Главная Контакты Добавить в избранное Авторы Вопросы и ответы
,

УДК 662.287.643.334:330.130

К ВОПРОСУ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ИНТЕГРИРОВАННОЙ УСТАНОВКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ С ВОЗОБНОВЛЯЕМЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ЭНЕРГИИ

Денисова. А.Е. Тодорцев Ю.К. Максименко И.Н

Введение, актуальность проблемы

В соответствии с Законом Украины «Про енергозбереження» и «Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки» одна из стратегических задач государства: решение вопросов экономии топливных ресурсов и энергосбережение с учётом экологических требований, внедрение соответствующих технологий [1,2,3,4]. Данная задача актуальна на фоне неудовлетворительного состояния окружающей среды и истощения топливо–энергетических ресурсов. Важным направлением решения является использование возобновляемых источников энергии.

К возобновляемым источникам энергии относят: тепло Земли; энергию Солнца; энергию ветра; тепло, выделяемое при сжигании биомассы, энергию Мирового океана (волн, приливов, отливов) и др. [2,7].

Тенденция сокращения использования традиционных источников энергии для целей отопления и горячего водоснабжения маломощных потребителей, особенно индивидуальных, характерна для большинства развитых стран Европы. Учитывая нестабильность отбора мощности от одного источника альтернативной энергии, стремятся создавать комбинированные системы теплоснабжения [2,6,8].

Работа подобных установок не эффективна без автоматического управления, хотя автоматизация повышает первоначальную стоимость объекта. Но экономия средств, расходуемых за время работы установки (до выхода её из строя), за счёт автоматизации окажется больше увеличения первоначальной стоимости установки [5].

 

Постановка задачи

Анализ литературных источников позволяет сделать вывод про то, что автоматизации комбинированных теплоснабжающих установок малой мощности уделяется мало внимания.

Система автоматизации такой установки должна обеспечить автономную работу каждой подсистемы, выбор рациональной структуры с точки зрения экономного использования энергии или удовлетворения требований потребителя.

Для создания автоматической системы управления (АСУ) установки необходимо оценить количество теплоты необходимое для обеспечения тепловой нагрузки потребителя в разных режимах.

Рассмотрим один из возможных технологических объектов этого типа. А.Е. Денисовой [2] обоснованы теоретические и практические аспекты создания системы теплоснабжения с солнечным и грунтовым источниками энергии – интегрированной альтернативной системы теплоснабжения (ИАСТ). Укрупнённая структура такой установки показана на рисунке 1.

На рис. 1 обозначены:

1 — гелиоколлектор (ГК);

2 — грунтовый теплообменник (ГТ);

3 — дополнительный источник энергии (ДИЭ);

4 — аккумулятор тепла (АК);

5 — трансформатор тепла (теплонасосная установка) (ТУ);

6 — потребитель (П).

 

Рис. 1 Структура ИАСТ:

ИАСТ состоит из пяти подсистем, которые обеспечивают теплом потребителя (6). Система содержит два возобновляемых источника энергии:

1-       солнечный коллектор;

2-       грунтовый теплообменник.

Для гарантированного теплоснабжения предусмотрен источник энергии (электрический или газовый) (3). Для накопления энергии нужного потенциала от солнечного и грунтового источников используется тепловой аккумулятор (4) и трансформатор тепла (5).

Если предположить, что потребитель представляет собой типовой двухэтажный дом, который ориентирован на юг и имеет систему естественной вентиляции, то для такого объекта нужно будет менять структуру системы.

В зависимости от времени года (наружной температуры) и требований потребителя возможны такие сочетания подсистем:

1-       1-6 (солнечный коллектор - потребитель);

2-       1-5-6 (солнечный коллектор - теплонасосная установка - потребитель);

3-       1-4-6 (солнечный коллектор - аккумулятор тепла - потребитель);

4-       1-4-5-6 (солнечный коллектор - аккумулятор тепла - теплонасосная установка - потребитель);

5-       2-4-6 (грунтовый теплообменник - аккумулятор тепла - потребитель);

6-       2-4-5-6 (грунтовый теплообменник - аккумулятор тепла - теплонасосная установка - потребитель);

7-       (1-5)+(2-4-5)-6 ((солнечный коллектор - теплонасосная установка) + (грунтовый теплообменник - аккумулятор тепла - теплонасосная установка) - потребитель);

8-       3-6 (дополнительный источник энергии - потребитель);

9-       (1-5)+(2-4-5)+3-6 ((солнечный коллектор - теплонасосная установка) + (грунтовый теплообменник - аккумулятор тепла - теплонасосная установка) + дополнительный источник энергии - потребитель).

