УДК 621.311.22.011

СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Кабанов О.В.1, Панфилов С.А.2
1Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, г. Саранск, аспирант
2Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарева, г. Саранск, д.т.н. профессор

Аннотация
В данной статье сформулированы и раскрыты основные проблемы построения технических средств энергосбережения в автономно отапливаемых помещений.

Ключевые слова: автономность, проблемы., система теплоснабжения, теплоснабжение, энергосбережение, энергоэффективность


MODERN PROBLEMS OF CREATION OF TECHNICAL MEANS OF ENERGY SAVING IN SYSTEM ENERGY EFFICIENT HEAT SUPPLY

Kabanov O.V.1, Panfilov S.A.2
1National Research Mordovian State University. N.P. Ogarev, Saransk, post-graduate student
2National Research Mordovian State University. N.P. Ogarev, Saransk, professor

Abstract
In this article, we formulated and disclosed the main problems of building energy saving in hardware independently heated premises.

Keywords: autonomy, efficiency, energy efficiency, heat supply, heating system, problem


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Кабанов О.В., Панфилов С.А. Современные проблемы построения технических средств энергосбережения в системах энергоэффективного теплоснабжения // Современные научные исследования и инновации. 2017. № 3 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2017/03/79164 (дата обращения: 09.03.2017).

На сегодняшний день большое количество компаний занимающиеся установкой автономных систем теплоснабжения и предлагают комплексные решения для создания единой системы управления данным видом системы теплоснабжения. Комплексность данного подхода предполагает всё, начиная с расчёта системы теплоснабжения и заканчивая системами коммутации и диспетчеризации [1].

Для создания энергоэффективной системы автономного теплоснабжения необходимо учитывать все возмущающие воздействия на тепловой режим отапливаемого помещения, либо объекта. 

Тепловой режим отапливаемых помещений определяется как результат совокупного влияния непрерывно изменяющиеся внешних и внутренних возмущающих воздействий [2,3]. Решений являющихся оптимальными для самых различных условий и характеристик объектов управления просто быть не может. К внешним воздействиям относится изменения температуры наружного воздуха, скорость и направление ветра, интенсивности солнечной радиации, влажности воздуха. К внутренним возмущающие воздействия в жилых зданиях относятся выделения теплоты от работы электрических и осветительных приборов, тепло выделяемое людьми и т.д. [2-6].

Так же согласно [7-17] исследованиям проводимым в настоящее время необходимо знать теплофизические свойства (ТФС) ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Оценка ТФС зданий важна не только для целей автоматизации и создание комфортного микроклимата и энергосбережения но, и например для определения допустимого времени устранение аварийных ситуаций, для определения тепло потерь здания при отсутствии проектной документации, и вообще каких-либо достоверных данных о материалах ограждений многослойных конструкций.

Так же согласно [1] инерционность зданий в большей степени влияет на результаты погодозависимого управления отоплением, современные контроллеры должны учитывать этот влияющие фактор. 

Инерционность здание определяется значением постоянной времени здания, которая находится в диапазоне от 10 часов у панельных домов, до 35 часов у кирпичных домов [4,5]. Устройство управления определяет на основании постоянные временные здания комбинированную температуру наружного воздуха, которая используется в качестве корректирующего сигнала. Но так же необходимо учитывать тот фактор, что с течением времени ТФС объекта подвержены изменениям, следовательно постоянная времени объекта так же подвержена изменениям [7-17].

И так для учёта внешних воздействий, таких как температуры наружного воздуха, скорость и направление ветра, интенсивности солнечной радиации, влажности воздуха необходимо различное климатическое оборудование [2].

Согласно [1] ветер существенно влияет на температуру помещения, особенно в зданиях расположенных на открытых территориях, алгоритм управления учитывающий влияние ветра обеспечивает до 10 % экономии тёплой энергии.

Для учёта возмущающего воздействия на объект теплоснабжения – скорости воздушного потока используют термоанемометры.

Они предназначены для высокоточного измерения скорости воздушного потока [18].

