CC BY
28
-------------------□ □----------------------
Запропоновано управління теплонасо-сним енергопостачанням на основі інформації як міри відтворення співвідношення виробництва та споживання енергії в єдиному інформаційному просторі
Ключові слова: синергетичний принцип, експертна система, управління на рівні прийняття рішень
□------------------------------------□
Предложено управление теплонасосным энергоснабжением на основе информации как меры отражения соотношения производства и потребления энергии в едином информационном пространстве
Ключевые слова: синергетический принцип, экспертная система, управление на уровне принятия решений
□------------------------------------□
Control provision by energy with heat pump on base of information as measure of the reflection of production and consumptions of the energy in correlation in united information
Keywords: synergetic principle, expert system, control on decision-making level -------------------□ □----------------------
УДК 621.182.2.001.57
ІНТЕЛЕКТУАЛЬНА СИСТЕМА ПІДТРИМКИ ФУНКЦІОНУВАННЯ ТЕПЛОНАСОСНОГО ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ
В.В. Стефанюк
Аспірант
Кафедра теоретичної, загальної та нетрадиційної
енергетики
Енергетичний інститут Одеський національний політехнічний університет пр. Шевченка, 1, м. Одеса, Україна, 65044 Контактний тел.: (048) 758-47-67 Е-mail: vadimstefanyuk@gmail.com
1. Вступ
Запропоновано інтелектуальне управління тепло-насосним теплопостачанням, що дозволяє встановлювати межі працездатності теплонасосної системи щодо вибору холодагента; узгоджувати рівень споживання теплоти з рівнем продуктивності теплового насоса при використанні теплової ємності води в повній мірі без використання додаткового теплового насоса [1,2].
2. Постановка задачі
Підтримка функціонування випарника у складі теплонасосної системи посідає особливе місце щодо необхідності повного випаровування холодагента в умовах непостійної температури низькопотенційного джерела енергії з ціллю забезпечення надійної роботи компресора. Існуючі системи виміру рівня холодаген-та у випарнику теплового насоса чи рівня перегріву пари на виході із випарника не завжди забезпечені якістю виміру та мають у своєму складі значні допоміжні елементи, наприклад, накопичувальні ємкості, капілярні трубки, т. і.
В умовах змінної температури низькопотенційного джерела енергії управління випарником і конденсатором в теплонасосній системі потребують інтегрованого інтелектуального підходу щодо узгодження рівня подачі холодагента у випарник з ціллю надійної роботи компресора з рівнем подачі холодагента у конденсатор для узгодження виробництва та споживання енергії.
З цією ціллю запропоновано розширити експертну систему [2] включенням до складу динамічної підсистеми випарника теплового насоса.
3. Математичне моделювання динамічної підсистеми як основи експертної системи
Додатково розроблено математичну модель випарника теплового насоса щодо обраного на основі експертних знань істотного параметра, що діагностується - паровмісту холодагента у якості визначального для підтримки процесу заряду випарника. Система диференціальних рівнянь включає рівняння стану як оцінку фізичної моделі випарника, рівняння енергії передавального й сприймаючого середовищ, рівняння теплового балансу стінки випарника теплового насоса. Рівняння енергії сприймаючого середовища, розроблене щодо істотного параметра, що діагностується, із представленням його зміни не тільки в часі, але й уздовж просторової координати осі теплообмінника, що збігає з напрямком руху потоку середовища. В результаті реалізації системи нелінійних диференціальних рівнянь, отримана передатна функція за каналом: “паровміст робочого тіла - витрата робочого тіла”, що має такий вид:
Wx
х- G хлі
де K„ _
_ Кхл(1 - 1)/, „-і is,
L К
-1 (і - e-i 1s)
ДЇ 1 '
Ш(9° t0).p_Тм8 + е' + 1.Тм _
G
ём См
Ь.,
■е' _£(1-L дж').
а .„Ь.,
аз0Ьз0
. Тдж
1
GC
.т _ дж дж . Y _ Т S.
