CC BY
34
оказывает количество дней с гололедной нагрузкой за декаду. Менее значительное влияние в течение теплого и холодного периодов года оказывает средняя декадная скорость ветра, причем влияние ветра усиливается при снижении средней декадной температуры. Отдельного влияния количества осадков за декаду в течение года, практически не наблюдается, однако овме тное влияние о адков другими погодными факторами оказывает незначительное воздействие на возникновение замыканий на землю.
Для автоматической обработки большого количе-тва данных при прогнозировании однофазных замыканий на землю, разработано программное обе печение 8ЕАМ - синоптик замыканий, рабочее окно программы представлено на рисунке 2.
В
И нформация
Теплый период Холодный период
(ноябрь-март)
Климатические факторы
Среднедекадная температура воздуха (“С) Среднедекадная Сумма осадков скорость ветра (м/с] за декаду (мм) Количество дней с гололедом
П пгз |ГЦ
Классификация линий по длинне до 25 км от 25 до 50 км от 50 км и более
(і С С
Сумарная протяженность линий (км), находящихся
В хорошем техническом В удовлетворительном В неудовлетворительном
состоянии техническом состоянии техническом состоянии
¡3500 [2000 ]1500
| Прогнозирование количества замыканий на землю за декаду |
13,111331 |3,2Є0124 14,010742
Итого 10,382247 замыканий или 0,148317814285714 замыканий /100 км
Рисунок 2 - Рабочее окно программы 8ЕАМ
Таким образом, предложенный метод прогнозирования однофазных замыканий на землю в распределительных с етях 10 кВ позволит энергетическим предприятиям (на основании имеющихся у них данных по разным категориям линий, а также на о нова-нии поступающих сводок прогноза погоды) своевременно о уще твлять ремонтно-во тановительные работы на наиболее уязвимых линиях, что позволит предотвратить ма овое возникновение замыканий на землю, а ледовательно повы ит безопа но ть ра -пределительной сети.
Литература
1. Арцишевский, Я. Л. Определение мест повреждения линий электропередачи в етях изолированной нейтралью: Учеб. пособие для ПТУ / Я.Л. Арцишевский - М.: Высш. шк., 1989. - 87с.
2. Гмурман, В.Е.Теория вероятностей и математическая статистика: Учеб. пос обие для вузов / В.Е Гмурман. - М.: Высш. шк., 2003. - 479 с.
3. ГОСТ 16350-80. Климат ССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей. - М.: Издательство стандартов, 1986. - 140 с.
УДК 697.34
ПОКАЗАТЕЛИ ДЛЯ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
В.П. Горшенин, к.т.н. (ФГОУВПО Орел ГАУ)
Повышение энергетической эффективности отдельных элементов системы централизованного теплоснабжения (котлов, тепловой сети, теплообменников, систем водяного отопления, зданий) направлено на нижение потребления и потерь ими энергетиче-с ких ресурсов: топлива, тепловой и электрической энергии.
В рамках проводимых исследований система тепло набжения ра матривает я в виде и темы, о-стоящей из двух основных циркуляционных колец и совокупности сопутствующих колец.
Порядковый номер основных колец возрастает от и точника теплоты к потребителю. Первое циркуляционное кольцо (к=1), представляет собой совокупно ть газоходов котла (его газовый тракт) и замыкается на окружающую среду; оно обеспечивает нагрев продуктами горания теплоно ителя (воды) при его движении по трубам водяного тракта котла.
Второе кольцо (к=2) включает в себя водяной тракт котла, трубопроводы тепловой ети и замыкает-я или на один из каналов наиболее удаленного теплообменника или на контур наиболее удаленной и -темы отопления, подключенной по зави имой хеме. Отмеченное кольцо пред тавляет обой ра четный контур тепловой ети.
