- АНАЛИЗ И ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕЛИОУСТАНОВОК МЕТОДАМИ ТЕОРЕТИКО-ГРАФОВЫХ ПОСТРОЕНИЙ
Оптимизацию изучаемых явлений нужно основывать на методе системного анализа, который ориентирует исследования на раскрытие целостности объекта и взаимосвязи его основных элементов. Следует подчеркнуть, что свойства элементов могут изменяться в процессе действия системы в целом. Поэтому изучение сложной системы, каковой является энергосберегающая установка, предполагает ее представление в виде модели, позволяющей выполнить анализ поведения системы при различных внешних воздействиях.
При проведении системного анализа целесообразно обратиться к методам теории графов. Теоретико-графовые методы весьма результативны при анализе и синтезе систем энергосбережения [114].
Решение этих задач невозможно без математического моделирования. Реализация соответствующих математических моделей на ЭВМ позволяет проводить анализ и поиск наиболее обоснованных проектных решений.
Технологическую схему системы можно изобразить в виде потокового графа G(A, Г), где вершины — это элементы схемы, а дуги — физические потоки (термодинамические параметры, потоки массы, теплоты, энергии) между элементами.
Для анализа энергосберегающих систем обратимся к параметрическому потоковому графу (ППГ) и к эксергетическому потоковому графу (ЭПГ).
Параметрический потоковый граф является топологической моделью системы. При построении ППГ создается информационная схема по технологической схеме и далее представляется в цифровой форме. Цифровым описанием выступает матрица инциденций, которая полностью отражает топологическую структуру информационной схемы и позволяет перенести эту структуру на язык алгебры или теории множеств.
Эксергетический потоковый граф учитывает не только параметры системы, но и потоки эксергии. Под ЭПГ следует понимать граф Е(А, Г) = Е(А, U), множество А =
вершин которого соответствует эксергетическим потерям в отдельных элементах системы, а множество дуг U = {и1, ..., 
— распределению эксергетических потоков в системе; Г — многозначное отображение множества А в себя. ЭПГ по аналогии с ППГ представляют в матричном виде.
На рис. 2.49 изображена схема системы теплохладоснабжения с адсорбционным термотрансформатором. Источником энергии служит солнечное излучение. Эта схема предназначена для работы летом, поэтому термотрансформатор используется в режиме кондиционирования.
В ночное время суток хладоагент из испарителя поступает в адсорбер. Теплота адсорбции отводится в грунтовый аккумулятор-теплообменник. Часть вырабатываемого холода направляется потребителям, а часть аккумулируется.
Рис. 2.49. Схема гелиоустановки с сезонным аккумулированием энергии:
1 — солнечный коллектор; 2 — бак- аккумулятор солнечного контура;
3 — бак-аккумулятор вторичного контура; 4 — теплообменник; 5, 7 — конденсаторы теплового насоса; 6 — расходный бак; 8 — сезонный аккумулятор теплоты; 9 — испаритель
В дневное время используется холод, аккумулированный в грунтовом теплообменнике.
Адсорбционные установки с твердым сорбционным поглотителем имеют ряд преимуществ. Они не имеют движущихся частей, не используют электроэнергию, просты в обслуживании.
В качестве сорбционных веществ используются цеолиты и силикагели. Более высокая сорбционная емкость достигается при применении в качестве адсорбента солей, например соединения СаС12-2СН2ОН.
Основным термохимическим циклом СаС12-2СН2ОН в солнечной системе теплохладоснабжения будет следующий: солнечная энергия используется для разложения СаС12-2СНаОН на СаС12 и пар при давлении примерно 300 мм рт. ст. Пар конденсируется при температуре 40 °C. Теплота конденсации может быть использована для нагрева воды, используемой на бытовые нужды. Этим завершается цикл генерации. После этого соль, отделенная от метанола, охлаждается и снова вступает в реакцию с паром. Жидкий метанол при испарении может охлаждаться до -25 °C. Образующийся холод используется в системе хладоснабжения потребителей.
На рис. 2.50 приведены потоковый параметрический граф анализируемой схемы и соответствующая матрица инциденций.
Рис. 2.50. Параметрический потоковый граф и матрица инциденций схемы, показанной ни рис. 2.49
Эксергетический потоковый граф и матрица инциденций схемы, показанной на рис. 2.49, изображены на рис. 2.51.
Сканируя по матрицам инциденций для ППГ и определяя булеву переменную на своем пути, ЭВМ рассчитывает все необходимые данные и находит значения параметров в данной узловой точке графа, значения тепловых и массовых потоков, условия оптимальной топологии схемы. Аналогично по матрице ЭПГ ЭВМ вычисляет значения эксергии, эксергетических потоков и, следовательно, определяет степень энергетического совершенства системы.
Математическая модель анализируемой системы теплоснабжения или отдельных ее элементов может быть представлена в виде функционального оператора
Рис. 2.51. Эксергетический потоковый граф и матрица инциденций схемы, показанной ни рис. 2.49
Изменения энтальпии потока в i-м элементе