Определение количества тепла для разных режимов может быть выполнено по следующей методике.

Полезное тепло , которое отводится рабочим телом ГК и используется для теплоснабжения с учетом приведенного оптического коэффициента  и полного коэффициента потерь тепла солнечного коллектора  определяется выражением:

 

,                                                  (1)

 

где  — тепловая производительность солнечного коллектора, Вт;  — площадь солнечного коллектора, м2;  — плотность потока солнечного излучения, которое поступает на наклоненную поверхность ГК; — полный коэффициент потерь энергии, Вт/( м2К); — температура рабочего тела на входе в ГК, К;  — температура окружающей среды, К;  — эффективный коэффициент отвода тепла от солнечного коллектора, который представляет собою отношения фактической полезной энергии ГК к полезной энергии при условии, что температура  поглотительной пластины (адсорберу) равняется температуре  жидкости на входе в солнечный коллектор. Указанный параметр, который зависит от конструктивных особенностей ГК и условий его работы, можно определить по методике.

Уравнение баланса энергии АК с учетом всех его составляющих частей имеет вид:

 

,                                           (2)

 

где— объем воды в баке аккумулятора, м3; — теплоемкость при постоянном давлении, кДЖ/(кгК); — плотность, кг/м3 и температура, К, воды в баке;  — время; — соответственно, тепловая мощность на входе и выходе АК, Вт; — потери тепла в окружающей среде, Вт.

Для расчета процесса теплообмена в почвенных теплообменниках используется критериальное уравнение для случая вынужденной конвекции в каналах. Для ламинарного режима течения справедливое критериальное уравнение

 

,                                     (3)

 

где  — число Нуссельта; — гидравлический диаметр ГТ, м; — соответственно, динамическая вязкость при средних температурах рабочей жидкости и стенки почвенной трубки, кг/(м*с).

Поток тепла, который подводится к рабочему телу "почвенного" испарителя теплового насоса по почвенным трубкам (ГТ) общим количеством , оценивается по уравнению:

 

,                                         (4)

 

где — начальная температура рабочей жидкости ГТ на входе в почвенный испаритель теплового насоса, К;  — конечная температура рабочей жидкости ГТ на выходе из "почвенного" испарителя теплового насос, К.

В случае работы теплового насоса с почвенным контуром ИАСТ, когда используется "почвенный" испаритель, последняя формула принимает вид:

 

,                                  (5)

 

где  — средняя температура рабочей жидкости контура почвенных теплообменников, которые являются источником тепла для "почвенного" испарителя ТН, К; — КПД эквивалентного цикла Карно; — разница температур в конденсаторе; — разница температур в испарителе;  — средняя температура среды в контуре теплового потребителя, К.

Уравнение теплового баланса потребителя позволяет определить количество теплоты, которое необходимо для обеспечения тепловой нагрузки потребителя:

 

,                                             (6)

 

где  — объем воды в баке аккумулятора, м3;  — теплоемкость при постоянном давлении, КДж/(кг*К);  — плотность воздуха, кг/м3;  — производная температуры воздуха, К, ко времени, с;  — суммарное количество теплоты, которое подводится к жилому помещению, кВт;  — суммарное количество теплоты, которое отводится от жилого помещения, кВт;  — суммарное количество теплоты, которое поступает от внутреннего источника помещения, кВт.

 

Заключение

Анализ литературных источников показал, типовых решений автоматизации ИАСТ нет. Поэтому необходимо исследовать статические свойства подсистем ИАСТ в автономном режиме и при комбинировании, что позволит выбрать концепцию управления, создать принципиальную схему регулирования количества тепла, выбрать необходимую аппаратуру, создать программное обеспечение, реализовать АСУ ИАСТ. Предлагаемая методика позволяет оценить статические характеристики объекта управления.

 

The article is devoted to research of static properties of subsystems of integrated alternative system heat supplying in an independent mode and at a combination that allows to choose the concept of management to create the basic circuit of regulation of quantity of heat, to choose the necessary equipment, to create the software, to realize automatic control system of integrated alternative system heat supplying.

 

1.                   Волеваха Н.М., Волеваха В.А. Нетрадиционные источники энергии. – Киев: Вища школа, 1988. – 60 с.

2.                   Денисова А.Є. Інтегровані системи альтернативного теплопостачання для енергозберігаючих технологій // Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук. – Одесса: 2003. – С. 2 – 27.