Рабочий диапазон составляет от 0.3 м/с до 20 м/с.

Погрешность составляет   1 %.

Межповерочный интервал составляет – 1 год

На рис. 1 представлен внешний вид термоанемометра.


Рис. 1 – Термоанемометр

Для определения окружающей температуры за пределами объекта теплоснабжения в настоящее время с учётом импорта замещения большинство фирм используют термосопротивления для измерения температуры воздуха фирмы

ОВЕН. В основном это термопреобразователи сопротивления ДТС125Л с выходным сигналом в виде тока от 4 до 20 мА. На рис. 2 представлен внешний вид ДТС125л [19].



Рис. 2 – Термопреобразователи сопротивления ДТС125Л.

Выпускаются данные преобразователи нескольких типов: 50М,100М, 50П, 100П, Рt100, Рt500, Рt1000.

Погрешность от 0.5% до 1%.

Рабочий диапазон температур лежит в пределах от -50°С до 125 °С

Межповерочный интервал – 2 года

Так же для исключения неточности учёта при прямом или косвенном попадании солнечных лучей используются защитные экраны для данных датчиков температур [20]. На рис. 3 представлен экран для защиты от солнечных лучей.


Рис. 3 – Экран для защиты от солнечных лучей.

Для определения влажности воздуха вне отапливаемого объекта используют канальные датчики влажности пассивные или активные российской фирмы THERMOKON [21].

Канальный датчик влажности предназначен для измерения относительной влажности. Разработан для систем управления и мониторинга.

На рис. 4 представлен внешний вид датчика.

Рис.4- Внешний вид датчика определения влажности воздуха.

Рабочий диапазон составляет от 0%до 100%.

Погрешность составляет   2 %.

Межповерочный интервал составляет – 2 года

Для определения интенсивности солнечной радиации в диапазоне от 0 Вт/м2 до 1000Вт/мв основном применяются датчики QLS60.

На рис. 5 представлен внешний вид датчика по определению солнечной радиации.

Рис. 5 – Внешний вид датчика солнечной радиации.

Рабочий диапазон составляет от 0 Вт/м2 до 1000Вт/м2.

Погрешность составляет   1 %.

Межповерочный интервал составляет [21] – 1 год

В связи с дороговизной оборудования по определению солнечной радиации, в настоящее время используется пофосадное регулирование с учётом солнечной радиации поступающей в помещение.

Установка, настройка, а затем через определённое время поверка климатического оборудования учитывающего внешние возмущающие воздействия и дополнительного оборудования вносятся дополнительные затраты, что отражается на стоимости необходимого оборудования при его установке и эксплуатации.

Так же необходимо проведение поверки через межповерочный интервал, что бы убедиться в том, что датчики работают исправно и не вносят дополнительную погрешность в систему управления тепловым режимом объекта.

В нерабочее время в общественно-административных и производственных зданиях температура внутреннего воздуха может быть значительно снижена, то есть возможен так называемый режим прерывистого отопления, для реализация которого следует обеспечить восстановление нормируемой температуры к началу использования помещения или к началу рабочего дня при этом возникает вопрос оптимального способа разогрева с минимально допустимой температуры к оптимальной. То есть необходимо определить вид кривой по которой необходимо ввести температурный режим здания, чтобы потребления тепловой энергии в этом процессе были бы минимальны. Для выхода в нужный момент времени необходимо учитывать все влияющие факторы на тепловой режим здания, так как только в этом случае удастся достичь наиболее точного времени момента включения системы теплоснабжения на разогрев к нужному моменту времени [1]. На рис. 6 представлен температурный режим объекта при прерывистой системе теплоснабжения.


Рис. 6 – Температурный режим объекта при прерывистой системе теплоснабжения

В настоящее время на практике обычно применяют системы управления осуществляющие только учёт в основном возмущения температуры наружного воздуха это так называемые погодные регуляторы температурыно
при тепловизионом обследование объектов рис.7 наглядно видны участки ограждений, на которых здание особо сильно теряет тепло.


Рис.7 – Тепловизионное обследование объекта.

