CC BY
20ME of the units of the Armed Forces of Ukraine perform combat missions, so maintenance activities are mainly carried out in the scope of DM, in some cases, M-1. And only for a short period of time, when units are withdrawn, it is possible to carry out certain labor-intensive types of maintenance.
Such state of affairs makes it necessary to consider the possibility of introducing a single annual maintenance as a key measure to maintain ME, which will be carried out when units are withdrawn and contain a list of basic mandatory measures to maintain the vehicle fleet.
References
1. Methodical guide on the organization and conduct of seasonal service of weapons and military equipment in military units and subunits, that perform tasks in the ATO area, areas of combat capability restoration. - Kyiv: the Ground Forces Command of the Armed Forces of Ukraine. 2015. - 22 p.
2. Kalenyk M.M. Operation and repair of engineering weapons. Part 2. Organization of maintenance
of engineering equipment: Training manual / N.O. Ma-linovsky, V.M Ivansky, V.S. Mishchenko, V.F. Kmin -Lviv: NASV, 2020. 143 p.
3. Baranov A., Baranov Yu., Kyrylchuk V., Ko-valchuk S. Organization of the military equipment maintenance analysis in the armies of NATO member countries. The scientific heritage: VOL 1. 2022. №84(84). pp. 25-28.
4. Baranov A., Baranov Yu., Andriienko A., Kyrylchuk V. Peculiarities of military equipment repair organization in field conditions in the armed forces of Ukraine engineer units. The scientific heritage: VOL 1. 2022. №85(85). pp. 42-44.
5. Birkov V.P. Ensuring the reliability of engineer mechanical equipment during operation. Moscow: Military Publishing House, 1985. - 280 p.
6. Vorobiov O.M. Stages of development of repair recovery system bodies. Proceedings of the academy / Kyiv: NUDU, №71. 2006. pp. 88-92.
7. Sivak V.A. Fundamentals of car production and repair technology: Training manual / V.A. Sivak, O.V. Verbovenko. - Khmelnytsky: NA PVU, 2003. - 143 p.
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ НОРМ И ПРАВИЛ «УСТАНОВКИ СОЛНЕЧНОГО ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ» РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН
Рашидов Ю.К.
Ташкентский архитектурно-строительный институт, доктор технических наук, профессор Асанова С.К.
Ташкентский архитектурно-строительный институт,
магистр
WAYS OF IMPROVEMENT OF BUILDING REGULATIONS AND RULES OF "INSTALLATIONS OF SOLAR HOT WATER SUPPLY" REPUBLIC OF UZBEKISTAN
Rashidov Yu.,
Tashkent Institute of Architecture and Construction, doctor of technical sciences, professor Asanova S.
Tashkent Institute of Architecture and Construction,
master
DOI: 10.5281/zenodo.7148332
Аннотация
Рассмотрены вопросы дальнейшего совершенствования строительных норм и правил "Установки солнечного горячего водоснабжения", действующих на территории Республики Узбекистан, с целью широкомасштабного внедрения инновационных решений и новых технологий для повышения энергоэффективности проектируемых гелиоустановок.
Цель работы - определение основных путей для дальнейшей переработки республиканского нормативного документа, отвечающего современным требованиям и обеспечивающего повышение энергоэффективности проектируемых установок солнечного горячего водоснабжения на 30 %, а также улучшающих их эксплуатационные характеристики и надёжность работы в климатических условиях Узбекистана.
Выполнен анализ общепризнанных результатов законченных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ в области систем солнечного горячего водоснабжения. Изучен и обобщен отечественный и зарубежный опыт проектирования, строительства и эксплуатации установок солнечного горячего водоснабжения различного назначения. Осуществлён отбор передовых технических достижений и научных исследований разных стран в области энергосбережения и эффективного использования солнечной энергии. В процессе дальнейшей переработки нормативного документа рекомендуется исключить устаревшие положения, а также включить новые нормативные требования, учитывающие современный уровень научно-технических достижений, проектно-строительной практики и региональные особенности Республики Узбекистан.
Приведены и обоснованы основные изменения, для внесения в ранее действующие строительные нормы и правила, разработанные на основе анализа общепризнанных результатов законченных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ, изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта проектирования, строительства и эксплуатации установок солнечного горячего водоснабжения различного назначения.
Abstract
The issues of further improvement of the building codes and rules of the "Solar hot water supply installations" operating on the territory of the Republic of Uzbekistan were considered with the aim of large-scale implementation of innovative solutions and new technologies to improve the energy efficiency of the designed solar installations.
The purpose of the work is to determine the main ways for further processing of the republican regulatory document that meets modern requirements and provides an increase in the energy efficiency of the designed solar hot water supply installations by 30%, as well as improving their performance and reliability in the climatic conditions of Uzbekistan.
The analysis of the generally recognized results of completed research, development and experimental work in the field of solar hot water supply systems is carried out. The domestic and foreign experience in the design, construction and operation of solar hot water supply installations for various purposes has been studied and summarized. A selection of advanced technical achievements and scientific research from different countries in the field of energy saving and efficient use of solar energy has been carried out. In the process of further revision of the regulatory document, it is recommended to exclude obsolete provisions, as well as to include new regulatory requirements that take into account the current level of scientific and technological achievements, design and construction practice and regional features of the Republic of Uzbekistan.
The main changes are given and substantiated to be introduced into the previously existing building codes and regulations developed on the basis of an analysis of the generally recognized results of completed research, development and experimental work, the study and generalization of domestic and foreign experience in the design, construction and operation of solar hot water supply installations for various purposes.
Ключевые слова: нормативный документ, солнечный коллектор, саморегулиремый элемент, самодренируемая гелиоустановка, активный элемент, тепловой аккумулятор, горячее водоснабжение, теплоноситель, эффективность.
Keywords: regulatory document, solar collector, self-regulating element, self-draining installation, active element, heat accumulator, hot water supply, coolant, efficiency.
