CC BY
25МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОГИДРАВЛИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ВОДЯНЫХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ ЗДАНИЙ
В НЕРАСЧЕТНЫХ УСЛОВИЯХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
1 2 Карпов В.И. , Шалыгин А.Е.
1Карпов Владимир Иванович - кандидат технических наук, доцент;
2Шалыгин Антон Евгеньевич - магистрант, направление: строительство, кафедра инженерных систем зданий и сооружений, Инженерно-строительный институт Сибирский федеральный университет, г. Красноярск
Аннотация: в работе приведена математическая модель основных схем модернизации ИТП систем водяного отопления зданий в нерасчетных условиях и предложены случаи вариантов модернизации при зависимом присоединении системы отопления.
Ключевые слова: водяное отопление, математическое моделирование, тепловой режим, нерасчетные условия эксплуатации.
Нормальная эксплуатация систем водяного отопления зданий различного назначения требует по крайней мере 2-х этапов сложной и ответственной работы: периодической диагностики всех элементов систем водяного отопления и режимной наладки всех теплогидравлических параметров рассматриваемых систем [1]. Помимо этого большое влияние на работу отопительных систем оказывают внешние факторы различного рода.
В работе [2] поставлена проблема работы систем водяного отопления зданий, происходящей в нерасчетных условиях эксплуатации, т.е. когда режимные параметры теплоносителя в наружной теплосети (температура подачи и перепад давления на тепловом вводе) существенно отличаются от расчетных, при которых осуществлялось проектирование и монтаж систем теплопотребления. Как правило, нерасчетные параметры в подавляющем большинстве случаев занижены относительно своих расчетных показателей. В связи с этим встает вопрос оценки работы всех звеньев систем теплопотребления зданий и в особенности систем водяного отопления при любых режимах работы теплосети. Здесь становится весьма важным поиск возможных режимно-наладочных мероприятий по нормализации воздушно-теплового режима отапливаемых зданий.
В работе [3] предложен общий подход решения поставленных выше вопросов в виде постановки и численного решения многопараметрической экстремальной задачи при соответствующем наборе исходных данных: по известным параметрам теплоносителя на тепловом вводе, внешним многофакторным параметрам наружного воздуха и различным схемам модернизации узлов теплового ввода зданий.
При этом возможно рассмотрение нескольких вариантов модернизации при зависимом присоединении системы отопления:
а) использование водоструйного элеватора с новыми конструктивными параметрами (рис. 1);
б) установка смесительного насоса на перемычке вместо элеватора (рис. 2);
в) установка смесительно-повысительного насоса на подающей или обратной линии системы отопления на ИТП здания (рис. 3);
Рис. 1. Расчетная схема задачи моделирования теплового режима отапливаемого здания с использованием водоструйного элеватора
Рис. 2. Расчетная схема задачи моделирования теплового режима отапливаемого здания с установкой смесительного насоса
Рис. 3. Расчетная схема задачи моделирования теплового режима отапливаемого здания с установкой смесительно-повысительного насоса
Анализ влияния варианта «с» показал его достаточно существенное влияние на тепловой режим здания, однако в силу известных отрицательных технических свойств водоструйных элеваторов, особенно в условиях политики энергосбережения, само решение модернизации элеваторных узлов и смысл глубокого анализа влияния их использования резко ограничены. Поэтому целесообразно остановиться на анализе вариантов использования смесительных и смесительно-повысительных насосов в
сочетании с вариантами управления тепловой защиты здания и самой внутренней системы отопления.
На кафедре теплогазоснабжения и вентиляции СФУ проводятся исследования представленной выше проблемы. Для ее решения предложен новый подход, основанный на комплексном анализе всех составляющих системы теплопотребления здания. При этом вся система разбивается на отдельные блоки:
• Гидравлический контур индивидуального теплового пункта (ИТП) со всеми элементами, включая схему присоединения к наружной тепловой сети (зависимую или независимую), с учетом насосного или элеваторного смешения, наличия теплообменников и др.;
• Система отопления с учетом ее схемного решения и установленных нагревательных приборов, оснащенных современной регулирующей арматурой;
• Конструкция самого отапливаемого здания с учетом теплотехнических характеристик всех ограждений, позволяющих рассчитать трансмиссионные и инфильтрационные теплопотери.
Активными входными данными в рассматриваемой задаче являются:
• Располагаемый перепад давления на тепловом вводе.
