Диссертация (1141522), страница 16
Текст из файла (страница 16)
ПотребительКоличество человек: 4;Максимальный суточный расход на человека: 80 л;3. Климатические условияНаселенный пункт: г.Иркутск;Географическая широта: 52°47’;Дата: 15 июня;Погодные условия: ясный день.Суммарная площадь солнечных коллекторов, определенная по формуле(2.11), была рассчитана для условий декабря и июня, получены значения 9,84 м2 и5,65 м2 соответственно. Усреднив результаты, получено среднее значение площасрди коллекторов Sкол= 7,75 м2.
Так как данное значение не кратно 2,3 м2 (площадь103одного модуля коллектора), было принято ближайшее к расчетному значение 6,9м2 ( 2,3 ⋅ 3 =6,9 м2, 2,3 ⋅ 4 =9,2 м2).Объем бака-аккумулятора, аналогично площади коллектора, вычислялся дляусловий декабря и июня по формуле (2.16), и далее значения усреднялись. В ресрзультате требуемый расчетный объем резервуара Vнагрсоставил 301 л.
Данноезначение близко, и практически совпадает, с заводским значением объема бакааккумулятора Drazice – 300 л.Город Иркутск выбран в качестве географического пункта, так как он находится в климатической зоне, богатой радиационными ресурсами. Выбрано летнеевремя – июнь – так как в летние месяцы значения наружных тепловых потерь незначительно. Если в результате эксперимента значения тепловых потерь в окружающую среду покажут себя как значимый параметр, значит и в зимнее время этофактор будет значимым и даже в еще большей степени.Для получения точных выводов в результате компьютерного моделированияработы ССТ (численного эксперимента) при различных условиях важную рольиграют методы обработки результатов эксперимента.Между рассматриваемыми при моделировании работы ССТ параметрами системы и показателями ее функционирования существуют закономерности статистического характера.Уровень значимости – допустимая для данной задачи вероятность ошибкипервого рода, то есть вероятность отклонить нулевую гипотезу, когда на самомделе она верна.В случае, когда значения отношений средних квадратов сравнимы со значениями полученного F-критерия при 0,01 ≤ α ≤ 0,05, то фактор принято считатьзначимым, при 0,001 ≤ α ≤ 0,01 фактор считается высокозначимым, а при α ≤0,001 – в высшей степени значимым [93].В таблице 4.4 указаны пределы значимости для F при степенях свободы k1=1,k2=5.104Таблица 4.4 – Пределы значимости для экспериментаУровеньзначимостиСтепень СтепеньУсловноесвободы свободы0,0010,010,050,10,2k1k21111155555Fα, k1, k2обозначениезначимости47,1816,266,614,062,18*********В таблицах 4.5-4.8 представлены результаты эксперимента для описанныхвыше условий.
Степень значимости фактора и комбинаций устанавливается исходя из значений F-критерия из таблицы 4.4.Таблица 4.5 – Оценка длительности работы насоса за рассматриваемый периодВремя работы насоса ВКЛ, чКомбинацииусловий(1)a(d)b(d)abc(d)acbcabc(d)Результат421314185136434169410391179499570579570-129298241-212106911491692971-9427-453221819862-2680-140-80-880СреднийэффектСумма квадратов5016-720-35-20-2204900,5480,584,5800,02450,0800,096800,0Отношениесреднихквадратов1,50,10,229,0На продолжительность работы насоса наиболее значимо влияют фактор“наружные тепловые потери” Qпот.нар(d).Таблица 4.6 – Оценка суммы переданной тепловой энергии Qсумм от теплоносителя водеQсумм, МДжКомбинацииРезультатусловий(1)a(d)251,6104,6421356,1335,3691,4641,61333,1-311,8СреднийэффектСуммаквадратовОтношениесреднихквадратов-78,012152,96,7105Таблица 4.6 – Оценка суммы переданной тепловой энергии Qсумм от теплоносителя воде (окончание)Qсумм, МДжКомбинацииРезультатусловийb(d)abc(d)acbcabc(d)178,9156,4128,9156,2263,093,5421Среднийэффект285,1356,5-147,0-22,527,3-169,5-169,5-142,3-20,971,4124,5-196,850,6-72,4-49,827,292,3-321,312,6-18,1-12,56,823,1-80,3Суммаквадратов319,7654,4310,292,81064,412901,8Отношениесреднихквадратов0,20,27,1Для суммарного значения передаваемой потребителю тепловой энергии невыявлено факторов с высокой значимостью.