3.                   Закон України про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки: № 2623-III від 11.07.2001 р. // Закони України. – Київ, 2001.

4.                   Закон України про енергозбереження: №74/94 від 1.07.1994 р. // Закони України. – Київ, 1997. – Т.7. – С. 281 – 291.

5.                   Основы теории автоматического регулирования: Учебник для машиностоительных специальностей вузов / В.И. Крутов, Ф.М. Данилов, П.К, Кузьмик и др.; Под ред. В.И. Крутова. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение. 1984. 368 с., ил.

6.                   Рабинович М.Д. Экспериментальные системы автономного энергоснабжения с комплексным использованием возобновляемых источников энергии // Праці ін-ту електродинаміки НАН України. Електродинаміка.: Зб. наук.пр. –К.:ІЕД НАН України, 2000. – С. 185 – 193.

7.                   Системы солнечного тепло- и хладоснабжения / Р.Р. Аверзов. М.А. Барский–Зорин, И.М. Васильева и др.; Под ред. Э.В. Сарнацкого и С.А. Чистовича. – М.: Стройиздат, 1990. – 328 с.: ил.

8.                   Тростянецкий Л.М., Палатник И.Л., Титарь С.С. Комбинированные системы теплоснабжения // Сборник научных трудов молодых ученых. – Одесса: ОГПУ. – 1998.– С. 85 – 89.

 





Ответы на вопросы [_Задать вопроос_]

Современные технические средства, комплексы и системы

Краснов В.А., Прохорович А.В., Шутов С.В., Деменский А.Н. Анализ флуктуаций размера растущего кристалла (на примере легированных монокристаллов кремния, вытягиваемых из расплава по методу Чохральского)

Завальнюк И.П. Управление высокопроизводительной экструзией неоднородных материалов

Долина В.Г., Писаренко А.В. Синтез складної багатовимірної системи управління випарною станцією на основі рефрактометричних вимірювань

Стопакевич А.А., Тодорцев Ю.К. Анализ современного состояния систем управления брагоректификационными установками спиртового производства

Поливода В.В. Современные компьютерные технологии в АСУ на хлебоприёмном предприятии

Ладанюк А.П., Українець А.І., Кишенько В.Д. Управління автоматизованими технологічними комплексами харчових виробництв на основі сценарного підходу

Ковриго Ю.М., Фоменко Б.В. Врахування обмежень для підвищення якості функціонування систем регулювання енергоблоків ТЕС і АЕС

Евдокимов А.В., Китаев А.В., Агбомассу В.Л. Исследование причин, определяющих вращение рамки с током в магнитном поле после воздействия на нее внешнего импульса

Аппазов Э.С. Применение твердых растворов InGaN в фотовольтаике

Кузнєцов Ю.М., Дмитрієв Д.О. Програмно математичний апарат керування виконавчим органом багатокоординатних верстатів нових компоновок

Черевко О.И., Ефремов Ю.И., Одарченко А.М., Одарченко Д.М, Агафонова Ю.Ю. Теоретическое обоснование перспективного биконического резонатора для СВЧ-устройств при переработке растительного сырья

Хобин В.А. Бабиков А.Ю. Системы экстремального управления молотковыми дробилками с функцией гарантированного соблюдения тепловых режимов их электродвигателей.

Стадниченко В.Н. Исследование влияния изменения эксплуатационных нагрузок на свойства металлокерамических слоёв полученных с использованием трибовосстанавливающих составов

Ісаєв Е.А., Наговський Д.А., Чернецька І.Е. До вибору факторів, що характеризують окомкування тонкоподрібнених залізорудних матеріалів

Федоровский К.Ю., Лунев А.А. Теплоотдача погружного пластинчатого теплообменника системы охлаждения энергоустановок морских технических средств

Федоровский К.Ю., Владецкий Д.О. Интенсификация теплоотвода замкнутых систем охлаждения энергоустановок морских технических средств.

Пономарьов Я.Ю., Ладанюк А.П., Іващук В.В. Досвід використання нечітких регуляторів в системі атоматизації випарної установки.

Левченко А.А., Кравчук О.И. Эквивалентный макромодуль процесса технического обслуживания радиотехнических средств.

Іволгіна Т.О. Енергетичний підхід до аналізу стійкості руху вимірювальної головки координатно-вимірювальної машини

Ладанюк А.П., Кишенько В.Д., Ладанюк О.А. Системна задача управління біотехнологічними процесами.

