CC BY
81
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011
колебания ротора но, как оказалось, они могут индуцировать ЭМР. Ранее для анализа ЭМР была использована теория, согласно которой демпферные обмотки снижают уровень компенсации, при котором происходит ЭМР, но не влияют на устойчивость энергосистемы [2].
Нами исследовано влияние демпферных обмоток, расположенных в осях <3-д, на возникновение ЭМР и на устойчивость энергосистемы [3].
Была получена зависимость действительных и мнимых частей собственных значений от |1 при Х=1.696, X =1.58, Я=0.006, Х = 1.666, X ,= 1,66
^ ' шд ' ^ 'О ' та '
и Яс = 0.0037 (рис. 4). Отметим, что демпферные обмотки ускоряют уменьшение подсинхронной электрической частоты. Неустойчивые области перекрываются и существует только одна точка бифуркации Хопфа при |1 »0.4675.
Временная диаграмма тока 1а (рис. 5) свидетельствует о потере энергосистемой устойчивости
Таким образом, можно заключить, что размещение демпферных обмоток по осям а и д сокращает устойчивую область функционирования энергосистемы.
Библиографический список
1. Андерсон, П. Управление энергосистемами и устойчивость / П. Андерсон, А. Фуад ; пер. с англ. под ред. Я. Н. Луганского. — М. : Энергия, 1980. — 568 с.
2. Harb A.M., Widyan M.S. Controlling chaos and bifurcation of subsynchronous resonance in power system // Nonlinear analysis: modeling and control. — 2002. — Vol. 7. — № 2. — P. 15 — 36.
3. Рысев, П. В. Анализ возникновения подсинхронного резонанса в электроэнергетических системах / П. В. Рысев, Д. В. Рысев, А. С. Архипова // Энергетика и энергосбережение : межвуз. тематический сб. науч. тр. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - С. 8-11.
РЫСЕВ Дмитрий Валерьевич, ассистент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» секции «Промышленная электроника».
ФЁДОРОВ Владимир Кузьмич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 16.06.2011 г.
©Д. В. Рысев, В. К. Фёдоров
удк 697.3 В. В. ШАЛАИ
А. А. ПОПОВ
Омский государственный технический университет Федеральное государственное учреждение «Омский центр стандартизации, метрологии и сертификации»
математическая модель для расчета значения индивидуального теплопотребления в общедомовой системе учета
В статье рассмотрен вывод уравнения индивидуального теплопотребления квартиры в многоквартирном доме. Проведен анализ составляющих уравнения теплового баланса здания. Приведена система уравнений, позволяющая рассчитать средний по дому коэффициент теплоотдачи отопительных приборов и величину индивидуального теплопотребления.
Ключевые слова: уравнение теплового баланса здания, индивидуальное тепло-потребление, учет теплопотребления.
Главная задача теплоснабжения — это обеспечение нормальной температуры внутри отапливаемого помещения, окруженного ограждающими конструкциями (стенами).
В отапливаемом помещении в качестве источников тепловой энергии выступает как непосредствен-
но система отопления, так и источники бытовых тепловыделений и солнечная энергия, проникающая через световые проемы. К источникам бытовых тепловыделения относятся:
— бытовая техника;
— кухонные плиты;
— люди;
— электрокалориферы;
— массивные элементы внутренних ограждающих конструкций;
— прочие источники.
Уравнение теплового баланса здания может быть записано следующим образом:
О —о
поступ. потерь
(1)
О — Опп + Об + О
поступ. ОН быт. с
(2)
где О
— суммарные теплопоступления;
поступ. J I J '
Ооп — тепловой поток, создаваемый отопительными приборами;
<3, — тепловой поток от бытовых источников;
быт. '
3быт---тепловой поток солнечной энергии через
световые проемы.
Потери теплоты можно описать следующим уравнением:
О = 0.+ 02+ Оз + 04 + ^5 + ^6 = к ^ ,АТ +
потерь 1 2 3 4 5 6 экв. 1 н.о. 1
+ к Т 2АТ + к Т 3АТ+ к 4Б 4АТ +
экв.2 н.о.2 экв.3 н.о.3 экв.4 н.о.4
+ к .Б 5АТ + к 6Б 6АТ =+к Б АТ (3)
экв.5 н.о.5 экв.6 н.о.6 экв. н.о. * ’
где Опотерь — суммарные теплопотери;
О1 6 — теплопотрери через 1...6 ограждение;
к
эквивалентный коэффициент теплопе-
X к1]Рн.о.) і=1
п
йрі
(4)
ООП— О — к Б АТ;
ОП потерь. экв. н.о. '
На рис. 1 показано, что помимо теплопоступления формируются в основном за счет теплового потока от системы отопления и, кроме того, дополнительно формируются за счет бытовых тепловыделений.