Однако коэффициент теплопередачиK (фактор a) и наружные тепловые потери Qпот.нар (фактор d) также здесь оказывают влияние на результат эксперимента.Таблица 4.7 – Оценка средних величин переданной тепловой энергии Qср от теплоносителя водеQср, МДжКомбинаРезульции услотатвий(1)0,801a(d)0,565b(d)1,316ab0,360c(d)0,763ac0,381bc0,673abc(d)0,5224211,3661,6761,1441,195-0,236-0,955-0,382-0,1503,0422,339-1,191-0,5320,3090,051-0,7190,2315,381-1,7230,361-0,488-0,7040,659-0,2580,951СреднийэффектСуммаквадратов-0,4310,090-0,122-0,1760,165-0,0650,2380,3710,0160,0300,0620,0540,0080,113Отношениесреднихквадратов4,00,20,71,2Для средних значений передаваемой воде тепловой энергии единственнымхоть сколько-нибудь значимым фактором является коэффициент теплопередачиK(a).
Отсутствие в этом анализе значимости наружных тепловых потерь можнообъяснить тем, что рассматриваемый процесс ограничивается пространством бака-аккумулятора, который находится в помещении.106Таблица 4.8 – Оценка уровня обеспеченности потребителя горячей водойОбеспеченность >33°, чКомбинацииусловий(1)a(d)b(d)abc(d)acbcabc(d)Результат42141,927,941,837,018,227,541,921,169,878,845,763,0-14,0-4,89,3-20,8148,7108,7-18,8-11,59,017,39,2-30,2257,3-30,326,3-21,0-40,07,38,3-39,3СреднийэффектСуммаквадратов-7,66,6-5,3-10,01,82,1-9,8115,086,755,1200,06,78,7193,4Отношениесреднихквадратов1,61,22,82,7Из табл.
4.8 видно, что одним из наиболее значимых факторов являетсяналичие наружных тепловых потерь Qпот.нар. Данный эффект можно объяснитьтем, что в уравнении баланса тепловой энергии в системе имеет достаточно высокое значение компонент тепловых потерь коллектора Qпот.кол, величина которогосопоставима с величиной потребления тепла из системы потребителем.Второй такой фактор – тепловые потери внутренних элементов Qпот.вн. Тепловые потери бака-аккумулятора Qпот.б являются компонентами данного фактораи напрямую влияют на температуру воды в баке-аккумуляторе, а значит и наобеспеченность потребителя водой с температурой более 33˚C.Проведенный дисперсионный анализ численного эксперимента по работеССТ для ГВС показал низкую значимость фактора тепловых потерь элементов системы, находящихся в помещении.
Данный результат противоречит общепринятой концепции о значимости тепловых потерь бака-аккумулятора и внутреннеготрубопровода [51, 52]. В связи с этим проведен повторный эксперимент с измененной толщиной и коэффициентом теплопроводности тепловой изоляции трубопровода и коэффициентом теплопроводности материала основной изоляции бакааккумулятора.Толщина тепловой изоляции бака-аккумулятора не подвергается изменениям,т.к.
связана с заводской характеристикой конструкции бака. Материал тепловойизоляции может быть изменен.107Измененные условия эксперимента:Коэффициент теплопроводноститепловой изоляции бака-аккумулятора: 0,04Вт/м°C;Изоляция трубопровода: Теплоизоляция EnergoflexSuper 25/9;Толщина изоляции трубопровода: 9 мм;Коэффициент теплопроводности изоляции трубопровода: 0,04 Вт/м°C.Остальные условия эксперимента остались прежними. Ниже в таблицах 4.9 –4.12 представлены результаты по тем же показателям.Таблица 4.9 – Оценка длительности работы насос за рассматриваемый периодВремя работы насоса ВКЛ, чКомбинацииусловий(1)a(d)b(d)abc(d)acbcabc(d)Результат421314185136434169410391179499570579570-129298241-212106911491692971-9427-453221819862-2680-140-80-880СреднийэффектСуммаквадратов49,515,5-6,520,0-35,0-20,0-220,04900,5480,584,5800,02450,0800,096800,0Отношениесреднихквадратов1,50,10,229,0Таблица 4.10 – Оценка суммы переданной тепловой энергии Qсумм оттеплоносителя водеQсумм, МДжКомбинацииРезультатусловий(1)a(d)b(d)abc(d)acbcabc(d)251,6103,5178,9156,4128,9156,2263,093,5421355,1335,3285,1356,5-148,1-22,527,3-169,5690,4641,6-170,6-142,3-19,871,4125,5-196,81332,0-312,951,6-71,3-48,728,391,2-322,3СреднийСуммаэффект квадратов-78,212,9-17,8-12,27,122,8-80,612236,7333,4635,2296,9100,21039,812988,1Отношениесреднихквадратов6,90,20,27,3108Таблица 4.11.
