Dinamika Procesa Seminarski-Almir

UNIVERZITET U TUZLI MAŠINSKI FAKULTET Odsijek: Energetsko Mašinstvo

GRIJANJE DVA BAZENA SOLARNIM KOLEKTOROM MODELIRANJE I SIMULACIJA

(Seminarski rad) Brčaninović Almir I-153/06 Ademović Dino I-

Tuzla, 2012.

Dinamika strujnih procesa Seminarski rad

1

SADRŽAJ: 1. OPIS SISTEMA ZA GRIJANJE SOLARNIM KOLEKTOROM....................................... 2 2. MODELIRANJE SISTEMA GRIJANJA KOLEKTOROM ............................................... 3

2.1. MODEL-1 idealni toplotniakunulator ...................................................................... 3 2.2. MODEL-2-toplotni akumulator sa opterećenjem.................................................... 5 2.3. Model 3-neidealni toplotni izmjenjivač ................................................................... 6 2.4. Model 4-kompletan sistem grijanja objekta ........................................................... 8

2.4.1. Podsistem 0-toplotni izvor .............................................................................. 8 2.4.2. Podsistem 1-izmjenjivač u kolektoru .............................................................. 9 2.4.3. Podsistem 2-toplotni izmjenjivač u bazenu 1.................................................. 9 2.4.4. Podsistem 3-sekundarni toplotni izmjenjivač u bazenu 1 ............................. 10 2.4.5. Podsistem 4-toplotni izmjenjivač u bazenu 2................................................ 10

3. SIMULACIJA SISTEMA GRIJANJA ........................................................................... 11 3.1. Simulacija modela 1-idealni toplotni akumulator .................................................. 11 3.2. Simulacija modela 2 – bazen sa opterećenjem ................................................... 12 3.3. Simulacija 3 Neidealan izmjenjivač toplote .......................................................... 14 3.4. Simulacija kompletnog sistema grijanja ............................................................... 17

3.4.1. Simulacija podsistema 0-toplotni izvor ......................................................... 17 3.4.2. Simulacija podsistema 1-izmjenjivač toplote u kolektoru .............................. 17 3.4.3. Simulacija podsistema 2 – izmjenjivač toplote u bazenu 1 ........................... 18 3.4.4. Simulacija podsistema 3-sekundarni izmjenjivač toplote .............................. 19 3.4.5. Simulacija podsistema 4 – izmjenjivač toplote u bazenu 2 ........................... 19

ZAKLJUČAK ...................................................................................................................... 23 LITERATURA .................................................................................................................... 24


2

1. OPIS SISTEMA ZA GRIJANJE SOLARNIM KOLEKTOROM Ovaj projekat predstavlja studiju izvodljivosti grijanja dva bazena sa solarnim kolektorom. Dole prikazana šema odgovara individualnim objektima (bazenima), u zavisnosti od njihove veličine od čega zavisi i efikasnost samoga sistema. Solarni kolektor koristi se za zagijavanje vode koja se dalj pumpom distribuira kroz zatvoren sistem i kroz toplotni izmjenjivač koji prenosi toplotu na prvi bazen. Na izlaznoj strani bazena u sekundarnom zatvorenom sistemu voda se salje u drugi toplotni izmjenjivač koji provodi toplotnu energiju u drugi bazen. Ovo ge šematski prikazano na slici 1.1

Slika 1.1 Konceptualni dijagram sistema grijanja dva bazena


3

2. MODELIRANJE SISTEMA GRIJANJA KOLEKTOROM Modeliranja sistema grijanja odrađeno je u fazama, kreću ći se od sistema jednostavnog modela sa jednim bazenom, preko složenih modela do gijanja kompletnog sistema od dva bazena.

2.1. MODEL-1 idealni toplotniakunulator

Za prvi model kreiraćemo jednostavan toplotni akumulator (bazen 1). Ovaj model grijanja jednoga bazena podrazumjeva konstantan izvor toplotne energije bez gubitaka u cjevovodu i zidovima spremnika. Podrazumjevamo također potpunu efikasnost u toplotnom transferu od izvora energije do vode tj, u pitanju je idealni toplotni izmjenjivač.