К опут твующим кольцам отно ят я кольца 3 (к=3). Эти кольца включают в себя главный стояк, маги трали и тем отопления и их по ледний тояк и начинают я они канала теплообменника. Кольца 3 представляют собой расчетный контур систем отопления, под оединенных к тепловой ети по незави-имой хеме (через теплообменник).
Кроме того, в рамках кольца 2 выделяют я промежуточные (рядовые) кольца 2 , в которых замыкающими элементами (к=3 , 4) являются, соответственно, зави имо под оединенные и темы отопления и теплообменники, предше твующие замыкающему элементу кольца 2. В кольцах 2 и 2 их начальные участки до замыкающих элементов 3 и 4 являются общими.
Энергетиче кая эффективно ть теплообменного оборудования (котлов и теплообменников, и тем отопления) характеризует я полнотой и пользования в нем подведенной теплоты. Чем меньше конечное значение 12гк температуры греющего теплоносителя при заданном ее начальном значении 11гк, т.е. чем больше перепад его температуры Д1гк при заданном значении его расхода вк, тем больше значение теплового потока, переданного от греющего теплоно ителя к нагреваемому, тем выше энергетиче кая эффективно ть теплообменного оборудования.
Оценка энергетиче кой эффективно ти котлов (к=1), как известно, осуществляется с использованием коэффициента полезного действия (КПД) [1]:
8 = Оис ^ОрпЪ (1)
где 0ис! - тепловой поток, затраченный на нагрев воды в котле (полезно использованный), Вт; 0ис 1=02, т.к. поверхно ти нагрева котла являют я начальным участком циркуляционного кольца 2; 0рп1 - тепловой поток, выделивший я при горании топлива в топке котла (ра полагаемый тепловой поток топлива), Вт.
Энергетиче кая эффективно ть проце а тран -портирования теплоно ителя по тепловой ети ра тет уменьшением потерь тепловой энергии в ее теплопроводах. При этом тепловая энергия в теплопроводах теряет я путем теплопередачи через их тенку и утечками теплоно ителя. В результате потери теплоты уменьшает я температура теплоно ителя при его движении по теплопроводам.
Для оценки энергетиче кой эффективно ти процесс а транспортирования теплоносителя может найти применение коэффициент эффективного функционирования тепловой сети (КЭФ):
8 тс = 0п/0рп2, (2)
где 0п - тепловой поток, подводимый к инженерным системам зданий (потребляемый), Вт; определяет я по изве тной формуле:
Оп =еОп0т-ъ);
- теплоемко ть теплоно ителя (горячей воды), Дж/(кг оС); Оп - расход теплоносителя, подводимого к инженерным и темам (индивидуальным тепловым пунктам) зданий, кг/ ;
Оп=О2-Ос;
02 - расход теплоносителя, поступающего из котельной в подающую маги траль тепловой ети, кг/ ; О2=Оп+Ос; Ос - количество теплоно сителя, теряемого в тепловой сети (утечки теплоносителя), кг/с; ^ ^ -значения температуры теплоно ителя, оответ твен-но, на входе и на выходе из индивидуальных тепловых пунктов зданий, оС;
* . * .
^ -Д^, ^о +7^
**
^ ^ - значения температуры теплоносителя, соответ-твенно, на входе в подающую маги траль и на выходе из обратной магистрали тепловой с ети, оС; Д^,
- перепады температуры теплоно ителя, оответ т-венно, в подающей и обратной магистралях, оС; Орп2 -тепловой поток, отпущенный котельной в тепловую еть (ра полагаемый), Вт;
Орп2 =Оис 1=О2; Оис 1 - тоже, что и в выражении (1); величина О2 определяется по известной формуле: 02=002(^4*).
Раскрыв, образующие выражение (2), величины через их формулы и произведя преобразования, окончательно имеем:
8тс = (1 - (0с/02))(1 - ((А1г+А1о)/(1г*-1о*)))=
=(1 - Роу)(1 - Рот) (3)
где р0у - доля теплоносителя, теряемого в тепловой сети; по определению р0у=Ос/О2; Р0т - доля теплоты, теряемой тепловой етью путем теплопередачи; по определению р0т=(А1г+А1о)/(1г 4о );
КЭФ тепловой ети показывает какая ча ть тепловой энергии, отпущенной котельной, по тупает в инженерные и темы потребителей.