• Гидравлические характеристики всех элементов ИТП;
• Расчетные гидравлические потери в системе отопления;
• Температура подающего теплоносителя на тепловом вводе;
• Атмосферные характеристики наружного воздуха на период прогноза.
Выходными параметрами здесь выступают:
• Фактический расход теплоносителя в системе отопления;
• Температура обратного теплоносителя после системы;
• Осредненная температура воздуха в здании;
• Расход инфильтрующегося воздуха, поступающего в здание;
• Фактические теплопотери помещений.
Поиск всех неизвестных параметров осуществляется из условия минимизации функционала, представляющего собой теплогидравлический баланс рассматриваемой системы. Например, для насосных систем водяного отопления в самом простом виде можно записать:
/ = [(Quao - Ссо)2 + (Qoc - Сир)2 + (Сир - Qtr ~ Cmf)2]1^ ^ min,
где QHac- тепловой поток, передаваемый теплосетью совместно с насосом; Ссо-тепловой поток, воспринимаемый системой отопления; Qtr, Qinf- соответственно трансмиссионная и инфильтрационная составляющие теплопотерь здания; Q^ -мощность приборов отопления.
Все сказанное выше преследует цель - оценить возможность реконструкции тепловой защиты и отопительной системы здания в целом, осредняя по всем помещениям температуру внутреннего воздуха и инфильтрующийся воздушный поток. В то же время имеется насущная проблема решения подобной задачи для индивидуального помещения (особенно жилого) здания. Так, здесь меняется цель анализа - оценка теплового режима индивидуального помещения при существующем состоянии системы отопления и теплозащитных качествах наружных ограждений. Решение поставленной задачи исключает влияние ИТП здания, а исходными данными здесь выступают: расход и температура теплоносителя на входе в этажестояк системы отопления комнаты; характеристики и схемы обвязки установленного в ней
нагревательного прибора; теплофизические характеристики ограждений, учитывая инфильтрационные свойства оконного заполнения и технические показатели конструкции форточного проветривания.
В качестве дальнейшей работы рассматривается разработанный метод исследования и соответствующая ему компьютерная программа, включающая исходные данные и результаты расчета для всего отапливаемого здания.
Список литературы
1. Аверьянов В.К. и др. Методика диагностики фактического состояния систем отопления объектов военной инфраструктуры. М: ФГУП «26 ЦНИИ МО РФ», 2006. 178 с.
2. Карпов В.И., Островский С.И. К расчету потребления тепловой энергии абонентами систем центрального отопления по показаниям теплосчетчиков в нерасчетных условиях эксплуатации. Материалы XIII Всероссийской научно-практической конференции: «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города». Красноярск: МВДЦ «Сибирь», 2012. С. 58-63.
3. Карпов В.И. Математическое моделирование теплогидравлических режимов работы водяных систем отопления зданий в нерасчетных условиях эксплуатации (поиск оптимальных решений повышения энергоэффективности). Тезисы докладов 1-го международного научно-технического конгресса: «Энергетика в глобальном мире». Красноярск: «Версо», 2010. С. 112-113.
АЛГОРИТМЫ ОПТИМИЗАЦИИ, ВДОХНОВЛЕННЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ЭВОЛЮЦИЕЙ
Клуб Е.А.
Клуб Евгений Алексеевич - магистрант, кафедра управления и информатики в технических системах, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Московский государственный технологический университет «СТАНКИН», г. Москва
Аннотация: в последнее время вычислительные алгоритмы, вдохновленные биологическими процессами и эволюцией, набирают популярность для решения научных и инженерных проблем. Такие алгоритмы классифицируются на эволюционные вычисления и методы роевого интеллекта и включают в себя генетические алгоритмы, генетическое программирование, дифференциальную эволюцию, метод роя частиц, оптимизацию подражанием муравьиной колонии, искусственные нейронные сети и другие. Бионические алгоритмы имеют несколько характерных особенностей и преимуществ относительно методов условной оптимизации. Они обеспечивают новые и нестандартные пути решения проблем экономики, маршрутизации трафика, промышленности, робототехники и других областей. В данной статье рассмотрены основные особенности разработки бионических алгоритмов оптимизации и сферы их применения.
Ключевые слова: бионические алгоритмы, эволюционные вычисления, генетические алгоритмы, оптимизация, роевой интеллект, оптимизация.
В последние десятилетия были предложены новые вычислительные методы для решения сложных практических проблем. Разработка различных вычислительных алгоритмов, инспирированных живой природой, является одним из наиболее важных