Slika 2.1 Prikaz modela toplotnog akumulatora

Toplotni izvor zagrijava vodu u zatvorenom sistemu,koja unosi toplotu u vodu koja se nalazi u spremniku preko toplotnog izmjenjivača. Vodeni protok koji kruži uzatvorenomkrugu je označen sa m'. Matematički se može napisati da je:

tvt TMCQ - Toplota akumulirana u spremniku

ivi TCmQ ' - količina toplote koja dolazi u spremnik preko toplotnog

izmjenjivača Ako pretpostavimo da nema gubitaka: 00 TCmQ v' - količina toplote koja izlazi iz spremnika preko toplotnog

izmjenjivača


4

Prema tome je: )(' 0TTCmQ ivta - količina toplote akumulirana u spremniku

Sa pretpostavkom da je toplotni izmjenjivač idealna tj. da nema toplotnih gubitakatada je tTT 0 , pa je toplota akumulirana u spreminiku dana sa )(' tiv TTCm .

Porast temperature spremnika sa promjenom akumulirane toplote u spremniku nakon datog vremena (t*) je: )('*)( tivtvttv TTCmTMCTTMC

Prema tome, slijedi da je:

tvivt

v TCmTCmt

TMC ''

Ako napišemo u diferencijalnom obliku i riješimo se vC tada imamo:

itt TmTm

dt

dTM ''

I kada se riješimo M na lijevoj strano dobijamo:

.''

itt T

M

mT

M

m

dt

dT

Ovaj model je daleko pojednostavljen da bi bio od neke stvarne vrijednosti za modeliranje datog sistema. Zato je prikazan drugi model koji uključoje toplotno opterećenje spremnika.

).( 12

).( 22

).( 32

ukupna toplota u spremniku nakon

vremena t

Toplota akumulirana u spremniku prije

dodata toplota iz toplotnog

izmjenjivača


5

2.2. MODEL-2-toplotni akumulator sa opterećenjem

Radi neprimljenjivosti sa realnim situacijama prethodni slučaj nije toliko interesantan za realno sagledavanje situacije. Zbog toga ćemo razmatrati toplotno akumulator (odnosno bazen 1) sa toplotnim opterećenjem (bazen 2). Toplotno opterećenje L potiče od

objekta temperature hT koji uzima toplotu iz spremnika (bazena 1) preko toplotnog

izmjenjivača za zagrijavanja vode u bazenu 2. Opet pretpostavljamo da je toplotni izmjenjivač bet gubitaka, th idealni da nema gubitaka kroz cijevi i zidove. Također pretpostavljamo da je bazen 2 idealno toplotno izolovan. Prikaz modela dat je na donjoj slici.

Slika 2.2 Shematski prikaz Modela 2

Matematička analiza prvog modela može se djelomično ovdje iskoristiti, također ovdje očekujemo da analizom treba da proračunamo efekte oduzimanja toplote iz spremnika za potrebe grijanja objekta. U bilo kojem momentu, toplota koja se nalazi u bazenu 2 može biti opisan sa: haah TCMQ

Toplota koja dolazi u objekat iz spremnika (bazena 1) je: tvtout TCmQ 2

gdje je '2m veličina masenog protoka u zatvorenom sistemu iz bazena 1 u bazen 2.

Toplota koja dolazi iz objekta vraća se nazad u bazen 1, uz pretpostavku da nema gubitaka, dana je sa: hvhout TCmQ '

Prema tome toplota akumulirana u bazenu 2 ima veličinu od: )(' htahaku TTCmQ 2


6

Porast temperature u bazenu 2 uslijed promjene toplote u bazenu 2 nakon vremena *t : )(')(*)( htvhaahhaa TTCmTCMTTCM 2

I onda slijedi da je:

hvtvh

aa TCmTCmt

TCM ''

-uz retpostavku da su toplotni izmjenjivači idealni, tada je:

thh T

M

mmT

M

m

dt

dT )''(' 211

Sve dosadašnje analize koje su urađene zasnovane su na pretpostavkama da su

toplotni izmjenjivač i bazen idealni, tj da temperatura na izlazu it toplotnog izmjenjivača ima istu vrijednost kao u bazenu 1 ili bazenu 2 respektivno.