Соответственно, доля тепловой энергии, теряемой в тепловой ети, о тавляет:
Ртс=(0рп2-0п)/0рп2=1- Лтс =Р0у+Р0т-Р0уР0т. (4)
Оценку энергетиче кой эффективно ти теплообменников и и тем водяного отопления пред тавляет-
я возможным проводить помощью коэффициента полезного использования тепловой энергии (КПИ):
Лто= 0иск/0пдк, (5)
где к=4, 3, 3*; индек к - номер циркуляционного кольца, по которому перемещает я греющий теплоноситель в рассматриваемом элементе; 0иск - тепловой поток, во принятый нагреваемым теплоно ителем (полезно использованный), Вт; 0иск=0гкП; 0гк - тепловой поток, отданный греющим теплоно ителем, Вт;
0гк= Опдк-Оовк; Опдк, Оовк - тепловые потоки, с оответ-
твенно, подведенный и отведенный, Вт; определяются с ис пользованием известной формулы:
Опдк = с0к(11гк-^8к); Оовк = с0к(^2гк-^8к);
- тоже, что и в выражении (2); Ок - ра ход теплоно-ителя, циркулирующий через теплообменник ( и -тему водяного отопления), кг/с; 12гк - соответст-
венно, начальные и конечные значения температур греющих теплоно ителей, циркулирующих через теплообменники (системы водяного отопления), оС; 1^к -значение температуры, принимаемой за «ноль отсчета»; применительно к теплообменнику с движением теплоносителя по схеме «прямоток» ^к - это конечное значение температуры нагреваемого (холодного) теплоносителя О^^хк); применительно к теплообменнику движением теплоно ителя по хеме «противоток» ^ - это начальное значение температуры нагреваемого (холодного) теплоносителя О^^хк); применительно к системе водяного отопления ^5к - это значение температуры внутреннего воздуха в помещениях здания (^к^); П - коэффициент, учитывающий теплопотери теплообменного аппарата в окружающую среду [2]; применительно к с истеме водяного отопления п=1.
Раскрыв, образующие выражение (5), величины через их формулы и произведя преобразования, окончательно имеем:
Пто=(1 - ((^2гк-^8к) / (^1 гк-^8к))) П. (6)
Учитывая изве тное уравнение теплового балан а котла:
В0ррПк = В(11г-1ух)8* = е02(1г*-О, формула (6) применительно к котлу принимает вид: Пк=(1 - ((1ух-1в) / (11г-1в))) П*, (7)
где В - ра ход жигаемого топлива, кг/ (м3/е);
0рр - располагаемая теплота топлива, Дж/кг (Дж/м3); в большинстве случаев: 0рр<0нр; 0нр - низшая теплота сгорания топлива; пк - тоже, что и по выражению (1); 11г, 1ух, 1в - энтальпия, соответственно, продуктов сгорания в факеле, уходящих продуктов горания и наружного воздуха, Дж/кг; п - коэффициент, учитывающий теплопотери котла;
п*=1 - (Ч3+Ч4+Ч5+Чб);
Чз, Ч4, Ч5, Ч6 - доли потерь теплоты, соответственно, с химиче ким и механиче ким недожогами, от наружного охлаждения корпу а котла, удаляемыми шлаками [1]; е, 02, ^ , ^ - тоже, что и в выражении (2).
Оценка энергетиче кой эффективно ти зданий и ооружений, как потребителей тепловой энергии,
о уще твляет я и пользованием такого изве тного показателя как удельный годовой ра ход теплоты на отопление (чо, (Вт ч)/(м3 год)) и проводится в рамках сравнительного анализа. Абсолютного показателя в этом случае не может быть, т.к. здания не являются энергетиче кими у тановками, которые предназначены для получения или трансформации энергии. Соот-
вет твенно, какое количе тво теплоты по тупило во внутренний объем здания, такое же количество ее и теряет я.
