СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Как было показано в главе 5, пассивные системы солнечного отоп­ления основаны на применении архитектурных и конструктивных решений, которые повышают степень использования солнечной радиа­ции, поступающей на поверхности зданий, или снижают тепловые потери, без применения специального гелиотехнического оборудова­ния. Простейшим видом пассивной системы солнечного отопления, применяемой в отечественной практике, можно считать обычную систему водяного отопления с пофасадным автоматическим регулиро­ванием расхода теплоты.

Снижение расхода топлива на отопление зданий в этих системах достигается за счет автоматического отключения или уменьшения подачи теплоты в зону здания, нагреваемую солнечными лучами. Поступление теплоты в здания от солнечной радиации осуществляется прямым путем (через остекленные поверхности) и косвенным (вследст­вие нагрева наружных стен). Приход инсоляционной теплоты в здания в каждый момент времени можно представить как векторную сумму быстрых теплопоступлений (через окна) и медленных теплопоступле­ний (через теплоемкие ограждения). Быстрые теплопоступления

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 7.3. Показатели интенсивности солнечной радиации на шверхноспцориеятированную на юг, в полдень, в различные месяцы отопительного сезона

0,5

OA

0,3

0,2

0,1 О

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 7.4. Данные об интенсивности солнечной радиации в различное время дня на поверх­ностях, ориентированных на юг и запад

I, II, III и т. д. — месяцы

Обусловлены в основном непосредственным проникновением коротко­волнового излучения через оконные заполнения, медленные - радиа­ционным нагревом наружных поверхностей стен.

Показатели интенсивности солнечной радиации на вертикальные поверхности иллюстрируют рис. 7.3 и 7.4. Из рис. 7.3 видно, что в переходный период отопительного сезона в северных широтах (70° и 60°) интенсивность радиации, приходящейся на вертикальные поверх­ности, ориентированные на юг, может превышать интенсивность радиа­ции на те же поверхности в более южных широтах. В связи с этим учет солнечной радиации при автоматическом регулировании отопления зданий имеет немаловажное значение и для высоких широт.

Необходимо также учесть, что в весеннее время года, как правило, резко возрастает число безоблачных дней и продолжительность солнеч - ной радиации (табл. 7.1).

7.1. Данные об интенсивности солнечной радиации для климатических условий Ленинграда

Продолжительность солнечной радиации

Месяцы

X

XI

XII

I

Н

III

ТУ

Число солнечных дней 8 " 10 5 7 11 20 25

Среднесуточное число 3,5' 2 1,8 2,5 4,9 5,25 6,4 часов прямой солнеч­ной радиации

Количество теплоты, проникающей в отапливаемое помещение в момент времени может быть определено из выражения:

<?инс. б( * >=<?„орм( r )cos * (7-9)

*п = (7Л°)

Где <?норм( 7 ) — интенсивность солнечной радиации, приходящейся на нормальную к направлению лучей поверхность, Вт/м2; Cos В ( 2") — косинус угла между направлением луча и нормалью к поверхности; F0 — поверхность остекления, м2; Кп — общий коэффици­ент пропускания; К^ — коэффициент пропускания солнечной радиации стеклом; К2 — коэффициент загрязнения остекленной поверхности; Kj — коэффициент затенения перепле­том; — коэффициент, характеризующий уменьшение количества пропускаемых стеклом лучей в зависимости от угла падения.

Режим быстрых теплопоступлений в первом приближении можно рассматривать как прерывистую теплоподачу (рис.7.5), продолжитель­ность которой определяется временем облучения, а величина - среднеинтегральной интенсивностью инсоляции через окна за время облучения:

Wcp = 2 <?инс. б( f) Л Г/гобл, (7.11)

Где Г^ - период облучения; &Т — отрезок времени, соответствующий<7инс. б( ^)•

Аппроксимируя режим теплопоступлений в виде прерывистой теплоподачи, повышение внутренней температуры, обусловленное влиянием солнечной радиации, представляется возможным рассчитать по формулам, предложенным A. M. Шиловером [8]. Эти формулы позво­ляют определить: среднесуточный прирост внутренней температуры, максимальное - повышение температуры к концу периода облучения и минимальное повышение температуры (к моменту начала облучения через окна).

