Рис бЛ. Схема геяиодушевой ■ геяиогевц)апфов

1— солнечный нагреватель;

2- бак-аккумулятор; 3 -уравнительный бак; 4 — листовой генератор теппа; 5 - магистраль холодной воды; 6 - к потребителю

Широкое распространение получили разработанные ТашЗНИИЭП типовые проекты гелиодушевых на 2 и 4 кабины и гелиогенераторов-горячей воды производительностью 500 и 1000 л/сут (рис. 6.21\ Однако, использование в них стальных коллекторов Братского завода, работающих По одноконтурной схеме, существенно ограничивает их эффективную область применения.

Помимо перечисленных имеется целый ряд разработанных типовых проектов и типовых проектных решений, привязанных к локальным, региональным архитектурно-конструктивным или технологическим решениям.

Литература

1.Бекман У., Клейн С, Даффи Дж. Расчет систем солнечного теплоснабжения. - М.! Энергоиздат, 1982. - 80 с.

2.Даффи Дж., Бекман У, Тепловые процессы с использованием солнечной энергии. - М.: Мир, 1977.-354 с

3.KoHCMHTUHoecKuu Ю.А., Заваров А.И., Рабинович М.Д., Ферт А.Р. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий — Киев: Будивельник, 1985. — 104 с.

4.Пономарев В.Н., Тютюников А.И., Мосягин В.Ю. Анализ работы гелиосистемы с теплонасоснон установкой // Холодильная техника. - 1982. - № 6. - С. 46-49.

5.Рекомендации по проектированию установок солнечного горячего водоснабжения дпя жилых и общественных зданий: К ВСН 52-86.- Киев: КиевЗНИИЭП, 1987. -119 с.

6.Рымкевич А.А., Барский М.А. Технико-экономическое обоснование выбора нсточни- ■! ка холодоснабжения для кондиционирования воэдухаУ/Холодильная техника. - 1966. — №9.-С. 22-26.

Глава 7. АВТОМАТИЗАЩЯ РАБОТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

7.1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛО-и ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Автоматизация систем тепло- и хладоснабжения (СТХС) позволяет повысить точность поддержания технологических параметров на объекте управления, получить дополнительную экономию энергетических ресурсов, снизить эксплуатационные расходы, повысить теплопроизводительность СТХС. В ряде случаев она создает возможность для перевода рассматриваемых систем на работу в часы льготного тарифа электроэнергии, позволяет существенно снизить расходы на отопление и охлаждение помещений за счет рационального управления режимами аккумулирования тепла (холода), сокращения потерь энергии в окружающую среду и др.

Основной особенностью систем солнечного тепло- и хладоснабжения как объектов автоматического управления является несовпадение суточного и годового хода тепловых лучистых потоков и требуемых режимов потребления тепловой энергии зданиями и их инженерными системами.

Различие в режимах теплопоступления и теплопотребления выдвигает необходимость, с одной стороны, в оснащении гелиосистем тепловыми аккумуляторами, а с другой стороны, в оборудоваши этих систем дублирующими (пиковыми) источниками теплоты.

Задачи автоматического управления системами солнечного теплоснабжения в общем виде можно сформулировать следующим образом:

независимо от режима радиационных теплопоступлений должны поддерживаться требуемые значения регулируемых параметров (температуры воздуха в помещении, температуры воды в системе горячего водоснабжения и др.) на объекте теплопотребления;

энергетические потери при преобразовании лучистой энергии в тепловую, при транспорте и хранении произведенного тепла должны быть минимальными;

работу гелиосистем необходимо организовать таким образом, чтобы затраты топливно-энергетических ресурсов при производстве теплоты дублируюидам источником, а также ущерб от загрязнения окружающей среды были сведены к минимуму;

должна быть обеспечена защита солнечных коллекторов, а также других элементов гелиосистем от замерзания, перегрева и механических повреждений.

Решение первой задачи можно представить как

(7.1)

при условии, что

(7.2)

где 2- момент времени; Т - изучаемый временной промежуток работы системы (год, отопительный сезон, месяц, сутки и т.п.); N — число измерений, проведенных за период времени Г; А tj — отклонение значения регулируемой температуры в момент времени Г ,• от заданного значения; Д вдр,,, — нормированное (максимально допустимое) отклонение регулируемой температуры от заданного значения.