Значение величины чо при заданных климатиче-ких у ловиях зави ит от уровня теплозащиты здания и нормативного значения интен ивно ти воздухообмена.
Энергетиче кая эффективно ть и пользования тепловой энергии в отдельном здании оценивает я по значению дополнительного ра хода тепловой энергии, затрачиваемой на перегрев в нем внутреннего воздуха. Под перегревом внутреннего воздуха в здании понимает я превышение значения его температуры верх нормативного значения.
Возникновение перегревов внутреннего воздуха в зданиях вязано низким уровнем автоматизации систем теплоснабжения в целом и, в частности, инженерных и тем зданий. В этих у ловиях ра пределе-ние теплоно ителя по отдельным циркуляционным кольцам не оответ твует ра четному и наблюдает я ра огла ование режимов отпу ка и потребления теплоты.
В результате отклонения гидравличе кого режима системы теплоснабжения от расчетного в системы отопления близко ра положенных зданий затекает большее количе тво теплоно ителя, чем в и темы отопления более удаленных зданий.
Рассогласование режимов отпуска и потребления теплоты, наблюдающее я, как правило, в зимние ол-нечные дни и в весенний период отопительного сезона, проявляет я в том, что в и темы отопления зданий по тупает теплоно итель завышенным значением температуры.
Для оценки эффективно ти и пользования теплоты в отдельном здании принимает я такой показатель как коэффициент эффективного и пользования теплоты в здании пзд (КИТ).
КИТ показывает во сколько раз текущее значение теплового потока, подаваемого в здание, превышает его ра четное значение.
Соответственно, имеем:
„ Пзд=0о /0о*=(1-Ри) / (1-Р), (8)
где 0о, 0о - значения теплового потока, подаваемого системой отопления в объем здания, соответственно, ра четное и текущее (завышенное), кВт;
0о=еОр(11г-12г); Оо =е08(11г-12г );
08=0р+0и; 0р=08-0и;
08, 0р, Ои - расход теплоносителя, соответственно, текущий (общий), ра четный и избыточный, кг/е;
11г, 12г - тоже, что и в выражении (5);
12г =2г+Д1;
Д1 - добавка, учитывающая повышение конечного значения температуры теплоно ителя в результате увеличения его расхода в системе отопления, оС; ри -доля ра хода теплоно ителя, избыточного по равнению ра четным ра ходом; по определению
ри=0и/08; Р^^г^г).
Принимая во внимание изве тное уравнение теплового балан а здания:
0о+0 тв Отп +0 ин,
величины 0о и 0о в выражении (8) представляются ледующим образом:
0о=РдкоРо(1в-1н); 0о*=РдкоРоав.гУ,
где 0тв - тепловой поток, поступающий в объем здания в виде бытовых тепловыделений, Вт; -
тепловой поток, теряемый через ограждение путем теплопередачи, Вт; 0ин - тепловой поток, затрачиваемый на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха, Вт.
Рд=1+Р ин-Ртв; Рин— Оин/О тп; Ртв— 0тв /О тп; ко - коэффициент теплопередачи наружного ограждения, редневзвешенный по площади его поверхно ти, Вт/(м2 оС); Бо - расчётная площадь поверхности ограждения здания ( ооружения) по наружному обмеру, м2; 1в, С - соответственно, нормативное и наблюдаемое (завышенное) значение температуры внутреннего воздуха, 0С; 1н - температура наружного воздуха в рас -с матриваемый период времени, 0С.