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 7.5. Режим мшюпоступлеяий через окна и его аппроксимация в виде щрчывиоой геплоподачи

Более строгое описание динамики теплопоступлений через окна достигается при их аппроксимации сплайнами [1] (рис. 7.6). Правая часть уравнениях( Z ) = <?инс-б( £) Аппроксимируется полиномом вида:

QW-IOfam

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

^с- 7.6. Адуоксимадия режима твПлОПОстУ пЛений через окна Вчзшайнами первой степени

H ДдгЬ^ВД Г —(IL)H; (7.12)


О, Ј<o

(7.13)

Bi( t )

? = h2, 0 h - Tlh2 + 2/h,h $ Г< 2h 0,


Где H — шаг измерений (в данном примере H = 2 ч), п — число измерений, Bi( X ) — сплайн первой степени.

Из рисунка видно, что исходная и аппроксимирующая кривые близки друг к другу. Следует также иметь в виду, что законы управле­ния, основанные на представлении возмущающих воздействий сплай­нами, легко реализуются в системах автоматического регулирования с простейшей микропроцессорной техникой.

Экв

Влияние медленных теплопоступлений на температурный режим помещений может быть оценено отысканием эквивалентной температу­ры солнечного облучения. Последнюю определяют по формуле

' q ( Г )cos В (T)J)

(7.14)

Где J> — коэффициент поглощения солнечных лучей наружной поверхностью ограждения;

Н — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности.

Принимая во внимание, что суточные колебания температуры на наружной поверхности ограждения практически затухают в его толще, при определении влияния медленных теплопоступлений на темпера­турный режим помещения представляется возможным учитывать усредненное количество поступившей за сутки теплоты, а процесс рассматривать как стационарный.

Таким образом, усредненное значение t3KB определяют из выраж" ния: т

1%ноОМ(Псо50(Т)-£— (7.15)

Экв ср

Суммарный прирост внутренней температуры, обусловленный быстрыми и медленными поступлениями теплоты в результате дейст­вия солнечной радиации (табл. 7.2), можно рассчитать как

(7.16)

Где A fg( f ) — повышение внутренней температуры, обусловленное проникновением солнечных лучей через окна; ¥ — коэффициент "медленных" тепловых потерь, характе­ризующий отношение тепловых потерь через теплоемкие ограждения к общим потерям тепла.

7X Прирост температур в помещении в результате действия солнечной радиации

Ориентация

Географи­ческая широта, трад

Время года

Продолжи­тельность облучения, ч, Тобл

Эквива­лентная темпера­тура об­лучения, °С, *Экв

Прирост температуры в поме­щении, ос

Л tcp

A tmin

Юг

60

Декабрь

5,5

1,72

1,75

1,55

2,2

Январь

6,7

2,53

2,6

2,3

3,15

Февраль

9

4,54

4,6

4,1

5,35

Март

10,4

5,72

5,8

5,15

6,6

Апрель

10,4

5,6

5,65

5

6,4

Запад

60

Декабрь

2,8

0,22

0,25

0,2

0,35

Январь

3,6

0,42

0,45

0,4

0,6

Февраль

5

1,23

1,25

1,1

1,6

Март

6

2,38

2,45

2,15

3,05

Апрель

7,3

3,74

3,75

3,3

4,5

Юг

50

Декабрь

8

3,75

3,85

3,4

4,55

Март

10,4

5,55

5,6

4,95

6,35

Нагрев помещений за счет инсоляции через окна происходит практи­чески безынерционно. Для стабилизации внутренней температуры в этих условиях необходимо иметь возможность синхронного уменьше­ния теплоотдачи отопительных приборов.

Динамические характеристики отопительных приборов (при их остывании в условиях отключения) можно представить в первом приближении как апериодическое звено первого порядка.

Инерционность прибора в этом случае однозначно определяется его постоянной времени [7], а именно:

Постоянная времени, ч

Радиаторы стальные.......................................................... 0,06 ... 0,11

Конвекторы стальные....................................................... 0,19 ... 0,62

Радиаторы чугунные........................................................................ 0,88 ... 1,32

Стеновые греющие панели................................................... 1,5... 3

Из приведенных данных видно, что наименьшей инерционностью обладают стальные радиаторы и конвекторы. Наибольшая инерцион­ность - у стеновых греющих панелей. Отсюда следует, что для эффек­тивного учета солнечной радиации при пофасадном автоматическом регулировании следует применять системы со стальными радиаторами либо конвекторами. Пофасадные системы со стеновыми греющими панелями в этом случае малопригодны.