Тогда теплоприток может быть описан следующим уравнением:
где Ооп — теплопоступления от отопительных приборов.
Величина теплового потока от теплоносителя в современных отопительных приборах в отапливаемое помещение определяется в основном интенсивностью теплообмена на внешней их поверхности и прежде всего теплообмена конвективного [1]. Так, коэффициент теплопередачи от теплоносителя к воздуху в помещении фактически равен коэффициенту теплоотдачи с поверхности отопительного прибора (к»а).
Таким образом, процесс теплопередачи от теплоносителя внутри отопительного прибора к воздуху отапливаемого помещения может быть описан уравнением конвективной теплоотдачи с поверхности отопительного прибора к окружающему прибор воздуху (уравнением Ньютона-Рихмана) в следующем виде:
ООП —аБ Ої(Т Ої — Т )
^ ОП ст.ОП' ст.ОП возд.'
редачи через 1...6 ограждение;
кэкв — эквивалентный коэффициент теплопередачи;
Рно1 6 — площадь 1.6 наружного ограждения;
Бн о — площадь наружного ограждения;
АТ — перепад температуры воздуха внутри и снаружи ограждения;
Эквивалентный коэффициент теплопередачи определяется исходя из конструкции конкретного ограждения. Для его нахождения каждое ограждение мысленно разбивается на однородные зоны. Зоны выбираются таким образом, чтобы в пределах одной зоны коэффициент теплопередачи был постоянный.
Эквивалентный коэффициент теплопередачи для каждого ограждения определяется индивидуально и в общем виде описывается уравнением:
Одом. _ IаіБі(Тпов.і Твозд.і)(^х
X Оі і=1
где кэкв1 — эквивалентный коэффициент теплопередачи через 1-е ограждение;
к.. — коэффициент теплопередачи через ]-й однородный элемент 1-го неоднородного ограждения; Рно. — площадь .-го наружного ограждения; Рассматривая климатическое расположение большинства городов России, вполне логично предположим, что значение величины бытовых тепловыделений и теплопоступления за счет солнечной энергии через световые проемы много меньше значения величины теплопоступления от системы отопления. Тогда уравнение теплового баланса примет следующий вид:
О
дом.
= АтХ аі^Тп, 1
Т)
возд.і
(6)
Тогда уравнение теплового баланса для отапливаемого помещения можно представить в следующем виде:
а (Т ОП - Т ) ¥ ОП = к ¥ АТ; (7)
' ст. ОП возд.' ст. ОП экв. н.о. ' у '
где а — коэффициент теплоотдачи отопительного прибора;
Тст ОП — температура поверхности отопительного прибора;
Твозд — температура воздуха внутри отапливаемого помещения;
¥ст ОП — площадь поверхности отопительного прибора.
Рассматривая всю совокупность элементов системы отопления, ее можно заменить одним условным интегрирующим элементом, который вступает в процесс теплообмена с окружающей средой. Этот процесс описывается законом Ньютона-Рихмана:
(8)
где 0дом — количество тепла потребленное домом;
а. — коэффициент теплоотдачи 1-го отопительного прибора;
Р; — площадь поверхности теплоотдачи 1-го отопительного прибора;
Тпов 1 — измеренная температура стенки 1-го отопительного прибора;
Твозд1 — измеренная температура воздуха в помещении, обогреваемом 1-м отопительным прибором; т — время процесса теплоотдачи;
О. — теплопотери .-го помещения; п — количество помещений.
При аппроксимации подынтегральной функции с целью вычисления значения определенного интеграла, интервал интегрирования разбивают на п элементов, равных числу локальных потребителей. Тогда приближенное значение интеграла определяется суммой локальных теплопотреблений. В этом случае формула примет следующий вид:
(9)
где п — число отопительных приборов у локальных потребителей;
X
X
0
к
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011
Од
| с^! - И2)ат
(10)
лоотдачи двух отопительных приборов одного типа будет равна:
Аа = а, — а ,. = 1,05а — 0,95а =0,1 а (12)
1 1+1 ' ном ' ном ' ном ' '
То есть она не может превышать 10 % номинального значения:
-100% £ 10%
(13)
Такая разница в значениях коэффициента теплоотдачи однотипных отопительных приборов является максимальной. В действительности, распределение значений рассматриваемого коэффициента подчиняются нормальному закону распределения.
