CC BY
33
Анализ представленных на рис. 3 результатов позволяет отметить, что в условиях инерционного выпадения частиц достигается 9-кратная интенсификация теплоотдачи. При этом степень влияния числа на число N11 х при достаточно больших значениях комплексов <2 и С возрастает с 0,8 до 1,0. Можно отметить также, что неточности определения коэффициента восстановления в расчётах приводят к существенному влиянию на результаты расчёта теплоотдачи. Так в анализируемых условиях определение коэффициентов восстановления по выражению
г=1[ъ приводит к погрешности расчёта коэффициентов теплоотдачи до 52%.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Теплоотдача газовзвеси в соплах/ В. К. Щукин, Н. Н. Ковальногов, В. А. Филин и др. // Изв. вузов. Авиационная техника. - 1979. - № 3. - С. 61-66.
2. Ковальногов, Н. Н. Пограничный слой в потоках с интенсивными воздействиями / Н. Н. Ковальногов. - Ульяновск : УлГТУ, 1996. - 246 с.
3. Ковальногов, Н. Н. Коэффициент восстановления температуры в турбулентном пограничном слое высокоскоростного газового потока с воздействиями. Труды XV Школы-семинара молодых учёных и специалистов под руково-
♦
дством академика РАН А. И. Леонтьева /
Н. Н. Ковальногов, Л. М. Магазинник, И. В. Евсти-феев. - М.: Изд-во МЭИ, 2005. - Т. 1. - С. 91 -94.
4. Мухачев, Г. А. Термодинамика и теплопередача / Г. А. Мухачев, В. К. Щукин. - М. : Высшая школа, 1991. - 480 с.
Ковальногов Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика» Ульяновского государственного технического университета. Имеет статьи, монографии и учебные пособия в области теплофизики, теплотехники и теплоэнергетики.
Магазинник Лев Максимович, студент энергетического факультета Ульяновского государственного технического университета. Имеет статьи в области теплофизики и теплотехники. Фёдоров Руслан Владимирович, аспирант кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи в области теплофизики и теплотехники. Королёв Алексей Владимирович, студент энергетического факультета Ульяновского государственного технического университета.
УДК 697.31
Н. Н. КОВАЛЬНОГОВ, Е. А. ЦЫНАЕВА
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФИКА ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕМ
Экспериментально исследована эффективность двух различных автоматизированных систем управления теплопотреблением зданий учебного заведения и установлено влияние на неё параметров температурного графика центрального регулирования отпуска теплоты. На основе выполненного исследования сформулированы рекомендации по выбору рациональной схемы автоматического регу-л ирован ия теплопотреблен ием.
Ключевые слова: автоматизированное управление теплопотреблением, оптимизация теплопотребления, температурный график центрального регулирования отпуска теплоты, экономия тепловой энергии.
Возможность существенной экономии тепловой энергии за счёт использования автоматизированных систем управления теплопотреблением приводит к нарастающему их примене-
© Н. Н. Ковальногов, Е. А. Цынаева, 2007
нию в организациях и на предприятиях. Так вслед за Ульяновским государственным техническим университетом, оснастившим в 2004 - 2005 годах различными системами автоматизированного управления теплопотреб-
лением главный учебный корпус и общежитие №3, такого рода системами в г. Ульяновске оборудованы здания НПО «Марс» и здание Дома Советов. В то же время следует отметить, что во многих случаях выбор потребителем той или иной системы в значительной степени определяется рекламной активностью её производителя, а не глубоким научным анализом и выбором для конкретных условий наиболее эффективного варианта. Заметим также, что на современном этапе развития теории и практики такого рода систем и для их эффективной эксплуатации также необходимо научное сопровождение, поскольку без него невозможно даже корректно оценить получаемый экономический эффект.
В соответствии с решениями президиума научно-технического совета по программе «Энергосбережение Минобразования России» от 23.12.2002 г. и от 31.10.2003 г. в Ульяновском государственном техническом университете силами кафедры «Теплоэнергетика» продолжаются работы по созданию инструментария для эффективного использования такого рода систем оптимизации теплопотребления, включающего комплекс методических средств, программноинформационных продуктов, технических средств мониторинга и организационно-методических решений [1-7]. В рамках настоящего этапа исследований проведено сопоставление эффективности двух разных систем автоматизи-
Второй
канал
Т1вн
7 8
Рис. 1. Система управления теплопотреблением главного учебного корпуса УлГТУ: 1 - теплосчётчик; 2 - устройство для вывода данных на печать;
3 - термоконтроллер «Прамер - 710»;
4, 5 - датчики температуры теплоносителя на входе и выходе из системы отопления соответственно;
6 - циркуляционный насос; 7 - обратный клапан;
8 - регулирующий орган; 9 - персональный
компьютер
рованного управления теплопотреблением, эксплуатирующихся в идентичных условиях (общий поставщик тепловой энергии, одна и та же эксплуатирующая организация - УлГТУ), и проанализировано влияние на них параметров температурного графика централь-ного регулирования отпуска теплоты.