Введение. В Узбекистане проектирование установок солнечного горячего водоснабжения (УСГВ) для различных потребителей в период с 1996 по 2018 г. осуществлялось в соответствии с требованиями республиканских строительных норм и правил КМК 2.04.16-96 [1]. Они были разработаны взамен Ведомственным строительным нормам ВСН 52-86 [2], которые содержали нормативные положения, выработанные на базе многолетних научно-исследовательских работ, выполненных в институтах «Госгражданстроя» СССР: КиевЗНИИЭП, ТашЗНИИЭП, ТбилЗНИИЭП и ЦНИИЭП инженерного оборудования.
КМК 2.04.16-96 по сравнению с ВСН 52-86 учитывали климатические и региональные особенности республики, а также отражали десятилетний опыт разработки, проектирования и внедрения УСГВ, накопленного в Узбекистане [3]. Например, если ВСН 52-86 предусматривали использование в УСГВ солнечных коллекторов (СК) с одинарным или двойным остеклением, то в климатических условиях Узбекистана в сезонных установках, возможно, их эффективное применение без остекления, что нашло своё отражения в КМК 2.04.16-96 [1] и т.д.
В Постановлении Президента Республики Узбекистан от 23 августа 2017 года № ПП-3238 [4] жесткой критике было подвергнуто состояние дел по внедрению современных энергоэффективных и энергосберегающих технологий, а от 8 ноября 2017 года № ПП-3374 [5] отмечается, что действующие
нормы и правила в сфере градостроительства не отвечают современным требованиям обеспечения энергоэффективности объектов. Отсутствие должного внимания применению в ходе строительства и реконструкции зданий и сооружений альтернативных источников энергии, и в частности солнечной энергии, приводит к перерасходу энергоресурсов.
В связи с этим, а также учитывая, что с момента введения в действие КМК 2.04.16-96 прошло более двадцати лет, в 2018 году были внесены в основные требования КМК 2.04.16-96 изменения для повышения энергоэффективности проектируемых гелиоустановок [6].
За период использования норм с 1996 по 2018 г. по повышению энергоэффективности УСГВ был накоплен определенный опыт проектирования, строительства и внедрения, показавший как положительные стороны введенных норм, так и недостаточный учет факторов различного характера. Некоторые положения документа существенно устарели и не отвечали современным требованиям, обеспечивающим широкомасштабное внедрение установок солнечного горячего водоснабжения в республике. Поэтому они сдерживали дальнейшее развитие использования солнечной энергии в строительстве и, в особенности, в сельском жилье.
Разработка КМК 2.04.16-18 [7] выполнялась в соответствии с планом пересмотра действующих нормативных документов по строительству и архитектуре и техническим заданием Программы развития Организации Объединённых Наций (ПРООН),
утверждённым Министерством строительства Республики Узбекистан 23 октября 2018 г [6].
При разработке КМК 2.04.16-18 за основу была принята большая часть требований, содержащихся в КМК 2.04.16-96. Изменения, внесенные в КМК 2.04.16-18 [7] были разработаны на основе анализа общепризнанных результатов законченных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ, изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта проектирования, строительства и эксплуатации установок солнечного горячего водоснабжения различного назначения на момент переработки нормативного документа, т.е. на 2018 г.
Для повышения энергетической эффективности УСГВ в КМК 2.04.16-18 [7] были внесены следующие основные изменения [6].
Увеличен парк используемых СК путём дополнения требованием, позволяющим применять современные высокоэффективные «трубчатые» СК, которые широко используются в настоящее время в мировой практике [8, 9].
Введены новые методики расчёта саморегулирующихся активных элементов (САЭ) [10, 11], которые были включены в нормативный документ.
Включены новые требования по применению сертифицированных плоских проточных СК с одинарным или двойным остеклением, а также сертифицированных трубчатых двухслойных вакуумных СК с прямой теплопередачей воде, с и-образными трубами или с термотрубками (тепловыми трубами) и пластиковых СК [8, 9].
Предусмотрено применение теплообменников «пластинчатого» типа, что позволяет повысить эффективность теплообмена при передаче теплоты из одного контура в другой в установках солнечного горячего водоснабжения, благодаря их высоким теплотехническим свойствам.
Включены требования по применению в УСГВ водяных тепловых аккумуляторов с вертикальной и горизонтальной температурной стратификацией воды [7]. Для обеспечения устойчивой температурной стратификации воды в аккумуляторах нормируется применение САЭ в виде перфорированных труб, рассчитанных на селективную раздачу и отбор воды из соответствующих температурных слоев в зависимости от её температуры, что согласно зарубежному опыту позволяет до 20% повысить тепловую эффективность установок и повысить их эксплуатационную готовность [11, 12].
В УСГВ с площадью СК до 20 м2 было рекомендовано применять готовые стандартные бойлеры, оснащенные перфорированными трубами для селективной раздачи и отбора воды.
В УСГВ с площадью СК более 20 м2 геометрические и гидродинамические характеристики перфорированных труб для селективной раздачи и отбора воды из теплового аккумулятора было рекомендовано определять расчётом.
Методика расчёта геометрических и гидродинамических характеристик САЭ в виде перфорированных труб, рассчитанных на селективную раз-
дачу и отбор воды из соответствующих температурных слоев для водяных тепловых аккумуляторов [11, 12], приведена в приложении нормативного документа.
Приложения нормативного документа КМК 2.04.16-18 [7] содержат также самодренируемые схемы с активным элементом в виде сужающего устройства, включение которого в гелиоконтур обеспечивает за счёт исключения разрыва струи экономию электроэнергии на циркуляцию теплоносителя до 65-80%.
Изложены требования повышающие экономичность и надёжность работы УСГВ путём применения автоматизации, основанной на простейших возможных решениях и схемах, а также на активных элементах для саморегулирования температуры нагрева воды и минимальном числе приборов автоматизации.
Внесены изменения с целью нормирования применения различных типов плоских и трубчатых СК в соответствующих типах зданий и сооружений, что ранее отсутствовало в исходном нормативном документе.
Расчёт УСГВ рекомендуется производить в зависимости от типа установок (автономные или с дублёром), периода работы в течение года (сезонные или круглогодичные), способа циркуляции теплоносителя в теплоприёмном контуре (естественная или насосная), типа СК и способа их защиты от замораживания и перегрева в режиме стагнации. Это позволяет существенно упростить общую процедуру расчёта путём её разделения на более простые по допустимой степени сложности в зависимости от типа проектируемой установок.
