Дипломная работа: Разработка информационной подсистемы выбора оборудования для комбинированной системы теплоснабжения

Содержание

Введение………………………………………………………………..………...
1 Обзор комбинированной системы теплоснабжения ……………………….
1.1 Система теплоснабжения………………………………………………..
1.2 Солнечный коллектор …………………………………………………...
1.3 Тепловой насос…………………………………………………………...
1.4 Постановка задачи……………………………………………………….
2 Разработка комбинированной системы теплоснабжения
жилого помещения...........................................................................................
2.1Схема размещения элементов комбинированной системы
теплоснабжения………………………………………………………..…
2.2 Тепловой расчет солнечного коллектора……………………………….
2.3 Определение потребности жилого помещения в горячей воде ……....
2.4 Расчет тепловых потерь………………………………………………….
2.5Расчет мощности элементов комбинированной системы……………...
3 Разработка информационной подсистемы выбора оборудования...............
3.1 Исходные данные для проектирования системы………………...…….
3.2 Выбор СУБД для реализации проекта… ………….……….................
3.3 Разработка базы данных в СУБД MS Access ………………………..…
3.4 Выбор среды программирования ……………………………….………
3.5 Разработка программного обеспечения в среде программирования
Delphi…………..………………………………………………….………
4 Безопасность жизнедеятельности…………………………………….…...
4.1 Анализ условий эксплуатаций оборудования………………………….
4.2 Проектирование молниезащиты………………………………………...
4.3 Системы заземления……………………………………………………..
4.4 Токоотвод…………………………………………………………………
4.5 Вывод по разделу безопасность жизнедеятельности………………….
5 Технико-экономическое обоснование………………………………….……
5.1 Технологическое описание процесса…………………………………...
5.2 Расчет затрат и себестоимость…………………………………………..
5.3 Расчет себестоимости теплоэнергии, вырабатываемой солнечным
коллектором……………………………………………………………...
5.4 Расчет себестоимости теплоэнергии, вырабатываемой тепловым
насосом…………………………………………………………………....
5.5 Вывод технико-экономического обоснования…………………………
Заключение……………………………………………………………………...
Перечень сокращений…………………………………………………………..
Список литературы……………………………………………………………..
1 Обзор комбинированных систем теплоснабжения
Система теплоснабжения
Системой теплоснабжения называют комплекс устройств,
производящих тепловую энергию и доставляющих ее в виде водяного пара,
горячей воды и нагретого воздуха потребителю.
Одним из эффективных путей экономии топливно-энергетических
ресурсов является использование экологически чистых нетрадиционных
возобновляемых источников энергии, и в первую очередь, солнечной энергии,
аккумулируемой в грунте, водоемах, воздухе. Основное преимущество
возобновляемых источников энергии – неисчерпаемость и экологическая
чистота.
Среди возобновляемых источников энергии солнечная наиболее
перспективна:
- по масштабам ресурсов;
- по распространенности;
- по экологической чистоте.
В данном дипломном проекте в качестве элемента комбинированной
системы теплоснабжения используются тепловой насос и солнечный
коллектор.
Солнечный коллектор
Солнечный коллектор (гелиоколлектор) – установка для прямого
преобразования энергии Солнца в тепловую. Основные функции солнечной
тепловой системы является поглащение, передача, хранение и отдача тепла
выполняются множеством различных устройств. Но главными элементами,
характеризующими систему использования солнечного тепла, служат
коллектор и тепловой аккумулятор. Гелиоколлектор в общем случае
включает в себя следующие элементы:
- светопрозрачное покрытие;
- энергопоглощающую поверхность - абсорбер;
- котел-плоские трубчатые каналы для теплоносителя;
- корпус с теплоизоляцией.
Преимущества солнечных коллекторов:
1.Существенно снижают затраты:
- горячей воды – до 90% бесплатно;
- на отопление – до 50% бесплатно.
2.Солнечная энергия самая дешевая из всех доступных альтернативных
источников.
Все солнечные коллекторы условно делятся на плоские, или
плоскопанельные коллекторы, и вакуумные коллекторы (на вакуумных
трубках).
Плоскопанельные (см. рисунок 1.1)

связанный с теплопроводной системой. С внешней стороны элемент закрыт
слоем прозрачного материала, прозрачного покрытия. Чаще всего это
покрытие выполняется из специального закаленного стекла, в котором
максимально снижено содержание металлов. Обратная сторона, для
уменьшения теплопотерь закрыта теплоизолятором. Если тепло не передается
на внешние потребители, то такой плоский коллектор в состоянии нагревать
промежуточный теплоноситель до ста сорока градусов.
В настоящее время разрабатываются и применяются специальные
оптические оболочки. Поскольку из всех используемых материалов наиболее
высокая теплопроводность у меди, то она стала основным сырьем для
производства абсорбера.
Рисунок 1.1 – Плоский солнечный коллектор