Принципиальная схема системы управления теплопотреблением главного учебного корпуса УлГТУ приведена на рис. 1, а общежития №3 -на рис. 2. Система управления теплопотреблением главного корпуса УлГТУ, показанная на рис.1, спроектирована в НПО «Лайф» (г. Новосибирск), а система для общежития №3, показанная на рис. 2, - в ЗАО «Промсервис» (г. Ульяновск). Принципиальная разница между этими системами заключается в месте установки регулирующего органа 8: в системе, показанной на рис. 2, регулирующий орган установлен на подающей магистрали теплоносителя, поступающего от теплоисточника (котельной), а в системе, показанной на рис. 1, - на обратной магистрали, по которой отработанный теплоноситель возвращается на теплоисточник.
С помощью регулирующего органа обеспечивается смешение в необходимой пропорции теплоносителя из подающей магистрали (имеющего температуру ) с теплоносителем из
ТІ
н
X
Т!
И
вн
Рис. 2. Система управления теплопотреблением общежития №3 УлГТУ: 1 - теплосчётчик;
2 - устройство для вывода данных на печать;
3 - термоконтроллер «Прамер - 710»;
4, 5 - датчики температуры теплоносителя на входе и выходе из в системы отопления соответственно;
6 - циркуляционный насос; 7 - обратный клапан;
8 - регулирующий орган
обратной магистрали (имеющим температуру ¿2), и смесь с температурой ¿3 подаётся в
отопительные приборы.
Температуру смеси (теплоносителя, поступающего в нагревательные приборы) /3, пренебрегая зависимостью плотности и удельной теплоемкости теплоносителя (воды) от температуры, можно выразить следующим балансовым соотношением:
*3 ='1£ + /2(1-&)> 0)
где g-G\|Gз - коэффициент подмешивания;
Сз = +02 - массовый расход теплоносителя
через нагревательные приборы; С] - массовый расход теплоносителя из подающей магистрали; 02 - массовый расход теплоносителя из обратной магистрали.
Таким образом, регулирующий орган обеспечивает реализацию требуемого значения коэффициента подмешиваения g и, в конечном
итоге, - значения температуры /3 теплоносителя, поступающего в отопительные приборы.
Из соотношения (1) видно, что чувствительность температуры /3 к положению
регулирующего органа, а, значит, и инерционность системы автоматического управления зависит от схемы регулирования и значения коэффициента %. Для схемы, показанной на рис. 1
(система НПО «Лайф»), при увеличении g чувствительность системы к положению регулирующего органа понижается, а её инерционность увеличивается. Для схемы, показанной на рис. 2 (система ЗАО «Промсервис»), в таких условиях напротив: чувствительность системы повышается, а её инерционность уменьшается.
Расчётное (номинальное) значение коэффициента подмешивания g = g' зависит от расчётной температуры теплоносителя /3 на входе в отопительные приборы (обычно /3 = 95°С) и
температурного графика центрального регулирования отпуска теплоты. Для графика центрального регулирования 105 - 70, характерного для котельных и зафиксированного в договоре на поставку тепловой энергии УлГТУ, это значение ^ определяется с помощью выражения (1)
g =
105 - 70
= 0,714,
t[-t2
где t{, t'2 - расчётные значения температуры теплоносителя соответственно в подающей и обратной магистрали (// = 105°С, t'2 = 70°С).
При графике центрального регулирования 150 - 70, характерном для ТЭЦ, аналогичный расчет дает g' =0,313. Системы, представленные на рис.
1 и 2, будут равноценными при g' =0,5, что имеет место при графике центрального регулирования 120 - 70. Следовательно, при фактическом графике центрального регулирования ниже, чем 120 - 70 (что в настоящее время характерно для всех теплоисточников г. Ульяновска), более эффективной будет система ЗАО «Промсервис», представленная на рис. 2.
С использованием разработанных на кафедре «Теплоэнергетика» методических и программноинформационных средств выполнен детальный сравнительный анализ эффективности эксплуатации представленных на рис. 1, 2 систем за отопительный сезон 2005/06 года (с ноября 2005 по апрель 2006 г.). Основные результаты этого анализа приведены на рис. 3 и в табл. I.