Расчёт сезонных УСГВ рекомендуется производить по упрощённой методике с применением графиков и номограмм, а круглогодичного действия - в два этапа: предварительным, в котором в расчётах принимаются базовые характеристики солнечного коллектора и аккумулятора теплоты, и окончательным расчётом, уточняющим тепловой расчёт установки с учётом действительных характеристик солнечного коллектора и аккумулятора теплоты.
Такой подход объясняется тем, что в сезонных установках, работающих в летний период года при относительной высокой среднедневной интенсивности солнечной радиации и высоких температурах окружающего воздуха, на тепловую производительность и КПД солнечных коллекторов малое влияние оказывают их конструктивные особенности и схемные решения установок, так как они близки к своим предельным значениям.
В установках круглогодичного действия выполнение расчётов в два этапа, позволяет существенно упростить общую процедуру расчёта за счёт распространения результатов вычислений для базовой установки, для которой построены графики и номограммы, на проектируемую установку с введением соответствующих поправочных коэффициентов.
Расчёт УСГВ с помощью компьютерного мо-
делирования рекомендуется производить для установок повышенной мощности с площадью солнечных коллекторов более 30 м2 при соответствующем обосновании целесообразности применения таких расчётов.
В объем нормативного документа КМК 2.04.16-18 [7] были включены два дополнительных приложения: «Расчёт геометрических и гидродинамических характеристик саморегулирующегося активного элемента в виде сужающего устройства», «Расчёт геометрических и гидродинамических характеристик саморегулирующегося активного элемента в виде перфорированной трубы для водяных тепловых аккумуляторов».
С вышеизложенными основными изменениями нормативный документ КМК 2.04.16-18 [7] был утверждён приказом № 311 от 07.12.18 г. Министерства строительства Республики Узбекистан со сроком введения в действие - 2 января 2019 года.
В проекте постановления Президента Республики Узбекистан «О мерах по мобилизации неиспользованных возможностей и новых резервов в электротехнической сети», опубликованном 21 июля 2022 г. [13], предусматривается дальнейшее совершенствование проектных работ в области альтернативной энергетики путем создания "Проектных и инжиниринговых центров". При этом особое внимание придаётся широкому внедрению водо-нагревательных установок, работающих на альтернативных источниках энергии. Поэтому вопросы дальнейшего совершенствования строительных норм и правил «Установки солнечного горячего водоснабжения» с целью широкомасштабного внедрения инновационных решений для повышения энергоэффективности проектируемых гелиоустановок в климатических условиях Узбекистана пре-обретают в современных условиях ещё большую актуальность и востребованность.
Цель работы - определение основных путей для дальнейшей переработки республиканского нормативного документа, отвечающего современным требованиям и обеспечивающего повышение энергоэффективности проектируемых УСГВ на 30 %, а также улучшающих их эксплуатационные характеристики и надёжность работы в климатических условиях Узбекистана.
Методика проведения исследований. Определение основных путей для дальнейшей переработки республиканского нормативного документа было осуществлено основе анализа результатов законченных научно-исследовательских, опытно-конструкторских и экспериментальных работ, изучения и обобщения многолетнего отечественного и зарубежного опыта проектирования, строительства и эксплуатации установок солнечного горячего водоснабжения. При этом были также учтены последние научные достижения, опубликованные в научно-технической литературе, посвященные вопросам повышения эффективности работы солнечных коллекторов в реальных условиях их эксплуатации и совершенствования режимных параметров гелиоустановок в различные периоды года.
Результаты. Практика проектирования, строительства и эксплуатации УСГВ показывает, что широкомасштабное внедрение инновационных решений, повышающих энергоэффективность проектируемых гелиоустановок в климатических условиях Узбекистана может быть достигнуто, с одной стороны, за счёт наиболее полного и квалифицированного выполнения основных требований, предусмотренных в уже переработанных строительных нормах и правилах КМК 2.04.16-18 [7], а с другой стороны - путём дальнейшего совершенствования данного нормативного документа на основе последних достижений гелиотехнической науки.
В этой связи, следует заметить, что в КМК 2.04.16-18 [7] было введено значительное количество новых норм положений по применению в проектах прогрессивных энергосберегающих технических решений. Поэтому в развитие строительных норм и правил и для успешной реализации в проектах отдельных усложнённых нормативных требований, в 2019 г. к КМК 2.04.16-18 было разработано "Пособие по проектированию новых энергосберегающих решений по установкам солнечного горячего водоснабжения" [14]. Цель Пособия - изложить наиболее эффективные энергосберегающие решения и способы их воплощения в проекты, привести необходимые для проектирования технические данные, схемы, рисунки, методики и примеры расчётов.
В Пособии подробно рассмотрены различные виды СК, которые принципиально отличаются между собой по конструктивному устройству. Различают три типа СК: пластиковые, плоские и вакуумные. Пластиковые используются главным образом для нагрева воды в бассейнах. Плоские коллекторы используются для систем горячего водоснабжения (ГВС) и реже для отопления. Вакуумные коллекторы являются новейшей технологией и используются как для горячего водоснабжения, так и для систем отопления. При анализе и подборе СК следует учитывать некоторые эксплуатационные особенности вакуумных трубчатых коллекторов [15], например, реальная тепло-воспринимающая поверхность трубчатого коллектора составляет 0,60...0,62 от его геометрической поверхности. Для плоских коллекторов это соотношение составляет 0,9 .0,85. Таким образом, для получения идентичной тепловоспринимающей поверхности геометрическая поверхность трубчатых коллекторов должна быть в 0,88/0,61=1,44 раза больше. Поэтому, при сравнении стоимости также следует сравнивать между собой удельную стоимость одного квадратного метра реальной поверхности плоского и трубчатого коллектора.
Решающим фактором для выбора типа СК является - наряду с наличием места для монтажа -ожидаемая разность АТ между температурой коллектора и температурой наружного воздуха. Средняя температура коллектора определяется как среднее арифметическое между температурой подающего и обратного трубопроводов, оказывает значительное влияние на коэффициент полезного
действия коллектора, а следовательно, на его производительность.
