И. Б. ЗАСЕДАТЕЛЕВ, д-р техн. наук (ВНИПИТеплопроект); П. В. МАЗМАНЯН, инж. (ЦМИПКС), Тепловая обработка изделий с применением систем промышленного гелиотеплоснабжения
В строительной индустрии страны в настоящее время наиболее простым и эффективным способом использования солнечной энергии для тепловой обработки сборных железобетонных изделий является их прогрев в гелиоформах с покрытием СВИТАП. При изготовлении плоских изделий толщиной до 0,4 м на открытых гелиополигонах используется радиационный поток естественной плотности, позволяющий в зависимости от региона в течение 4...7 мес обеспечивать суточный цикл оборачиваемости форм без специального гелиооборудования.
Однако, учитывая преимущественное изготовление сборного железобетона в закрытых цехах и полигонах, исключающих применение гелиоформ, представляется своевременной разработка второго этапа развития гелиотехнологии. Это создание заводских систем промышленного гелиотеплоснабжения, использующих солнечную энергию для получения промежуточного теплоносителя в виде нагретой воды или незамерзающих жидкостей (антифризов). Такие системы, включающие гелиоприемники, бакиаккумуляторы и циркуляционные насосы, в мировой практике широко используются для отопления и горячего водоснабжения зданий [1], но не применялись для ускоренного твердения бетона в термоформах.
Анализ технических возможностей гелиотермообработки изделий с применением промежуточного теплоносителя и результаты исследований режимов тепловой обработки изделий, выполненные
ВНИПИТеплопроектом и ЦМИПКСом при МИСИ, предопределили целесообразность многоцелевого использования систем промышленного гелиотеплоснабжения (СПГ). Можно говорить не только о принципиально новых областях применения его в закрытых цехах при трехсменной работе различных тепловых агрегатов, но и существенном расширении возможностей гелиотермообработки изделий с использованием прямого солнечного излучения.
Например, дополнительное применение промежуточного теплоносителя в гелиотермоформах позволяет увеличить оборачиваемость форм, изготовлять изделия во вторую и третью смены и, в конечном счете, в 2...3 раза увеличить производительность гелиополигона или сократить его полезную площадь. При гелиотермообработке изделий, изготавливаемых по пакетной технологии УкрНИИГиМа, применение отсеков с промежуточным теплоносителем позволяет отказаться от пара и электроэнергии. Новые возможности открывает использование промежуточного теплоносителя, подаваемого в регистры щелевых гелиокамер с прозрачными покрытиями и обеспечивающего работу камер в несолнечное время суток. В каждой из перечисленных областей проводятся лабораторные и стендовые Исследования, которые определят радиационные режимы комбинированного использования солнечной энергии в различных агрегатах.
Наибольшую актуальность, на наш взгляд, представляют разработки систем промышленного гелиотеплоснабжения и режимы тепловой обработки изделий в закрытых цехах. Опытно-промышленная гелиотермообработка изделий в термоформах с применением СПГ впервые осуществлена на Балаовитском заводе ЖБИ Главармводстроя Министерства мелиорации и водного хозяйства СССР. Исследования проводили при гелиотермообработке Г-образных блоков многоцелевого назначения.
Система промышленного гелиотеплоснабжения, смонтированная и введенная в эксплуатацию в заводских условиях (рис. 1), включала 50 модулей солнечных коллекторов (общая площадь солнцевоспринимающей поверхности— 50 м2), 3-секционный бак-аккумулятор вместимостью 3 м5, циркуляционные насосы, трубопроводы и КИП. Принципиальная схема СПГ приведена на рис. 2. Особенность системы — в применении в качестве солнечных коллекторов с тепловыми трубками, серийный выпуск которых освоен опытным заводом «Спецметаллоконструкция» (Ереван). Коллекторы, соединенные последовательно по 12... 13 шт., обеспечивали в каждом блоке нагрев воды на Ю...15°С. Температура поступающей в бак-аккумулятор воды составляла: min=45°C, max=80°C. Общая суточная теплопроизводительность СПГ—140 кВт-ч.
Поскольку система рассчитана на работу при положительных температурах наружного воздуха, в ней применена одноконтурная эффективная схема циркуляции теплоносителя. В течение суток СПГ работает по одному из трех режимов: выработка и аккумулирование тепла (зарядка аккумулятора), выработка тепла с одновременным его использованием, утилизация аккумулированного тепла (разрядка аккумулятора).
Отличительной особенностью гелиотермообработки бетона в термоформах является замена традиционной паровой среды в тепловых отсеках водой, нагретой в солнечных коллекторах. Вода температурой 60...70°С обладает существенно меньшей энергоемкостью по сравнению с паром и требует изменения конструкции теплового отсека формы. Для обеспечения равномерности температурного прогрева объем теплового отсека разделен на каналы с уменьшением сечения по ходу последовательного движения в них жидкого теплоносителя. Степень уменьшения сечения каналов для увеличения скорости движения воды и коэффициента теплообмена по мере снижения температуры рассчитывали с использованием критериальных уравнений теплообмена.
Исходя из требуемого значения теплового потока (<7тр) устанавливается средняя величина коэффициента теплоотдачи аор, Вг/(м2,С),
Из уравнения (2) определяется значение dэкв последовательно для каждого канала теплового отсека при постоянном расходе теплоносителя.
Теплоснабжение термоформ может осуществляться при непрерывной или периодической циркуляции теплоносителя. Современные эффективные импульсно-термосные режимы тепловой обработки делают нерациональной постоянную циркуляцию теплоносителя в термоформе в течение всего технологического цикла. Были предложены и исследованы режимы с периодической подачей теллоносит&ля и последующим термосным выдерживанием: с однократным заполнением теплового отсека нагретой водой после формования изделии; с двукратным заполнением водой отсека в период прогрева изделия; с циркуляцией теплоносителя в течение всего периода прогрева.
Кинетика прогрева центра плиты толщиной 150 мм (бетон класса В15, состава 1:1,48:2,05 на портландцементе марки 400 Араратского завода, В/Ц = = 0,6) при различных вариантах импульсно-термосного режима в термоформе в условиях закрытого цеха приведена на рис. 3. Характеристики параметров показаны в таблице. Исходя из приведенных в таблице данных, предпочтение следует отдать двухступенчатому импульсно-термосному режиму, так как при небольшом увеличении удельных капитальных вложений прочность увеличивается на 15% по сравнению с одноступенчатым импульснотермосным режимом.
Фактический экономический эффект при применении СПГ равен 3,23 р/м3 бетона. С 1986 по 1987 гг. на Балаовитском заводе ЖБИ при выпуске изделий в объеме 3108 м3 экономия составила 10 тыс. р.
Вывод
Применение систем промышленного гелиотеплоснабжения для тепловой обработки бетона в условиях закрытых цехов в южных регионах страны открывает новые направления для широкомасштабного использования солнечной энергии при выпуске в заводских условиях всей номенклатуры изделий сборного железобетона.
Бетон и железобетон, 1988 №05