209

Сказанное иллюстрируется рис. 7.7, на котором приведены показа­тели теплового режима крупнопанельного жилого здания в Челябин­ске, оснащенного панельной бифилярной системой отопления с пофа - садным автоматическим регулированием. Из рисунка видно, что в периоды облучения имело место практически полное прекращение

622—14

О <t 8 1216202k 4 8 12 162024 4 8 12162024 4 8 12162024 10.02.82 11.02.82 12 02.82 13.02.82

Рис. 7.7. Показатели теплового режима здания, оборудованного бифилярной системой отопления с автоматическим пофасадным регулированием

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

А — температуры наружного воздуха и скорости ветра; б — тепловая энергия, поступающая в помещение через окна от солнечной радиации; в — температура воздуха в помещениях; Г — температура теплоносителя; д — расходы воды; е — расходы тепловой энергии; 1 — температура наружного воздуха; 2 — скорость и направление ветра; 3 — поступление тепла за счет солнечной радиации по южному фасаду; 4 — то же, по северному; 5 — температура внутреннего воздуха в помещениях, ориентированных на юг; 6 — то же, на север; 7 — температура воды, поступающей в систему отопления; 8 — температура обратной воды южного фасада; 9 — то же, северного; 10 — расход воды южного фасада; 11 — то же, север­ного; 12 — расход тепла на отопление южного фасада; 13 — то же, северного


ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Рис. 7.8. Принципиальная технологическая схема автоматического оегулиоования, разра­ботанная Челябинским политехническим институтом и Челябйнскгражданпроектом

1 — регулятор температуры теплоносителя на ТЭЦ; 2 — регулятор расхода теплоты; 3 — датчик температуры теплоносителя; 4 — датчик температуры наружного воздуха; 5 — пофасадный регулятор расхода теплоты; 6 — датчик температуры внутреннего воздуха; 7 — Изменение уставки по команде от ЭВМ или диспетчера энергосистемы

Подачи воды в ветку системы отопления южного фасада. Экономия тепла за счет пофасадного автоматического регулирования составила, по данным В. П. Туркина, более 17 % за отопительный период. Вместе-с тем из-за значительной тепловой инерционности греющих стеновых панелей система отопления была не в состоянии своевременно компен­сировать возмущения, вносимые солнечной радиацией: в помещениях южной ориентации наблюдалось в периоды облучения заметное повы­шение температуры воздуха.

Как показано в [1], пофасадное автоматическое регулирование можно осуществлять по отклонению внутренней температуры, по возмущению, путем комбинирования обоих принципов. Регулирование по отклонению осуществлено, в частности, в системе, разработанной Челябинским политехническим институтом совместно с институтом Челябинскгражданпроект.

Датчики температуры устанавливают в жилых помещениях. Их общее число зависит от числа комнат, расположенных вдоль данного фасада (в реальных проектах закладывалось до 12 датчиков). Датчики - полупроводниковые, соединены последовательно. Сигналы от них поступают на электронный регулятор, приводящий в действие регулирующий орган роторного типа. Управление отпуском тепла - трехступенчатое (рис. 7.8): I ступень - на теплоэлектроцентрали, И - в групповом (центральном) тепловом пункте, III - в абонентском вводе (местном тепловом пункте).

Как видно и рисунка, количественное пофасадное регулирование по отклонению, реализованное в рассматриваемой схеме и учитывающее, влияние солнечной радиации и ветра, дополняет и корректирует автоматическое регулирование на предыдущей ступени, осуществляе­мое по возмущению (изменению температуры наружного воздуха).

Система пофасадного регулирования по возмущению разработана Физико-энергетическим институтом АН Латвийской ССР. Комплексный учет наружных тепловых воздействий (температуры наружного возду­ха, скорости ветра, интенсивности солнечной радиации) осуществля­ется специальным датчиком, созданным этим институтом. В зависи­мости от сигнала, поступающего от датчика, в системе отопления поддерживается соответствующая температура теплоносителя. Регули­рование - импульсное с помощью электромагнитного клапана.

Рассматриваемая система прошла длительную эксплуатационную проверку в ряде жилых домов г. Риги.

На рис. 7.9 показана схема системы автоматического пофасадного регулирования отопления зданий с использованием водоструйных насосов (элеваторов) с подвижной иглой, управляемых регуляторами "Электроника Р-5". На основе указанной схемы ВНИИГСом совместно с ЦНИИЭП инженерного оборудования разработаны конструкции автома­тизированных тепловых пунктов в агрегатном исполнении полной заводской готовности.

