CC BY
20
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 628.82
А. Ю. БАРИНОВ, Л. И. ВТОРОВА, А. А. ДАНИЛИНА, А. А. ЦЫНАЕВА КРАТКОВРЕМЕННАЯ РАБОТА СПЛИТ-СИСТЕМЫ
Проведено исследование работы сплит-системы в режиме охлаждения при кратковременной работе (в динамическом режиме). Подробно рассмотрен ход проведения экспериментального исследования, используемые в процессе экспериментального исследования измерительные приборы и порядок проведения экспериментальных исследований. Выявлено влияние сплит-системы на параметры микроклимата в обслуживаемом помещении при кратковременном режиме работы установки. Получены параметры температурного поля в помещении до и после кратковременного включения сплит-системы в режиме охлаждения. Полученные результаты экспериментального исследования показали снижение среднего значения температуры воздуха в помещении на 1,5 градуса при кратковременном включении сплит-системы в работу в режиме охлаждения.
Ключевые слова: пирометр, рулетка, сплит-система, помещение, термометр, температура, термопара.
По результатам выполнения лабораторной работы «Исследование работы сплит-системы в режиме охлаждения» для повышения заинтересованности в научных исследованиях написана статья. В исследовательской работе использовали сплит-систему, являющуюся разновидностью кондиционеров, которые подразделяются по конструкции и способу их применения. Рассмотрено влияние сплит-системы на параметры воздуха в помещении.
Экспериментальные исследования: приборы и установки Использован пирометр, дополнительно оснащённый термопарой, для измерения температуры [1]. Такой прибор позволяет измерять температуру объекта исследования двумя методами: контактным (с помощью термопары) и бесконтактным (непосредственно посредством пирометра). Общий вид используемого пирометра представлен на рис. 1. Принцип действия пирометра основан на измерении количества теплового потока в инфракрасном диапазоне и последующем пересчёте его в температуру.
Пирометр располагали перед объектом исследования. Луч лазерного указателя пирометра фокусируем на объекте во избежание промаха. Далее тепловой поток, полученный в результате съёмки, преобразовывается с помощью внутреннего компьютерного чипа пирометра в температуру. Численные значения температуры выводятся на монитор пирометра, находящегося на стороне пирометра, обращённой к пользователю (рис. 1).
Данные по измерениям могут выводиться в различных единицах измерения (градусах Цельсия, Кельвина и т. д.). Кроме того, на экране отображаются показания термопары, подключённой к пирометру (рис. 1).
Показания квазимонохрамотический пирометра определяются в соответствии с выражением [1]:
11 X , 1
---=--1п —,
т т с2 где Т - действительная температура объекта, К; Т - яркостная температура, К; X - длина волны, мкм; с^ - постоянный коэффициент,
равный с2 = 1,4388 -10-2 (м • К);
тральный коэффициент излучения.
Для расчёта действительной температуры нагретого тела используется формула [1]:
т = тР - 4 —,
]ет
где Т - действительная температура объекта, К; ТР - радиационная температура, К;
8т - коэффициент излучения.
При этом расчёт действительной температуры объекта как при измерении термопарой, так и при использовании пирометра, ведётся в автоматическом режиме компьютерным чипом пирометра, а данные измерений выводятся на экран прибора (рис. 1). Для применяемого прибора погрешность составила менее 3 процентов [4]. Так как описанный выше прибор использовался
8Х - спек-
© Баринов А. Ю., Второва Л. И., Данилина А. А., Цынаева А. А., 2015
Рис. 1. Общий вид используемого пирометра: 1 - пирометр; 2 - экран пирометра; 3 - управляющие кнопки пирометра; 4 - термопара; 5 - кнопка включения лазерного указателя; 6 - подключение термопары
Рис. 2. Схема сплит-системы, работающей в режиме охлаждения
Рис. 3. Схема простейшей парокомпрессионной холодильной установки: О - охладитель; К - компрессор; ЭД - электродвигатель; И - испаритель; РВ - редуцирующий вентиль
для исследования кратковременной работы сплит-системы в режиме охлаждения и её влияния на параметры микроклимата помещения, следует рассмотреть конструкцию и принцип действия сплит-системы.
