Диссертация (1141522), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Интерполяция табличных данных существеннозамедлит вычислительный процесс, поэтому для всех параметров среды были получены аппроксимирующие зависимости.Значения физических свойств антифризов в зависимостиот их типа и концентрации в них гликолей различны. Так, для определения значения плотности 45-типроцентного раствора пропиленгликоля, кг/м3, в зависимости от его температурыполучен многочлен второй степени:2ρ П −45 =−0,0021tгр.ср− 0,497tгр.ср + 1053,3(2.60)Для определения теплоемкости того же антифриза, Дж/кг °С, получена линейная зависимость:=cП −45 3,355tгр.ср + 3555(2.61)Для определения значения теплопроводности, Вт/м °С, получена следующаялинейная зависимость:λП −45 =−0,00005tгр.ср + 0,395(2.62)66Кинематическая вязкость, Па·с, рассматриваемого антифриза наилучшим образом описывается полученной экспоненциальной зависимостью:ν П −45 = 0,00002e−0 ,037 tгр .ср(2.63)Для определения температуропроводности, м2/с, данного теплоносителя получена зависимость:aгр =10 −10 ( −0,0002tгр3 .ср + 0,006tгр2 .ср − 0,7tгр .ср + 1000 )(2.64)где t гр .ср - средняя температура теплоносителя в теплообменнике, °C.Уравнения, описывающие физические свойства воды описаны ниже.
Плотность воды, кг/м3, описывается соотношением [86]:ρв =995,70,984 + 0,438 ⋅ 10 −3 tгр.ср(2.65)Теплоемкость воды, Дж/кг°С, описывается полученным многочленом третьей степени:32−0,0001tнагр.ср+ 0,0315tнагр.ср− 2,0541tнагр.ср + 4210,9cв =(2.66)Кинематическая вязкость воды, Па·с, согласно [86], описывается следующейзависимостью:1,78 ⋅ 10 −6νв =2( 1 + 0,0337tнагр.ср + 0,000221tнагр.ср)(2.67)Для определения коэффициента температурного расширения воды, 1/°С, получен многочлен второй степени:210 −6 ( −0,06tнагрβв =.ср + 10t нагр .ср − 30 )(2.68)Теплопроводность воды, Вт/м °С, также описывается многочленом второйстепени:2λв =−10 −5 ⋅ 0,7tнагр.ср+ 0,0018tнагр.ср + 0,5695(2.69)где tнагр .ср - средняя температура воды в баке, °C.Температуропроводность, м2/с, воды [86]:aнагр =1,32 ⋅ 10 −7 ( 1 + 0,003tнагр .ср )(2.70)672.3.6 Математическая модель потребленияРаспределение нагрузки на горячее водоснабжение в течение суток играетсущественную роль при подборе аккумулирующей емкости.
В [87] проведен анализ массива данных, полученных с автоматизированных счетчиков горячей водыжилых многоквартирных зданий г. Москвы, фиксирующих объемы потребленияводы с интервалом в один час. Результаты анализа использовались для определения режима потребления горячей воды в течение суток.Фактическое количество потребителей, обслуживаемых каждым счетчиком,установить точно невозможно, следовательно, невозможно и установить количество воды, потребляемое одним жителем.
Массив данных о потреблении водыможно использовать для того чтобы установить характер режима потребления:описать пиковые часы потребления в будни и выходные дни (рисунок 2.7.1).Потребление ГВ, лСуммарноепотребление вбудни, л70006000Суммарноепотребление ввыходные, л50004000Среднеепотребление вбудни, л30002000100000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Среднеепотребление ввыходные, лЧас суток, чРисунок 2.7.1 – Характер потребления горячей воды в выходные дни и буднидомомХарактер потребления воды в каждой квартире индивидуален, поэтому дляпостроения кривых использовались усредненные часовые значения.
При этом ввыборке не учитывались квартиры с практически нулевым потреблением в течение дня, а также квартиры с часовыми значениями потребления горячей воды,превышающим 280 л.68Данное допущение основывается на максимально адекватном количестве воды, потребляемым одним человеком в течение часа на нужды личной гигиены(душ) и уборку (в том числе мытье посуды), которое составляет максимум 80 л, атакже нормативном значении [88] средней заселенности московских квартир – 3,5человека.Согласно [72] для сельского жилого дома величина потребляемой в сутки горячей воды одним жителем при высокой интенсивности водоразбора составляетмаксимум 80 л, при температуре воды 60°С. Таким образом, рассмотрение величин потребления горячей воды, превышающих принятую в текущем анализе – 280л на квартиру – нецелесообразно.Таким образом, максимальный суточный расход горячей воды на одного человека, принят равным 80 л (0,08 м3).
Средний суточный расход на одного человека принят равным 38 л (0,038 м3) т.к. согласно проведенному анализу, среднийчасовой расход горячей воды одной квартирой составляет 48% от максимальногочасового расхода, который приходится на полуденный час выходного дня.Разницу между двумя режимами (буднего и выходного) характеризуют моменты пикового потребления воды в течение суток. При этом общий объем потребления воды отличается не существенно – примерно на 5%.Для моделирования процесса потребления горячей воды в течение суток сначала определяется общий объем потребления в сутки по формуле:Vсут = nчелVmax(2.71)где nчел – количество потребителей; Vmax – максимальный суточный расходпотребления при температуре 60°C, м3.Затем полученное значение Vсут распределяется по часам суток согласно соответствующему режиму (рисунок 2.7.1).
