СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛО — И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

Автоматизация систем тепло - и хладоснабжения (СТХС) позволяет повысить точность поддержания технологических параметров на объекте управления, получить дополнительную экономию энергетичес­ких ресурсов, снизить эксплуатационные расходы, повысить тепло - производительность СТХС. В ряде случаев она создает возможность для перевода рассматриваемых систем на работу в часы льготного тарифа электроэнергии, позволяет существенно снизить расходы на отопление и охлаждение помещений за счет рационального управле­ния режимами аккумулирования тепла (холода), сокращения потерь энергии в окружающую среду и др.

Основной особенностью систем солнечного тепло - и хладоснабжения как объектов автоматического управления является несовпадение суточного и годового хода тепловых лучистых потоков и требуемых режимов потребления тепловой энергии зданиями и их инженерными системами.

Различие в режимах теплопоступления и теплопотребления выдви­гает необходимость, с одной стороны, в оснащении гелиосистем тепло­выми аккумуляторами, а с другой стороны, в оборудовании этих систем дублирующими (пиковыми) источниками теплоты.

Задачи автоматического управления системами солнечного тепло­снабжения в общем виде можно сформулировать следующим образом: независимо от режима радиационных теплопоступлений должны поддерживаться требуемые значения регулируемых параметров (температуры воздуха в помещении, температуры воды в системе горячего водоснабжения и др.) на объекте теплопотребления;

Энергетические потери при преобразовании лучистой энергии в тепловую, при транспорте и хранении произведенного тепла должны быть минимальными;

Работу гелиосистем необходимо организовать таким образом, чтобы затраты топливно-энергетических ресурсов при производстве теплоты дублирующим источником, а также ущерб от загрязнения окружающей среды были сведены к минимуму;

Должна быть обеспечена защита солнечных коллекторов, а также Других элементов гелиосистем от замерзания, перегрева и механичес­ких повреждений.

Решение первой задачи можно представить как

N

MinZ [А (7.1)

622-13 , 193

При условии, что

'(7.2)

Где? — момент времени; Т — изучаемый временной промежуток работы системы (год, отопительный сезон, месяц, сутки и т. п.); N — число измерений, проведенных за период времени Г; A tj - отклонение значения регулируемой температуры в момент времени Г от заданного значения; Л <норм — нормированное (максимально допустимое) отклоне­ние регулируемой температуры от заданного значения.

Минимизация тепловых потерь в системе солнечного теплоснабже­ния имеет место при условии

"FcffQnW* )^птр(Г) + ^п. а(С ) + £п. пр( Htf* , (7.3)

О

Где Qn солн — потери энергии при улавливании солнечной радиации, ее преобразовании в тепловую и переносе (рассеивании) произведенной тепловой энергии из солнечного коллек­тора в окружающую вреду; Qnrp~ потери полученной энергии лри транспортировании в гелиосистеме; Оп а — потери тепловой энергии в аккумуляторе; Оп пр — потери тепловой энергии в прочих элементах системы солнечного теплоснабжения.

Минимизация затрат топливно-энергетических ресурсов будет обеспечена при

Q (T )df

{ солн_______________________________________________________ . ,

Max Q (TVZ ' {1А)

Общ

Где Осолн( Т - ) — количество энергии, вырабатываемое в солнечном коллекторе в момент времени Т; (?0дщ t — суммарное количество энергии, вырабатываемое всеми видами теплоисточников.

При этом должны выполняться также экономические условия

7

TOC o "1-3" h z min jZy(f )df ; (7.5)

О

Г т

Pw^rsfzj-Odt, (7.6)

О о

Где Zy{ 'С ) — стоимостная характеристика экологического ущерба от работы бивалентной (поливалентной) системы, ZcoJIH( 'О — затраты на эксплуатацию системы, использующей солнечную энергию; Zg( Т ) — затраты на эксплуатацию альтернативного источника тепла при условии выработки одного и того же количества энергии за одинаковый период вре­мени.

Задача поддержания требуемых параметров решается управлением потокораспределения через гелиоприемники и тепловые аккумуля­торы, а также изменением включенной мощности дублирующего источника.

Минимизация затрат при производстве в солнечном коллекторе, транспортировании и хранении тепловой энергии, достигается прекра­щением циркуляции теплоносителя в периоды отсутствия солнечного облучения, изменением ориентации солнечного коллектора в прост­ранстве, обеспечивающем максимальный коэффициент эффективности коллектора при поглощении солнечных лучей и сокращение потерь при отсутствии облучения.

Минимизация затрат топливно-энергетических ресурсов при работе бивалентных систем обеспечивается за счет покрытия гелиоустанов­ками базовой части годового (суточного) графика нагрузки и работы дублирующего источника в пиковом режиме, а также путем сезонного аккумулирования тепла (холода). Защиту оборудования гелиосистем осуществляют с помощью специальных автоматических устройств.