У вакуумных коллекторов (см. рисунок 1.2) главная часть – это
специальная вакуумная трубка, покрытая чернением для нагревания, в
которой находится вода или антифриз. Вся конструкция сделана по принципу
устройства термоса. Вокруг полости заполненной жидкостью для уменьшения
непродуктивных потерь тепла создается своеобразная вакуумная камера.
Используя такой элемент можно нагреть воду даже в том случае, если
температура окружающей среды минусовая. С целью повышения
эффективности приборов, внутренние вакуумные трубки делаются граненой
формы или в форме буквы «U». Внешняя оболочка трубок изготавливается из
боросиликатного стекла, имеющего повышенную прочность и длительное
время не теряющего своих оптических свойств [5].
Кроме того, в вакуумных солнечных коллекторах нашли
применение тепловые трубки, выполняющие роль проводника тепла. При
облучении установки солнечным светом жидкость, находящаяся в нижней
части трубки, нагреваясь, превращается в пар. Пары поднимаются в верхнюю
часть трубки (конденсатор), где конденсируясь передают тепло коллектору.
Использование данной схемы позволяет достичь большего КПД (по
сравнению с плоскими коллекторами) при работе в условиях низких
температур и слабой освещенности.
1.2 – Вакуумный солнечный коллектор

1.2.1 Принцип работы солнечного коллектора
Принцип работы солнечного коллектора приведен на рисунке 1.3.
Теплоноситель нагревается, циркулируя через коллектор, а затем передает
тепловую энергию в бак - аккумулятор, накапливающий горячую воду для
потребителя. Солнечная энергия, улавливается через систему вакуумных
трубок коллектора. Внутренняя трубка покрыта специальным селективным
слоем, который максимально поглощает солнечную энергию, а вакуум
препятствует потерям тепла.
В простом варианте циркуляция воды происходит естественно из-за
разности температур в коллекторе и баке - аккумуляторе, который
располагается выше.
В более сложном варианте коллектор имеет свой контур, заполненный
водой или антифризом. В контур включается насос для циркуляции
теплоносителя. Бак может располагаться как непосредственно рядом с
коллектором, так и внутри здания.
В тех случаях, когда солнечной энергии недостаточно, температуру
воды на нужном уровне поддерживает дополнительный электрический
нагревательный элемент, который устанавливают за баком - аккумулятором.
Такое решение позволяет повысить эффективность солнечной установки,
поскольку КПД солнечного коллектора снижается с ростом температуры
теплоносителя.
Бывают и солнечные водонагревательные установки аккумуляционного
типа, в которых отсутствует отдельный бак -аккумулятор, а нагретая вода
сохраняется непосредственно в солнечном коллекторе. В этом случае
установка представляет собой близкий к прямоугольной форме бак.
Рисунок 1.3- Принцип работы солнечного коллектора
1.3 Тепловой насос
Тепловой насос — это компактные экономичные и экологически чистые
системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего
водоснабжения и отопления помещения за счет использования тепла
низкопотенциального источника путем переноса его к теплоносителю с более
высокой температурой. Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную
тепловую энергию грунта, воды или даже воздуха в относительно
высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 2/3
отопительной энергии можно получить бесплатно из природы и только 1/3
энергии необходимо затратить для работы теплового насоса. Затратив 1 кВт
электроэнергии в приводе насоса, можно получить 4-5 кВт тепловой энергии.
В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на
компрессионные и абсорбционные.
Компрессионные тепловые насосы
Свое название получили от слово компрессия, т. е. сжатие. Сжатие в
таких установках происходит в большинстве случаев при помощи
компрессора (поэтому их так же называют компрессорными).
Различают:
- газовые компрессионные тепловые насосы;
- паровые компрессионные тепловые насосы.
Газовые компрессионные тепловые насосы – это установки, в которых
рабочее тело во всех процессах остается в газообразном состоянии. В
воздушных тепловых насосах получение низких температур осуществляется
за счет адиабатного расширения воздуха при совершении внешней работы.
Схема работы идеальной воздушной холодильной машины приведена на
рисунке 1.4.
Рисунок 1.4- Схема газовых компрессионных тепловых насосов

