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/м² в 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 температуры, но
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.