Таблица 1
Потребление и экономия тепловой энергии для главного учебного корпуса и общежития
за отопительный сезон 2005/06 г.
Параметр Единица измерения Г лавный корпус Общежитие
значение значение
Количество потреблённой тепловой энергии Гкал 2946,3 1374,0
Количество сэкономленной тепловой энергии Гкал 492.2 436,0
Стоимость потреблённой тепловой энергии тыс. руб. 1870,394 867,9
Стоимость сэкономленной тепловой энергии тыс. руб. 300,4 274,3
Относительная экономия тепловой энергии % 16,7 31,7
Расчётная температура теплоносителя в подающей магистрали °С 82
Расчётная температура теплоносителя в обратной магистрали °с 71
90
80
70
^60
ш
о:
I 50
О
§ 40
со
30
20
10
0
Рис. 3. Экономия тепловой энергии: светлые столбцы - система НПО «Лайф»; тёмные столбцы - ЗАО «Промсервис»
Как видно из рис. 3 и табл. I, экономию тепловой энергии обеспечивают обе системы. В то же время экономия энергии от использования системы ЗАО «Промсервис» в целом за сезон оказалась почти в 2 раза большей, чем от системы НПО «Лайф». При этом в январе и феврале система НПО «Лайф» не обеспечивала экономии, тогда как система ЗАО «Промсервис» и в этот период давала экономию на 10 - 16%.
Исследования показали также (см. табл. 1), что вместо зафиксированного в договоре на поставку УлГТУ тепловой энергии температурного графика 105 - 70 поставщик осуществлял центральное регулирование по существенно заниженному графику (82 - 71). Это приводило не только к недопоставкам тепловой энергии, но и снижало эффективность используемой в главном корпусе системы НПО «Лайф». Полученные результаты подтверждают теоретические выводы о характере влияния температурного графика центрального регулирования отпуска теплоты на эффективность используемых систем.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (приказы Минобразования РФ №474 от 11.02.2003; №801 от 20.02.2004, письмо Заместителя руководителя Федерального агентства по образованию №16-55-76 ин/02-13 от 18.03.2005) и Ульяновского государственного технического университета.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Автоматизированная система управления теплопотреблением главного корпуса УлГТУ /
со со
о о
о. о.
со с
5 то
Месяц, год
ю
о
•
а:
о
X
1Г>
о
а>
со
о
со
X
а;
со
о
ш
•0*
Н. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева, А. Н. Фомин,
A. Н. Афонин, Ю. П. Свиридов, И. М. Мердеев,
B. М. Абрамов // Вестник УлГТУ. - 2004. - №4. -
C. 57-61.
2. Ковальногов, Н. Н. Автоматизированная система оптимизации теплопотребления учебного заведения / Н. Н. Ковальногов. - Ульяновск : УлГТУ, 2005.-46 с.
3. Ковальногов, Н. Н. Оценка эффективности использования автоматизированной системы управления теплопотреблением главного корпуса УлГТУ / Н. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева // Вестник УлГТУ. - 2005. - №2. - С. 55-57.
4. Тепловая модель главного учебного корпуса УлГТУ, оборудованного системой оптимизации теплопотребления / Н. Н. Ковальногов, В. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева, А. Н. Афонин // Математические методы и модели в прикладных задачах науки и техники «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике». Т. 7. - Ульяновск, 2004.-С. 102-106.
5. Ковальногов, Н. Н. Анализ эффективности автоматизированной системы управления теплопотреблением зданий высшего учебного заведения / Н. Н. Ковальногов // Тезисы докладов III Международ. науч. шк.-конф. «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики». - Алушта, 2005. - С. 105-106.
6. Ковальногов, Н. Н. Автоматизированная система оптимизации теплопотребления учебного заведения / Н. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева // Энергоэффекгивность. Опыт. Проблемы. Решения. Вып. 1. — Нижний Новгород, 2005. - С. 61-67.
7. Ковальногов, Н. Н. Автоматизированная система управления теплопотреблением здания высшего учебного заведения / Н. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева // Материалы III Международ. науч.-техн. конф. «Современные научно-технические проблемы транспорта». - Ульяновск, 2005. - С. 84-87.
Ковальногов Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи, монографии и учебные пособия в области теплофизики, теплотехники и теплоэнергетики. Цыпаева Екатерина Александровна, аспирант кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи и патенты в области теплофизики и теплоэнергетики.