2.3. Model 3-neidealni toplotni izmjenjivač Kako su prethodne pretpostavke zasnivane na idealnosti izmjenjivača toplote tj. da gubitci ne postoje. Slijedeći korak u modeliranju procesa je modeliranje neidealnog toplotnog izmjenjivača tako da izlazna temperatura se razlikuje od iste u bazenu 1 ili bazenu 2. Tako je potrebno uvesti gubitke koji mogu oponašati realan sistem. U ovom modelu razmotrićemo neidealni toplotni izmjenjivač postavljen unutar bazena 1 sa temperaturom iT na ulazu u toplotni izmjenjivač i temperaturom eT na izlazu

iz izmjenjivača. Također imamo i bazen 1 temperature tT koja se mijenja u toku vremena.

Slika 2.3 prikazuje šematski prikaz modela neidealnog toplotnog izmjenjivača.

).( 42

).( 52

ukupna toplota u bazenu 2

nakon vremena t*

toplota koja je već postojala

toplota koja dolazi iz toplotnog izmjenjivača


7

Slika 2.3 Shematski prikaz Modela 3 neidealni izmjenjivač toplote

Sa razmatranjem predstavljenog modela može se obrazložiti toplotni bilans na slijedeći način:

)()(' ieeeive

vt TTKTTCmdt

dTCM

gdje je eK definisano kao koeficijent toplotnog transfera, između toplotnog izmjenjivača i

bazena 1. U nekim slučajevima mi možemo izvesti toplotni bilans bazena 1 kao:

tteet

vt TKTTKdt

dTCM 2 )(

gdje je 2K definisano kao koeficijent gubitka bazena 1. Ovaj koeficijent uključuje i gubitke

u cijevnoj mreži koji se susreću u zatvorenom kružnom sistemu. Slijedeća faza je izvođenje matematskih jednačina za neidealne slučajeve svakog dijela sistema i formiranje podsistema sa svojim setom jednačina.

).( 62


8

2.4. Model 4-kompletan sistem grijanja objekta

Imjući u vidu razmotren neidealan toplotni izmjenjivač i u proces uvedene koeficijente gubitka za toplotnu dinamiku spremnika, cjelokupni sistem možemo razmotriti još jednom. Za razmatranje ćemo pomatrati shematski prikazan model na slici 2.4.

Slika 2.4 Shematski dijagram cijelog sistema sa podsistemima.

Svaki od posdidtema biće posebno razmatran. Nakon toga će svi podsistemi biti objedinjeni u cjeloviti sistem u konačnom modelu.

2.4.1. Podsistem 0-toplotni izvor

Ovaj podsistem pretvara snagu toplotnog izvora u ulaznu temperaturu, koja se koristi kao ulaz u ostale podsisteme cjelokupnog sistema. Ulaz u podsistem 0 može biti neka funkcija, na primjer uzvor konstantne snage ili promjenjlive snage. Toplotna energija u masi M fluida, specifične toplote vC I temperature T predstavljena je sa:

Toplotna energija TMCv

Snaga iP , je veličina promjene energije iznosi:

Tm

dt

dTMC

dt

MTdC

dt

TMCdP vv

vi '

)()(

gdje je 'm uvedeno kao količina protoka fluida unutar toplotnog izmjenjivača kod izvora snage. Tada možemo preurediti upotrebljeni izraz za veličinu promjene temperature proizvedena od ulazne snage:

M

Tm

MC

P

dt

dT

v

i '

).( 72


9

2.4.2. Podsistem 1-izmjenjivač u kolektoru

U ovom podsistemu modelira se toplotni izmjenjivač smješten u kolektoru koji preuzima toplotu od toplotnog izvora I predaje u cijevnu mrežu koja je postavljena u bazen 1 koji predstavlja akumulator toplote. Voda struji kroz toplotni izmjenjivač temperature 1eT . Voda

predaje toplotu u toplotnom izmjenjivaču u bazen 1 temperature iT . Ovdje postoji također I

temperatura pT koja dolazi od izvora snage i kao takva podiže temperaturu vode u

toplotnom izmjenjivaču. To je prikazano na slici 2.5

Slika 2.5 Shematski dijagram podsistema 1-toplotni izmjenjivač u kolektoru.

