Рис 11.4. Расчгаяая схема ССТ

участия ССТ в покрытии годового графика тепловой нагрузки. Следует, однако, отметить, что в общем случае доля ССТ в покрытии годового графика тепловой нагрузки объекта может оказаться искомой оптимизируемой величиной. В этом случае цикл расчетов выполняют для различных значений суммарной* площади коллекторов, обеспечиваюпщх покрытие годовой тепловой нагрузки в диапазоне . 10 ... 100 %. Оптимальное значение доли ССТ определяют по максимуму экономической эффективности ССТ.

Алгоритм формирования схемного решения ССТ предусматривает возможность задания и отработки конкретных вариантов, предлагаемых проектировпщком. В этом случае задается компоновка блока коллекторов, а на "избыточной" матрице отмечается принимаемая конфигурация ССТ путем задания номеров батарей, включаемых в схему.

Теплотехнический и гидравлический расчет ССТ. Теплотехнический и гидравлический расчет ССТ заданной конфигурации выполняют на основе расчетной схемы (рис. U.4), которая включает гелиоприемник (ГЛ), т.е. систему плоских коллекторов, водяной теплообменник (ГО), водяной бак-аккумулятор фА), систему теплоизолированных теплопроводов, циркуляционные насосы [ЦИ]. В качестве внешних факторов рассматривают: поток солнечной радиации по направлению нормали к плоскости коллекторов Н( Г ); температуру наружного воздуха -о^*^); расход теплоты на выходе из БА - <?p( 2").

Поток солнечной радиации, поглощенный системой солнечных коллекторов, вызывает нагрев воды, циркулирующей через коллекторы. Последняя поступает либо непосредственно в БА (одноконтурные системы), либо в ГО, где обусловливает нагрев воды из БА (двухконтурные системы). Циркуляция воды в системе обеспечивается работой насоса (системы с принудительной циркуляцией) или гидростатическим давлением, вызванным разностью плотностей воды в плоскости коллекторов и БА, возникающей при нагревании теплоносителя в коллекторах (системы с естественной циркуляцией). В неавтоматизированных системах с принудительной циркуляцией расход воды через плоскость коллекторов является постоянной величиной (см. гл. 7). В системах с естественной циркуляцией расход теплоносителя является переменной величиной, зависящей от разности температур теплоносителя в плоскости коллекторов и в аккумулирующей емкости.

Из-за сильной зависимости от внешних факторов, имеющих стохас тическую природу, теплофизические процессы, происходяпдае в системе, являются нестационарными. Для описания этих процессов используют систему дифференциальных уравнений, получаемых на основе закона сохранения энергии. При составлении уравнений принимают следуюпдае условия:

система может быть представлена в виде отдельных элементов, процессы теплопередачи между которыми характеризуются средними в пределах каждого элемента значениями коэффициентов теплообмена;

температура теплоносителя в отдельных элементах изменяется равномерно от входа к выходу.

С учетом сделанных допущений тепловую модель рассматриваемой системы представляют в виде отдельных областей с равномерным полем температур. Система дифференциальных уравнений, описывающих протекаюпдае в системе процессы, имеет вид:

Nidt

n = l

dt

dt

dt _l_

dt

+ Uj(tj - g +gjCj,Py - «,) =gjci,(ti - tj); i = m. i = 3, / = 1;

dt.

^jdT dt

+ U/P, - g -SfbiH - tj): I = 1.J = 2;

"fit * " o> =^i.^bPk - V>; ^=""г:/=2;

(11.12) (11.13)

(11.14)

(11.15) (11.16) 277

с, + щЩ - g +g,P^(ti - t^efjfi - tj);! = 2./ = 2.i■= 2;

dt

dt

(11.17) (11.18) (11.19)

(11.20)

(11.21)

где g^j - расход теплоносителя через f-й коллектор п-го ряда; gi = ^^Sn~ суммарный расход теплоносителя в гелиоконтуре; - расход теплоносителя у потребителя; g^ — расход теплоносителя на входе в БА; t^ t^^, t^ tj, tj - средние температуры в соответствующих областях; u^j, u^, uj, - коэффициенты теплопередачи отдельных областей; Cji с-у Ср Ср с^ - удельная теплоемкость отдельных элементов; t^ - температура окружающей среды; к^, — характеристики теплообменника.

Приведенные уравнения представляют запись ■ закона сохранения энергии для различных областей тепловой модели ССТ: уравнение (11.12) - для системы плоских коллекторов; (11.13) - для теплопровода, соединяющего выход из батарей солнечных коллекторов с входом в теплообменник (или в бак-аккумулятор в случае одноконтурной системы); (11.15) - для теплопровода, соединяющего выход ТО с входом батарей солнечных коллекторов; (11.16) - то же, соединяющего выход, БА с входом ГО; (11.18) - то же, соединяющего выход ТО с входом БА. Уравнения (11.14) и (11.17) - описывают работу теплообменника; (11.19) ... (11.21) - работу БА при условии наличия в нем вертикальной стратификации температуры жидкости.