Выше рассмотрены пассивные системы, в которых технические средства для автоматического регулирования поступлений солнечной теплоты в здание отсутствуют, а поддержание заданных температур­ных параметров в помещении осуществляется изменением подачи тепла только от дублирующего источника. Однако существуют вариан­ты пассивной системы солнечного отопления (стена Тромба-Мишеля,

Ряс. 7.10. Принципиальная техно­логическая схема автоматического регулирования пассивной системы солнечного отопления (стена Тромба—Мишеля) с дублирую­щим источником (электронагрева­тельным прибором) 1 — массивная стена; 2 — остекле­ние; 3 - регулирующие воздуш­ные заслонки клапаны; 4 — Воздушная прослойка; 5 — отапли­ваемое помещение; 6 — датчики; 7 — аккумуляционный прибор с Вентилятором

См. гл. 5), автоматическое регулирование параметров в которой осу­ществляется как изменением, количества поступающей солнечной энергии, так и изменением теплопроизводительности дублирующего источника [9] (рис. 7.10)

В этой системе массивная стена с темной поглощающей поверхнос­тью защищена снаружи остеклением. На уровне пола и потолка имеют­ся отверстия для входа и выхода воздуха, оборудованные воздуш­ными заслонками. Солнечная радиация поглощается поверхностью стены, которая нагревается и в свою очередь нагревает воздух в Прослойке между остеклением и стеной. Нагретый воздух поступает в Отапливаемое помещение через верхнее отверстие, охлаждается и Возвращается в прослойку через нижнее отверстие. Таким образом в Системе осуществляется термосифонная циркуляция.

Подача теплоносителя от дублирующего источника изменяется с помощью регулирующего клапана, управление которым, а также воздушной заслонкой осуществляется регулятором, на который поступают управляющие воздействия от датчиков, установленных в Прослойке и отапливаемом помещении.

Алгоритм работы регулятора предусматривает решение следующих задач:

Поддержание температуры воздуха в отапливаемом помещении; минимизацию потерь теплоты, вносимой солнечной радиацией при проникновении солнечных лучей через остекление, поглощении и аккумулировании солнечных лучей стеной, рассеивании запасенной энергии в атмосферу в периоды отсутствия солнечного облучения;

ОСОБЕННОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Минимизацию затрат топлива на работу дублирующего источника, за счет максимально возможного использования теплоты, вносимой солнечной радиацией.

Система автоматического регулирования работает следующим образом. При увеличении интенсивности солнечной радиации воздух в прослойке между остеклением и стеной нагревается. Когда темпера­тура в прослойке, измеряемая датчиком, превысит температуру в помещении, замеряемую другим датчиком, T.E.Tg > T9+ Лв, воздушные заслонки открываются и нагретый солнцем воздух начинает циркули­ровать в помещении. Как только температура в прослойке упадет ниже температуры в помещении на величину Л в, заслонки автоматически закрываются. Если при этом температура в помещении будет продол­жать понижаться и упадет ниже заданной (комфортной) T9 < (зад (где (зад - заданная температура), включается вентилятор электротеплово - го аккумуляционного прибора (ЭТАП), который прогоняет воздух помещения через прибор ЭТАП и нагревает его.

Аккумуляционный прибор заряжается в ночные часы, в периоды провала графика электрической нагрузки и отпуска электроэнергии по льготному тарифу.

СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Испытания солнечного коллектора — какую мощность выдают вакуумные трубки?

Сегодня, 26.04.2015 года мы провели такие испытания солнечных вакуумных трубок: Исходные материалы: - Солнечный вакуумные трубки 58мм на 1800мм, 47мм внутренний диаметр - 8шт. - Нержавеющая гофрированная сталь 15мм, подробнее …

ПУТИ РАЗВИТИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ССТ

В перспективе наряду со сложившейся в ССТ практикой проектиро­вания и строительства отдельных жилых и общественных зданий с ССТ, использование которых наиболее эффективно в сельской мест­ности, все большее развитие будут получать …

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ССТ

Для дальнейшего совершенствования и развития ССТ представляет большой интерес изучение тенденций и направленности творческой мысли исследователей и изобретателей в СССР и за рубежом в части разработки конструкций и схемных решений …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.