CC BY
1314. Аверьянов В.К. Экспериментальное исследование процесса увлажнения воздуха в сотовом увлажнителе // Вестник гражданских инженеров, 2016. № 4. С. 122-127.
15. Канев М.А. Создание влажностного режима в административных помещениях для северной климатической зоны: Дисс. канд. техн. наук. СПб, 2016. 169 с.
МНОГОПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ БЕСКАНАЛЬНОЙ
ПРОКЛАДКИ ПОДЗЕМНОЙ ТЕПЛОСЕТИ
1 2 Карпов В.И. , Стребков Е.А.
1Карпов Владимир Иванович - кандидат технических наук, доцент;
2Стребков Егор Александрович - магистрант, кафедра инженерных систем зданий и сооружений,
Инженерно-строительный институт Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
Аннотация: разработка методики многопараметрической оптимизации конструкций бесканальных прокладок тепловых сетей в общей изоляции. В результате данной оптимизации получаются конструкции тепловой сети с минимальной стоимостью и минимальными энергетическими затратами на тепловые и гидравлические потери.
Ключевые слова: тепловая сеть, трубопровод, теплоизоляция, многопараметрическая оптимизация.
При строительстве наружных тепловых сетей зачастую целесообразна бесканальная прокладка трубопроводов в общей теплоизоляции. Такое решение позволяет свести к минимуму тепловые потери, а также производить теплоизоляцию непосредственно на месте монтажа.
В настоящее время имеется достаточно широкий выбор теплоизоляционных материалов и технологий их изготовления, что в конечном итоге открывает широкие перспективы для внедрения этого метода строительства[1]. При проектировании бесканальных прокладок встает проблема выбора рациональных геометрических размеров тепловой изоляции и собственно самих диаметров труб. Целью данной работы является разработка методики многопараметрической оптимизации конструкций бесканальных прокладок тепловых сетей в общей изоляции. Упрощенная постановка подобной задачи без учета затрат на сами теплопроводы и перекачку теплоносителя рассмотрена в [2]. На рисунке приведена расчетная схема более общей решаемой задачи с оптимизацией диаметров труб.
Рис. 1. Расчетная схема оптимизации параметров бесканальной прокладки подземной теплоизолированной теплосети
Требуется определить такие размеры теплоизоляционной конструкции диаметры труб, которые бы обеспечили минимум приведенных затрат на сооружение тепловой сети и ее эксплуатацию. При этом считаем, что диаметры подающей и обратной труб одинаковы. В общем виде приведенные затраты (на 1 п.м. трассы) могут быть представлены следующим образом:
П = (V Бгр + 5из + ^тр ■ 5тр) ' {ЕИ +аам + йтр) +
+ ^эЧ(Зп + (Зо)+2^ (1Эл-5Эл (1) где Угр = [а + (1гк + «¡2) сЬда]'(1гк + «¡2) - удельный объем вынимаемого при разработке траншеи грунта;Уиз = а*в — 1.5 7'П'сС2 - удельный объем тепловой изоляции за вычетом объемов труб; 5гр, 5из- стоимость соответственно разработки единицы объема грунта и теплоизоляции; Ен - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; аам,атр - доли отчислений на амортизацию и текущий ремонт; 8тэ - стоимость единицы тепловой энергии; рпо - соответственно удельные теплопотери подающего и обратного трубопроводов, которые могут быть найдены по формулам:
( - ЬП,Т) ■ О - ( Ьо - 1п,т) ■ м
(1п =
о
М-О-Р-Ы
(2) (3)
М'О-Р'Я
где Ьп- соответственно среднегодовые температуры теплоносителя в подающем
■Сп Ьг'тй т
и обратном трубопроводах;
тк~тп
среднегодовая естественная температура
грунта на уровне заложения оси прокладки за отопительный период; т^-начало и конецпериода работы тепловой сети;
Ътт - функция естественной температуры грунта от глубины на уровне заложения оси прокладки теплосети; - M, N, D, F - коэффициенты, характеризующие термическое сопротивление теплоизоляционной конструкции [2].
Для определения затрат на перекачку теплоносителя предварительно необходимо найти удельные гидравлические потери (Па/м) на трение и местные сопротивления при движении воды по трубам на расчетном участке:
^p = (l¡ й + ъ^ь )■д2■p¡ 2 (4) где Х=0Д1(КэМ)0'25 - коэффициент гидравлического трения; Кэ - эквивалентная шероховатость стенок труб; й- искомый диаметр на расчетном участке теплосети;^ =
ттй2
С¡(—)р- скорость теплоносителя в трубопроводе; в-весовой расход теплоносителя
на расчетном участке; р-плотность;^-сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке длиной L.
Для рассматриваемой задачи имеем:
Q3n = иэл ■ тэл (5) где N3Ji - потребляемая мощность циркуляционного насоса системы; Тэл - время работы сетевого насоса в годовом разрезе.
В свою очередь, доля требуемой мощности насоса на 1 п.м. трассы теплосети определяется следующим образом:
N3n = k-kP- Gy/(3 600 ■ Ii) (6) гдеД P,Gv - соответственно потери давления и объемный расход теплоносителя; т -к.п.д. насоса; к-коэффициент запаса.
Таким образом, стремящиеся к минимуму приведенные затраты являются функцией нескольких переменных:
П = [ (a,b ,c,d,hk)^>m in (7) Исходя из норм проектирования, на ряд параметров накладываются ограничения:
hk > 0, 5 + b/2; С > Rn + R0 (8) В представленном виде приведенные выше зависимости дают задачу нелинейного программирования с ограничениями, решение которой затруднительно. Однако, вводя новые переменные /4/, можно избавиться от ограничений:
hk = 0,5 ■ (1 + b )+ц2; C = Rn + R 0+z 2 (9) Подставив зависимости [9] в [1] приходим к задаче безусловной оптимизации. Целевая функция [1] может быть представлена аналитическими выражениями, имеющими весьма сложный вид. Поэтому для минимизации приведенных затрат целесообразно использовать методы нулевого порядка, например, метод конфигураций Хука-Дживса, который реализован на ЭВМ. Расчеты по разработанной компьютерной программе позволили установить оптимальные параметры теплоизоляционной конструкции и диаметров теплопроводов, а также выявили возможность ощутимого уменьшения приведенных затрат при оптимизации.
Список литературы
1. Скорцов А.А., Заверткин И.А. Повышение надежности конструкций подземных тепловых сетей. М.: Энергоатомиздат, 1986. 103 с.
2. Карпов В.И., Карпова Т.И. Оптимизация параметров бесканальной прокладки подземной теплоизолированной теплосети // В сб.: «Молодежь и научно-технический прогресс». Красноярск: дом техники НТО. 1990. С. 166-167.
3. Карпов В.И. Исследование теплообмена бесканального теплопровода в монолитной теплоизоляции // В кн.: Основания, фундаменты и инженерные коммуникации в условиях Восточной Сибири и Крайнего Севера. Красноярск: КПСНИИП, 1987. С. 176-189.
4. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. М.: Радио и связь, 1988. 128 с.