Далее следует рассмотреть многоквартирный дом как совокупность отдельных потребителей. Тогда уравнение общедомового теплопотребления может быть записано в следующем виде:
О =20 ;
дом п1
(14)
Рис. 1. Схема типовой однокомнатной квартиры.
1 - наружные ограждающие конструкции;
2 - внутренние ограждающие конструкции;
3 - отопительные приборы; 4 - оконные проемы;
5 - дверные проемы._______-в»-- направление теплового
потока бытовых тепловыделений
Ат — время теплообмена.
В соответствии с [2] тепловая энергия, потребляемая в теплообменном контуре, определяется как разность энтальпий теплоносителя на входе и выходе этого контура. В частности, для закрытой системы теплоснабжения уравнение для определения тепловой энергии выглядит следующим образом:
Каждый локальный потребитель тепловой энергии, подключенный к общедомовой системе отопления, участвует в процессе теплопотребления всего дома. Тогда уравнение расчета значения величины теплопотребления п-м локальным потребителем может быть записано в следующем виде:
Одом. =а срАтХ АТ]
Н
(15)
где ш — количество отопительных приборов у потребителя.
аср — средний коэффициент теплоотдачи по объединенной системе потребителей тепла.
Таким образом, математическая модель предлагаемого метода индивидуального учета теплопотребления для многоквартирных домов может быть описана следующей системой уравнений:
где Одом — общедомовое теплопотребление, Дж;
С — массовый расход теплоносителя, кг/с;
Ь1 = Ь(1;1;Р1) и Ь2 = И(1;2;Р2) — удельная энтальпия теплоносителя на входе и выходе теплообменного контура соответственно;
Т1, Р1 и Т2, Р2 — температура и абсолютное давление теплоносителя на входе и выходе теплообменного контура соответственно;
т0 и т — соответственно моменты времени начала и окончания измерения тепловой энергии.
При расчетах, реализуемых в тепловычислителе узла учета тепловой энергии, величины энтальпий И1 и Ъ2 определяются по таблицам соответствующих справочников. В настоящее время в СНГ действует таблица энтальпий ГСССД 187-99 [3].
Таким образом, измерив параметры теплоносителя на входе и выходе общедомового узла учета, можно определить величину общедомового теплопотребления О . Подставив значение О в уравнение
дом дом
(9), можно определить значение среднего коэффициента теплоотдачи по дому а:
О
дом.
О
дом.
I С(И1 - И2)ат
О
дом. АтХа 1¥1(Тпов.1 Твозд.1)
(16)
Одом. = асрАтХ ¥]АТ.
]=1
Таким образом, полученная система уравнений позволяет рассчитать значение теплопотребления локального потребителя и оценить величину его вклада в общедомовое теплопотребление. Кроме того, данный подход основывается на полном распределении общедомового теплопотребления, что соответствует требованиям действующего законодательства [4]. По данной модели разработан алгоритм расчета поквартирного потребления теплоты для домов с вертикальной разводкой системы отопления. Также он был апробирован в реально эксплуатируемой опытной системе учета тепловой энергии [5].
Од
"ср.
АтХ ¥ АТ1
(11)
В соответствии с существующими стандартами, коэффициент теплоотдачи отопительных приборов не может отличаться на величину, большую чем ±5 %. Тогда максимальная разница в коэффициентах теп-
Библиографический список
1. Богословский, В. Н. Отопление [Текст] : учеб. для вузов / В. Н. Богословский, А. Н. Сканави. — М. : Стройиздат . — 1991. — 735 с.
2. МИ 2412-97 Рекомендации. ГСИ. Водяные системы теплоснабжения. Уравнения измерений тепловой энергии и количества теплоты [Текст]. — М. : ВНИИМС. — 1997. —13 с.
а
т
т
0
т
т
и
3. ГСССД 187-99 Вода. Удельный объем и энтальпия при температурах 0...1000°С и давлениях 0,001...1000 МПа (приняты МГС под номером 98-2000 взамен ГСССД 98-86) — М. : ВНИИМС. — 1999. — 17 с.