Sa slike 2.5 na osnovu ulaza I izlaza u podsistem možemo zaključiti da je je jednačina toplotnog bilansa za ovaj podsistem:

)(')( eiiveipe

i

vi TTCmTTKdt

dTCM

2.4.3. Podsistem 2-toplotni izmjenjivač u bazenu 1

Ovaj podsistem je zasnovan na grijanju vode u bazenu 1 preko toplotnog izmjenjivača. On je objašnjen u modelu 3.Toplotni bilans za izmjenjivač izgleda:

)()(' teeeive

ve TTKTTCmdt

dTCM 11

11

a za bazen 1:

teteteet

vt TKTTKTTKdt

dTCM 221 )()(

).( 82

).( 92


10

2.4.4. Podsistem 3-sekundarni toplotni izmjenjivač u bazenu 1

Ovaj podsistem modelira sekundarni izmjenjivač koji iz bazena 1 uzima toplotu za gijanje bazena 2 zatvornim sistemom. On se suštinski nerazlikuje od podsistema 1. Ipak kada se razmatra matematski model ovog podsistema, drugačiji algebarski simboli predstavljaju drugačije argumente od onih već viđenih u podsistemu1.pa je potrebno izvesti jednačinu toplotnog bilansa:

)( 32

2 etee

ve TTKdt

dTCM

2.4.5. Podsistem 4-toplotni izmjenjivač u bazenu 2

U suštini ovo je kopija podsistema 2. Uvodimo koeficijent 3K koji predstavlja

toplotne gubitke u bazenu 2. Također uvodimo temperaturu bazena 2 HT . Poznavajući

identičnost sa podsistemom 2 jednačina toplotnog bilansa za toplotni izmjenjivač je:

)()(' heeeeve

ve TTKTTCmdt

dTCM 3322

33

i za objekat:

hheeh

aa TKTTKdt

dTCM 33 )(

Sada je kompletiran čitav sistem I može se napisati model za kompletan sistem.

).( 102

).( 112

).( 122


11

3. SIMULACIJA SISTEMA GRIJANJA

Za simuliranje ponašanja sistema upotrijebljen je programski paket Matlab Simulink.

3.1. Simulacija modela 1-idealni toplotni akumulator

Na osnovu matematičke analize u poglavlju ovog rada 2.1 za jednostavan tip akumulatora toplote tj. bazena 1 možemo pristupiti kreiranju modela u programskom paketu Matlab Simulinku, koji izražava odziv sistema koji predviđamo. Na primjer u jednostavnom slučaju, kada za ulaz u model postavimo ulaznu varijablu kao step ulaz temperaturnog izvora i još bez gubitaka, temperatura spremnika trebalo bi da raste eksponencionalno u odnosu na ulaznu temperaturu. Na slici 3.1. prikazan je blok dijagram izgrađen u Matlab Simulinku za simulaciju rada idealnog akumulatora toplote.

Slika 3.1 Simulink model jednostavnog toplotnog akumulatora

Parametri koji su korišteni u simulaciji: m= 7.3 [l/min] -masa vode koja kruži kroz cijevnu mrežu M=10000 [kg] -masa vode u toplotnom akumulatoru Step input Ti=1 [°C] -ulazna temperatura Vrijednost parametara je izabrana tako da odgovara stvarnim postojećim fizičkim modelima dostupnim na tržištu. Odziv ovog sistema da t je na slici 3.2

1

temperatura vode

u bazenu 1

m/M

m/M

1

s

Integrator

-Tt+Tin

Ti

step temp.

ulaz

Tt

Ti


12

Slika 3.2 Izlaz za bazen 1 Kao što je prikazano mna slici 3.2 odziv modela je takav da odgovor raste eksponencijalno u odnosu na step ulaz. Ovaj model je daleko pojednostavljen da bi bio od neke stvarne vrijednosti za modeliranje datog sistema. Zato je predstacljen drugi model koji uključuje toplotno opterećenje spremnika.

3.2. Simulacija modela 2 – bazen sa opterećenjem Da bi se izvršila simulacija modela 2 za kreiranje blok dijagrama u programskom paketu Matlab Simulink iskoristiti ćemo jednačinu 2.5. iz poglavlja 2.2. Tada možemo kreirati blok model bazen sa opterećenjem L. Izgled takvog modela kojije opisan jednačinom 2.5. je prikazan na slici 3.3.


