 |
|
Геліосистеми гарячого водопостачання
ЗМІСТ
Вступ........................................................................................................................... 5
Розділ 1. Аналіз геліосистеми гарячого водопостачання головного корпусу ЧДУ 6
1.1. Сонячна енергетика............................................................................................. 6
1.2. Геліосистеми гарячого водопостачання............................................................. 9
1.3. Принцип роботи сонячного колектора............................................................ 11
1.4. Принцип роботи геліосистеми.......................................................................... 14
1.5. Контролер сонячного колектора...................................................................... 17
1.6. Технічні характеристики контролера геліосистеми ТК-5................................ 19
1.7. Технічні характеристики контролера геліосистеми VITOSOLIC 100............. 20
1.8. Постановка задачі дослідження........................................................................ 22
Розділ 2. Модернізація контролера ТК-5............................................................... 24
2.1. Електромагнітне реле........................................................................................ 24
2.2. Симістор............................................................................................................. 29
2.3. Функціональна схема та принцип роботи контролера геліосистеми ТК-5..... 32
2.4. Симісторний ключ............................................................................................. 34
Розділ 3. Охорона праці.......................................................................................... 39
3.1. Основи електробезпеки .................................................................................... 39
3.2. Охорона праці при роботі з комп’ютерною технікою.................................... 46
Висновки та рекомендації....................................................................................... 54
Перелік використаних джерел................................................................................ 56
ВСТУП
На даному етапі розвитку людства, все гостріше постає питання переходу від використання газу та нафти до використання екологічно чистих та відновлюючих видів енергії. Особливість цього етапу полягає в його екологічній спрямованості – зменшення забруднення довкілля, істотне скорочення викидів в атмосферу вуглекислого газу і поступове виснаження природних ресурсів. Саме тому використання сонячної енергії набуває все більшої популярності.
Використання сонячної системи гарячого водопостачання дозволяє заощаджувати кошти на підігрів води для повсякденного використання. Роботою геліосистеми керую контролер.
Сонячний контролер призначений для управління процесом нагріву від сонця та контролю стану геліосистеми. Він керує потужними навантаженнями (насосом або електричним водонагрівачем) за допомогою електричної схеми з використанням електромагнітного реле. Таке реле можна замінити більш ефективною та надійною системою управління потужним навантаженням, а саме – симісторним ключем.
Метою даної дипломної роботи буде покращення параметрів контролера.
Основні задачі:
ü проаналізувати склад та функціонування сонячної системи гарячого водопостачання;
ü проаналізувати технічні характеристики і параметри роботи контролерів геліосистеми;
ü вдосконалити систему керування контролером елементами геліосистеми.
РОЗДІЛ 1
АНАЛІЗ ГЕЛІОСИСТЕМИ ГАРЯЧОГО ВОДОПОСТАЧАННЯ
ГОЛОВНОГО КОРПУСУ ЧДУ
Сонячна енергетика
На даний час людство активно впроваджує нові екологічно чисті джерела енергії. Перший бурхливий перехід на нові джерела енергії відбувся з 1890 року по 1910 рік, коли каретно-кінна тяга була замінена автомобілями, а електричне освітлення змінило газові світильники. Цей перехід призвів до промислової революції в більшості розвинених країн світу. В даний час людство знову переживає черговий етап переходу на нові джерела енергії, який почався в 1990 році і, за прогнозами вчених, продовжуватиметься до 2020 року. Протягом цього часу людство повинне впровадити у повсякденне життя поновлювані екологічно-чисті джерела енергії, перш за все, такі як геліоенергетика і теплові насоси (рис. 1.1.). Інакше, майбутні екологічні катастрофи поставлять під загрозу можливість подальшого існування життя на нашій планеті [1].
Рис. 1.1. Сонячна електростанція
Для оцінки можливостей сонячної енергетики об’єктивно вважають, що щільність потоку сонячної радіації поза атмосферою Землі рівна 1,4 кВт/м2, а над океаном на екваторі опівдні значення сонячної радіації складає 1 кВт/м2 (рис. 1.2.). Загальна потужність сонячної радіації, що перехоплюється нашою планетою, складає 1,7×1014 кВт. Це колосальна потужність, що приблизно в 500 разів перевищує граничні та навряд чи досяжні потреби людської цивілізації, які за оцінкою Римського клубу, можуть скласти 3×1011 кВт. Якщо оцінити всю сонячну енергію, яку наша планета отримує за один рік, то вона складе 1018кВт×год, що приблизно в 10 разів більше енергії від всіх розвіданих та нерозвіданих викопних палив, включаючи і речовини, що розщеплюються.
Рис. 1.2. Карта сонячного випромінювання планети Земля
Із загальної кількості сонячного тепла, що поступає на Землю, сонячної радіації близько 30% негайно відбивається в космос у вигляді короткохвильового випромінювання, 47% адсорбується атмосферою, поверхнею планети (сушею і океаном) та перетворюється на тепло, яке переважно розсіюється в космосі у вигляді інфрачервоного випромінювання, інші 23% залучаються до процесів випаровування, конвекції, осаду та кругообігу води в природі. Невелика частина, близько 0,2%, йде на утворення потоків в океані та атмосфері, включаючи океанські хвилі. І лише 0,02% захоплюється хлорофілом зелених рослин і підтримує життя на нашій планеті. Мала доля від цих 0,02% забезпечила мільйони років назад накопичення на Землі запасів викопного палива.