Повышение тепловой эффективности плоских СК в системах теплоснабжения путём оптимизации их режимных параметров рассмотрено в работе [16]. В ней отмечено, что в условиях, когда массога-баритные характеристики и параметры теплотехнического совершенств плоских СК уже достаточно хорошо отработаны в мировой практике, изучены и достигли величин близких к предельным значениям, повышения теплопроизводительности СК можно достичь путём оптимизации их режимных параметров двумя способами:
• за счет однократного нагрева воды в СК с малым её удельным расходом в диапазоне от 7,2 до 25,2 кг/(м2^с) соответствующим низким скоростям потока и высокой величине градиента температуры вдоль направления движения жидкости в СК, которая обеспечивает общее повышение доли покрытия тепловой нагрузки потребителя с 0,48 до 0,66 благодаря высокой температурной стратификации воды в аккумуляторном баке;
• путем улучшения равномерности распределения потока теплоносителя через подъемные трубы и уменьшения градиента температуры перпендикулярно направлению движения жидкости в среднем от 4 до 5оС и соответствующем повышении КПД СК на такую же величину.
На рис.1. видно [17], что средняя разность температур ЛТ, например, в солнечных системах горя-
чего водоснабжения с низкой долей замещения тепловой нагрузки заметно меньше, чем в солнечных системах с высокой долей замещения или в установках, покрывающих часть нагрузки на отопление. Однако при выборе коллектора важно также знать соотношение цена/производительность. Если производить выбор по графику КПД коллектора, то решение всегда будет в пользу вакуумного трубчатого коллектора. Однако, плоские СК привлекательнее вакуумных трубчатых по цене и дают хорошее соотношение цена/производительность.
В Пособии даны подробные рекомендации по выбору принципиальной схемы УСГВ. Выбор следует производить в зависимости от типа и назначения здания и сооружения, типа СК, сезона действия установки, метода защиты СК от замораживания в зимний период и перегрева в режиме стагнации в летний период года.
Одноконтурную схему с естественной циркуляцией и одноконтурную проточную следует применять в автономных установках солнечного горячего водоснабжения сезонного действия.
Одноконтурную самодренируемые гелиоустановки (СДГ) с насосной циркуляцией следует применять в УСГВ круглогодичного действия с повышенной мощностью для защиты от замораживания и перегрева теплоприёмного контура и плоских СК, общая площадь которых превышает 30 м2. Особенности расчёта СДГ и их активных элементов, а также способы защиты от гидравлических ударов при пуске и остановке циркуляционных насосов рассмотрены в работах [18-22].
Горячее водоснабжение с низкой долей замещения нагрузки за счет солнечной энергии
Горячее водоснабжение с высокой долей замещения нагрузки за счет солнечной энергии, с покрытием части нагрузки на отопление
воздуха
Теплоснабжение технологических процессов
80 100 120 Разность температур (К)
Рис.1. Зависимость КПД солнечных коллекторов от разность ЛТ между температурой коллектора и
температурой наружного воздуха [17]
Двухконтурную и трёхконтурную самодренируемую схему с насосной циркуляцией следует применять в УСГВ круглогодичного действия с плоскими и трубчатыми вакуумными СК, в тепло-приёмном контуре которых применена незамерзающая жидкость (антифриз) для защиты от перегрева в летний период в режиме стагнации».
Сезонные установки без дублирующего источника (установки, работающие в летний период) мо-
гут быть с естественной или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Установки с естественной циркуляцией работают в режиме саморегулирования, т.е. у них расход теплоносителя через СК пропорционально увеличивается или уменьшается в зависимости от интенсивности поступающей солнечной радиации. Поэтому они обычно не оборудуются приборами автоматического регулирования, так как величина естественного давления, возникающего при
нагреве воды в СК, сама автоматически обеспечивает начало и остановку циркуляции воды через СК, а также изменение её расхода через него.
Особенностью УСГВ с естественной циркуляцией [14], показанной на рис.2 является то, что она имеет постоянную температуру воды на выходе из СК 3. Для этого прямоточный саморегулирующийся гелиоконтур разомкнут и патрубок подачи 1 горячей воды в баке-аккумуляторе 2 установлен выше уровня воды на критическую высоту к. Так как гидравлическое сопротивление гелиоконтура повышено за счет гидростатического столба высотой к, вода при наличии солнечной радиации сможет поступить в бак, только нагревшись в солнечном коллекторе 3 до требуемой температуры, которую можно регулировать, поднимая или опуская патрубок излива 1, служащим воздушным гидравлическим затвором. Он является активным элементом саморегулирующегося термосифонного гелио-контура.
Гидравлический и тепловой расчёт такого саморегулируемого гелиоконтура, а также сравнение эффективности работы СК при однократном и многократном нагреве воды в нём приведены в работах [23-26].
Для повышения экономичности и надёжности работы, автоматизацию в УСГВ следует предусматривать, основываясь на простейших возможных решениях и схемах, применяя активные элементы для саморегулирования температуры нагрева воды и минимальное число приборов автоматизации [27].
Установки с принудительной циркуляцией теплоносителя не обладают свойством саморегулирования, так как в них циркуляционное давление создаётся за счёт внешнего источника энергии, обычно электрической, и они должны обеспечиваться автоматическими регуляторами температуры. Регуляторы настраиваются на температуру, с которой потребителю должна подаваться горячая вода.
Рис. 2. Одноконтурная установка солнечного горячего водоснабжения с естественной циркуляцией и с саморегулируемым активным элементом для регулирования температуры горячей воды
В УСГВ с насосной циркуляцией для управления процессом нагрева теплоносителя в СК и контроля состояния следует применять электронные контроллеры с датчиками температуры [28].
С помощью интеллектуального регулятора управления в сочетании с СК обеспечивается особенно эффективное использование солнечной энергии.
Регуляторы предназначены для использования в одно- и многоконтурных УСГВ. Контроллер обеспечивает максимально возможную эффективность использования солнечной энергии для приготовления горячей воды.