L„ + Г" _ а.„Ь „ .Y1 _ іхА
g С z
r"T Охл хл . £ __________________.T
хл х
а~. L„„
G С
. хл хл аз0Ьз0
.Кх
-І1/*
Эх dt L,„
.уз
де і - ентальпія робочого тіла, кДж /кг; С - питома теплоємність, кДж /кгК; G - витрата речовини, кг/с; S - параметр перетворення Лапласа; Тхл, Тм - постійні часу, що характеризують теплову здатність робочого тіла, металу, що акумулюють, с; g - питома маса речовини, кг/м; Ь - питома поверхня, м2/м; т - показник залежності коефіцієнта тепловіддачі від витрати; ^ температура робочого тіла, К; х - паровміст робочого тіла: z - координата довжини теплообмінника, м; а
- коефіцієнт тепловіддачі, кВт/м2К; 0 - температура розподільної стінки, К. Індекси: хл - холодагент; дж.-низькопотенційне джерело енергії; м - металева стінка; 0,1 - початковий стаціонарний режим, в, з - внутрішній, зовнішній потоки.
Отримана передатна функція за каналом: «паровміст холодагента - витрата пари холодагента», що в єдності з передатною функцією за каналом «температура місцевої води - витрата пари холодагента» для конденсатора теплового насоса [2], представляє можливість отримати інтегровану діагностичну інформацію як еталонно-ідентифікаційну, так і функціональну.
4. Контроль працездатності теплонасосної системи
ES = (^(гХСТ^г), (х0(г), ,
G„(тX0),tвд(тX-X+))))Л1(т),
Ця інформація, що поступає від блоку контролю СТ1, є причиною здобуття інформації від блоку контролю СТ2 щодо зміни внутрішнього параметра, що діагностується - температури стінки випарника теплового насоса. Інформація, здобута від блоку СТ2 щодо зміни температури стінки є наслідком здобуття попередньої інформації, що надходить з блоку контролю СТ1.
(СТ2(тХ^ХЄ(тХ-Х+ХитХ-Х+))))Л2(т),
Інформаційне повідомлення з блоку контролю СТ2 щодо зміни температури стінки є причиною здобуття інформації від блоку контролю СТ3 щодо зміни коефіцієнта передатної функції Кхл, в склад якого входить значення температури стінки, що змінюється. Тобто ця генерована блоком СТ3 інформація є наслідком попереднього інформаційного повідомлення від блоку контролю СТ2.
(СТ3(тХК(тХК„(тХ-Х+)))Л3(т),
Розширена динамічна підсистема на основі запропонованого метода графа причинно-наслідкових зв’язків виконує функції контролю працездатності конденсатора [2] і випарника теплового насоса в інтегрованій єдності.
Так, на основі метода графа причинно-наслідко-вих зв’язків [1] (рис. 1.) додатково розроблена логічна модель управління випарником теплового насоса на рівні прийняття рішень.
СТі
2сі
ст2
т
2сс > ЗТ2
1^32
ЗТ3
БТЛ
ЗТ3
Рис. 1. Граф причинно-наслідкових зв’язків динамічної підсистеми
СТ - контроль події; Z - логічні відносини; ST -ідентифікація події. Індекси: 1 - впливи; 2 - внутрішні параметри, що діагностуються; 3- коефіцієнти рівнянь динаміки; 4 — істотні параметри, що діагностуються; 5 — динамічні параметри; с - контроль працездатності; s- стан
Виходячи з графа причинно-наслідкових зв’язків блок контролю впливів СТ здобуває повідомлення щодо зміни початкових умов функціонування випарника теплонасосної системи, обумовлених появою впливів, що обурюють. Так, при незмінній витраті теплоносіїв змінюється температура низькопотенцій-ного джерела енергії:
Інформаційне повідомлення з блоку контролю СТ3 щодо зміни коефіцієнта передатної функції Кхл, є причиною здобуття інформації від блоку контролю СТ4 щодо зміни істотного параметра, що діагностується
- паровмісту холодагента:
(СТ4(тХу(тХЛх(тХ-Х+))))ЛХт),
Здобуття інформації від блоку контролю СТ5 щодо зміни динамічних параметрів є наслідком здобуття попередньої інформації:
(СТ5(т)^(тХЛх(т)/Дхсіршр(тХ+Х-)))Л5(т),
Інформація від блоку контролю СТ5 є причиною для здобуття такої результуючої інформації від блоку контролю СТс