13

Slika 3.3 Simulink model bazena sa opterećenjem

Parametri koji su korišteni u ovoj simulaciji su: M=10000 [kg]; -masa vode u bazenu 1 Ma=10000 [kg]; -masa vode u bazenu 2 Cv=4900 [J/kg°C] -specifični toplotni kapacitet vode m1’=m2’=7.3 [l/min] -protok vode u cijevnom sistemu Step input Ti=1 [°C] -ulazna temperatura Izlazne vrijednosti za ovaj sistem date su na donjim slikama.

Slika 3.4 Odziv temperature u bazenu 1 (Model 2)

m2

m2'

-K-

m1'+m2'

m1

m1' Scope1

Scope

1

s

Integrator1

1

s

Integrator

1

ConstantAdd

-K-

1/M

-K-

(m2'*Cv)/(Ma*Ca)


14

Slika 3.5 Odziv temperature u bazenu 2 (Model 2)

Oba dijagrama na slikama 3.4. I 3.5 prikazuju veoma sličan oblik i daju eksponencionalni rast u odnosu na step ulaz temperature. Ovo se očekuje imajući na umu da nema toplotnih gubitaka iz sistema.Temperatura u spremniku raste egazaktno ponašanju akumulacije toplote koja je analizirana u modelu 1. U samim odzivima modela je prikazano neznatno kašnjenje za toplotu u bazenu 2. Kašnjenje simulira kratko vrijeme potrebno za transfer toplote od bazena1 do bazena 2.

3.3. Simulacija 3 Neidealan izmjenjivač toplote Da bi izvršili simuliranje rada neidelanog itmjenjivača toplote iskoristićemo jednačinu 2.6. za kreiranje modela jednog toplotnog izmjenjivača koji zagrijava spremnik–bazen1 I predstavljenje slikom 3.6. Konačno, ovaj model može biti upotrijebljen kao podsistem u konačnom modelu čitavog sistema. Sljedeća faza je izvođenje jednačina za ne idealne slučajeve svakog dijela u sistemu i formiranje podsistema sa svojim setom jednačina.


15

Slika 3.6 Simulink model za neidealan toplotni izmjenjivač

Parametri korišćeni za ovaj model identični su onima koji su prije bili uzeti sa dodatkom parametara Ke=0,78 – koeficijent iskorištenja izmjenjivača K2=3 – koeficijent toplotne izolacije bazena 1 Slike 3.7.i 3.8. pokazuju odziv koji se predviđa za upotrebu ovih parametara. Na prvom dijagramu (slika3.7.) prikazana je temperatura na izlazu iz toplotnog izmjenjivača, a na drugom (slika3.8.) dijagramu je prikazana temperatura u bazenu 1.

2

Tt

1

Te1

-K-

mCv

KeKe

K2

K2

1

s

Integrator1

1

s

Integrator

-K-

1/MtCv

-K-

1/(Me1Cv1)1

TiTi


16

Slika 3.7 Odziv toplotnog izmjenjivača (Model 3)

Slika 3.8 Odziv toplotnog spremnika Model 3


17

Predviđanje odziva pokazuje da temperatura vode na izlazu iz toplotnog izmjenjivača raste veoma brzo, u eksponencionalnom odnosu na step ulaz temperature i vrijeme similuacije. Međutim, temperatura u bazenu1 nikada ne dostiže ulaznu vrijednost. Ovo se može objasniti toplotnim gubicima koji postoje u sistemu, a koje smo i mi uveli. Također je zabilježeno da vrijeme odziva bazena je mnogo sporije.Komparacijom sa idealnim slučajem, moguća je zapaziti dva faktora za to. Prvi maksimalna dostignuta temperatura je redukovana, a drugi faktor je vrijeme potrebno da bazen dostigne maksimalnu temperaturu koje je uvećano.

3.4. Simulacija kompletnog sistema grijanja Da bi simulirali kompletan sistem grijanja prvo moramo pojasniti I kreirati simulacione dijagame za svaki ponaosob elemenat sistema tj. podsisteme. Kompletan model se zasniva na povezivanju svih podsistema zajedno u jednucjelinu kako su numerisani.Naravno,gdje se temperaturne vrijednosti prenose unutar narednog podsistema tu mora biti uključena i veličina protoka. Ovim se misli da moramo uključiti brojače prethodnih krugova. Izlazi također moraju biti praćeni tj. Temperatura u bazenu2 i temperatura u bazenu 1.