Контроллер - обязательный элемент УСГВ с принудительной циркуляцией теплоносителя. Типовая схема подключения контроллера [7, 28] показана на рис.3. Он предназначен для управления процессом нагрева от солнца и контроля состояния гелиосистемы, а также, в зависимости от контроллера, может управлять и другими теплотехническими процессами в общей системе. Контроллер получает информацию от датчиков температуры (один из которых обязательно находится в СК) и выбирает необходимый режим работы. Требуемая разность (перепад) температур настраивается в диапазоне между 4 ^ и 20 ^ (заводская
настройка 10 °0). При превышении настроенной разности температур между СК и нижней частью бойлера включается насос. При понижении заданной разности температур регулятор выключает насос. Дополнительно обеспечивается возможность настраивать максимальную температуру бойлера между 20^ и 90Х (заводская настройка 60°0). Когда бойлер достигает заданной максимальной температуры, регулятор выключает насос.
Данная типовая схема подключения контроллера рекомендуется Приложением 2 КМК 2.04.1618 [7] к широкому практическому применению при проектировании УСГВ с насосной циркуляцией теплоносителя. Однако, следует отметить, что в отличие от УСГВ с естественной циркуляцией теплоносителя, она не является идеальной, так как не обеспечивает пропорционального изменения расхода теплоносителя через СК при изменении интенсивности солнечной радиации. Поэтому при насосной циркуляции теплоносителя имеются ещё неиспользованные резервы по повышению производительности СК за счёт оптимального изменения его расхода через СК, соответствующего изменению солнечной радиации. Возможность одного из такого решения с алгоритмом оптимального управления системой отопления и горячего
водоснабжения с СК приведено, например, в работе [29].
Важным моментом при проектировании УСГВ является подбор циркуляционных насосов для ге-лиоконтура, так как теплопроизводительность СК очень сильно зависит от режимных параметров и в первую очередь от расхода теплоносителя через СК. В настоящее время существуют различные типы циркуляционных насосов с трёхступенчатым регулированием числа оборотов двигателя и с частотным регулированием, подробное описание которых приведено в Пособии [14]. Однако, в КМК 2.04.16-18 [7] при выборе насосов для УСГВ основные требования предъявляются только к герметичности насоса (при использовании антифриза), а также к его шумовым характеристикам. При этом в КМК 2.04.16-18 [7] отсутствуют требования и рекомендации, которые обеспечивали бы оптимальные
режимные параметры расхода теплоносителя через СК, связанные с подбором циркуляционных насосов с переменным скоростным режимом работы двигателя. Например, в работе [30] на основе проведенного анализ режимов получения горячей воды с постоянной температурой и заданной площадью коллектора в разное время года, установлено, что при температуре воды 50 оС и площади вакуумного коллектора 6,25 м2 интенсивность теплогенерации составляет зимой 75, осенью 130 и летом 400 л/день. Это означает, что при проектировании в ге-лиоконтуре такой установки целесообразно использовать трёхскоростной циркуляционный насос для отвода теплоты от СК. При этом будет обеспечена максимальная теплопроизводительность СК в зимний, осенний и летний периоды года, а также экономия электроэнергии на циркуляцию теплоносителя.
Рис.3. Схема расположения датчиков контроллера при регулировании по разности температур: а) - с моновалентным тепловым аккумулятором и электрическим нагревателем; б) - с бивалентным тепловым аккумулятором, электрическим нагревателем и существующим котлом
Водяные аккумуляторы теплоты (ВАТ) являются неотъемлемой частью УСГВ. Они служат для выравнивания графиков выработки и потребления теплоты между СК и потребителями. ВАТ могут работать при значительной степени температурной стратификации, когда верхняя часть аккумуляторного бака горячее, чем нижняя [31-33]. Принцип послойной зарядки теплового аккумулятора от СК, когда вода, нагретая в коллекторе, подается в соответствующий её температуре слой по высоте бака и исключается перемешивание слоев, широко используется в настоящее время при проектировании УСГВ. Использование стратификации для кратковременного и долгосрочного накопления тепла приводит к увеличению использования солнечного тепла на 15-20% по сравнению с полностью перемешивающимися аккумуляторами. При этом потенциальный выигрыш в доле покрытия солнечной энергии для солнечной установки с идеально стратифицированным баком и с малым удельным расходом воды через СК, в диапазоне от 0,002 до 0,007 кг/(м2^с), по сравнению с полностью перемешанным баком и большим удельным расходом воды через СК порядка 0,01^0,02 кг/(м2^с), может достигать 1/3 [34], т.е. более 30%. Несмотря на то, что при больших удельных расходах обеспечиваются более высокие значения коэффициента отвода теплоты от коллектора Ек [6]. Повышение доли покрытия нагрузки в такой установке согласно некоторым экспериментальным данным [34] возможно с 0,48 до 0,66, т.е. на 18%. На практике столь существенного выигрыша пока получить не удалось вследствие сложности реализации хорошей температурной стратификации в аккумуляторных баках [34]. При этом другой проблемой установок с малым удельным расходом воды через СК является обеспечение заданной неравномерности распределения потока жидкости по подъёмным трубам [35]. В системах горячего водоснабжения тепловые аккумуляторы с послойной зарядкой могут обеспечить также более раннюю подготовку горячей воды с требуемой температурой для потребителей [3133].
Многолетний опыт проектирования и эксплуатации УСГВ, накопленный в Узбекистане [3] и в России [36, 37], показывает, что наряду с удачными техническими решениями, обеспечивающими долголетнею (до 35 лет!) и эффективную эксплуатацию СК [37], в некоторых случаях имеет место неправильный расчёт их тепловой производительности при проектировании УСГВ. Так, например, предварительное обследование гелиоустановки (ГУ) самой мощной в России солнечно-топливной котельной (СТК) в г. Нариманове Астраханской области, показало [37], что её фактическая производительность вдвое ниже расчётной. Данная СТК предназначена для ГВС многоквартирных жилых домов расчётной тепловой мощностью 3,4 МВт с температурой ГУ 65 оС. На объекте установлены СК германской фирмы «ВМегш» типа «LogosolCKN 2,0». Общее количество СК 2200 шт, а общая площадь ГУ - 4268 м2 [37].
Приведённый выше пример большого (в два раза) расхождения между расчётным (при проектировании) и фактическим (при эксплуатации) значениями тепловой производительности ГУ является не единственным случаем. Так, например, в работе [38] на основе экспериментальных исследований плоских СК, отмечается, что различные частные компании и фирмы дают высокие значения характеристик своих устройств, что зачастую не совсем верно, так как при этом не учитывается их производительность в зависимости от режима работы всей системы УСГВ.
