Диссертация (1141522), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Данный ресурс представлен количеством солнечных и облачных дней, продолжительностью светового дня и интенсивностью прямой и рассеянной солнечной радиации.Для выбора источника климатических данных был проведен анализ как открытых (бесплатных), так и частично открытых справочников. Оценивалась впервую очередь обширность зоны покрытия международных и отечественных базданных, предпочтение отдавалось источникам с наибольшим количеством точекнаблюдения на территории России.Научно-прикладной справочник по климату СССР [24-45], насчитывающийоколо 160 изданий и выпускающийся с 1950 года (как Климатологический справочник СССР), содержит наиболее подробные сведения о приходе солнечной радиации на поверхность земли. Справочник составлен на базе многолетних наблюдений с учетом среднего квадратического отклонения σ, коэффициента асимметрии A и корреляции суточных сумм суммарной радиации r.
Полноту представляемых данных характеризует наличие таблиц, содержащих истинное солнечноевремя восхода и захода солнца, суммы суммарной, прямой и рассеянной солнечной радиации на горизонтальную и нормальную лучу (для прямой радиации) поверхность в условиях ясного и облачного неба по часам суток для каждого месяца, а также альбедо и радиационный баланс при средних условиях облачности.25Существенным недостатком справочника является отсутствие его оцифрованной версии, что является значимым в вопросе компьютерного моделирования.Последний раз справочники выпускались в 1990 году, после чего стал выпускаться Научно-прикладной справочник «Климат России» [46], аналог старого, но в заметно сокращенном виде.В СП 131.13330.2012 актуализированная версия СНиП 23-01-99* Строительная климатология представлены данные о солнечной радиации, а именно о суммарной радиации при безоблачном небе [47].Стоит отметить, что СП являются нормами, а нормы рассчитываются поопределенной методике, зачастую подразумевающей расчет «с запасом».
В товремя как климатические справочники представляют данные о реальных измерениях (таблица 1.2).Таблица1.2 – Сравнение значений температуры наружного воздуха дляНаучно-прикладного справочника СССР (1) и СП 131.13330.2012 (2) г. Пермь.СправочникМесяцIIIIIIIVVVIVII VIIIIXXXIXII(1)-15,3 -13,4 -6,9 2,610,2 15,7 18,0 15,4 9,31,4-6,3 -12,7(2)-13,9 -12,3 -4,5 3,510,6 15,8 18,2 15,1 9,52,3-5,6 -11,3Значения температуры наружного воздуха в СП завышены относительно значений Справочника в среднем на 0,78°C. Наибольшее превышение составляет2,4°C в марте, наименьшее 0,1 °C в июне.
Значения температуры воздуха в Справочнике превышают нормативные значения только в одном месяце – августе – на0,3°C.В базе Мирового центра радиационных данных (МЦРД) содержатся сведенияактинометрических станций по всему миру, среди них 23 российских [48]. Этоозначает, что в среднем на одну точку приходится 743 тыс. км2. В справочникепредставлены значения суммарной и рассеянной радиации по месяцам и по суткам; часовые значения не предоставляются. Кроме того для некоторых лет и точекнабор данных является неполным.
Но в то же время, имеющееся в базе графиче-26ское представление данных является достаточно удобным и наглядно демонстрирует амплитуду колебаний значений падающей на поверхность земли солнечнойрадиации в течение месяца. Можно заметить, что перепады являются разными дляразных регионов и это также относится к климатическим особенностям, оказывающим влияние на режим, и, возможно, следует учитывать при моделировании работы системы солнечного теплоснабжения.Канадская климатическая база данных RETScreen [49] основана на сведениях, фиксируемых NASA, обладает большой зоной покрытия, в том числе на территории России. База содержит сведения о суммарных, средних, максимальных иминимальных значениях радиации в течение дня для каждого месяца.
Преимуществом базы является возможность получения достаточно точных данных дляпрактически любой географической координаты.Швейцарская база Meteonorm [50] с платным доступом, получившаянаибольшее распространение во всем мире, содержит сведения о суммах солнечной радиации за сутки и за месяц, данные представляются в табличном и графическом виде. Предусмотрена возможность экспорта данных в известные западныепрограммные среды, такие как Polysun (Швейцария), TSOL (Германия) [51, 52].Среди всех вышеупомянутых источников лишь в Научно-прикладном справочнике по климату СССР представлены сведения о среднемесячной часовойсолнечной радиации, приходящей на поверхность земли. Согласно работе [3],существенной является общая сумма солнечной радиации в течение всего дня, часовые значения солнечной радиации признаются лишними данными.