Описание работы сплит-системы
Сплит-система, используемая при исследовании и представленная на рисунке 2 [1, 2], состоит из внутреннего и наружного (внешнего) блоков. Внешний блок включает в себя компрессор, теплообменник-конденсатор, вентилятор. Внутренний блок содержит теплообменник-испаритель и вентилятор [2].
Сплит-системы такого типа (рис. 2) работают по принципу действия парокомпрессионного холодильного цикла [1, 3]. В рассматриваемой сплит-системе, работающей в режиме охлаждения, рабочим телом является холодильный агент Я410Л.
Схема простейшей парокомпрессионной холодильной установки [1, 3, 5], поясняющая принцип действия сплит-системы, показана на рисунке 3.
Холодильные установки (рис. 3) работают по обратному циклу, в котором работа подводится извне, теплота отнимается от объекта охлаждения и подводится к холодильному агенту. В нашем случае охлаждаемым телом является воздух помещения, прокачиваемый вентилятором внутреннего блока через теплообменник-испаритель (см. рис. 2). При этом холодильный агент R-410А отбирает тепло от воздуха и превращается в пар. Пар холодильного агента направляется в компрессор (см. рис. 3), в котором происходит его сжатие с соответствующим повышением температуры. Далее холодильный агент R-410А направляется в теплообменник-охладитель, который служит для рассеивания теплоты хладагента в окружающей среде. В исследуемой сплит-системе (рис. 2) для интенсификации отвода теплоты от хладагента используется принудительная продувка воздуха окружающей среды через поверхность теплообменника-охладителя. После охлаждения давление хладагента снижается либо с помощью регулирующего вентиля (рис. 3), либо с помощью капиллярной трубки (исследуемая сплит-система, рис. 2). Цикл парокомпрессионной холодильной установки представлен на рисунке 4 [1, 3].
Насыщенный пар сжимается компрессором от давления р1} до давления р2 (процесс 1-2). Затем пар поступает в охладитель, где конденсируется (процесс 2-3). Далее выполняется процесс 3-4 дросселирования со снижением давления и температуры. Этот процесс (3-4) является
Рис. 4. Цикл парокомпрессионной холодильной установки в диаграмме T, s : 1, 2, 3, 4 - рабочие точки цикла; 5, 6, 7 - энтропия в рабочих точках цикла
Рис. 5. Схема проведения измерений температуры воздуха внутри помещения,
оснащённого сплит-системой: а) - до включения сплит-системы; б) - после включения сплит-системы: 1 - отопительный прибор; 2 - сплит-система; 3 - мебель
б
необратимым, а на рисунке 4 изображён условно. Далее холодильный агент при давлении р! подаётся в теплообменник-испаритель, в котором осуществляется процесс 4-1 с отводом теплоты от охлаждаемых тел в количестве ^ • Методика проведения исследований При помощи рулетки экспериментальная комната разбивается на элементы. В первой части комнаты шаг измерительной сетки 0,5 х 0,5 м. Во второй части комнаты шаг сетки 1 х 1м (рис. 5). В зоне расположения сплит-системы, оконных проёмов и отопительных приборов измерительная сетка выполнялась с меньшим шагом по пространству для учёта влияния этих факторов. При удалении от оконных проёмов, сплит-системы, отопительных приборов воздействия этих устройств на параметры микроклимата в помещении ослабевают, что позволяет увеличить шаг. Так на расстоянии 2 м от стены с оконным проёмом шаг сетки изменился с 0,5 х 0,5 м на 1 х 1 м. Последующие измерения с шагом в 1 м производились на оставшейся части помещения. Такое построение измерительной сетки связано с необходимостью получения достаточно качественных результатах и снижении затрат времени на проведение эксперимента. Кроме того, в системах обеспечения микроклимата [6, 7] чувствительность к изменению температуры внутреннего воздуха составляет порядка 1,5...2 градуса [8, 9, 10] •
Измерения начали вести от стены с оконным проёмом на расстоянии 0,5 м от стены и пола комнаты таким образом, что получилось 7 изме-
рительных плоскостей. Для снижения погрешности измерений в каждой точке измерение температуры проводилось 4 раза. Погрешность измерений рассчитывается в соответствии с нормативными документами [4]. Результаты измерения температуры воздуха до включения сплит-системы в помещении по схеме, представленной на рисунке 5, а), показаны на рисунке 6 (сечения 0,5-2,0).