К таким участкам в первую очередь относятся окна. По данным [22] теплопотери через ограждающие конструкции распределяются следующим образом: стены – 30%, кровля – 14 %, пол -12 %, окна- 44%.

Данные потери в основном связаны с инфильтрацией. Теплопотери на инфильтрацию зависят как правило от инфильтрации в помещение холодного наружного воздуха и его температуры, а так же скорости воздушного потока снаружи. Воздух в помещение поступает через ограждающие конструкции, имеющие пористые структуры, но основная его часть поступает через неплотности окон, при учёте лишь окружающей температуры и не учёте остальных мало влияющих факторов могут возникнуть в некоторых условиях перетопы, а в других недотоп, что в свою очередь приведёт к неоптимальному регулированию теплового режима объекта.

Согласно данным [23] инфильтрация увеличивает градиент падения температуры на 0,4 – 1°С в час.

При использование данных видов климатического оборудования учитывающих внешние возмущающие воздействия в канал управления теплоснабжением вносится общая погрешность Х используемого климатического оборудования.

 (1)

где - погрешность определённого средства измерения (датчик температуры, влажности, скорости ветра и т.д.)

Проведя расчёт вносимой погрешности с использованием климатического оборудования учитывающего внешние воздействия:


В следствии всего вышеописанного видятся следующие проблемы при построение технических средств энергосбережения. Для учёта всех возмущающих воздействий требуется дорогое климатическое оборудование которое требует установки, наладки и подключения к управляющему устройству, так же для исключения неправильности показаний климатического оборудования устанавливаемого вне отапливаемого объекта необходимо периодически проводить поверку данного оборудования что требует дополнительных вложений. 

С учётом вышеизложенного мы пришли к выводу, что при исключении внешнего климатического оборудования можно уменьшить расходы на теплоснабжение не менее чем на 3%. При этом себестоимость установки и эксплуатации оборудования сократится.

Однако остаётся вопрос, каким образом без использования внешнего климатического оборудования учесть все влияющие факторы на тепловой режим объекта, при этом производить оптимальное управление его тепловым режимом.