Тогда выражение (8) может быть представлено ледующим образом:
Пзд=0о /0о*=(1в4н)ЛХ*4н). (9)
Соответственно, доля тепловой энергии, перерас -ходуемой в здании, о тавляет:
Рзд=(до*-0о)/до*= 1 - Пзд = (Ри - ро/(1 - Р) (10)
или
Рзд = (1в*-1в)/(1в*-1н). (11)
Для оценки энергетиче кой эффективно ти и -темы тепло набжения в целом может найти применение коэффициент эффективного функционирования системы теплоснабжения (КЭФ):
Птсн= 0рч/0рп2, (12)
где 0рч - тепловой поток, необходимый для подачи потребителям в оответ твии ра четом, Вт; определяет я по изве тной формуле:
Орч =е0рч(^г-^0);
Орч - ра четный ра ход теплоно ителя в и теме тепло набжения, требуемый по ра чету, кг/ ;
0рЧ=02-0с-0Из;
02, 0с, с, 1г, 1, - тоже, что и применительно к выражению (2); Оиз - избыточный ра ход теплоно ителя в системе теплоснабжения, кг/е; 0рп2 - тоже, что и в выражении (2).
Рас крыв, образующие выражение (12), величины через их формулы и произведя преобразования, окончательно имеем:
Птсн=(1-(0с/02)-(0из/02))(1-((А1г+А1<3)/(1г*-1о*)))(13)
или
Птсн = (1 - Р0у - Р0и)(1 - Р0т), (14)
где Р0у, Р0т - тоже, что и применительно к выражениям (2) и (3); Р0и - доля теплоно ителя, избыточного в тепловой ети; по определению Р0и=Оиз/О2.
КЭФ и темы тепло набжения показывает во колько раз ра ход тепловой энергии, отпущенной котельной, превышает ра четный.
Соответственно, доля тепловой энергии, отпус-каемой верх ра четного значения, о тавляет:
Ртсн=(0рп2-0рч)/0рп2=1 -Птс= =Р0у+Р0и+Р0т-Р0уР0т-Р0иР0т. (15)
В заключение можно отметить, что энергетиче-кая эффективно ть и темы тепло набжения при заданном каче тве ее монтажа, ремонтов и эк плуата-ции определяет я уровнем теплозащиты зданий ( о-оружений), значением параметров о тояния (температур и коро ти) теплоно ителей в ее циркуляционных кольцах и уровнем теплозащиты теплопроводов тепловой сети. Соответственно, уровень теплозащиты
зданий и теплопроводов определяет я толщиной их теплозащитных оболочек при заданной теплопроводно ти материала этих оболочек.
При этом снижение затрат энергетических ресур-ов (топлива, тепловой и электриче кой энергии) на поддержание требуемого теплового состояния внутренней реды зданий ( ооружений) в результате увеличения уровня их теплозащиты и уровня теплозащиты теплопроводов, уменьшения конечного значения температуры и значения коро ти движения теплоно-ителей опровождает я ро том затрат материальных ре ур ов ( троительных и теплоизоляционных материалов, металла).
Минимизация уммарных затрат энергетиче ких и материальных ре ур ов на поддержание требуемого теплового о тояния внутренней реды зданий и о-оружений обе печивает я в рамках метода технико-экономиче кой оптимизации путем решения оответ-ствующих частных оптимизационных задач [3-6]. В результате решения этих задач определяют я оптимальные значения толщин непрозрачных уча тков наружных ограждений зданий и лоя изоляции теплопроводов тепловой ети, а также оптимальные значения перепада температуры (энтальпии) и коро ти движения теплоно ителей в циркуляционных кольцах с истемы теплос набжения.
Оптимизация мощно ти и темы тепло набжения обе печивает экономиче ки целе ообразные размеры тепловой ети, что позволяет улучшить у ловия ее эк плуатации и каче тво ее ремонтов.
Соответственно, экономическая эффективность проектного решения отдельных элементов и темы тепло набжения оценивает я в рамках равнительно-го анализа и пользованием таких изве тных величин как сравнительный срок окупаемости То и приведенные затраты П [7]. Оценка экономичес кой эффективно ти проектного решения и темы тепло набже-ния в целом о уще твляет я и пользованием аб о-лютных экономиче ких показателей [8].