3.4.1. Simulacija podsistema 0-toplotni izvor

Koristeći jednačinu 2.7 kojom je opisan toplotni izvor, model koji bi bio izgrađen u Simulinku kao podsistem 0 ima kao ulaz snagu Pi i daje kao izlaz temperaturu Tp. Izlazna temperatura će biti postavljena kao ulazna faza u naredni podsistem 1.

Slika 3.9 Podsistem 0 konstruisan u simulinku

3.4.2. Simulacija podsistema 1-izmjenjivač toplote u kolektoru

Za kreiranje blok dijagrama u Matlab Simulinku koji bi opisivao ponašanje izmjenjivača toplote u kolektoru poslužiti ćemo se jednačinom 2.8. koja predstavlja toplotni bilans izmjenjivača toplote koji se nalazu u kolektoru. Blok dijagram je prikazan na slici 3.10.

1

Tp

-K-

m1/Me

0.25

konstantan ulaz

snage

1

s

Integrator

-K-

1/MeCv

Tp


18

Slika 3.10 Blok dijagram podsistema 1 –izmjenjivač toplote u kolektoru

3.4.3. Simulacija podsistema 2 – izmjenjivač toplote u bazenu 1

Ovaj podsistem predstavlja podsistem koji prikazuje ponašanje toplotnog izmjenjivača i bazena.Iako je on u potpunosti opisan upoglavlju koje opisuje model 3, još jednom ćemo predstaviti blok dijagram koji predstavlja ovaj sistem

Slika 3.11 Blok dijagram podsistema 2 – izmjenjivač toplote i spremnik

1

Ti

-K-

mCv

KeKe

1

s

Integrator

-K-

1/Mi*Cv

2 te1

1

Tp2

2

Tt

1

Te1

1

s

toplotni

izmjenjivaè

1

s

rezervoar

-K-

mCv

KeKe

K2

K2

-K-

1/MtCv

-K-

1/Me1Cv1

Ti


19

3.4.4. Simulacija podsistema 3-sekundarni izmjenjivač toplote

Ovaj podsistem modelira sekundarni toplotni izmjenjivač koji iz bazena1 uzima toplotu za grijanje bazena2 zatvorenim sistemom. On je u suštini isti sistem kao podsistem1.opisan je jednačinom 2.10. Blok dijagram koji predstavlja simulacioni model predstavljenje slikom 3.12

Slika 3.12 Blok dijagram podsistema 3 – sekundarni izmjenjivač toplote u spremniku

3.4.5. Simulacija podsistema 4 – izmjenjivač toplote u bazenu 2

U suštini ovo je kopija podsistema 2 izuzev što se ovdje toplotni izmjenjivač nalazi u bazenu2. Neophodno jeuvesti koeficijent toplotnog transfera K3 koji predstavlja toplotne gubitke u bazenu2 koji uključuju gubitke protoka u zatvorenom cijevnom sistemu. Također se uvodi temperatura objekta Th. Blok dijagram koji predstavlja simulacioni model predstavljen slikom 3.13. Podsitem 4 je opisan jednačinama 2.11. i 2.12.

1

Te2

KeKe

1

s

Integrator

1

Gain1

1

Gain

2 Te3

1

Tt


20

Slika 3.13 Blok dijagram podsistema 4-izmjenjivač toplote u bazenu 2

I na samom kraju nakon predstavljanja svih podsistema i njihovih simulacionih blok dijagrama predstavljenje konačan model sistema grijanja je prikazan naslici 3.14. Model se kreira povezivanjem svih podsistema u jedan sistem gdje izlaz jednog podsistema predstavlja ulazu drugi podsistem.

Slika 3.14 konačni model sistema grijanja predstavljen u simulinku

2

Th

1

Te3

1

s

toplotni

izmjenjivaè

-K-

m1Cv

1

s

bazen 2

KeKe

K3

K3

-K-

1/Mt*Cv

-K-

1/(Me1Cv)1

Te2

m2

m2

m1

m1

Te2

Te3

Th

Subsystem4

Tt

Te3

Te2

Subsystem3

Ti

Te1

Tt

Subsystem2

Tp2

te1

Ti

Subsystem1

Out1

Subsystem0

Scope1

Scope


21

Imajući kompletno razvijen model, predviđanje odziva sistema može biti napravlje no zabilokojukombinaciju sistema. Model dopušta mijenjanje promjenjivih parametara, pravljenje mogućeg monitoringa efekta promjene parametara na performanse sistema. Kao primjer može se uzeti parametar Ke, koji predstavlja koeficijent efikasnosti izmjenjivača u prvom bazenu. Za ovu vježbu izabrani su parametri Me1=Me2=Me3=1 [kg] - Mase vode u izmjenjivačima m1=m2=2.5 [l/min] -protok vode kroz cijevi Mt=10000 [kg] -mase vode u bazenima Cv=4200 [J/kg°C] -toplotni kapacitet vode K2=3.33 -koeficijent izolacije bazena K3=0,75 -koeficijent efikasnosti izmjenjivača u bazenu 2