4. Российская Федерация. Постановление Правительства РФ от 13.08.2006 № 491. Об утверждении Правил содержания общего имущества в многоквартирном доме и правил изменения размера платы за содержание и ремонт жилого помещения в случае оказания услуг и выполнения работ по управлению, содержанию и ремонту общего имущества в многоквартирном доме ненадлежащего качества и (или) с перерывами, превышающими установленную продолжительность [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://base.consultant.ru/ (дата обращения 01.08.2011).
5. Корректировка размера величины индивидуального теп-лопотребления в зависимости от типа используемого отопительного прибора [Текст] / В. С. Казачков [и др.] // Омский научный вестник. — 2009 . — № 3(83). — С. 102—105.
6. ГОСТ 31311-2005 Приборы отопительные. Общие технические условия. [Текст]. — Введ. 01.01.2007. — М. : Стандартин-форм. — 2007. — 8 с.
7. Европейский стандарт £N442. Тепловая мощность отопительных приборов [Электронный ресурс]. — Режим доступа: http://www.abok.ru/ (дата обращения 01.08.2011).
ШАЛАИ Виктор Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Транспорт и хранение нефти и газа, стандартизация и сертификация», ректор ОмГТУ.
Адрес для переписки: e-mail: [email protected] ПОПОВ Алексей Анатольевич, начальник отдела метрологического обеспечения и перспективного развития федерального бюджетного учреждения «Государственный региональный центр стандартизации, метрологии и испытаний в Омской области».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected]
Статья поступила в редакцию 28.06.2011 г.
© В. В. Шалай, А. А. Попов
УДК 621.331 : 621.311.004.18 о. А. ИБРАГИМОВА
Омский государственный университет путей сообщения
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ТЭЦ И РАЙОННОЙ КОТЕЛЬНОЙ_______________________________________
Рассматривается вопрос определения температуры наружного воздуха для включения в работу пиковой котельной и расчет тепловых нагрузок при организации совместной работы ТЭЦ и районной котельной для сравнения с данными предприятия 2009 года. Предложена схема совместной работы ТЭЦ и районной котельной (РК), а также расчет температур в трубопроводах теплоисточников. Ключевые слова: ТЭЦ, районная котельная, тепловая нагрузка, пиковый режим работы, выработка.
Становление централизованного теплоснабжения в 50-х годах прошлого века развивалось быстрыми темпами. Теплоэлектростанции появлялись в населенных пунктах для обеспечения потребителей электричеством и теплом. Чаще всего на первом этапе на стройплощадке появлялись водогрейные котлы для удовлетворения нужд тепловой энергии ближайших потребителей, а уже потом строилась сама станция. Водогрейные котлы переводились в пиковый режим работы либо на площадке ТЭЦ, либо в одном из районов города, образовывая определенную иерархическую структуру.
Так, в г. Омске, например, при строительстве ТЭЦ-3, ТЭЦ-4, ТЭЦ-5 тоже были включены в состав электростанций мощные водогрейные котлы, покрывающие пик графика тепловой нагрузки.
Анализ современного состояния теплоисточников в г. Омске позволил выявить наличие свободных тепловых мощностей паровых турбин на Омской ТЭЦ-5, а при совместной ее работе с котельной ООО «Теплогенерирующий комплекс», находящейся в пос. «Амурский», позволит снизить расход топлива
на источнике, а так же увеличить выработку электрической энергии на тепловом потреблении за счет дополнительной загрузки теплофикационных отборов.
Наиболее оптимальный вариант совместной работы, если ТЭЦ находится за чертой города, когда значительно снижается количество вредных выбросов от подобного мощного теплоисточника (возможность реализации дальнего теплоснабжения).
Наличие пиковых источников теплоснабжения при авариях на теплопроводах или станции позволяет обеспечить необходимый минимальный уровень теп-лопотребления жителей района, исключить возможность замораживания системы.
Предлагается передача части тепловой нагрузки с котельной ООО «Теплогенерирующий комплекс» в размере 628,5 106 кДж/ч на ТЭЦ-5, остальная часть — 134,08 106 кДж/ч остается на балансе котельной, которая переводится в пиковый режим работы.
Схема совместной работы ТЭЦ-5 и котельной ООО «Теплогенерирующий комплекс» представлена на рис. 1.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (103) 2011 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
