Автореферат диссертации (1141521), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При избыточнойвыработке тепловой энергии – сократить площадь коллекторного поля.4.При значительной разнице в выработке тепловой энергии в летний и зимнийпериоды. В этом случае угол наклона коллектора к горизонту βкол рекомендуется увеличить, темсамым увеличив долю преобразуемой прямой солнечной радиации IS в зимнее время иуменьшив в летнее.В третьей главе описано численное моделирование при автоматизации многофакторногоперспективного моделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.
Задачейчисленного моделирования ССТ является оценка работы системы в течение длительногопериода при различных условиях. Обеспеченность потребителя горячей водой определяетсядлительностью и непрерывностью периода, в течение которого температура воды в баке неопускается ниже комфортной для использования на бытовые нужды (принимается 33°C).Выделено 4 группы факторов, учитываемых при автоматизированном проектированииССТ для ГВС: условия моделирования, характеристики местности, параметры оборудования инагрузка на систему.Факторы из группы условий моделирования характеризуют точность математическоймодели, среди них: коэффициент теплопередачи теплообменника K (1), тепловые потериколлекторов Qпот.кол (2), тепловые потери бака-аккумулятора Qпот.б (3), тепловые потеритрубопроводов Qпот.тр (4), плотность сред ρгр, ρнагр (5), теплоемкость сред cгр, cнагр (6). С цельюупрощения моделирования, указанные 6 факторов перегруппированы следующим образом:тепловые потери коллекторов, бака-аккумулятора и трубопроводов (п.п.
2-4) перегруппированыв 2 категории – наружные и внутренние тепловые потери; плотность и теплоемкость сред (п.п.5-6) объединены в одну группу – физические свойства сред. Таким образом, факторов,влияющих на точность математической модели, становится 4:1.Коэффициент теплопередачи теплообменника;2.Физические свойства сред;3.Внутренние тепловые потери оборудования;4.Наружные тепловые потери оборудования.Помимо перечисленных параметров, при моделировании работы системы такженеобходимо учитывать одно из двух состояний насоса – ВКЛ/ВЫКЛ.17+1tгрk=tгрk 2 −2f (tгрk 2 )f ′(tгрk 2 )Рисунок 3 – Укрупненная блок-схема алгоритма нахождения параметров ССТ18Численное моделирование работы ССТ реализуется путем последовательного решениянелинейного уравнения (6) для каждого временного интервала. Нелинейное уравнение (6)может быть решено с помощью итерационных методов. В рамках данной работы былразработан метод численного моделирования, обеспечивающий устойчивую и быструюсходимость итерационного процесса при автоматизации многофакторного перспективногомоделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.
В основе предложенного методалежит алгоритм, использующий метод Ньютона. Алгоритм метода Ньютона для решенияуравнения (6) и нахождения корня tгр2 с учетом всех факторов представлен на рисунке 3.Уровень значимости факторов не достаточно изучен, в связи с чем целесообразнорассмотреть модели с ограниченным набором параметров и результаты моделирования на ихоснове. Алгоритм реализации таких упрощенных моделей также подробно описан в третьейглаве.Установлен необходимый и достаточный временный интервал, определяющий модельклиматических условий и нагрузки на систему при автоматизации многофакторногоперспективного моделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.Результаты моделирования работы системы с различными временными интерваламипредставлены на рисунке 4.Рисунок 4 – Изменение температуры теплоносителя в коллекторе при различных интервалахмоделирования работы системыПредставленные графики демонстрируют незначительные (3-7%) отличия основныхпоказателей в зависимости от временного интервала моделирования.Наиболее близкой креальным условиям принимается модель с временным интервалом, равным 1 минуте.
Этообусловлено временем, необходимым для совершения теплоносителем полного цикла врассматриваемой системе, приблизительно равным минуте.Отклонение от основной модели (в которой работа системы моделируется каждуюминуту) остальных возрастает с увеличением интервала и достигает 7% при пятиминутноминтервале. Дальнейшее увеличение интервала моделирования приводит к более существенным19отклонениям и отрицательно сказывается на точности моделирования. Кроме того,необеспеченность водой в течение менее чем 5 минут мало ощутимо для потребителя.Вчетвертойглавеописываетсяпрактикапостроенияиприменениясистемавтоматизации многофакторного перспективного моделирования проектных решений ССТгражданских зданий.