Slika 3.15 Odziv temperature u bazenu 2 sa Ke = 0,50

Slika 3.16 Odziv temperature u bazenu 2 sa Ke=0,65


22

Slika 3.17 Odziv temperature u bazenu 2 sa Ke=0,75 Iz priloženog se može vidjeti da performanse rapidno opadaju što se efikasnost izmjenjivača toplote smanjuje.


23

ZAKLJUČAK Ovim modeliranjem se htelo dati eventualni poticaj za razvijanje ovakvih sistema u budućnosti. Modeliranje I simulacija su pokazali da za grijanje sistema bazena nije dovoljno iskorištenje samo solarne energije. Pravilnom kombinaciom upotrebe solarne energije i konvencionalnih načina zagrijavanja se mogu postići optimalni rezulltati i uštede energije.


24

LITERATURA 1. W.Bequette, “Process Dynamics-Modeling, Analysis and Simulation” Prentice Hall 1998 2. S.T.Karris, “Introduction to Simulink with Engineering Applications” Orchard Publications 2006 3. I.Delić “Seminarski rad- Solarni kolektor - modeliranje i simulacija” Univerzitet u Tuzli 2007 4. http://www.builditsolar.com 5. http://www.energysavers.gov

http://www.builditsolar.com/

http://www.energysavers.gov/


25

4. PRILOZI

4.1. Popis slika Slika 1.1 Konceptualni dijagram sistema grijanja dva bazena ............................................. 2 Slika 2.1 Prikaz modela toplotnog akumulatora ................................................................... 3 Slika 2.2 Shematski prikaz Modela 2 ................................................................................... 5 Slika 2.3 Shematski prikaz Modela 3 neidealni izmjenjivač toplote ..................................... 7 Slika 2.4 Shematski dijagram cijelog sistema sa podsistemima. ......................................... 8 Slika 2.5 Shematski dijagram podsistema 1-toplotni izmjenjivač u kolektoru. ...................... 9 Slika 3.1 Simulink model jednostavnog toplotnog akumulatora ......................................... 11 Slika 3.2 Izlaz za bazen 1 .................................................................................................. 12 Slika 3.3 Simulink model bazena sa opterećenjem ........................................................... 13 Slika 3.4 Odziv temperature u bazenu 1 (Model 2) ............................................................ 13 Slika 3.5 Odziv temperature u bazenu 2 (Model 2) ............................................................ 14 Slika 3.6 Simulink model za neidealan toplotni izmjenjivač ............................................... 15 Slika 3.7 Odziv toplotnog izmjenjivača (Model 3) .............................................................. 16 Slika 3.8 Odziv toplotnog spremnika Model 3 .................................................................... 16 Slika 3.9 Podsistem 0 konstruisan u simulinku .................................................................. 17 Slika 3.10 Blok dijagram podsistema 1 –izmjenjivač toplote u kolektoru ........................... 18 Slika 3.11 Blok dijagram podsistema 2 – izmjenjivač toplote i spremnik............................ 18 Slika 3.12 Blok dijagram podsistema 3 – sekundarni izmjenjivač toplote u spremniku ...... 19 Slika 3.13 Blok dijagram podsistema 4-izmjenjivač toplote u bazenu 2 ............................. 20 Slika 3.14 konačni model sistema grijanja predstavljen u simulinku .................................. 20 Slika 3.15 Odziv temperature u bazenu 2 sa Ke = 0,50 ..................................................... 21 Slika 3.16 Odziv temperature u bazenu 2 sa Ke=0,65 ....................................................... 21 Slika 3.17 Odziv temperature u bazenu 2 sa Ke=0,75 ....................................................... 22

Documents

Dinamika Procesa Seminarski-Almir