Сонячна енергія упевнено завойовує стійкі позиції в світовій енергетиці (рис. 1.3.). Привабливість сонячної енергетики обумовлена кількома обставинами:
· сонячна енергія доступна в кожній точці нашої планети, розрізняючись по щільності потоку сонячного випромінювання не більше ніж в два рази. Тому вона приваблива для всіх країн, відповідаючи їх інтересам в напрямку енергетичної незалежності;
· сонячна радіація - це екологічно чисте джерело енергії, що дозволяє використовувати його у все більш зростаючих масштабах без негативного впливу на довкілля;
· сонячне випромінювання – це практично невичерпне джерело енергії, яке буде доступне через мільйони років [2].
Рис. 1.3. Сонячна башта, Севілья, Іспанія. Побудована в 2007 р.
Основними напрямами використання сонячній енергії вважаються:
· здобуття тепла шляхом абсорбції прямого сонячного випромінювання;
· перетворення сонячної радіації на електричну енергію.
Геліосистеми гарячого водопостачання
Отримання тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання являє собою найбільш простий, з боку технічної реалізації, спосіб використання сонячної енергії. Тепло, отримане в результаті прямої абсорбції сонячної радіації, використовується для нагрівання води, обігріву приміщень, охолодження приміщень, сушіння матеріалів та продуктів сільськогосподарського виробництва. Великий практичний інтерес до обігріву приміщень та отримання гарячої води, за рахунок сонячної радіації, обумовлений тим, що в промислово розвинутих країнах близько 30-40% виробленої енергії споживається на так зване низькотемпературне нагрівання (<100°С).
Отримання такого низькотемпературного тепла можна здійснити за допомогою пласких та вакуумних сонячних колекторів (трубчастих), що працюють за принципом тепличного ефекту. Фізична суть цього ефекту полягає в тому, що сонячне випромінювання, падаюче на поверхню плоского чи вакуумного сонячних колекторів, який прозорий для сонячних променів, практично без втрат проникає всередину та, потрапляючи на теплоприймач геліоколектора нагріває його, а процес розсіювання теплової енергії теплоприймача в сонячному колекторі мінімізований. Оскільки основна інтенсивність сонячного випромінювання в наземних умовах знаходиться в спектральному інтервалі 0,4 мкм –1,8 мкм, то як прозорий верхній шар використовується звичайне скло, що має коефіцієнт пропускання в цьому спектральному діапазоні до 95%. Розташований в нижній частині сонячного колектора (плаский) або всередині трубки (вакуумний) теплоприймач геліоколектора є абсорбуючим покриттям з коефіцієнтом поглинання сонячного випромінювання до 82-92%. Поглинаючи пряме сонячне випромінювання, це абсорбуюче покриття може нагріватися залежно від потужності падаючого сонячного випромінювання до 50-90°С. Нагріте до таких температур тіло випромінює теплову енергію, основна потужність якого знаходиться в інфрачервоному діапазоні.
Для спектрального діапазону, відповідного інфрачервоному випромінюванню, скло володіє низьким коефіцієнтом пропускання, а вакуум в вакуумних сонячних колекторах зводить це до нуля. Це й призводить до тепличного ефекту, що полягає в накопиченні енергії під склом і збільшенні температури теплоприймача до 160°С для плаского геліоколектора та 250°С для вакуумного геліоколектора, якщо перетворена енергія не відводиться з сонячного колектора теплоносієм (режим стагнації). У робочому режимі накопичене тепло витрачається на нагрів води, яка циркулює через геліосистему.
В середній смузі Європи в літній період продуктивність пласких колекторів може досягати 50- 60 літрів води, а вакуумних сонячних колекторах 70-90 літрів води, нагрітої до 60-70° із з кожного квадратного метра геліоколектора в день. ККД плаского сонячного колектора складає близько 70% та залежить від температури довкілля, щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. ККД вакуумного сонячного колектора складає близько 92% та залежить лише від щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. Із зменшенням температури, до якої необхідно нагрівати воду, циркулюючу через геліоколектор, ККД сонячного колектора підвищується. Проте стандартна температура води, що нагрівається складає 50°С. Для сонячного колектора основною технічною характеристикою є об'єм води, нагрітої до заданої температури протягом світлового дня квадратним метром. Цей параметр залежить від пори року та географічного положення місця, в якому встановлюються геліоколектори. Ефективність сонячного колектора залежить від характеристик селективно-поглинаючого покриття, яке володіє властивістю добре поглинати видиму частину сонячного спектру та практично не випромінювати в інфрачервоної області спектру. Селективні покриття є одним з наукоємних елементів в конструкції геліоколектора.
Одним з основних економічних показників сонячного колектора, поряд з його вартістю, є надійність та довговічність. Термін служби геліоколектора складає не менше 10 років. Вакуумні сонячні колектори володіють низькою матеріаломісткістю (вага матеріалу витрачена на виготовлення 1м2 поверхні) та низькою інерційністю (час нагріву води до заданої температури при заданому тиску води). У геліосистему отримання низькотемпературного тепла, також входять накопичувачі тепла (баки акумулятори), які в простому випадку є термоізольованими ємкостями (термоси) для зберігання гарячої води. Об'єм бака акумулятора та необхідна площа геліоколекторів, визначаються добовим споживанням тепла та середнім числом сонячних днів на рік в даній місцевості. Якщо сонячний колектор використовує не воду, а незамерзаючу рідину, то за допомогою теплообмінника в накопичувальному теплоізольованому баці та додаткового нагрівача (газ, електрика і тому подібне) можна протягом року економити до 50-60% енергії, необхідної для обігріву будинку та інших теплових домашніх потребах, що практично широко використовується в промислово розвинених країнах. В цьому випадку сонячні колектори працюють цілий рік в автоматичному режимі, паралельно із звичайними паливними або електричними нагрівачами води.