(СТс(ТХЛх(т)/ДХст. розр. (т) >^розр. ршХТ)/ЛХст. розр.(т)))> (1)
(СТс(ТХАх(т) / АХст. розр. (т) < АХрозр. рів (т) / АХст. розрХТ)))> (2)
що представляє можливість змінювати рівень подачі холодагента через випарник теплового насоса:
(РМ^х/тХ+Х-)))^,.,.^),
де ES- експертна система; D - динамічна підсистема; Р - властивості елементів експертної системи; Z- логічні відносини; СТ - контроль події; х- впливи; f - параметри, що діагностуються; К- коефіцієнти математичного опису; у - вихідні параметри; d - динамічні параметри; і - час, с. Індекси: 0, 1, 2
- початковий стан, зовнішній, внутрішній характер впливів; 3 - коефіцієнти рівнянь динаміки; 4- суттєві параметри, що діагностуються; 5 - динамічні параметри; с - контроль працездатності; ст. розр. -стале розрахункове значення параметра; рів.- рівень функціонування.
З
Так, наприклад, при зниженні температури низь-копотенційного джерела енергії на основі контролю працездатності випарника теплового насоса здобуття результуючої інформації (1) щодо зміни паровмісту холодагента представляє можливість прийняти рішення про збільшення рівня його подачі для повного випаровування з ціллю забезпечення надійної роботи компресора (рис. 2):
(Р(т)^„(тХ+)))Лс(т).
Рис. 2. Підтримка функціонування випарника на рівні прийняття рішень 1 — гранично припустима працездатність випарника та ідентифікація прийняття рішення; 2 — діагностування збільшення витрати холодагента
При зниженні температури низькопотенційного джерела енергії контроль працездатності конденсатора теплового насоса [2] представляє можливість на основі здобутої результуючої інформації також прийняти рішення про збільшення витрати холодагента щодо збільшення ємності місцевої води , що акумулює, низького рівня функціонування. Прийняття такого рішення дозволяє зберегти припустимі межі працездатності низького рівня функціонування теплопостачання для подальшого підігріву місцевої води без додаткового теплового насоса.
При підвищенні температури низькопотенційного джерела енергії на основі контролю працездатності випарника теплового насоса можливо отримати ре-
зультуючу інформацію (2) щодо зміни паровмісту холодагента, що представляє можливість прийняти рішення про зменшення рівня його подачі для повного випаровування з ціллю забезпечення надійної роботи компресора (рис. 3):
(Р(т)^Іл(тХ-)))Лс(т).
Рис. 3. Підтримка функціонування випарника на рівні прийняття рішень 1 — гранично припустима працездатність випарника та ідентифікація прийняття рішення: 2 — діагностування зменшення витрати холодагента
При підвищенні температури низькопотенційного джерела енергії контроль працездатності конденсатора теплового насоса [2] представляє можливість також прийняти рішення про зменшення витрати холодаген-та, що також представляє можливість подальшого підігріву місцевої води без додаткового теплового насоса.
4. Висновки
В результаті інтегрованого інтелектуального управління теплонасосним енергопостачанням можливо, забезпечуючи надійність роботи компресора теплового насоса, узгоджувати рівень споживання теплоти з рівнем продуктивності теплового насоса при використанні теплової ємності місцевої води в повній мірі.
Література
1. Чайковская Е.Е. Поддержание функционирования энергетических систем на основе интеллектуального управления тепло-
массобменными процессами /Труды 6-го Минского Международного Форума по тепломассобмену.- ИТМО им. А.В.Лыкова НАНБ, 8-05, 2008.- С. 1-10.
2. Стефанюк В.В. Управління теплонасосним теплопостачанням на рівні прийняття рішень // Восточно-Европейский журнал
передовых технологий, 2009.- №1/3 (37).- С. 32-35.