На рисунке 7 показаны результаты измерения температуры воздуха до включения сплит-системы в измерительных сечениях 3,0-5,5 (см. схему рис. 5, а).
Сплит-система была включена кратковременно (на 6 минут) и работала в режиме охлаждения. На рисунке 8 показаны результаты измерения температуры воздуха после кратковременной работы сплит-системы в течение заданного времени в соответствии со схемой измерений, представленной на рис. 5, б.
На высоте 2,0 м температура воздуха несколько ниже, чем на высоте в 1,0 м, так как сплит система (см. рис. 5, б) расположена на высоте более 2,5 метров и была включена кратковременно. Кроме того, распределение воздушных масс в помещении осуществляется за счёт естественной циркуляции. В этой связи результаты измерений показывают, что в момент измерения температуры ещё не произошло перераспределение холодных и тёплых воздушных масс в помещении.
а)
б)
в)
д)
Рис. 6. Температура воздуха в помещении до включения сплит-системы в зоне со сгущённой измерительной сеткой: а) - на высоте 0,5 м; б) - на высоте 1,0 м; в) - на высоте 1,5 м; г) - на высоте 2,0 м; д) - на высоте 2,5 м
а) б)
Рис. 7. Температура воздуха в помещении до включения сплит-системы в зоне с разряженной измерительной сеткой: а) - на высоте 1,0 м; б) - на высоте 2,0 м
Рис. 8. Температура воздуха в помещении после кратковременной работы сплит-системы
Заключение
Итак, изучена конструкция и принцип работы сплит-системы, а также влияние её на параметры воздуха в помещении при кратковременной работе. Разбив помещение на зоны, измерена температуру воздуха в пространстве помещения до и после кратковременной работы сплит-системы. Выявлено, что температура воздуха в помещении уменьшилась в среднем на 1,5 градуса, так как сплит-система в режиме охлаждения действовала кратковременно, а перемещение воздуха в помещении осуществляется за счёт разности плотностей холодного и тёплого воздуха, исследования показали, что при кратковременной работе сплит-системы холодный воздух сосредоточен в зоне действия сплит-системы.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Лабораторный практикум: метод. указания к выполнению лабораторных работ/ А. А. Цы-наева, Е. А. Цынаева, Д. Л. Жуховицкий. — Самара : Самарский гос. арх.-строит. ун-т, 2013. -94 с.
2. Коляда В. В. Кондиционеры. Принципы работы, монтаж, установка, эксплуатация: Рекомендации по ремонту. - М. : СОЛОН-Пресс, 2002. - 240 с.
3. Жуховицкий Д. Л. Сборник задач по технической термодинамике : учебное пособие. -2-е изд. - Ульяновск : УлГТУ, 2004. - 98 с.
4. Электронный фонд правовой и нормативно-технической документации [Электронный ресурс]: ГОСТ Р ИСО 5725-4-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 4. Основные методы определения правильности стандартного метода измерений. - Режим доступа: http://docs.cntd.ru — (дата обращения: 24.10.14).
5. Patent US3712078, Int. Cl F25d 19/02. Refrigeration unit / James G. Maynard, George F. Brown; assignee Krispin Engineering Limited. - № 201050; appl. 22.11.1971; опубл. 23.01.1973. - 6 p.
6. Пат. 2509959 C1 Российская Федерация, МПК F24F 3/00. Система обеспечения микроклимата / А. А. Цынаева, В. Н. Ковальногов, Е. В. Школин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновский государственный технический университет. - №2012137320/12; заявл. 31.08.12; опубл. 20.03.14., Бюл. №8. - 6 с.
7. Пат. 2519907 C2 Российская Федерация, МПК F24F 5/00. Система обеспечения микроклимата / А. А. Цынаева, В. Н. Ковальногов, Е. В. Школин; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО Ульяновский государственный технический университет. - №2012137321/12; заявл. 31.08.12; опубл. 20.06.14., Бюл. №17. - 6 с.