Тернова Т.І. Алгоритм оцінювання деформацій рапорту періодичних об'єктів

Рожков С.А., Федотова О.Н. Алгоритм обучения системы распознавания автоматической системы разбраковки тканей

Пупена О.М, Ельперін І.В, Ладанюк А.П. Особливості проектування комп’ютерно-інтегрованих систем управління

Квасніков В.П., Кочеткова О.В. Проектування координатно–вимірювальної машини на нейронних мережах

Водічев В.А., Мухаммед М.А. Дослідження системи стабілізації потужності різання металообробного верстата з фази-регулятором

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И., Самойлов Н.А. Методика испытания термофотовольтаических преобразователей

Хобин В.А. Повышение качества формирования смесей средствами интеллектуализации алгоритмов управления порционным дозированием

Терновая Т.И. Автоматическая система разбраковки тканей с печатным рисунком методом компенсации информационных потоков

Рожков С.А., Бражник Д.А. Использование нейросетевых структур для построения систем распознавания образов

Місюра М.Д., Кишенько В.Д. Математичні моделі технологічних процесів пивоварного виробництва як об’єктів автоматизації

Ладанюк А.П., Власенко Л.О. Автоматизоване управління бізнес-процесами в комп’ютерно-інтегрованих структурах підприємства

Жукова Н.В., Литвинов В.І. Вирішення проблеми погодженого руху валків з неоднаковими катаючими діаметрами профілезгинальних станів

Бессараб В.И. Компьютеризированная система управления водоотливным хозяйством угольных шахт по критерию минимума энергозатрат

Хобин В.А. Регулятор переменной структуры для объектов технологического типа

Тонконогий В.М. Трехконтурная АСУ нанесением ионно-плазменного покрытия на режущий инструмент.

Колесникова Е.В., Кострова Г.В. Формирование базы данных АСУТП дуговой сталеплавильной печи.

Водічев В.А. Автоматизована система керування швидкостями робочих рухів то-карного верстата для підвищення ефективності обробки торцевих поверхонь.

Бергер Е.Г., Дмитрієв Д.О., Бергер Є.Е., Діневич Г.Ю. Синтез строфоїдографів за методом параметричних сімей.

Бабак В.П., В.Н. Стадніченко, О.Г. Приймаков Прогнозування надійності, дов-говічності та витривалості авіаційних матеріалів

Бабак В.П., Стадниченко В.Н., Приймаков О.Г., Токарчук В.В. Прогнозування витривалості авіаційних матеріалів .

Куцак Р.С. Використання методу координатного еталону в задачах автоматизації контролю якості тканини.

Попруга А.Г. Усовершенствование электрических нагревателей по критерию экономии энергии.

Пашковский А.А., Далечин А.Ю. Система регистрации спектров фотолюминес-ценции

Никольский В.В., Цюпко Ю.М. Применение пьезоэлектрических датчиков в сис-теме кондиционирования воздуха судовых систем микроклимата.

Крапивко Г.И., Хлопёнова И.А. Повышение коэффициента полезного действия кремниевых фотоэлектронных преобразователей методом лазерной гравировки.

Кихтенко Д.А. Управление шаговыми двигателями в микрошаговом режиме, оп-тимизация управления.

Горохов В.А. Автоматизированная транспортно-складская система в текстильной и легкой промышленности.

Водічев В.А. Система стабілізації потужності різання фрезерного верстата з взаємозв'язаним керуванням швидкостями робочих рухів.

Шутов С.В., Аппазов Э.С., Марончук А.И. Испытание фотоэлектрических преобразователей в условиях экстремальных температурных колебаний.

Худяев А.А. К проблеме повышения точности воспроизведенияв классе многоканальных воспроизводящих систем с эталонной настройкой каналов.

Тверезовський В.С., Бараненко Р.В. Принцип побудови елементів вимірювальних систем, представлених цифровими програмно керованими давачами.

Никольский В.В., Сандлер А.К. Моделирование процессов в вискозиметре с пьезоэлектрическим приводом.

Марончук И.Е., Андронова Е.В., Баганов Е.А., Курак В.В. Использование метода импульсного охлаждения насыщенного раствора-расплава для формирования наноразмерных структур InSb в матрице GaSb.

Водічев В.А. Аналого-цифровий регулятор режиму металообробки для верстатів з числовим програмним керуванням.

Блинов Э.И., Кравцов В.И., Кравцов А.В., Недбайло А.Н. Управление гибкими протяженными объектами направленными силовыми воздействиями.