Минимизация тепловых потерь в системе солнечного теплоснабжения имеет место при условии

™п[Оп.солн(^ ) + Оптр( ^) + еп.а(^ ) + ^п.п^(

(7.3)

где Qjj ^ддд — потери энергии при улавливании солнечной радиации, ее преобразовании в тепловую и переносе (рассеивании) произведенной тепловой энергии из солнечного коллектора в окружающую вреду; Оп тр ~ •мтери полученной энергии лри транспортировании в гелиосистеме; 0^,^ - потери тепловой энергии в аккумуляторе; Оп.пр. ~ "о^ери тепловой энергии в прочих элементах системы солнечного теплоснабжения.

Минимизация затрат топливно-энергетических ресурсов будет обеспечена при

Q (^ )dr солн_

о, (Hdt

общ

(7.4)

где О^олн^ ^ ) ~ количество энергии, вырабатываемое в солнечном коллекторе в

момент времени Т; Оддщ — суммарное количество энергии, вырабатываемое всеми видами теплоисточников.

При этом должны выполняться также экономические условия

Zy( € )d-r ;

(7.5)

(7.6)

где Zy( t ) — стоимостная характеристика экологического ущерба от работы бивалентной (поливалентной) системы, 2^рдд( ^ ) — затраты на эксплуатацию системы, использующей солнечную энергию; Т ) — затраты на эксплуатацию альтернативного источника тепла при условии выработки одного и того же количества энергии за одинаковый период времени.

Задача поддержания требуемых параметров решается управлением потокораспределения через гелиоприемники и теплбвые аккумуляторы, а также изменением включенной мощности дублирующего источника.

Минимизация затрат при производстве в солнечном коллекторе, транспортировании и хранении тепловой энергии, достигается прекращением циркуляции теплоносителя в периоды отсутствия солнечного облучения, изменением ориентации солнечного коллектора в пространстве, обеспечивающем максимальный коэффициент эффективности коллектора при поглощении солнечных лучей и сокращение потерь при отсутствии облучения.

Минимизация затрат топливно-энергетических ресурсов при работе бивалентных систем обеспечивается за счет покрытия гелиоустанов-. ками базовой части годового (суточного) графика нагрузки и работы дублирующего источника в пиковом режиме, а также путем сезонного аккумулирования тепла (холода). Запщту оборудования гелиосистем осуществляют с помощью специальных автоматических устройств.

Многообразие типов систем солнечного тепло- и хладоснабжения предопределяет необходимость разработки и применения большого числа вариантов методов и схем их автоматизации.

При выборе вариантов следует учитывать следующие классифика-ционные признаки систем:

виды тепловой нагрузки сезонное горячее водоснабжение, круглогодичное горячее водоснабжение, технологическая нагрузка, кондиционирование воздуха, теплоснабжение, тепло- и холодоснабжение;

типы систем - автономные (без дублирующего источника тепловой энергии, с пиковым котлом на органическом топливе, с электрокотлом, с печью, с теплонасосной установкой); централизованные (гелио-структуры, связанные с системой теплоснабжения от ТЭЦ, тоже от районной котельной);

виды теплоносителя и количество контуров циркуляции - водяные одноконтурные системы, жидкостные двухконтурные и многоконтурные системы, водовоздушные и воздуховоздушные системы;

способы циркуляции теплоносителя - термосифонные (с естественной циркуляцией), с принудительной циркуляцией;

типы солнечных коллекторов - плоские солнечные коллекторы, фокусирующие солнечные коллекторы без механизма слежения, тоже с механизмом слежения, баки — солнечные водонагреватели, струйные солнечные коллекторы, открытые солнечные бассейны;

виды пассивных гелиосистем - без специальных устройств регулирования Поступления солнечной радиации, со специальными устройствами и естественной циркуляцией воздуха, тоже с принудительной циркуляцией;

виды аккумулирования - суточное, сезонное (в водяных, в гравийных, аккумуляторах, в грунте).