8. Ковальногов Н. Н., Ртищева А. С., Цынаева Е. А. Автоматизированная система оптимального управления отоплением учебного заведения // Проблемы энергетики. Известия вузов. - 2007. -№3-№4. - С. 100-107.
9. Ковальногов Н. Н., Цынаева Е. А. Влияние параметров температурного графика центрального регулирования отпуска теплоты на эффективность использования автоматизированных систем управления теплопотреблением // Вестник УлГТУ. - 2007.- №1(37). - С. 55-58.
10. Цынаева Е. А., Цынаева А. А. Численное моделирование динамических режимов эксплуатации систем оптимизации теплопотребления зданий //Инновационные пути модернизации базовых отраслей промышленности, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей природной среды: сборник трудов I Межотраслевой научно-практической конференции молодых учёных и специалистов, 27-28 марта 2012 г., г. Харьков / УкрГНТЦ «Энергосталь». - Х., 2012. - C. 245-247.
Благодарности: коллектив авторов благодарит студентов (Васильев А.С., Голиков В.А., Демченко А.М., Дудко А.С., Зеленков А.А., Зелен-ков И. А., Курочкина Е.А., Малаховский А. Л., Маркова А. Д., Парфенова О. В., Разоренов С.Е., Репьёва Е.С., Сафронова К.В., Сиднин С.В., Смирнов А.С., Стрелкова Ю.С., Усик О.О., Фе-дотенков И.Д.) гр. Т-11 факультета Инженерных систем и природоохранного строительства ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» за участие в проведении экспериментальных исследований.
Цынаева Анна Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Теплогазо-снабжение и вентиляция» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет», доцент кафедры «Тепловые электрические станции» ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический уни-
верситет». Имеет статьи, патенты и учебные пособия в области теплоэнергетики, теплотехники и математического моделирования. Баринов Александр Юрьевич, студент гр. Т-11 ФГБОУ ВПО «Самарский архитектурно-строительный университет», область научных интересов теплотехника, системы теплогазо-снабжения и вентиляции.
Второва Лариса Игоревна, студентка гр. Т-11 ФГБОУ ВПО «Самарский архитектурно-строительный университет», область научных интересов теплотехника, системы теплогазо-снабжения и вентиляции.
Данилина Анастасия Александровна, студентка гр. Т-11 ФГБОУ ВПО «Самарский архитектурно-строительный университет», область научных интересов теплотехника, системы теплогазоснабжения и вентиляции.
Поступила 28.01.2015 г.
УДК 62-533.7 В. С. ШИГАЕВ
РЕГУЛЯТОРЫ В СИСТЕМАХ С ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
Рассмотрены варианты реализации регуляторов в системах с экстремальным управлением. Описаны виды показателей экстремумов функции и их поиск. Приведены примеры методов измерения экстремума с периодическим поисковым сигналом.
Ключевые слова: регулятор с изменяемой структурой, экстремальная система управления, показатели экстремума, синхронное коммутирование и детектирование.
Классификацию регуляторов можно производить по различным признакам, и поэтому один и тот же регулятор может быть отнесён к различным классификационным группам.
По характеру используемой информации об условиях работы регуляторы подразделяют на регуляторы с жёсткими законами управления и структурой и регуляторы с изменяемыми структурой и законом управления. Эти регуляторы представляют собой, как правило, один из классов нелинейных регуляторов. К ним могут относиться устройства автоматической настройки, самообучающиеся и самоорганизующиеся сис-
© Шигаев В. С., 2015
темы. Сюда же можно отнести и экстремальные регуляторы, автоматически отыскивающие и поддерживающие такие значения регулирующих воздействий, при которых показатель качества работы объекта достигает экстремального значения [1].
В отличие от систем с настройкой по характеристикам объекта управления в экстремальных системах экстремальность достигается не за счёт изменения параметров управляющего устройства, а путём изменения входных сигналов объекта управления, и сам критерий оптимальности определяется естественными свойствами объекта управления, а не является искусственно вводимой мерой отклонения свойств реальной системы и её модели [2].