Однако, прирассмотрении режима работы системы, следует учитывать более короткие временные промежутки. С этой точки зрения данные о солнечной радиации, поступающей на поверхность земли каждый час, представляют ценность, а значит,предпочтительным для реализации задачи является Научно-прикладной справочник по климату СССР.Достаточно подробная информация о температуре наружного воздуха такжесодержится в Научно-прикладном справочнике по климату СССР. В таблицахпредставлена средняя месячная и годовая температура воздуха по срокам.
Под27сроками понимаются временные интервалы равные трем часам. Такая степень детализации данных несколько ниже, чем для интенсивности солнечной радиации,однако является самой высокой среди проанализированных источников данных отемпературе наружного воздуха. Кроме того, данные справочника основаны намноголетних наблюдениях, а значит наиболее приближены к реальным и являются предпочтительными для моделирования работы ССТ.Режимы потребления энергииПотребителями, подключенными к системе, могут быть:• ГВС;• Система отопления;• Система отопления (частично);• Система холодоснабжения.Таким образом, в той или иной комбинации возможно применение до трехрежимов потребления, имеющих свои особенности: сезонность, цикличность, пиковые значения.По назначению знания подразделяются на две группы: гражданские и производственные.
Гражданские предназначаются для проживания и обеспечения бытовых, общественных и культурных потребностей человека. Гражданские здания,в свою очередь, подразделяются на две подгруппы: жилые и общественные. Кпроизводственным относятся основные и вспомогательные здания промышленных предприятий различного назначения (черной и цветной металлургии, машиностроения, химии и т. п.), а также здания агроиндустриальных комплексов сельскохозяйственных зданий и пр.
[54].Режимы и объемы потребления тепловой энергии в двух основных группахзданий значительно отличаются. Это подтверждается также различием областейприменения нормативов, регламентирующих проектирование внутренних системхолодного и горячего водоснабжения [55].Кроме того, согласноп.1.8 СП 41-101-95 "Проектирование тепловыхпунктов"[1]: «Теплоснабжение промышленных и сельскохозяйственных предпри-28ятий от ЦТП, обслуживающих жилые и общественные здания, предусматриватьне рекомендуется».Расход тепловой энергии на технологические нужды промышленных предприятий значительно выше, чем в гражданских зданиях, и, что не менее важно,производственные процессы зачастую требуют высоких температур теплоносителей.Неравномерность расхода тепла на горячее водоснабжение вызывается разнообразием потребностей и привычек потребителей горячей воды.
Неравномерность расхода тепла на технологию связана со многими причинами — цикличностью производства, неритмичностью работы, количеством рабочих смен в сутки,разной нагрузкой смен и т. д. [56].Суточная неравномерность потребления тепла на нужды ГВС в гражданскихзданиях, как правило, устанавливается достаточно однозначно: объемы потребления возрастают в утренние и вечерние часы и практически отсутствуют в ночные.Объемы потребления тепловой энергии на нужды ГВС в жилых зданиях в течение недели распределены практически равномерно.
В общественных зданияхрасход горячей воды в выходные дни, как правило, не осуществляется, в связи счем, при использовании солнечных коллекторов в качестве источника тепловойэнергии, избытки вырабатываемой в эти дни энергии сохраняются в баках- аккумуляторах.Нагрузка на систему отопления гражданских зданий носит сезонный характер и напрямую зависит от термического сопротивления ограждающих конструкций здания.Нагрузка на ГВС в жилых зданиях в течение года практически равномерна.Исключение составляют 48% городских квартир [57], в которых проживают владельцы дач, частично или полностью (27%) покидающие свои квартиры во времядачного сезона. В течение суток в жилых домах происходят колебания в режимепотребления, при этом, пиковые значения потребления приходятся на утреннее ивечернее время и минимизируются в ночное.
