СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

АВТОМАТИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА И РЕГУЛЯТОРЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СХЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ СТХС

В системах автоматизации наиболее широко используют датчики, в которых какие-либо неэлектрические величины преобразуются в электрические, так как последние (ток, напряжение и др.) можно легко измерять, усиливать передавать на значительные расстояния, а при необходимости преобразовывать в другие величины.

Такие датчики разделяются на две группы: параметрические, в которых изменение соответствующей неэлектрической величины преобразуется в изменение параметра электрической цепи - активное, индуктивное или емкостное сопротивление, генераторные, в которых изменение неэлектрической величины, например температуры, преоб­разуется в электродвижущую силу.

В системах автоматизации применяют электрические датчики следующих видов: индуктивные, емкостные, датчики сопротивления, Датчики термоэлектрические. Наряду с электрическими широко используют датчики, непосредственно воспринимающие изменение неэлектрических величин (давления, расхода и температуры), в регу­ляторах прямого действия.

Следует отметить, что в системах СТХС и, в частности, в солнечном теплоприемном контуре рекомендуется измерять параметры теплоно­сителя непосредственно в солнечном коллекторе, а при невозмож­ности этого - в трубопроводе, находящемся в непосредственной близости от него. Несоблюдение этого правила приводит к значитель­ным погрешностям измерения, а соответственно и управления систе­мой СТХС, к улучшению ее технико-экономических показателей.

Исполнительные механизмы автоматических устройств систем СТХС, предназначены для силового воздействия на конечное звено автоматического устройства - регулирующий или управляющий орган. Исполнительные механизмы могут выполнять простейшие операции (открыть-закрыть), например, вентиль с электромагнитным приводом, и более сложные - плавное (пропорциональное) регулирование.

Исполнительные механизмы, применяемые в системах СТХС, бывают электрическими (с электродвигателями и электромагнитами) и гидравлическими, которые разность давлений рабочей жидкости преобразуют в механическое перемещение регулирующего органа.

В качестве исполнительных механизмов и регулирующих органов в системах СТХС рекомендуется применять:

Регулирующий клапан РК-1 с мембранным гидроприводом в качест­ве дросселирующего и запорного органа в регуляторах давления, расхода, температуры (с регулирующими приборами РД-ЗА, РД-ЗТ, ТМП);

Клапан 25ч939нж регулирующий двухседельный проходной с электромоторным исполнительным механизмом, предназначенный для автоматического регулирования расхода среды теплоносителя с температурой до +300 °С, давление 1,6 МПа. Управление клапаном осуществляется с помощью электромоторного исполнительного меха­низма типа ПР-1, МЭО от регулирующих приборов электрического либо электронного типа;

Регулирующий клапан 27ч905 нж, предназначенный для смешения жидкостей, поступающих по двум подводящим трубопроводам, и поддержания заданной температуры смеси. Управление клапаном осуществляется с помощью исполнительных механизмов типа ПР-1, МЭО от регулирующих приборов электрического (электронного) типа.

Действие трехходового смесительного клапана 27ч905нж для под­держания постоянной температуры теплоносителя в солнечном тепло - приемном контуре может быть рассмотрено на следующем примере (рис. 7.1).

При увеличении интенсивности солнечной радиации по сигналу датчика температуры ТЕ-1 включается насос солнечного теплоприем - ника контура. Теплоноситель, нагреваясь в солнечных коллекторах, отдает полученное тепло холодной воде, поступающей в межтрубное пространство скоростного теплообменника, и возвращается обратно в солнечные коллекторы.

Рис. 7.1. Съемы регулирования температу­ры теплоносителя в теплоприемном контуре

1 - коллектор; 2 - скоростной водонагре­ватель; 3 — насос теплоприемника; 4 — Трехходово:й смесительный клапан

Трехходовой смесительный клапан с помощью обводной линии позволяет изменять количество теплоносителя, циркулирующего через солнечные коллекторы и, таким образом, поддерживать темпера­туру теплоносителя в заданных пределах. Происходит это следующим образом. Сигнал с датчика реле температуры (ТР-ОМ5-04) поступает на регулятор температуры РТ-П, управляющий исполнительным механиз­мом ПР-1, который, в свою очередь, с помощью клапана 27ч905нж регулирует расход теплоносителя через обводную линию и основной трубопровод.

Учитывая специфику работы систем СТХС, КиевЗНИИЭП специально для автоматизации работы систем СТХС разработал двухпозиционный регулятор разности температур ТЭ6ПЗ в настоящее время серийно выпускаемый заводом "Камоприбор" в Армянской ССР.

Отличительной особенностью принципа работы прибора является наличие двух задающих команд: температуры включения и температу­ры выключения. Прибор постоянно с помощью датчиков температуры контролирует температуру в самой горячей точке поля солнечных коллекторов. При этом датчик закрепляют на тыльной стороне абсорбе­ра солнечного коллектора, а затем вместе с солнечным коллектором теплоизолируют от внешних воздействий. Второй датчик контролирует температуру, заданную конкретной технологией системы СТХС (бак- аккумулятор, трубопровод на выходе скоростного теплообменника и т. п.). На передней панели прибора устанавливают предварительно Рассчитанное, а при пусконаладочных работах на системе СТХС откор­ректированное экспериментальным путем значение разности темпера­тур, регистрируемое датчиками для включения и выключения испол­
нительного реле прибора ТЭ6ПЗ. Температура включения определяется формулой

AtBKn~At+AB;

(7.7)

At-tj-t2,

Где 12 — температура в самой "горячей" точке поля солнечных коллекторов; T2 — темпера­тура в контрольной точке, определяемой в зависимости от технологической схемы системы СТХС; АВ — зона возврата (зона нечувствительности).