Существуют несколько причин такого большого расхождения между расчётными и фактическими значениями тепловой производительности ГУ, которые, на наш взгляд, следует учитывать при дальнейшей переработке республиканского нормативного документа:
• отсутствие точных актинометрических данных для оценки реального потенциала солнечной энергии на заданном участке строительства ГУ;
• отсутствие надёжных сертифицированных данных по теплотехническим характеристикам и тепловой производительности СК, выпускаемыми различными частными компаниями и фирмами;
• недостаточный учёт влияния на тепловую производительность СК в ГУ с насосной циркуляцией сезонных режимных параметров работы в различное время года (зима, осень, лето);
• недостаточный учёт влияния на тепловую производительность СК климатических факторов на заданном участке строительства ГУ, связанных с запылённостью воздуха, снеговыми осадками и т.д.
В настоящее время перечисленные вопросы являются весьма актуальными и находятся на стадии разработки многими исследователями. Например, задача верификации актинометрических данных наземных и спутниковых наблюдений для Республики Узбекистан рассмотрена в работе [39]. В работах [40, 41] приведены результаты исследований свободного осаждения пыли на наклонных СК и возможности очистки он неё. Работа [42] посвящена разработке способа очистки от снега поверхности СК. Результаты данных работ при соответствующей апробации могут быть использованы при дальнейшей переработке республиканского нормативного документа КМК 2.04.16-18 [7].
В заключении следует отметить ещё одно очень перспективное направление для дальнейшей переработки КМК 2.04.16-18 [7]. Это включение в него требований по проектированию УСГВ с теп-лофотоэлектрическими СК, которые интенсивно исследуются в последнее время [43-46].
Известно, что СК, используемые для нагрева теплоносителя, имеют тепловой КПД в несколько раз выше, чем фотоэлектрические установки (КПД промышленных фотоэлементов составляет 15 - 20 %). С другой стороны, если тепловой КПД СК уменьшается с уменьшением температуры окружающей среды и имеет наименьшее своё значение в зимний период, то у фотоэлектрических установок - наоборот увеличивается с уменьшением темпера-
туры, а при температурах выше 25 оС они нуждаются в охлаждении. В связи с этим, многие исследователи [43] рассматривают вопрос о возможности увеличения суммарного коэффициента преобразования солнечных установок за счет выработки тепловой и электрической энергии с одной и той же приемной поверхности. Для реализации данных целей предложено использовать теплофотоэлектри-ческую установку, совмещающую в себе тепловой солнечный коллектор и фотоэлектрический модуль [43-46].
Заключение
На основе анализа многолетнего международного и отечественного практического опыта проектирования, строительства и эксплуатации УСГВ, а также опыта разработки, переработке и внедрения нормативных документов и пособий по проектированию гелиоустановок, можно сделать следующие выводы:
1. Действующий в настоящее время на территории Республики Узбекистан нормативный документ КМК 2.04.16-18 «Установки солнечного горячего водоснабжения» и Пособие по проектированию к нему, содержат достаточное количество новых норм положений по применению в проектах прогрессивных энергосберегающих технических решений.
2. Определены основные пути дальнейшего совершенствования строительных норм и правил «Установки солнечного горячего водоснабжения» с целью широкомасштабного внедрения инновационных решений для повышения энергоэффективности проектируемых гелиоустановок в климатических условиях Узбекистана, способствующие практической реализации национальной программы по переходу на низкоуглеродное развитие отраслей экономики республики.
Список литературы
1. Ю.К. Рашидов, "КМК «Установки солнечного горячего водоснабжения»", Гелиотехника, №6, стр. 92-94, 1998.
2. ВСН 52-86. Установки солнечного горячего водоснабжения. Нормы проектирования. Москва, Стройиздат, 16 стр., 1988.
3. R.A. Zakhidov, Yu.K. Rashidov and U.A. Ta-dzhiev, "Design Practice and Utilization of Solar Heat Supply Systems in Uzbekistan," Applied Solar Energy, vol. 30, no. 5, pp. 46-52, 1994.
4. Постановление Президента Республики Узбекистан от 23 августа 2017 г. ПП-3238 «О мерах по дальнейшему внедрению современных энергоэффективных и энергосберегающих технологий».
5. Постановление Президента Республики Узбекистан от 8 ноября 2017 г. ПП-3374 «О мерах по обеспечению рационального использования энергоресурсов».
6. Ю.К. Рашидов, К.Ю. Рашидов, "Основные изменения, внесённые в строительные нормы и правила «установки солнечного горячего водоснабжения» для повышения энергоэффективности проектируемых гелиоустановок", Гелиотехника, Том 55, №2, стр. 193-199, 2019.
7. КМК 2.04.16-18. Установки солнечного горячего водоснабжения. Ташкент, Минстрой РУз, 31 стр., 2018.
8. W. Weiss and M. Spork - Dur, "Solar Heat Worldwide. Global Market Development and Trends in 2021. Detailed Market Figures 2020. 2022 edition". Available: https://www.iea-shc.org/Data/Sites/1/publi-cations/Solar-Heat-Worldwide-2022.pdf.
9. S.E. Frid and N.V. Lisitskaya, "State-of-the-Art Solar Collectors: Typical Parameters and Trends," Applied Solar Energy , vol.54, no.2, pp. 279-286, 2018.
10. Yu.K. Rashidov, "Calculating the Hydrody-namic Characteristics of the Active Section of the Self-Draining Solar Loop of a Heating System", Applied Solar Energy, vol. 54, no. 2, pp. 95-98, 2018.
11. Y.K. Rashidov and A.U. Vokhidov, "Calculation of the Self-Regulating Active Element of a Stratified Heat Accumulator of a Solar Heating System", Applied solar energy, vol. 52, no.2, pp.85-89, 2016.
12. Y.K. Rashidov, "Calculation of a Self-Regulated Active Element for a MultiLayer Stratified Therrmal Storage Tank of a Solar Heat Supply System," Applied solar energy, vol. 52, no.3, pp.178-182, 2016.
13. Узбекистан Республикаси Президенти Карори "Электротехника тармогида фойдаланил-маётган имкониятлар ва янги за^ираларни са-фарбар килиш чора-тадбирлар тугрисида" PQL-1271/22-5. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://regulation.gov.uz/ru/d/64629.pdf. - (Дата обращения 29.07.2022).
14. Ю.К. Рашидов, "Пособие по проектированию новых энергосберегающих решений установок солнечного горячего водоснабжения" Международная конференция «Фундаментальные и прикладные вопросы физики» 22-23 сентября 2020 г. Ташкент, ФТИ НПО «Физика-Солнце», Секция III. стр.124-129, 2020.
15. Б.М. Хрусталев, В.В. Покотилов, М.А. Рут-ковский, "Гелиосистемы теплоснабжения в жилищном строительстве в условиях климата Беларуси", Строительство и реконструкция, №5 (55), стр. 111116, 2014.
16. Ю.К. Рашидов, М.М. Исмоилов, "О повышении тепловой эффективности ПСК в системах теплоснабжения путём оптимизации их режимных параметров", СОК (Сантехника, отопление и кондиционирование), № 9, стр.52-55, 2021.
17. "Руководство по проектированию систем солнечного теплоснабжения", Издание 06/2010. Internet: www.viessmann.ua/content/.../pr_kniga-pro-solnce_06-2010.pdf [Янв. 4, 2019].
18. Yu.K. Rashidov, Sh.Yu. Sultanova, Kh.T. Sur'atov, "Increase in Dependability and Efficiency of Self-Draining Water Systems of Solar Heat Supply", Applied Solar Energy, vol.53, no.1, pp. 16-22, 2017.
19. Yu.K. Rashidov, K.Yu. Rashidov, I.I. Muslin, Kh.T. Sur'atov and Z.Z. Ra^mov, "Features of the Design of a Self-Draining Solar Power Plant with an Active Element", Applied Solar Energy, vol.54, no.3., pp.182—186, 2018.
20. Ю.К. Рашидов, "Самодренируемые гелиоустановки атмосферного типа: способы защиты от гидравлических ударов" Гелиотехника, Том 56, №2, стр.115-120, 2020.
21. Ю.К. Рашидов, "Самодренируемые гелиоустановки: защита от гидравлических ударов", СОК (Сантехника, отопление и кондиционирование), № 10, стр. 50-55, 2021.
22. Y.K. Rashidov and Kh.T. Sur'atov, "Protection against Hydraulic Shocks of Self-Draining Solar Plants", AIP Conference Proceedings 2432, 030120 (2022); https://doi.org/10.1063/5.0089547. Published Online: 16 June 2022.
23. Ю.К. Рашидов, Инновационный метод повышения эффективности и надёжности систем солнечного теплоснабжения на основе применения саморегулируемых активных элементов: Монография. Toshkent: Iqtisod-Moliya, р. 224, 2019.
24. Y.K. Rashidov, "The Effect of Multiplicity of Carrier Circulation on the Efficiency of Single-Contour Thermo siphon Systems of Solar Hot-Water Supple," Applied Solar Energy, vol.29, no.5, pp.67-70, 1993.
25. Y.K. Rashidov and M.M. Ismailov, "Improving the Efficiency of Flat Solar Collectors in Heat Supply Systems", Middle European Scientific Bulletin, VOLUME 18 Nov 2021, 157-163 рр, 2021.
26. Y.K. Rashidov, M.M. Ismailov and S.A. Rah-mankulov "Improving the Efficiency of Flat Solar Collectors in Heat Supply Systems" CENTRAL ASIAN JOURNAL OF THEORETICAL AND APPLIED SCIENCES. Volume: 02 Issue: 12 | Dec 2021 ISSN: 2660-5317. 152-159 рр.
27. Yu.K. Rashidov, K.Yu. Rashidov, I.I. Mu^^ Kh.T. Sur'atov, J.T. Orzimatov, and Sh.Sh. Karshiev, "Main Reserves for Increasing the Efficiency of Solar Thermal Energy in Heat Supply Systems (Review)", Applied Solar Energy, vol.55, no.2, pp. 91-100, 2019.
28. Ruself-пособие по проектированию и расчету гелиосистем - Geo ...geo-comfort.ru> PDF > Solnishko > проектирование гелиосистем. [Июл. 31, 2022].
29. П.В. Шамигулов, О.П. Жадаева, 'Тазра-ботка и исследование алгоритма оптимального управления системой отопления и горячего водоснабжения с солнечным коллектором", Инженерные решения, № 2 (12), февраль, 2020. DOI: 10.32743/2658-6479.2020.2.12.242.
30. А.В. Фролов, "Анализ временных режимов работы солнечных коллекторов", Scientific Journal «ScienceRise» №7/2 (24), стр. 41- 49, 2016. DOI: 10.15587/2313-8416.2016.74692.
31. Yu.K. Rashidov and A.U. Voкhidov, "Improvement of the Flow Distribution Uniformity Over Riser Pipes of the Beam-Absorbing Heat Exchanger of a Solar Water Heating Plate-Type Collector wich Forced Circulation", Applied Solar Energy, vol.52, no.4, pp. 251-255, 2016.
32. Ю.К. Рашидов, Б. Айтмуратов, "Расчет активного элемента стратификационного аккумулятора теплоты", Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность - 2021, Севастополь: СевГУ, стр. 535-540, 2021.
33. Y.K. Rashidov, B. Aytmuratov and K.R. Ay-tbaev, "Research of water distribution in stratification heat accumulator of a solar heating system", IOP Conference Series: Earth and Environmental Sciencethis link is disabled, 2022, 990(1), 012034 (Scopus). https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/990/1/012034/meta.
34. J.A. Duffie and W.A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes. Hoboken, New Jersey: John Wiley and Sons, p.910, 2013.
35. Y.K. Rashidov, J.T. Orzimatov, K.Yu.Ra-shidov and Z. Х. Fayziev, "The Method of Hydraulic Calculation of a Heat Exchange Panel of a Solar Water-Heating Collector of a Tube-Tube Type with a Given Nonuniform Distribution of Fluid Flow Along Lifting Pipes", Applied Solar Energy, vol. 56, no. 1, pp. 30-34, 2020.
36. В.А. Бутузов, В.В. Бутузов, Е.В. Брянцева, И.С. Гнатюк, "Солнечное теплоснабжение в России", Гелиотехника, Том 55, №6, стр. 511-519, 2019.
37. В.А. Бутузов, В.В. Бутузов, Е.В. Брянцева, И.С. Гнатюк, "Результаты многолетней эксплуатации гелиоустановок в России", Гелиотехника, Том 57, №4, стр. 298-307, 2021.
38. В.В. Кувшинов, Е.Г. Какушина, А.П. Куле-мина, А.В. Куренкова, Е.Р. Портнова, "Экспериментальные исследования плоских солнечных коллекторов, используемых для нужд автономных потребителей в южных регионах Российской Федерации", Энергетические установки и технологии, Том 6, № 2, стр. 51-57, 2020.
39. Э.Ю. Рахимов, "Верификация актиномет-рических данных наземных и спутниковых наблюдений для Республики Узбекистан", Гелиотехника, Том 57, №3, стр. 268-273, 2021.
40. Ш.И. Клычев, С.А. Бахрамов, М.М. Мухамадиев, В.В. Харченко, В.А. Панченко, Д.Э. Кадыргулов, О.Ф. Тукфатуллин, Ж.Кулонов, "Свободное осаждение пыли на наклонных солнечных батареях", Гелиотехника, Том 57, №3, стр. 217-226, 2021.
41. В.Г. Дыскин, "О возможности охлаждения и очистки поверхности фотоэлектрической батареи с помощью эффекта Вентури", Гелиотехника, Том 57, №4, стр. 326-330, 2021.
42. В .Г. Дыскин, И.А. Юлдошев, С.К. Шогуч-коров, "Способ очистки от снега поверхности фотоэлектрической батареи", Гелиотехника, Том 57, №3, стр. 227-233, 2021.
43. В.В. Кувшинов, Н.В. Морозова, "Повышение энергетических характеристик солнечных установок при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии" Известия вузов. Северокавказский регион. Технические науки, № 2, стр.46-51, 2017. DOI: 10.17213/0321-2653-2017-246-51.
44. Б.М. Хрусталев, В.В. Покотилов, М.А. Рут-ковский, Нгуен Тху Нга, "К вопросу проектирования водонагревательных гелиосистем с плоскими коллекторами для домов усадебного типа", Энерге-
тика (Известия высш. уч. заведений и энергетических объединений СНГ), Минск: №4, стр. 32-39, 2011.
45. С.Е. Фрид и А.Б. Тарасенко, "Использование фотобатарей для горячего водоснабжения - опыт и перспективы", Альтернативная
энергетика и экология (ШАЕЕ), №16-18, стр.2338, 2018.
46.. В.В. Кувшинов, Э.А. Бекиров, "Теплофо-тоэлектрическая установка для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии", Строительство и техногенная безопасность, №15(67), стр. 141-147, 2019.
РАСЧЕТ ТЕПЛА НА ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Вохобов Р.А.
Старший преподаватель Андижанского машиностроительного института
CALCULATION OF HEAT FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
Vokhobov R.
Senior Lecturer Andijan Machine Building Institute DOI: 10.5281/zenodo.7148340
Аннотация
В данной статье анализируются ключевые показатели дизельных и карбюраторных двигателей осенью. Расчет тепла основан на уравнениях термодинамики и численных значениях, полученных при испытании двигателей внутреннего сгорания, работающих в реальных условиях.
Abstract
This article analyzes the key indicators of diesel and carburetor engines in the fall. The heat calculation is based on the equations of thermodynamics and numerical values obtained by testing internal combustion engines operating under real conditions.
Ключевые слова: дизельного топлива, степень сжатия, бензин, ход поршня, рабочий объем.
Keywords: diesel fuel, compression rate, gasoline, piston stroke, working volume.
Известно, что поршневые двигатели внутреннего сгорания служат основным силовым агрегатом машин, используемых в различных отраслях народного хозяйства. Это объясняется тем, что эти двигатели имеют сравнительно высокую мощность при достаточными экономическими показателями, способность длительной бесперебойной работы, постоянную готовность к запуску, достаточную компактность и долговечность.
Основным источником энергии в малотоннажных грузовиках являются дизельные двигатели внутреннего сгорания, дизели применяются также и в других отраслях промышленности. При разработке дизельных автомобилей большое внимание уделяется повышению их технико-экономических показателей с учетом недостатков некоторых его механизмов и систем. В этой сфере особое внимание следует уделить работе системы питания бензиновых двигателей.
Проводятся постоянные исследования способов, позволяющих сэкономить жидкое нефтяное топливо.
В настоящее время заходит широкое использование дизельного топлива в легковых автомобилях. На повестке дня стоит вопрос использования метанола в чистом виде и в смеси с дизельным топливом во всех типах двигателей. Проводятся испытания ряда грузовых и легковых автомобилей с использованием смеси бензометанола. Кроме того, началась работа по использованию продуктов разложения
метанола и синтетического топлива в качестве моторного топлива.
В связи с широким использованием топливных ресурсов большое практическое значение приобретает создание универсального двигателя, способного работать на двух и более видах топлива, и дальнейшее совершенствование существующих двигателей с помощью этого метода. Создание такого двигателя основано на конструктивном сближении бензиновых и дизельных двигателей, а также на опыте, накопленном при разработке рабочих процессов для нескольких топливных двигателей.
В связи с вышеизложенным, на примере автомобиля ДАМАС предлагаем провести расчетный анализ основных параметров его двигателя при использовании бензина или дизельного топлива и сделать выводы об их преимуществах.
3. Целью анализа основных параметров дизельных и карбюраторных двигателей является тепловой расчет автомобильного двигателя ДАМАС.
Тепловой расчет основан на уравнениях термодинамики и численных значениях, полученных при испытании двигателей внутреннего сгорания, работающих в реальных условиях. В ходе расчетов он использовал полученные данные для тестирования двигателя., Мы ведем расчеты для времен, когда двигатель работал на бензине и дизельном топливе.