Наибольшим объемом потреблениягорячей воды среди приборов в жилых домах обладают ванны.29Что касается общественных зданий, то специфика нагрузки на ГВС заключается в отсутствии водоразбора в ночное время, а также применении в качествеприборов только раковин со смесителями и иногда душевых. С целью минимизировать остывание воды в ночное время предусматриваются буферные емкости баки-аккумуляторы.Характер режима ГВС в течение суток и объемы потребления в жилых домахпредставляют больший интерес, т.к. являются индивидуальными для каждого потребителя. Нормативные значения потребления горячей воды представлены среднесуточными и среднечасовыми значениями, причем значительно отличающимися в зависимости от применяемых приборов.В соответствии с Приложением А (Таблица А.1 Расчетные (средние часовыеи максимальные секундные) расходы воды для санитарно-технического оборудования в зданиях разного назначения) СП 30.13330.2012 «Внутренний водопроводи канализация зданий» расчетные средние часовые расходы горячей воды в жилых зданиях с ваннами длиной 1500-1700 мм составляет в среднем 13 л/ч [55].Данный вид прибора обладает наибольшим средним часовым расходом горячейводы.В условиях бытового потребления в частных жилых домах одним абонентомвозможно одновременное использование горячей воды несколькими приборами:ванной и раковиной со смесителем, в этом случае общий средний часовой расходгорячей воды составляет 19 л/ч.
Согласно таблице А.2 «Расчетные (удельные)средние за год суточные расходы воды (стоков) в жилых зданиях, л/сут, на 1 жителя» [55] в домах с ваннами длиной 1500-1700 мм средний суточный расход наодного жителя составляет 100-115 л/сут.В более ранней редакции СНиП 2.04.01-85* «Внутренний водопровод и канализация зданий» в Приложении 2 представлены нормы расхода воды санитарными приборами [16]. Для ванн со смесителем (в том числе общим для ванн иумывальника) часовой расход горячей воды составляет 200 л/ч. В Приложении 3указаны нормы расхода воды потребителями. Для жилых домов квартирного типас ваннами длиной от 1500 до 1700 мм в сутки наибольшего водопотребления рас-30ход горячей воды составляет 120 л/сут, в часы наибольшего водопотребления расход составляет 10 л/ч. В средние сутки расход горячей воды составляет 105 л/сут.В упомянутых нормативах указываются средний и максимальный расходыгорячей воды, причем, их значения в этих источниках отличаются.
Для наиболееточного моделирования процесса работы системы солнечного теплоснабжениянеобходимы значения расходов наиболее приближенные к реальному режиму потребления.Данные о часовом поступлении солнечной радиации и часовом расходе горячей воды потребителем необходимы для оценки соотношения поступающей ирасходуемой энергии в системе, характеризующего процесс накопления тепловойэнергии в течение длительного периода эксплуатации.1.2.3 Обзор существующего программного обеспечения для анализапроектных решений систем солнечного теплоснабженияКомпьютерное моделирование работы ССТ для определения эффективностиее работы, степени обеспеченности потребителя тепловой энергией, затрат нафункционирование системы, срока окупаемости и других показателей при рассматриваемых условиях может осуществляться с помощью программного обеспечения.Помимо множества узконаправленных он-лайн калькуляторов, например,для расчета окупаемости системы [74, 75] существуют многозадачные программные комплексы для расчета гелиосистем.
Среди них можно выделить Polysunкомпании VelaSolaris (Винтертур, Швейцария) и T-SOL компании Valentin Software GmbH (Берлин, Германия).Каждый из указанных программных комплексов содержит каталог конструктивных схем систем, классифицирующихся по их назначению: поддержка системы ГВС, отопление помещений, подогрев воды в бассейне или сочетание этихнагрузок, а также дублирующего устройства. В Polysun типы систем также подразделяются на бытовые и общественные.31Первичный подбор оборудования рассматриваемые программы осуществляют исходя из заданного пользователем требуемого уровня поглощения солнечнойрадиации: высокий, средний, низкий и величины нагрузки на систему. Исходя иззаданных условий, подбирается рекомендуемое количество коллекторов и бакаккумулятор соответствующего объема.В каждой предлагаемой схеме предполагается возможность менять в соответствии с предпочтениями пользователя характеристики оборудования: тип, модель, количество солнечных коллекторов, объем и модель бака-аккумулятора,длину соединительного трубопровода и его изоляцию (только в T-SOL), конфигурацию схемы, взаиморасположение и добавление дополнительного оборудования (только Polysun) и др.В T-SOL задаются условия работы контроллера, а именно разность температур в баке-аккумуляторе и солнечном коллекторе, при достижении которой запускается циркуляционный насос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
