Моделювання динаміки акумуляторів теплової енергії, як об’єктів керування

Анотація

В статті визначена актуальність досліджень варіантів використання теплового акумулятора в системі теплопостачання виробничих приміщень. Розглянуто типові технологічні схеми рідинних акумуляторів теплоти та визначено недоліки існуючих математичних моделей. Обрано та проаналізовано технологічну схему акумулятора ємнісного типу як найбільш розповсюдженого в системах сонячного опалення та гарячого водопостачання. Визначено, що для нестаціонарного процесу не можна нехтувати тепловою інерцією арматури корпусу та теплоізоляції, тому неможна розглядати бак-акумулятор як одноємнісний об’єкт. На основі аналізу теплового балансу елементів конструкцій теплоакумулюючих пристроїв сформульовано математичну модель динаміки бака-акумулятора як двоємнісного об’єкта із зосередженими параметрами. Отримана спрощена математична модель дозволяє параметрично ідентифікувати об’єкт моделювання (водяний акумулятор ємнісного типу). У розглянутому варіанті теплоакумулятор використовують у системах сонячного гарячого водопостачання для попереднього нагрівання води. Для використання в двоконтурних системах сонячного опалення та гарячого водопостачання використовують геліоколектори з антифризом, а нагрівання води в теплоакумулювальній ємності реалізують з використанням теплообмінників. Сформульована математична модель бака-акумулятора суміщеного з теплообмінником при використанні в якості рідинного теплоносія антифризу (для виключення обледеніння системи), в якій для спрощення моделі (зниження порядку) віднесено теплоємкість трубок до теплоємності теплоносія в об’ємі трубок, а масу корпусу до маси рідини в ньому. Для створення і аналізу системи автоматичного керування температурним режимом отримані моделі являють собою систему нелінійних рівнянь, розв’язок яких доцільно проводити в комп’ютерних середовищах.

Ключові слова: теплоакумулятор, рідинний наповнювач, теплоносій, бак з рідиною, температурний режим