Оценка средних величин переданной тепловой энергии Qср оттеплоносителя водеКомбинацииусловий(1)a(d)b(d)abc(d)acbcabc(d)Qср, МДжРезультат4210,8010,5591,3160,3600,7630,3810,6730,5221,3611,6761,1441,195-0,242-0,955-0,382-0,1503,0372,339-1,197-0,5320,3150,051-0,7140,2315,375-1,7290,366-0,482-0,6980,665-0,2640,945СреднийэффектСумма квадратов-0,4320,092-0,121-0,1740,166-0,0660,2360,3740,0170,0290,0610,0550,0090,112Отношениесреднихквадратов4,00,20,71,2Таблица 4.12. Оценка уровня обеспеченности потребителя горячей водойОбеспеченность >33°, чКомбинации Результатусловий(1)41,9a(d)27,9b(d)41,8ab37,0c(d)18,2ac27,5bc41,9abc(d)21,142169,878,845,763,0-14,0-4,89,3-20,8148,7108,7-18,8-11,59,017,39,2-30,2257,3-30,326,3-21,0-40,07,38,3-39,3СреднийэффектСуммаквадратов-7,66,6-5,3-10,01,82,1-9,8115,086,755,1200,06,78,7193,4Отношениесреднихквадратов1,61,22,82,7Повторный эксперимент с измененными характеристиками тепловой изоляции внутренних элементов системы показал, что значимость фактора тепловыхпотерь Qпот.вн возросла только для показателя уровня обеспеченности потребителягорячей водой.
При этом, значение величины отношения средних квадратов, несмотря на возрастание, не характеризует высокий уровень значимости рассматриваемого фактора.Поведение системы также наглядно демонстрируется графически. Для анализа величины температуры воды в баке рассмотрим соответствующий график (рисунок 4.1). На графике видно, что результаты экспериментов (1), ab, bc и b(d) зна-109чительно отличаются от остальных. В районе полуночи после первого дня работызначение температура воды tнагр2 в эксперименте (1) отличается от экспериментаabc(d) на 221%, к 17 часам следующего дня величины отличаются на 120%, а кполуночи следующего дня различие снова возрастает до 210%.В эксперименте ab в указанные выше моменты времени те же показатели отличаются на 50%, 35% и 76% соответственно. Отклонение значительно меньше,чем в эксперименте (1), вероятнее всего, по причине наличия в эксперименте abфактора изменения коэффициента теплопередачи K, значимость которого подтверждена с помощью дисперсионного анализа.Кроме того, в экспериментах, в которых не учтено влияние изменения коэффициента теплопередач K ((1), bc, b(d) и c(d)) наблюдается резкое возрастаниезначения температуры воды в баке в начале дневного цикла работы насоса.
В реальных системах данный процесс происходит более размеренно, а значит, учетизменения коэффициента теплопередачи теплообменника K является значимым ипри моделировании работы систем.tнагр2Температура воды в баке tнагр2140,0abc(d)(1)120,0a(d)100,0b(d)80,060,0ab40,0c(d)20,0ac15:0016:2517:5019:1520:4022:0523:300:552:203:455:106:358:009:2510:5012:1513:4015:0516:3017:5519:2020:4522:1023:351:002:253:505:156:408:050,0bcРисунок 4.1 – Изменение температуры воды в баке при различных условиях экспериментаНа рисунке 4.2. аналогично рисунку 4.1 демонстрируется изменение температуры в солнечном коллекторе.
Очевидно, что на работу этого элемента системынапрямую влияют тепловые потери солнечного коллектора. Это доказываетсяпроведенным выше дисперсионным анализом, и подтверждается при просмотре110графиков. Эксперименты abc(d), a(d), b(d) и c(d) показывают схожие результаты,собираясь на графике в «пучок», а то время как остальные виды экспериментовпоказывают значительное отклонение.Демонстрируемая на графике температуры теплоносителя в коллекторе tколзначимость тепловых потерь наружных элементов Qпот.нар (фактор d) также обосновывается аналитически. Так как наружными элементами системы являютсясолнечный коллектор и лишь небольшой участок трубопровода, очевидно, что наколлектор приходится основная доля тепловых потерь, которые оказывают существенное влияние на температуру теплоносителя в коллекторе tкол.tкол100,0Температура теплоносителя в коллекторе tколabc(d)(1)80,0a(d)60,0b(d)40,0ab20,0c(d)ac15:0016:2517:5019:1520:4022:0523:300:552:203:455:106:358:009:2510:5012:1513:4015:0516:3017:5519:2020:4522:1023:351:002:253:505:156:408:050,0bcРисунок 4.2 – Изменение температуры теплоносителя в коллекторе при различных условиях экспериментаТаким образом, при моделировании работы системы солнечного теплоснабжения с целью экономии временных ресурсов на проведение экспериментов иподготовку к ним, не обязательно учитывать все факторы, а достаточно учестьтолько наиболее значимые.Высокую степень значимости показали коэффициент теплопередачи теплообменника K и тепловые потери наружных элементов Qпот.нар.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
