rzeczywiste łączne pole powierzchni wszystkich kolektorów.
Wzór z tabeli 5 potrzebuje zapotrzebowania rocznego: Qcwur = Qcwu · 365 d = 11,72 · 365 = 4277,8 kWh.
A = Qcwur · U / H = 4277,8 · 0,6 / 1168 = 2,1975 → 2,2 m².
U = 0,6 oznacza, że kolektory mają pokryć 60 % rocznego zapotrzebowania, a H to roczna energia promieniowania na 1 m² dachu nachylonego pod kątem 45° na południe.
Podstawienie dobowego Qcwu zamiast rocznego - wynik 365 razy za mały (R.3.3).
W oparciu o założenia podane w tabeli 4, oblicz całkowite dzienne zapotrzebowanie ciepła do przygotowania ciepłej wody użytkowej oraz oblicz rzeczywiste łączne pole powierzchni wszystkich kolektorów.
Wzór z tabeli 5: Arz = A / ηks = 2,1975 / 0,45 = 4,883. Przypis tabeli C każe zaokrąglić w górę do jednego miejsca: 4,9 m².
Z A zaokrąglonym do 2,2 m² wychodzi 4,889, czyli po zaokrągleniu w górę ta sama wartość. Dla porównania: cztery zainstalowane kolektory mają razem 4 · 1,92 = 7,68 m² powierzchni czynnej (tabela 1), więc instalacja ma zapas.
Kroki 13-17 · po tym etapie masz 27 z 32 kryteriów (pkt)
Sporządź wykaz elementów słonecznej instalacji grzewczej, z uwzględnieniem ich funkcji.
Na rysunku 1 numer 1 wskazuje baterię rur szklanych na dachu - to kolektor słoneczny próżniowy. Jego funkcja: zamiana energii promieniowania słonecznego w energię cieplną, którą odbiera płyn solarny.
Tabela D ma pustą kolumnę „Nr elementu” - wpisuję w niej numery z rysunku, wiersz po wierszu od 1 do 5.
Sporządź wykaz elementów słonecznej instalacji grzewczej, z uwzględnieniem ich funkcji.
Czerwony zbiornik 2 podłączony do grupy pompowej to naczynie przeponowe (wzbiorcze) solarne. Płyn rozszerza się przy nagrzewaniu - naczynie przejmuje ten nadmiar objętości i kompensuje wahania ciśnienia, dzięki czemu nie otwiera się zawór bezpieczeństwa.
Sporządź wykaz elementów słonecznej instalacji grzewczej, z uwzględnieniem ich funkcji.
Element 3 to grupa pompowa (solarna) - zespół z pompą, przepływomierzem, manometrem, termometrami, zaworami napełniania i spustu, zaworem zwrotnym i odpowietrznikiem. Przypis tabeli D każe wpisać wszystkie funkcje, więc wymieniam je po kolei: wymuszenie przepływu, ustawianie przepływu, pomiar ciśnienia i temperatury, odpowietrzanie, napełnianie i wymiana czynnika, zabezpieczenie przed grawitacyjnym obiegiem (zawór zwrotny).
Nazwanie elementu 3 samą „pompą” i podanie jednej funkcji - klucz wymaga co najmniej dwóch funkcji grupy pompowej (R.4.6).
Sporządź wykaz elementów słonecznej instalacji grzewczej, z uwzględnieniem ich funkcji.
Sporządź wykaz elementów słonecznej instalacji grzewczej, z uwzględnieniem ich funkcji.
Funkcję wężownicy wpisuję osobno, bo to osobne kryterium klucza: nagrzewanie wody w zasobniku - płyn solarny oddaje przez ściankę wężownicy ciepło odebrane w kolektorach.
Kroki 18-20 · po tym etapie masz 32 z 32 kryteriów (pkt)
Określ zasady użytkowania instalacji.
Wyciek z obiegu solarnego (gorący roztwór glikolu pod ciśnieniem) albo z instalacji wodnej to sprawa dla serwisu - użytkownik nie uzupełnia płynu ani nie rozkręca połączeń. Zalecenie w obu wierszach: wezwać serwis; przy wycieku wody można dodatkowo zamknąć jej dopływ.
Określ zasady użytkowania instalacji.
Bez prądu staje pompa i sterownik, a kolektory dalej się nagrzewają - grozi stagnacja i przegrzanie płynu. Zalecenie: zasłonić kolektory słoneczne albo zapewnić dodatkowe źródło energii elektrycznej (np. zasilacz awaryjny) dla pompy i sterownika.
Określ zasady użytkowania instalacji.
W obu sytuacjach nikt nie pobiera c.w.u., więc zasobnik szybko się nagrzewa do maksimum i kolektory nie mają gdzie oddać ciepła:
Krok 21 · po tym etapie masz 32 z 32 kryteriów (pkt)
Rozwiązanie zadania wpisz w tabelach A÷E.
Na koniec czytam tabele jako całość:
Symulacja ekranu w przeglądarce - w Android Studio / Visual Studio wygląd może się nieco różnić.
To jedno z możliwych rozwiązań. Egzaminator ocenia spełnienie kryteriów z klucza odpowiedzi, a nie zgodność z tym rozwiązaniem - inna, poprawna droga też daje punkty.
Autor rozwiązania: Bartosz Bryniarski. Licencja CC BY-NC 4.0 - kopiowanie i przeróbki do celów niekomercyjnych, z podaniem autora i źródła (link do tej strony). Treść arkusza i klucza oceniania pochodzi z CKE.