Свойства технологического процесса в СТХС характеризуются такими физическими величинами, как давление, уровень, расход и температура теплоносителя. Параметры делятся на качественные (уровень или объем жидкости для гидравлической емкости, ее давление, температура и т.д.) и количественные (приток теплоносителя в резервуар, расход теплоносителя). Параметры находятся в тесной функциональной связи и, изменяя один из них, можно управлять изменением второго. В общем виде в задачу управления технологическим процессом системы СТХС входит управление всеми простыми единичными цепями этого процесса и связывание их между собой.

Многообразные динамические воздействия на процессы, протекающие в автоматизируемых объектах систем СТХС, вызываются сравнительно небольшим числом факторов: непрерывных и дискретных. К первым относятся изменения давления, расхода, уровня, количества теплоты и т.д.; ко вторым - состояние исполнительных механизмов и оборудования.

Основные общие особенности систем СТХС заключаются в следующем:

зависимость режима работы системы от постоянно изменяюищхся технологических и климатических параметров, а именно: от интенсивности солнечной радиации, изменения угла наклона солнцестояния по отношению к солнечному коллектору, метеоусловий;

зависимость режима работы системы от изменяющейся в течение суток тепловой нагрузки потребителей (горячее водоснабжение, отопление);

необходимость обеспечения наиболее экономичных процессов сбора, накопления и распределения солнечной энергии;

необходимость обеспечения наиболее эффективного регулирования отбора теплоты системой СТХС от дублирующего источника (ИТП, ЦТП, электроподогрев, ТНУ и т.д.).

Приведенные особенности работы систем СТХС показывают, что для оптимального управления недостаточно наличия квалифицированного обслуживающего персонала, а необходимо использования современных средств автоматического контроля и управления.

Успех автоматизации систем СТХС в значительной степени определяется выбором степени и объема автоматизации. По степени автоматизации различают объекты с частичной, комплексной и полной автоматизацией.

Частичная автоматизация - первый этап, при котором на автоматическое управление переводят отдельные узлы и механизмы. Частичная автоматизация не позволяет использовать все преимущества автомати-

зации, так как в технологической цепи остаются неавтоматизированные процессы.

Комплексная автоматизация - второй этап, при котором весь комплекс технологических операций осуществляется по заранее разработанному алгоритму с помощью различных автоматических устройств, объединяемых общей системой управления. При этом функции человека сводятся к наблюдению за ходом процесса, анализу его показателей и выбору режимов работы оборудования.

Полная автоматизация - завершаюищй этап автоматизации технологического процесса систем СТХС, при котором система автоматических устройств выполняет без непосредственного участия человека весь комплекс операций технологического процесса, включая выбор и установление режимов работ, обеспечиваюищх наилучшие технико-экономические показатели в данных условиях. Основой перехода к полной автоматизации служит определение и установление оптимальных режимов работы оборудования и автоматизация оперативного управления, т.е. автоматическое согласование режимов работы отдельных узлов и агрегатов. Для решения этих задач широко используется вычислительная техника [3].

7л. АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТЮЙСТВА И РЕГУЛЯТОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СХЕМАХ АВТОМАТИЗАПИИ СИСТЕМ СТХС

В системах автоматизации наиболее широко используют датчики, в Которых какие-либо неэлектрические величины преобразуются в электрические, так как последние (ток, напряжение и др.) можно легко измерять, усиливать передавать на значительные расстояния, а при необходимости преобразовывать в другие величины.

Такие датчики разделяются на две группы: параметрические, в Которых изменение соответствующей неэлектрической величины преобразуется в изменение параметра электрической цепи - активное, индуктивное или емкостное сопротивление, генераторные, в которых изменение неэлектрической величины, например температуры, преобразуется в электродвижущую силу.

В системах автоматизации применяют электрические датчики следующих видов: индуктивные, емкостные, датчики сопротивления, датчики термоэлектрические. Наряду с электрическими широко используют датчики, непосредственно воспринимающие изменение неэлектрических величин (давления, расхода и температуры), в регуляторах прямого действия.

Следует отметить, что в системах СТХС и, в частности, в солнечном теплоприемном контуре рекомендуется измерять параметры теплоносителя непосредственно в солнечном коллекторе, а при невозмож-