Т аким образом, из выполненного анализа следует, что один из главных путей повышения эффективно-ти и темы тепло набжения - это грамотное обо но-вание значений параметров о тояния теплоно ите-лей, циркулирующих в ее кольцах, и значений кон т-руктивных параметров ее отдельных элементов, а также ее мощно ти.
Литература
1. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) / Под ред. Н.В. Кузнецова, В.В. Мито-ра, И.Е. Дубовского, Э.С. Карасиной. - М.: Энергия, 1973. - 376 с.
2. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника. Кн. 4: Справочник / Под общ. ред. В. А. Григорьева, В.М. Зорина - 2-е изд., перераб. - М: Энергоатом-издат, 1991. - 558 с.
3. Горшенин, В.П. Совершенствование метода оптимизации толщины непрозрачных элементов ограждения зданий и с ооружений / В.П. Горшенин // Строительные материалы. - 2003. - №11. - С. 52-54.
4. Горшенин, В.П. Оптимизация теплового режима зданий и сооружений / В.П. Горшенин // Известия вузов. Строительство. - 2005. - №3. - С. 71-73.
5. Горшенин, В.П. Оптимизация параметров с о-стояния продуктов сгорания в водогрейных котлах / В.П. Горшенин // Энерго- и ресурсос бережение - XXI век: Материалы Третьей международной научнопрактической интернет-конференции / ОрелГТУ. -Орел: Издательский Дом «Орлик», 2005. - С. 34-36.
6. Горшенин, В.П. Оптимизация параметров с о-стояния греющего теплоносителя в рекуперативных теплообменниках / В.П Горшенин // Известия вузов. Строительство. - 2006. - №3-4. - С. 109-116.
7. Экономика предприятий энергетического комплекса: Учебник для вузов / В.С. Самсонов, М.А. Вят-кин. - М.: Высшая школа, 2001. - 416 с.
8. Горшенин, В.П. Технико-экономическое обос -нование проектного решения и темы централизованного теплоснабжения / В.П. Горшенин // Известия вузов. Строительство.- 2006. - №5. - С. 51-55.
УДК 004.772
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ОБРАБ ОТКИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ
A.C. Ковалев, к.т.н. (ФГОУВПО ОрелГАУ)
В связи с внедрением в этом году новой операционной системы Windows Vista, от ПК требуется мощных ре ур ов, как аппаратных, так и программных. Поэтому в учебный проце по информационным технологиям ледует включить разделы изучения новых элементов видеос истемы. Центральным вопросом повышение производительно ти компьютера тано-вится работа графического процесс ора (GPU).
Современные графические процессоры имеют отни миллионов транзи торов и амую бы тродей т-вующую видеопамять. Видеоадаптеры поддерживают быстрое построение трехмерных объектов - 3D-графики. Такими процес сорами поддерживается и технология создания и быстрого перемещения спрай-тов - подвижных объектов, о тавленных из ряда слоев - полупрозрачных и прозрачных. Особенно это необходимо при моделировании графики различных динамиче ких задач физики и техниче ких кон трук-ций. Спрайты используются для создания быстро перемещающих я по экрану ложных объектов изменяющей я формой и видом.
Построение 3D-объектов ведется в две стадии. В первой тадии выполняет я геометриче кая обработка изображения - оно разбивается на треугольники, координаты углов которых пере читывают я при их динамике по экрану монитора. На второй стадии закрашивают я треугольники учетом различных ве-товых эффектов по алгоритму Гуро (рендеринг).
Архитектура современных графических процес -оров опирает я на три фундаментальных вой тва программ создания полигональной трехмерной графики:
• высокая скорость арифметичность графиче-ких алгоритмов минимальной долей логиче ких операций;
