Определение рационального режима функционирования автоматизированной комбинированной системы отопления и вентиляции на основе математического моделирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МА ТЕМА ТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 697.383

Н.С. Вялкова, доц., (4872) 33-40-15, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО РЕЖИМА ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Показано целесообразие поддержки переменного теплового режима с понижением температуры внутреннего воздуха в нерабочее время до минимально допустимой величины в холодный период года в общественных зданиях с периодическим режимом работы, что позволяет уменьшить энергопотребление на обеспечение внутренних температурных условий, создание необходимого микроклимата в помещениях.

Ключевые слова: вентиляция, отопление, параметры микроклимата, автоматизированная система, периодический режим работы.

Применение автоматизированной комбинированной системы отопления и вентиляции, предусматривающей режим натопа, рабочий режим, режим пропуска, режим сниженной подачи тепла позволяет уменьшить энергопотребление, создать необходимый микроклимат в помещениях общественных зданий с периодическим режимом работы.

Эффективное функционирование системы достигается за счет определения ее рационального режима работы на основе математического моделирования, обеспечивающего прогнозирование основных параметров

микроклимата и улучшение распределения воздуха, снижение капитальных и эксплуатационных затрат, энергетической и экологической безопасности.

Автоматизированная комбинированная система отопления и вентиляции работает следующим образом (рис. 1). В холодный период года система воздушного отопления используется в качестве догревающей части комбинированной водовоздушной системы периодического отопления. В этом случае система воздушного отопления функционирует в трех основных режимах: в режиме притока, в режиме рециркуляции и в режиме пропуска. В режиме натопа при ежесуточной периодической работе воздушного отопления и однодневного или двухдневного перерыва система работает как полностью рециркуляционная. Воздух забирается из коридора через решетку, по рециркуляционному каналу 5 попадает в водоводяной калорифер и электрокалорифер 4, откуда через обратный клапан по магистральному воздуховоду приточного воздуха 6 через приточные решетки 7 подается в помещения цокольного этажа. В рабочий период система воздушного отопления работает как приточная с возможным её использованием в качестве системы отопления в случае выхода из строя водяной системы. Наружный воздух забирается через шахту 1 и, нагревшись в калориферах 4, поступает в обслуживаемые помещения через приточные решетки 7. Вентилятор работает в циклическом режиме, включаясь с помощью блока управления по сигналам датчиков температуры и содержания углекислого газа. В случае превышения допустимой концентрации углекислого газа или превышения температуры внутреннего воздуха система работает как вытяжная (воздух удаляется через вытяжной воздуховод 3). Распределение приточного воздуха производится регулирующими клапанами с электроприводом, показанными на рис.1.

6 7

Рис. 1. Схема автоматизированной комбинированной системы

отопления и вентиляции

Рациональный режим работы комбинированной системы отопления и вентиляции определялся с помощью вычислительного эксперимента и уточнялся в ходе экспериментального исследования.

Описание объекта (автоматизированной комбинированной системы отопления и вентиляции) было положено в основу программы для ЭВМ, которая по заданным исходным данным вычислила характеристики исследуемой системы. Поскольку численное решение предложенной математической модели - длительный процесс, для быстрого решения получено аналитическое решение задачи определения моментов включения и выключения вентилятора в рабочий период суток. Так как температуры на внутренних поверхностях ограждений колеблются в пределах ±0,3 °С, было сделано следующее допущение: температуры на поверхностях ограждающих конструкций и величины возмущающих воздействий на прогнозируемом интервале времени постоянны.

Работа системы состоит из двух этапов (рис. 2).

1) этап нагрева от 1в 1-тт до ^В ^тах.;

2) этап охлаждения от 1В 11)1ах до 1В /„„„.