Библиографический список
  1. Основные принципы построения систем теплоснабжения с применением современного оборудования автоматизации. [Электронный ресурс].- URL: http://esco.co.ua/journal/2009_3/art111.htm (Дата обращения 28.01.2016)
  2. Автоматизация систем теплоснабжения [Электронный ресурс].- URL:http://gigabaza.ru/doc/99463.html (Дата обращения 28.01.2016)
  3. Система автоматического управления жизнеобеспечением спортивного комплекса. [Электронный ресурс].- URL:http://masters.donntu.org/2013/fkita/abakumov/diss/ index.htm (Дата обращения 28.01.2016)
  4. Наиболее важные принципы создания систем теплоснабжения с использованием современного автоматизированного оборудования. [Электронный ресурс].- URL: http://ruaut.ru/content/publikacii/ingener_system/naibolee-vazhnye-printsipy -sozdaniya-sistem-teplosnabzheniya-s-ispolzovaniem-sovremennogo-avtomatizi.html (Дата обращения 28.01.2016)
  5. Некоторые проблемы энергосбережения и автоматизации всистемах теплоснабжения зданий. [Электронный ресурс].- URL: http://cyberleninka.ru/article/n/nekotorye-problemy-energosberezheniya-i-avtomatizatsii-v-sistemah-teplosnabzheniya-zdaniy (Дата обращения 28.01.2016)
  6. Панферов С. В., Телегин А. И., Панферов В. И. Некоторые проблемы энергосбережения и автоматизации в системах теплоснабжения зданий. Вестник ЮУрГУ. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. 2010. №22 (198) С.79-86.
  7. Кабанов О.В., Панфилов С.А., Барычев В.И. Обзор современных методов определения теплофизических свойств материалов и объектов с использованием электротехнических устройств. Сб. науч. трудов. Развитие технических наук в современном мире. Выпуск II. Воронеж 2015. с.178 -180.
  8. Кабанов О.В., Панфилов С.А. Современные методы определения теплофизических свойств объектов. XLIV Огаревские чтения. Материалы научной конференции: в 3 частях. Ответственный за выпуск П. В. Сенин.– Саранск: Мордов. гос. ун-т, 2016. С. 156-160.
  9. Кабанов О.В., Панфилов С.А., Хрёмкин А.С., Бобров М.А. Разработка метода определения теплофизических свойств объектов. Научно-технический вестник Поволжья. №5 2015г. – Казань.с. 253-256.
  10. Хремкин А. С. Кабанов О. В. Панфилов С. А. Способ определения теплофизических свойств строительных объектов. Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. №5 (62). – Улан-Удэ 2016 г. – М.: Издательство ВСГУТУ. с.49-57.
  11. Кабанов О.В., Панфилов С.А., Андронова О.А. Аналитический обзор методов оценки (измерения) теплофизических характеристик исследуемого объекта. Актуальные вопросы науки и техники. Сборник научных трудов по итогам III международной научно-практической конференции. Самара: ИЦРОН, 2016. С. 107-111.
  12. Кабанов О.В., Панфилов С.А. Альтернативные источники энергии и их перспективы. Материалы XX научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарёва. Саранск: НИ МГУ Огарева, 2016. С. 164-169.
  13. Кабанов О.В., Панфилов С.А. Современных методов определения теплофизических свойств объекта. Материалы XX научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов Национального исследовательского Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарёва. Саранск: НИ МГУ Огарева, 2016. С. 169-174.
  14. Кабанов О.В., Панфилов С.А. К вопросу использования альтернативных источников энергии. Актуальные проблемы энергетики АПК материалы VII международной научно-практической конференции. Саратов: ЦСА, 2016. С. 78-83.
  15. Кабанов О.В., Панфилов С.А. Влияние качества электроэнергии на работу энергосберегающего оборудования. Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики материалы XII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием в рамках III Всероссийского светотехнического форума с международным участием. Саранск: ИП Афанасьев, 2015. С. 526-533.
  16. Кабанов О.В., Панфилов С.А. Алгоритм автоматизированной системы управления системой теплоснабжения. Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики материалы XII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием в рамках III Всероссийского светотехнического форума с международным участием. Саранск: ИП Афанасьев, 2015. С. 534-538.
  17. Panfilov S. A., Kabanov O. V. Energy Saving Algorithm for the Autonomous Heating Systems. International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJBR) ISSN 0976-2612, Online ISSN 2278–599X, Vol-7, Issue-4, 2016, pp. 1395-1402.
  18. Термоанемометры. [Электронный ресурс].- URL:http://www.vseinstrumenti.ru/instrument/izmeritelnyj/anemometry/termoanemometry/ (Дата обращения 28.01.2016)
  19. Термосопротивления для измерения температуры воздуха. [Электронный ресурс].- URL: http://www.owen.ru/catalog/termopreobrazovatel_soprotivleniya_dlya_ izmereniya_temperaturi_vozduha_datchik_temperaturi_vozduha/harakteristiki_modifikatcii(Дата обращения 28.01.2016)
  20. Экраны для датчиков температуры ОВЕН ДТС125Л [Электронный ресурс].- URL:http://www.owen.ru/news/59845584 modifikatcii (Дата обращения 28.01.2016)
  21. Duct humidity and temperature sensor for all HVAC duct applications. [Электронный ресурс].- URL: http://www.thermokon.de/en/products/humidity/duct-sensors/ftk.html
  22. Инфильтрация воздуха и тепловые потери помещений через оконные проёмы. [Электронный ресурс].- URL: http://elibrary.ru/item.asp?id=27169577 (Дата обращения 28.01.2016)
  23. Инфильтрация воздуха и тепловые потери помещений через оконные проёмы[Электронный ресурс].- URL: http://journal.samgasu.ru/vestnik_sgasu/2016_03 _02.pdf (Дата обращения 28.01.2016)


Все статьи автора «Кабанов О.В.»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация