Разработка автономного электроснабжения для теплонасосной установки
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
°сосную установку исходя из имеющихся возможностей: 1. наличие колодца грунтовых вод; 2. наличие насоса для закачки воды из колодца в ТНУ; 3. наличие компрессора - главного компонента ТНУ.
Компрессор является компонентом входящим в состав ТНУ и обычного холодильника (рис. 2.1; 2.2). Поэтому для экспериментальной маломощной ТНУ можно применить компрессор от холодильника или среднемощной холодильной установки.
Для первоначального исследования ТНУ можно использовать сеть электроснабжения 220 В. В результате исследований потребляемой мощности определятся требования к параметрам установки автономного электроснабжения.
Вторым этапом исследований по проекту на основе параметров потребления электроэнергии, определенных на 1 этапе при питании компрессора от сети 220 В, будет создание фотопреобразователя на основе промышленных фотомодулей.
5.1 Цель и задачи разработки опытной ТНУ с автономным электроснабжением
Цель - изучить возможности создания опытного образца ТНУ с автономным электроснабжением небольшой мощности, обеспечивающей основные энергоресурсы: горячее и холодное водоснабжение, теплоснабжение и кондиционирование, электроснабжение (выработка электроэнергии).
Задачи:
. Изучить возможности применения для ТНУ низкопотенциального тепла грунтовых вод колодцев глубиной (5-10) м и неглубоких скважин глубиной до 20 м, с целью размещения ТНУ, например, на дачных участках или в личном домовладении.
. Произвести ориентировочный расчет ТНУ на небольшую мощность автономного электроснабжения на основе выпускаемых промышленностью фотопреобразователей.
. Применить способ преобразования постоянного напряжения фотопреобразователей в переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц в виде системы двигатель постоянного тока - генератор переменного напряжения.
. Произвести анализ накопителей электроэнергии и наметить пути их выбора для ТНУ. Определить тип накопителя электроэнергии на ближайшую перспективу, в частности, для проектирования опытной ТНУ.
. Оценка возможности применения однотипных устройств для создания, как тепла, так и холода, например, компрессоров, сужающих устройств (дросселей). Это является предпосылкой изготовления ТНУ на существующих предприятиях холодильного оборудования.
. Провести предварительную оценку стоимости основных элементов опытной ТНУ, прежде всего компрессора, являющегося основным потребителем электроэнергии.
. Наметить план исследования параметров опытной ТНУ.
. Разработать систему автоматизации технологических процессов ТНУ. Определить технологические датчики: температуры, давления, уровня, расхода воды, расхода электроэнергии и т.д.
. Разработать систему управления ТНУ с помощью беспроводных и проводных каналов связи.
. Выработка требований к контроллеру и локальной вычислительной сети.
5.2 Способы извлечения низкопотенциального источника тепла верхних слоев грунта и грунтовых вод
Рассматривается два варианта закачки воды грунта:
Из скважин глубиной 20-100м; и 2. из колодца глубиной 5м
I вариант реализован в городе Тольятти Самарской области в ТНУ для отопления административного здания железнодорожной станции. Количество скважин - 5. Диаметр спускаемых труб в скважину - ориентировочно 200мм. Температура в скважине на глубине 20м равна +10оС. Температура на выходе ТНУ для отопления +55оС. (Сообщение ТВ программы Вести по 1 каналу 26 января 2012г.). Питание компрессора - от энергосистемы г. Тольятти. I вариант конструктивного исполнения приведен на (рис. 5.1, а). Основные затраты на тепло - оплата электроэнергии, потребляемой компрессором.
II вариант закачки воды в ТНУ предусматривает колодец глубиной 5м, выполненный из 5 бетонных колец диаметром 1м, высотой 1м (рис. 5.1, б). Температура на глубине 5м равна +(4-5)оС (возможно, +(2-3)о С).
Закачка воды в ТНУ производится глубинным насосом с управлением
системой автоматики на основе датчиков нижнего и верхнего уровня.
Вариант рис. 5.1, б - предлагаемый. Спускаемая конструкция в виде 5 колец диаметром D2=1м и общей длиной H2=5м. Температура t2=+(1-3)оС.
.3 Расчет фотопреобразователя на заданную электрическую нагрузку
Nтну=Nпр+Nна+Nсн+Nсху
Задаваемая мощность ТНУ Nтну=N=3 кВт,
Выбираем из приложения 2 солнечный элемент MSV-100 (21). Его данные: длина l=130 см, ширина h=67 см, мощность Nфэ=100 Вт.
а)б)
Рис.5.1 Два варианта конструктивного исполнения ТНУ: а) В виде глубоких скважин малого диаметра труб; б) в виде колец большого диаметра.
- спускаемые конструкции; 2- трубы для подъема воды; 3- глубинные насосы.
Определяем количество солнечных элементов
(5.1)
Цена одного солнечного элемента Cфэ=12 000 руб.
Стоимость n=30 солнечных элементов
Стфэ=Сфэ*nфэ=12000*30=360 000 руб. (5.2)
Площадь n=30 солнечных элементов состоит:
площадь одного солнечного элемента.
Sфэ=l*h=1,3*0,67=0,871 м2 (5.3)
Общая площадь солнечных элементов
S=Sф*n=0,871*30=25,13 м2 (5.4)
Солнечные элементы размещаем по одному по периметру, поэтому n=30 солнечных элементов, размещенные по периметру P, длина каждого l=1,3 м, займут длину периметра
P=n*l=30*1,3= 39 м. (5.5)
5.4 Управление включением насоса в колодце
При достижении насоса 5 (рис.5.2) нижнего уровня 6 упор 3 штока 4 размыкает контакты микропереключателя 8 и отключает обмотку насоса 5 от сети 220 В.
Во включенном состоянии насос