Следует отметить, что зона возврата (зона нечувствительности) Д в зависит от длины трубопроводов теплоприемного контура. Варьи­рование зоны возврата позволяет значительно повысить суточную производительность теплоприемного контура системы СТХС, а именно: чем меньше зона возврата, тем раньше включаются насосы и начинает­ся циркуляция теплоносителя теплоприемного контура. Но, с другой стороны, слишком малая величина Ав приводит в часы повышения интенсивности солнечной радиации к чрезмерно частому включению - выключению насосов и другой запорно-регулирующей арматуры, что негативно влияет на надежность и долговечность оборудования.

Длина линии, соединяющей прибор с датчиками, должна быть не более 1000 м. Линия - трехпроводная, экранированное сопротивление каждой из жил не более 5 Ом.

Прибор выполнен в пластмассовом корпусе, в который вставлен полупроводниковый блок в сборе. На передней панели имеется ручка задатчика разности температур "д T°C", ручка задатчика зоны возврата " А в" и светодиоды "вкл." и "выкл.". Прибор имеет два вида кре­пежа: настенный и щитовой.

Всесоюзным НИИ гидромеханизации, санитарно-технических и специальных строительных работ и Ленинградским НИИ Академии коммунального хозяйства разработан прибор, предназначенный для пофасадного регулирования теплоты в зависимости от интенсивности солнечной радиации {рис. 7.2) [4].

Измерительная часть прибора выполнена по суммирующей диффе - ренциально-потенциометрической схеме с двумя входами. К первому из этих входов по схеме прямой компенсации подключены термометры сопротивления и, измеряющие температуру наружного воздуха и температуру теплоносителя. Ко второму входу по дифференциальной схеме подключены термометры сопротивления, измеряющие интенсив­ность солнечной радиации (они имеют одинаковую градуировку и включены в противоположные плечи входа, питаемые с разных поло­вин одной обмотки трансформатора). Напряжение, снимаемое с этого

К измерительной части

Рис. 7.2. Конструктивная (а) и электрическая (б) схемы прибора, регулирующего пофа-

Садиый расход теплоты в зависимости от интенсивности солнечной радиации 1 — штепсельный разъем; 2, 4 — платы; 3, 5, 6 — термометры сопротивления; 7 — защитные жалюзи; 8 — крышка; 9 — кронштейн; 10 — измерительная часть; 11 — термометр

Входа пропорционально разности сопротивлений #/ и Rj.'. Один из термометров смонтирован внутри защитного кожуха и измеряет чистую" температуру наружного воздуха - t^ другой заключен в металлическую окрашенную оболочку, воспринимающую солнечную Радиацию, и измеряет условную температуру наружного воздуха

Q (Z)J>

ИКС, n o

'н. УСЛ = 'н + 'эКВ = 'н +------- 2----- ' (7-8)

H

Где <7ИНС( — интенсивность солнечной радиации в момент времени t; et н — коэффи­циент теплообмена наружной поверхности оболочки; Ft — коэффициент поглощения солнечных лучей наружной поверхностью оболочки.

Прибор действует следующим образом. Если солнечная радиация отсутствует qHHC( Т) = 0, то гн-усл = t№ сопротивления термометров R и R" равны, а напряжение, снимаемое со второго входа прибора, равно нулю. В этом случае подача теплоты регулируется только в зависи­мости от температуры наружного воздуха.

При наличии солнечного облучения сопротивление R" оказывается больше сопротивления Rt ( в результате нагревания металлической оболочки термометра).

При этом со второго входа прибора снимается напряжение, пропор­циональное разности этих сопротивлений или разности температур ^н. усл ~ {w т-е - интенсивности солнечной радиации. Чувствительность прибора по первому входу регулируется потенциометром а по второму входу - потенциометром R2.

С помощью суммирующей дифференциально-потенциометрической схемы сигналы, снимаемые с обоих входов, суммируются, сравнивают­ся с заданием и сигнал разбаланса усиливается с помощью усилителя. Усиленный сигнал разбаланса вызывает срабатывание выходных реле, которые включают исполнительный механизм с регулирующим орга­ном, изменяющий расход теплоносителя, а следовательно, и отпуск теплоты, идущей на отопление данного фасада здания.

Применение описанного выше прибора на ряде объектов позволило улучшить температурный режим отапливаемых помещений и получить экономию тепла за счет использования энергии Солнца до 10 %.

Анализ способа регулирования, реализуемого с помощью этого прибора, показывает, что он позволяет учитывать только быстрые теплопоступления за счет солнечной радиации. Для учета медленных теплопоступлений, обусловленных радиационным нагревом наружных поверхностей стен, можно использовать приборы "медленных тепло- потерь", разработанные ЛНИИ Академии коммунального хозяйства [8]. Эти приборы, устанавливаемые на кронштейнах стен фасадов различ­ной ориентации, основаны на использовании принципов приближен­ного физического моделирования нестационарного теплообмена, обусловленного солнечным облучением.

Более перспективным методом представляется математическое моделирование медленных теплопоступлений с помощью регуляторов со встроенными микропроцессорами. Режим теплопоступлений на 202

Наружную поверхность теплоемких ограждений удобно в данном случае аппроксимировать В-сплайнами нулевой или первой степени

(подробнее см. 7.4). »