Воздух из охлаждаемого объема 4 при температуре Т1 засасывается
компрессором 1 и после адиабатного сжатия до давления подаётся в
охладитель 2, где охлаждается водой при постоянном давлении. Затем сжатый
охлаждённый воздух поступает в детандер 3 (расширитель), где совершает
полезную работу при адиабатном расширении до первоначального давления.
В газовых компрессионных тепловых насосах рабочее тело во всех процессах
остаётся в газообразном состоянии.
Паровые компрессионные холодильные машины — это установки, в
которых рабочее тело в процессах работы совершает фазовый переход (газ-
жидкость). В цикле паровой компрессионной холодильной машины
происходит непрерывное фазовое превращение рабочего тела (кипение,
испарение, а затем конденсация). Принципиальная схема одноступенчатой
идеальной паровой холодильной машины приведена на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Схема паровых тепловых нас
Основными элементами оборудования установки являются компрессор,
конденсатор, детандер (расширитель) и испаритель. Цикл машины,
представляющий собой обратный цикл Карно, происходит в области влажного
пара. Холодильный агент кипит в испарителе 1 при низком давлении и низкой
температуре, при этом извлекается тепло от охлаждаемого тепла. Газ из
испарителя засасывается компрессором 2 и сжимается адиабатно с
повышением температуры. Компрессор нагнетает газ в конденсатор 3, где он
конденсируется при высоком постоянном давлении и высокой температуре,
отдавая тепло обогреваемому телу. Жидкий хладоагент поступает в детандер
4 и расширяется адиабатно, производя полезную работу за счет внутренней
энергии. далее хладоагент поступает в испаритель и рабочий цикл
повторяется снова.
Абсорбционный (испарительный, диффузионный,абсорбционно-
диффузионный, испарительно-абсорбционный, испарительно-диффузионный)
тепловой насос — устройство, в которых сжатие пара основано на абсорбции
рабочего тела (поглощении из раствора или смеси газов твёрдым телом или
жидкостью) при температуре окружающей среды и его десорбции (выделении
в окружающую среду из твёрдого тела) при более высокой температуре.
Высокоэффективное энергосберегающее оборудование для теплоснабжения
различных объектов и предназначены для нагрева воды до 60-90 градусов, с
использованием в качестве источника энергии теплоты греющегося пара с
давлением до 0,75 Мпа и низкопотенциальную сбросную или природную
теплоту с температурой 20-60 градусов.В абсорбционных холодильных
машинах применяется бинарная смесь, компоненты которой имеют различные
температуры кипения при одинаковом давлении. Холодильный агент должен
иметь низкую температуру кипения, абсорбент (поглотитель) - более
высокую.
Наибольшее распространение получили водоаммиачные растворы, в
которых аммиак является холодильным агентом, а вода - абсорбентом.
Принципиальная схема водоаммиачной холодильной машины приведена на
рисунке 1.6. Пары аммиака, образовавшиеся в испарителе 4 при давлении ро и
температуре to, засасываются в абсорбер 5, где поглощаются слабым
водоаммиачным раствором. Теплота Qа, выделяющаяся при поглощении
паров аммиака, отводится охлаждающей водой. Процесс абсорбции
происходит при постоянном давлении, несколько меньшем давления в
испарителе ро. Полученный в абсорбере раствор насосом 6 перекачивается в
генератор (кипятильник) 1. При этом насосом затрачивается работа lh. В
генераторе водоаммиачный раствор выпаривается при давлении, несколько
большем, чем давление в конденсаторе. Тепло Qг, затраченное на получение
водоаммиачного пара, подводится от внешнего источника (пар, горячая вода).
Водоаммиачный пар с большой концентрацией аммиака поступает в
конденсатор 2 и в нём конденсируется, отдавая тепло Qк охлаждающей воде.
Из конденсатора жидкий аммиак через регулирующий вентиль (дроссель) 3
направляется в испаритель, где кипит, производя охлаждающий эффект Q0.
Рисунок 1.6 – Принципиальная схема водоаммиачной холодильной машины

Характеристики промышленных тепловых насосов и бытовых тепловых
насосов позволяют по многим параметрам превосходить другие системы
отопления. Это свойственно как промышленным тепловым насосам, так и
бытовым тепловым насосам. По способу получения тепла выделяют
несколько типов. Так, по виду источника тепла и используемого
теплоносителя существующие промышленные тепловые насосы можно
разделить на следующие виды: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода»,
«грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух».
Классические геотермальные тепловые насосы используют тепло грунта
и передают его воде. Преимущества геотермального отопления: доступность
источника тепла в любое время года и при любых погодных условиях,
природная возобновляемость источника тепла. Использование их полностью
безопасно, при их работе отсутствуют выбросы в окружающую среду и
негативное воздействие на человека. Преимущество геотермального
отопления и в том, что оно экономически выгодно: применение грунтового
теплового насоса в четыре раза превосходит другие системы отопления по
эффективности.
Похожий на работу геотермального отопления принцип имеет тип
«вода—вода», с той разницей, что используется тепло воды (реки, озёра,
сбросные и сточные воды).
«Воздух—вода» забирают тепло из окружающего воздуха. При этом
воздушные тепловые насосы могут работать и при отрицательных
температурах (до минус 20 градусов Цельсия). Преимуществом систем
геотермального отопления является большая универсальность и значительно
меньшие расходы на установку. Но при плюсах в характеристиках тепловых
насосов есть свои недостатки. Например, это необходимость иметь резервный
источник отопления и немного меньшая эффективность.
При выборе и установке воздушного теплового насоса необходимо подбирать
оборудование в зависимости от климатической зоны и допустимых
минимальных температур.
Насосы группы «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух»
имеют другое устройство. В них (например - геотермальных) конечному
потребителю поступает нагретый воздух. Такие насосы менее распространены....