Многообразие типов систем солнечного тепло - и хладоснабжения предопределяет необходимость разработки и применения большого числа вариантов методов и схем их автоматизации.

При выборе вариантов следует учитывать следующие классифика - - ционные признаки систем:

Виды тепловой нагрузки - сезонное горячее водоснабжение, круг­логодичное горячее водоснабжение, технологическая нагрузка, конди­ционирование воздуха, теплоснабжение, тепло - и холодоснабжение;

Типы систем - автономные (без дублирующего источника тепловой энергии, с пиковым котлом на органическом топливе, с электрокот­лом, с печью, с теплонасосной установкой); централизованные (гелио - структуры, связанные с системой теплоснабжения от ТЭЦ, тоже от районной котельной);

Виды теплоносителя и количество контуров циркуляции - водяные одноконтурные системы, жидкостные двухконтурные и многоконтур­ные системы, водовоздушные и воздуховоздушные системы;

Способы циркуляции теплоносителя - термосифонные (с естествен­ной циркуляцией), с принудительной циркуляцией;

Типы солнечных коллекторов - плоские солнечные коллекторы, фокусирующие солнечные коллекторы без механизма слежения, тоже с механизмом слежения, оаки — солнечные водонагреватели, струйные солнечные коллекторы, открытые солнечные бассейны;

Виды пассивных гелиосистем - без специальных устройств регули­рования поступления солнечной радиации, со специальными устройст­вами и естественной циркуляцией воздуха, тоже с принудительной циркуляцией;

Виды аккумулирования - суточное, сезонное (в водяных, в гравий­ных, аккумуляторах, в грунте).

Свойства технологического процесса в СТХС характеризуются такими физическими величинами, как давление, уровень, расход и температура теплоносителя. Параметры делятся на качественные (уровень или объем жидкости для гидравлической емкости, ее давле­ние, температура и т. д.) и количественные (приток теплоносителя в резервуар, расход теплоносителя). Параметры находятся в тесной функциональной связи и, изменяя один из них, можно управлять изменением второго. В общем виде в задачу управления технологичес­ким процессом системы СТХС входит управление всеми простыми единичными цепями этого процесса и связывание их между собой.

Многообразные динамические воздействия на процессы, протекаю­щие в автоматизируемых объектах систем СТХС, вызываются сравни­тельно небольшим числом факторов: непрерывных и дискретных. К первым относятся изменения давления, расхода, уровня, количества теплоты и т. д.; ко вторым - состояние исполнительных механизмов и оборудования.

Основные общие особенности систем СТХС заключаются в следую­щем:

Зависимость режима работы системы от постоянно изменяющихся технологических и климатических параметров, а именно: от интенсив­ности солнечной радиации, изменения угла наклона солнцестояния по отношению к солнечному коллектору, метеоусловий;

Зависимость режима работы системы от изменяющейся в течение суток тепловой нагрузки потребителей (горячее водоснабжение, отопление);

Необходимость обеспечения наиболее экономичных процессов сбора, накопления и распределения солнечной энергии;

Необходимость обеспечения наиболее эффективного регулирования отбора теплоты системой СТХС от дублирующего источника (ИТП, ЦТП, электроподогрев, ТНУ и т. д.).

Приведенные особенности работы систем СТХС показывают, что для оптимального управления недостаточно наличия квалифицированного обслуживающего персонала, а необходимо использования современ­ных средств автоматического контроля и управления.

Успех автоматизации систем СТХС в значительной степени опреде­ляется выбором степени и объема автоматизации. По степени автомати­зации различают объекты с частичной, комплексной и полной автома­тизацией.

Частичная автоматизация - первый этап, при котором на автомати­ческое управление переводят отдельные узлы и механизмы. Частичная автоматизация не позволяет использовать все преимущества автомати­Зации, так как в технологической цепи остаются неавтоматизирован­ные процессы.

Комплексная автоматизация - второй этап, при котором весь комплекс технологических операций осуществляется по заранее разработанному алгоритму с помощью различных автоматических устройств, объединяемых общей системой управления. При этом функции человека сводятся к наблюдению за ходом процесса, анализу его показателей и выбору режимов работы оборудования.

Полная автоматизация - завершающий этап автоматизации техноло­гического процесса систем СТХС, при котором система автоматических устройств выполняет без непосредственного участия человека весь комплекс операций технологического процесса, включая выбор и установление режимов работ, обеспечивающих наилучшие технико - экономические показатели в данных условиях. Основой перехода к полной автоматизации служит определение и установление оптималь­ных режимов работы оборудования и автоматизация оперативного управления, т. е. автоматическое согласование режимов работы отдель­ных узлов и агрегатов. Для решения этих задач широко используется вычислительная техника [3].