Составлен план эксперимента по определению уровня значимостиследующих параметров: коэффициент теплопередачи K, физические свойства сред сгр, cнагр, ρгр,ρнагр, тепловые потери бака-аккумулятора и внутреннего трубопровода, Qпот.вн, тепловые потериколлектора и наружного трубопровода, Qпот.нар. Описаны уровни, на которых рассматриваютсяфакторы – var, const или 0 (частный случай const). В качестве алгоритма обработки результатовэксперимента применен алгоритм Йетса.Эксперимент по выявлению и систематизации факторов и их взаимодействия позначимости влияния на точность многофакторного перспективного моделирования проектныхрешений ССТ гражданских зданий проводился при следующих условиях:Оборудование системы составляли три плоских солнечных коллектора Vitosol 100SV1,площадь каждого из которых составляет 2,3 м2, оптический КПД – 81%.
Коллекторырасположены под углом 70° к горизонту. Бак-аккумулятор - Drazice OKCE 300NTR объемом300 л с тепловой изоляцией из полиуретановой пены толщиной 45 мм с коэффициентомтеплопроводности 0,03 Вт/м°C. Толщины внутренней стальной колбы и наружной стальнойизоляции бака-аккумулятора составляют 3 мм, коэффициент теплопроводности стали 16Вт/м°C. Диаметр трубки спирального теплообменника бака-аккумулятора составляет 25 мм,радиус спирали – 165 мм. Трубопровод во всей системе выполнен из универсальной трубыREHAU RAUTITAN flex 25х3.5 диаметром 25 мм.
Изоляция трубопровода – ЭнергофлексТеплоизоляция СУПЕР 25/20 мм толщиной 20 мм и коэффициентом теплопроводности 0,033Вт/м°C. Для циркуляции теплоносителя в системе применен насос Циркуль 25/60. Суточнаянагрузка на систему составляет 80 л горячей воды на человека, количество потребителей – 4человека. Система моделировалась для климатических условий г. Иркутска, расположенного в52°47’ северной широты при ясных погодных условиях 15 июня.В качестве анализируемых параметров рассматривались: температура воды, поступающейк потребителю tнагр2, °C, количество переданной теплоты от теплоносителя воде в баке Q, Дж,как в среднем, так и за весь рассматриваемый период, длительность работы насоса τн,длительность периода обеспеченности τобесп.Результаты проведенного эксперимента по определению значимости параметровпоказали, что наиболее значимыми являются коэффициент теплопередачи теплообменника K итепловые потери наружных элементов Qпот.нар.20Для подтверждения выводов об относительно низкой значимости тепловых потерьвнутренних элементов системы Qпот.вн проведен повторный эксперимент с измененнымихарактеристиками изоляционных материалов внутренних элементов.
В результате повторногоэксперимента значимость фактора не возросла.Для анализа принятых проектных решений и возможности применения методикиповышения их эффективности произведено моделирование работы системы в июне и декабре(т.е. при наиболее и наименее благоприятных погодных условиях). Последовательность ясных,облачных и пасмурных дней задавалась путем генерации случайных чисел с дискретнымраспределением с учетом известной вероятности наступления того или иного дня.По результатам моделирования было выявлено, что температура воды в баке достигаетмаксимального значения 79,4°C в июне, что превышает требуемое значение, однако недостигает температуры кипения, которая недопустима.
Температура теплоносителя достигаетсвоего максимума (82,2°C) летом и минимума зимой – -19,2°C. Оба этих значения непредставляют угрозы для безопасной эксплуатации системы, т.к. температура кипениятеплоносителя составляет 188°C, а температура кристаллизации – -30°C.Результаты расчета показали, что потребитель, при заданных условиях, будет снабжентепловой энергией на обеспечение нужд системы ГВС на 73% в июне. Важно оценивать работусистемы в летнее время с целью предупредить ее возможный перегрев.Для «прогрева» системы и начала ее эксплуатации с момента ее монтажа необходимовремя, приблизительно равное 16 часам 40 минутам. В работе ССТ в течение месяцанаблюдаются следующие периоды необеспеченности потребителя горячей водой:1.Три периода с наименьшей длительностью от 5 до 15 минут, каждый из которыхнаступает в утреннее время в интервале с 6:00 до 6:15.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
