§ Секция: Физика
§ ШОД «Дарын», город Караганда, Республика Казахстан
§ Республика Казахстан, город Караганда, /2
§ Телефон: 8(72; E-mail: shdaryn@mail.ru
§ Моделирование автоматизированного теплового пункта
§ Есниязова Тогжан Бауыржановна;
§ Класс: 10
§ Республика Казахстан, город Караганда, Кривогуза 12/2 кв13
§ Тел: 8(7212)415429; E-mail: *****@***ru
§ кандидат физико-математических наук, доцент кафедры и теоритической физики КарГУ имени
Моделирование автоматизированного теплового пункта
Краткая постановка задачи. Цель работы заключается в разработке математической модели теплового баланса автоматизированного теплового пункта, позволяющая рассчитать оптимальную конфигурацию системы автоматического регулирования и рассчитать поправочные коэффициенты в разрабатываемом алгоритме учета тепла. В работе используется стандартный тепловой пункт, который применяется в основном на промышленных предприятиях при расчете тепловых режимов различных технологических процессов, и его программное обеспечение. Новизна в том, что моделирование проводится впервые для использования автоматизированного теплового пункта для обогрева обычных жилых помещений с учетом изменения температуры окружающей среды.
Анализ публикаций по теме показал, что в настоящее время на практике для автоматизации систем отопления применяются три основных способа: по графику ЦКР (центральное качественное регулирование), по графику ЦКР с автоподстройкой, по математической модели объекта [1-3]. В основе теории автоматического регулирования систем отопления лежит параметр, который является характеристикой объекта. Если этот параметр принимается постоянным по проектным данным (αпр), то это регулирование по графику ЦКР. Если параметр определяется путем статистики самой системой автоматики, то это способ регулирования по графику ЦКР с автоподстройкой (α). Если в качестве параметра принимается его текущее значение, то это регулирование по математической модели объекта (αi). Все три способа автоматического регулирования нашли применение на практике.
Актуальность задачи и возможность ее практического применения. Особенность тепловой энергии в том, что невозможно ее в полном объеме превратить в механическую, электрическую или другие виды энергии, тогда как обратное преобразование других видов энергии в тепловую происходит без всяких ограничений. В этой ситуации наиболее приоритетным направлением в развитии теплоэнергетики становится активное внедрение средств энергосбережения по всей цепочке: добыча - производство - потребление энергии.
Практическая важность работы в том, что во всем мире вложение средств в энергосбережение стало полноценной альтернативой строительству новых энергетических объектов, а в большинстве случаев оно и более целесообразно. Для экономии энергетических ресурсов и обеспечения комфортных условий в помещениях необходима система, совмещающая в себе функции измерения, фактически потребленной тепловой энергии и регулирования процесса использования тепла, т. е. автоматизированный тепловой пункт, который можно использовать обычный потребитель. Учитывая рост цен на тепловую и электрическую энергии, сейчас экономить необходимо не только на крупных промышленных предприятиях, но и обычных жилых помещениях.
Описание методов решения задачи – для составления теплового баланса в некотором помещении, сначала определяются составляющие теплопоступлений и теплопотерь помещения. По конкретным данным проводится предварительный расчет, затем вводятся корректировки в распределение тепла, позволяющие настроить работу теплового пункта, обеспечивающего равномерный обогрев помещения с учетом меняющейся температуры окружающей среды. Для имитационного моделирования используется программа МОДЭН (версия 2.01). Рассматриваемая энергетическая система состоит из котельной, индивидуального теплового пункта (ИТП), помещения с системой отопления и окружающей среды. Все элементы связаны между собой трубопроводами за исключением процесса теплообмена помещения с окружающей средой. Котельная вырабатывает теплоноситель по графику с температурой 150-70°С.
В ИТП установлен трехходовой смесительный клапан, который позволяет поддерживать требуемую температуру смешанной воды в систему отопления Т12 при постоянном расходе воды в контуре отопления. Расчетные параметры теплоносителя системы отопления меняются по графику 95-70 °С.
Для управления виртуальным трехходовым клапаном применяется контроллер, который имеет возможность работы с различными алгоритмами регулирования. В помещении работает простая система отопления, которая в программе моделируется одним нагревательным прибором. Наружное ограждение помещения – трехслойное, состоит из внутренней штукатурки, кирпичной кладки толщиной 51 см и наружной штукатурки. Данный теплонепроницаемый слой и объем воздуха в помещении создают определенную тепловую инерцию процессу теплообмена.
В случае, если источник переменной тепловой мощности отключен, то текущие температуры внутреннего воздуха также изменяются. Помещение отличается тем, что в нем находится источник переменной тепловой мощности, который вносит возмущения в нормальный процесс теплообмена, а также учитываются регулярные теплопоступления от солнечной радиации. Если же процесс происходит при включенном внутреннем источнике, то получаются другие графики.
Анализ полученных результатов.
1. Полученные результаты показали, что регулирование по математической модели приводит к удовлетворительному режиму, и соответствует требуемому значению температуры, с эпизодическими превышениями до 2°С. Следует учесть, что использовалось ограничение значения αi в пределах 30%.
2. Установлено, что наиболее экономичным способом автоматического регулирования является способ регулирования по математической модели объекта.
3. В результате имитационного моделирования с использованием виртуальной модели реального объекта удалось установить, что по сравнению с другими режимами способ автоматизации системы отопления по графику ЦКР с автоподстройкой приводит к повышению расхода энергии на 5%, а способ по графику ЦКР - к повышению расхода энергии на 16%.
Необходимо отметить, что все расчеты проведены для идеальных условий, не учитывается износ теплообменных поверхностей, влияние дополнительных источников или стоков тепла, и т. д.
Литература
1. Волов работы систем отопления, вентиляции и теплоснабжения. - Минск:ОДО «Энерговент», 2007. – 154 с.
2. , , Теплопередача. – Москва: Энергия, 1975. – 483 с.
3. К. Кусаиынов, , . Моделирование автоматизированного теплового пункта./ Вестник КарГУ. Серия физическая. – Караганда:Изд.-во КарГУ.- 2009.- №1(53).-С.54-59
Рисунок.1. Схема теплоснабжения:
- запорный клапан, 
- обратный клапан, 
- трехходовой седельный клапан с приводом прямого действия,
- датчик температуры, 
- компрессор или водяной насос
(16)
Рисунок.2.Схема теплоснабжения
|
|
а)
|
|
б)
Рисунок 3. График температур внутреннего воздуха: а - при отключенном внутреннем тепловом источнике в помещении; б - при включенном.