Рис. 2. Этапы работы системы

Упрощенная математическая модель выглядит следующим образом:

ск

ср

2°Т^к + V«2+а2 )^2

Ст тТ + Кс^Тт^Т

V

2сТ Ок

Т1К

«2+«2 /2 к

ср сттт + Кс^тт^т

+

сТ иК

ст тт + Кс^тт^т

&в а^К а2^2К+«в Гзк + «в Гвк + св°у(2)

.к,

.к,

(1)

хв +

С2 с^тВ ср с^т^

/

к к к к

«в ^зк?3к + «в ^вк^вк + св^П(2))Пр + св^ин$н + «в ^м^мк + °т

свтв

<

<3у(^) - <%(Z) + Gинф •

- ь(1) ±лD

Решение получено в виде:

1) этап нагрева

г(1) _ _____________

Г1,2 _ 2 ,

Нагревание реализуется, если

г2^1 >0 ^ - Ь^1 + 40 >0

или

> ь1(1) ^ (ь1(1))2 + 4ь21) > ь1(1),

(3)

(4)

(5)

Температура tmax достигается в момент г = являющийся решением уравнения

ґ г

г (1) г1

V V

ь

1ВО +

(1)

3

ЛЛ

ь

(1)

2

(6)

/у

2) этап охлаждения

г\2

± ^ <0 < ь(2)

2 1

или

(Ь1)(2) + 4ь22) <ь|2)

(7)

(8)

Температура ?тах достигается в момент времени 2 = 2 2, значение которого является решением уравнения

ґ • = Сле

1Ш1И

Х2) 22

+ С2еГ2 2 -ь3

ь(2)

ь2

(9)

Коэффициенты Ь, С определяются параметрами модели, Г1 2 - действительные корни характеристического уравнения.

Таким образом, осуществляется процесс включения и выключения вентилятора в рабочий период суток.

Проведенное сравнение графиков изменения температуры внутреннего воздуха, концентрации углекислого газа для оценки адекватности

теоретических и экспериментальных исследований и эффективности обобщенной математической модели режимов работы комбинированной системы отопления и вентиляции для одних и тех же условий эксплуатации представлено на рис. 3, 4.

Рис. 3. Изменение температуры внутреннего воздуха в недельном цикле работы комбинированной системы отопления и вентиляции

Рис. 4. Изменение концентрации диоксида углерода в недельном цикле работы комбинированной системы отопления и вентиляции

При сравнении отмечено удовлетворительное совпадение результатов теоретического и экспериментального исследований (не превышает 15 %, что допустимо в инженерных расчетах).

Список литературы

1. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления / С. А. Чистович [и др.]. Л.: Стройиздат, 1987. 248 с.

2. Лыков А.В. Теория теплопроводности: учебник. М.: Высш. шк., 1967. 560 с.

3. Система вентиляции и отопления: пат. 36042 Рос. Федерация. №2003124889; заявл.19.08.03; опубл. 20.02.04. Бюл. №5. 3 с.

N. Vyalkova

Determination of the rational regime of the functioning of the automated by tank heating and ventilation system on the basis of mathematical simulation

It is shown, that in the cold period of year in the public buildings with the periodic behavior of work it is expedient to support variable thermal condition with a decrease in the temperature of internal air in the idle time to the minimally permissible value, which makes it possible to decrease the energy consumption by the guarantee of internal temperature conditions, the creation of the necessary microclimate in the accomodations.

Key words: ventilation, heating, parameters of microclimate, computer-based system, periodical method of working.

Получено 28.12.10 г.

УДК 621.314.21

К. А. Андреев, асп., (910) 161-02-05,

КопбНоА @,уапёех.ш (Россия, Тула, ТулГУ)

РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРЫ НАИБОЛЕЕ НАГРЕТОЙ ТОЧКИ ОБМОТКИ ТРАНСФОРМАТОРА ПРИ НЕЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКЕ

Изоляция обмоток является основным элементом трансформатора, по которому определяются его состояние и возможность эксплуатации. Показана разработанная схема расчета температуры наиболее нагретых точек изоляции обмотки силового трансформатора при воздействии нелинейной нагрузке.

Ключевые слова: трансформатор, изоляция, обмотка, температура, нагретая

точка.

Температура наиболее нагретых точек обмотки определяет сокращение срока службы изоляции и потенциальный риск образования газовых