Полученные часовые значения объемовпотребления горячей воды выражаются в единицах изменения энергии (при температуре 60°C [79]), Дж, и определяется по формуле:=Qпотр cнагр ρ нагрVпотр ( tг .в .тр − t х.в )(2.72)69где Vпотр – объем потребления в рассматриваемом временном интервале, м3;tг.в.тр – требуемая температура горячей воды, согласно нормам, °C; tх.в – температура холодной воды, °C.2.3.7 Математическая модель автоматизации работы насосногооборудованияЗадачей подсистемы автоматики системы солнечного теплоснабжения является управление циркуляционным насосом (насосами) с целью обеспечения своевременного съема тепла с коллекторов и передачи его потребителю либо на хранение в бак-аккумулятор.Параметры насоса определяются конструктивными решениями системы солнечного теплоснабжения, в частности: максимальной высотой подъема теплоносителя, длинами и диаметрами трубопроводов, наличием отводов, запорной арматуры и включенных в контур теплообменники.Режим работы насоса должен обеспечивать эффективный теплообмен в системе, подразумевающий своевременное снятие теплоты с солнечного коллектораи перенос ее с помощью теплоносителя в теплообменник бака-аккумулятора.Режим включения и выключения насоса должен соответствовать ряду ограничений:1.
Частота включения-выключения насоса должна быть минимальной, чтобыизбежать быстрого износа насосного оборудования.2. В темное время суток, либо в других случаях при температуре теплоносителя в коллекторе tкол ниже температуры воды в баке-аккумуляторе tнагр.срнасос должен быть выключен.3. В целях обеспечения п.1 и интенсификации теплообмена перед новымциклом работы насоса необходимо обеспечить прогрев теплоносителя вколлекторе.70Управление циркуляцией теплоносителя в системе осуществляется с помощью программируемого контроллера и датчиков температуры, расположенных навыходе трубопровода из коллектора и в баке-аккумуляторе.Для системы солнечного теплоснабжения с принудительной циркуляциейобъектом управления является циркуляционный насос, технологическими параметрами – температура теплоносителя в коллекторе и воды в баке, регулируемымпараметром – состояние насоса: ВКЛ или ВЫКЛ.Для запуска насоса значение регулирующего параметра должно удовлетворять неравенству:tнагр.ср < tкол + ∆t зап(2.73)где ∆t зап характеризует понижение температуры теплоносителя на пути отвыхода из коллектора до поступления в теплообменник за счет тепловых потерь.Так как температура теплоносителя в каждый временной интервал будет понижаться на разную величину, регулирующая температура запуска ∆t зап принимается всегда равной 1°C.Для определения момента включения насоса, например, после его остановкив ночное время, неравенство (2.73) принимает вид:tнагр.ср < tкол + z∆t зап(2.74)где z – коэффициент запаса на прогрев теплоносителя в коллекторе; принимается равным 5.Работа циркуляционного насоса требует дополнительных затрат на электроэнергию.
В целях экономии энергоресурсов необходимо исключить возможностьнеэффективного использования насосного оборудования. Кроме того, при включенном насосе и значении регулирующего параметра tнагр.ср ≥ tкол + ∆t зап произойдет утечка тепла из бака аккумулятора в окружающую среду.Во избежание указанных сбоев работы системы необходимо осуществлятьпроверку значений технологических параметров с большей частотой.712.4 Методика повышения эффективности проектных решений системсолнечного теплоснабжения гражданских зданийНа основе получаемых результатов многофакторного перспективного моделирования работы систем солнечного теплоснабжения необходимо оценить основные показатели безопасной и эффективной работы системы, среди которых:температура воды tнагр2, температура теплоносителя в коллекторе tкол, длительность периодов необеспеченности τнеоб.Недопустимым условием эксплуатации системы является достижение теплоносителем и водой температур кипения.
Температур кипения воды - 100°C, пропиленгликоля - 188°C.Предложения по совершенствованию проектных решений ССТ на основе результатов численного моделирования описаны ниже:1.При необходимости сократить короткие периоды необеспеченности.Если результат моделирования работы ССТ показал, что оба температурных показателя tнагр2 и tкол не приближаются к недопустимым значениям рекомендуетсяувеличитьплощадьколлекторногополябезувеличенияобъемабака-аккумулятора.
Если температура водыtнагр2 приближается к температуре кипения,рекомендуется увеличить не только объем коллекторного поля, но и объем бакааккумулятора.2.При необходимости сократить длительные периоды необеспеченно-сти. Исходя из величины наибольшего периода необеспеченности τнеоб.max, рассчитывается количество теплотыQ, Дж, необходимое для нагрева объема воды, обеспечивающего потребителя в течение рассматриваемого периода до температуры33°C:Q cв ρв=t необ .maxVсут( tпотр − tх.в )24(2.75)Исходя из полученной величины, определить объем воды, достаточный дляхранения тепловой энергии при температуре воды в баке tнагр2 75°C.Q∆Vб =cв ρв (75 − t х.в.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