Начальными условиями для рассматриваемой задачи служат

*niljr=o = «i]T=0 = ik-0={V=e=4t = o = i«lf=o = o-

(11.22)

Система уравнений (11.12) ... (11.21) дополняется уравнениями потокораспределения (составленными из предположения, что гидравлический режим- в элементах гелиосистемы является устойчивым турбулентным):

«1^Г = Ч;

(11.23) (11.24)

/1г=о = ^2г =в=-.= л,=о=-=/(д,

(11.25)

где^г - суммарное гидравлическое сопротивление гелиоконтура и соединительных трубопроводов; hi - напор, развиваемый в i-й области; + j, у) - текущая плотность теплоносителя в !-й и смежной с ией областях в данный момент времени.

Уравнение (11.23) соответствует системам с принудительной циркуляцией. В этом случае:

8l "боп^тахз

(11.26)

где - задаваемое значение оптимального расхода тетшоносителя через плоскость коллектора; — максимальное число рядов коллекторов в батарее.

В этом случае задача гидравлического расчета сводится к выбору расчетных заданй параметров гелиоконтура (диаметров соединительных трубопроводов, мест установки вентилей и др.), обеспечивающих оптимальные значения расхода теплоносителя в каждом коллекторе и соответствующее расходу (11.26) значение напора, развиваемого циркуляционным насосом (л^)^

В случае систем с естественной циркуляцией плотность теплоносителя является функцией его температуры и уравнение (11.24) решается совместно с уравнениями (11.12) ... (11.21) при начальных условиях, определяемых уравнениями (11.22), (11.25). Система в данном случае является саморегулирующейся.

Систему (11.12) ... (11.24) решают численным интегрированием с шагом во времени, определяемым соотношением:

^оп

(11.27)

Где V - объем теплоносителя в системе.

Необходимые параметры внешней среды - температура окружающего воздуха, потоки солнечной радиации - формируются моделью внешней среды.

Расчет элементов оборудования ССТ. Расчет элементов оборудования ССТ выполняют на основе принятой схемно-структурной организации ССТ и ее параметров, определенных в процессе теплотехнических и гидравлических расчетов. Порядок расчета следующий:

сантехническое оборудование, электрооборудование, строительные Конструкции (включая объемы строительно-монтажных работ).

Элементы сантехнического оборудования рассчитывают на основе

принятого схемного решения и комплекса теплотехнических и гидравлических характеристик. Расчету подлежат: длины и диаметры трубопроводов; подача и тип насосов; число, размеры и типы вентилей, задвижек, клапанов, воздухосборников, грязевиков и других элементов; объем монтажных работ по установке солнечных коллекторов.

Расчет элементов электрооборудования включает подбор электродвигателей к насосам, силовых щитов, автоматических выключателей, пускателей и т.п.

Элементы строительных конструкций рассчитывают в соответствии со Строительными нормами и правилами [4].

Сметные расчеты. Сметные расчеты включают в себя составление локальных, объектных и сводных смет. Расчет выполняют исходя из состава работ, отраслевых нормативов и расценок, представленных в базе данных.

Технико-экономический анализ. Экономическую эффективность строительства ССТ определяют по результатам сопоставления годовых приведенных затрат в ССТ и альтернативный источник теплоснабжения. Годовые приведенные затраты определяют по формуле

П = Е„К + И,

(11.28)

где Ец = 0,12 - нормативный коэффициент эффективности; К - капитальные вложения; И — годовые издержки.

Капитальные вложения в источник теплоснабжения определяют: для ССТ - по результатам расчета сметной стоимости строительства; для действующего традиционного источника принимают равными 0; для нового источника на органическом топливе к = (сд^ст, где д^с^ -теплопроизводительность ССТ. к - удельные капитальные вложения в источник на органическом топливе (зависят от типа котлов, района строительства и др.).

Годовые издержки складываются из переменной и постоянной составляющих. Постоянная составляющая определяется амортизадаон-ными отчислениями (а) от капитальных вложений в размере 9 % для котельных и 5 % для ССТ. Переменная составляющая издержек включает затраты на топливо, зарплату обслуживающего персонала и размер ущерба, наносимого окружающей среде при сжигании органического топлива в котельной.

Таким образом, для определения полных издержек используют следующие формулы:

и = аК + CjB + c^mQcCT * Уо.С.(11-29)

где а — амортизационные отчисления от капитальных вложений; cj- — удельные затраты на]

топливо; В - расход топлива, cj - годовая зарплата одного работника; m - штатный коэффициент; Qcct - годовая выработка теплоты; у - ущерб, наносимый окружающей среде;

В = 0,033есст/? зам.^^^^"^

где f зам ■" коэффициент полезного действия замещаемого источника. Удельные затраты на топливо

Ct = 3j + 3,(11.31)

где З]- — замыкающие соответствующие затраты; з — дополнительные затраты на распределительный транспорт.

Ущерб, наносимый окружающей среде при сжигании органического топлива, в соответствии с методическими рекомендациями [2], определяют по формуле

Уо.С=ВУо.С(1^-32)

^^^ УО.С. ~ удельный ущерб, наносимый окружающей среде при сжигании одш^ 1 т усл. топл.

Эта величина может быть ориентировочно определена по данным табл. 11.1 [2].

11.1. Ущо1б, 11аносимый окружающей среде сжиганием органического топлива и мелких котельных, руб /т усл. топл.

Примечание.1- котельная с очистными сооружениями; 2 - то же, без очистных сооружений.

Экономический эффект от строительства ССТ выражается как

Эсст = Па-ПссТ(11-33)

где n^Qj, Пд - годовые приведм!вые затраты соответственно на ССТ и альтернативный источник теплоснабжения.