Автоматизированная система управления теплопотреблением главного корпуса УлГТУ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

имя. Из (16)-(17) следует выражение для силы реакции излучения

О

сИ

(18)

1 3

Тр = Ц /(б7180С гп).

Этой силе соответствует в операторной форме следующее уравнение движения заряда:

Ь[а][р(т-т0 )+1 ]=( 1+рх)Ь|Т/ш], которое при т>т0 приводит к устойчивому движению (т0 =6,25• 1для электрона): Ца]-операторное ускорение, ЦТ]— сила, р - оператор Лапласа.

В соответствии с (7) новые уравнения Максвелла ограничивают число возможных электромагнитных

колебаний предельной длиной волны Хшт = ст. Это свойство также снимает противоречие, существующее в квантовой теории при вычислении обычным путём средней энергии флюктуирующего поля [7], которая без такогс ограничения приводит к бесконечной энергии.

Вывод. Установлено, что постоянная времени т, характеризуя инерционность явления излучения ЭМП, определяет тот минимальный порог длительности электромагнитных процессов Дткр, в пределах которого излучение невозможно. С этим порогом -минимальной длительности - связан пространственный масштаб А,лшн=ст, в пределах которого излучение невозможно — в этой области должны господствовать только квантовые процессы. В квантовой теории такой пространственный масштаб характеризуется комптоновской длиной волны для электрона, которая

равна X = 3.9-10"13 м [5]. Тогда, приравнивая X =А.мин=ст, оцениваем величину т « \0~Ас. Сопоставляя т с т0> приходим к выводу, что модернизированная максвеллов екая электродинамика

(ММ-электродинамика) снимает внутреннее противоречие, присущее традиционной электродинамике.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Меньшов, Е. Н. Математическая модель электромагнитного поля // Вестник УлГТУ. -2002-№3-С.64-71.

2. Меньшов, Е. Н. Моделирование уравнений классического электромагнитного поля// Научно-техн. калейдоскоп. Сер. Электро- и теплоэнергетика -2002.-№3 .-С.52-60.

3. Меньшов, Е. Н. Несоответствие уравнений Максвелла требованиям, предъявляемым к динамическим моделям типа «вход-выход»: Схемно-топологические модели активных электрических цепей (синтез и анализ) // Тр. межд. конф. "КЛИН-2003" (г.Ульяновск, 13-15 мая 2003 г.)/ Под общей ред Л. И. Волгина-Ульяновск: УлГТУ, 2003.- Т. 4 - С.75-78.

4. Левич, В. Г. Курс теоретической физики / В. Г. Левич. - М.: Наука, 1969. -Т.1.-910 с.

5. Физический энциклопедический словарь/ Гл. ред. А. М. Прохоров - М.: Сов. энциклопедия, 1984 - 944 с.

6. Владимиров В. С. Уравнения математической физики / В. С. Владимиров - М.: Наука, 1976.— 528 с.

7. Пайерс, Р. Е. Теория поля со времени Максвелла // Дж. Кл. Максвелл. Статьи и речи. - М.: Наука. 1968. - С.270-280.

Меньшов Евгений Николаевич, кандидат технических нау>к, доцент кафедры «Электроснабжение, цикл ТОЭ» УлГТУ. Имеет публикации в области математического моделирования электромагнитных элементов и систем.

УДК 697.31

Н. Н. КОВАЛЬНОГОВ, А. С. РТИЩЕВА, А. Н. ФОМИН, А. Н. АФОНИН, Ю. П. СВИРИДОВ, И. М. МЕРДЕЕВ, В. М. АБРАМОВ

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ГЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЕМ ГЛАВНОГО КОРПУСА УлГТУ

Рассмотрены технические, программно-информационные и организационно-методические решения по автоматизированному управлению тетопотреблением главного корпуса Ульяновского государственного технического университета (УлГТУ).

Удорожание тепловой энергии побуждает потребителей всё более внимательно относиться к

Н. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева, А. Н. Фомин, А. Н. Афонин, Ю. П. Свиридов, К М. Мердеев, В. М. Абрамов, 2004

возможностям её экономии. Одной из наиболее эффективных возможностей является использование автоматизированной системы управления

тепл опотреблением. Такая система обеспечивает автоматическое местное регулирование потребляемой от источника централизованного теплоснабжения (ТЭЦ, котельной) теплоты, поступающей на

Рис. 1. Система управления теплопотреблением

отопление, горячее водоснабжение и другие нужды здания, по фактической потребности в тепловой энергии, необходимой, например, для поддержания температуры в помещениях на заданном уровне. В 2002 г. проект кафедры «Теплоэнергетика» по внедрению автоматизированной системы управления теплопотреблением в главном учебном корпусе УлГТУ был поддержан Министерством образования Российской Федерации и с 2003 г. на его реализацию в соответствии с приказом министра № 474 от 11.02.2003 открыто бюджетное финансирование. В рамках реализаций этого проекта главный корпус УлГТУ оснащён автоматизированной системой управления теплопотреблением, которая в декабре 2004 г. введена в эксплуатацию. Такого рода система управления теплопотреблением на настоящий момент, по-видимому, является первой в г. Ульяновске.

Принципиальная схема системы управления теплопотреблением (СУТ) главного корпуса УлГТУ приведена на рис. 1. Система, спроектированная в НПО «Лайф» (г. Новосибирск), позволяет регулировать теплопотребление всего учебного корпуса в целом, поддерживая температурный график-обратной сетевой воды (регулирование 1-го уровня); регулировать тепловые ветви (стояки) для оптимального распределения тепла внутри учебного корпуса (регулирование 2~го уровня, или пофасадное

регулирование) и поддерживать заданную потребителем температуру непосредственно в конкретном помещении (регулирование 3-го уровня). Управление системой осуществляется с одного рабочего места при помощи персонального компьютера или специального переносного пульта.

В состав системы входит теплорегулятор РУДИ, который представляет собой программный контроллер и осуществляет управление исполнительными механизмами по заложенной в него программе, основываясь на показаниях датчиков. Датчики, установленные .в трубопроводах теплоносителя (на подающей и обратной магистралях) в помещениях и на улице, передают информацию о температуре на теплорегулятор. Исполнительные механизмы представляют собой клапаны. Приводом клапана служит специальное малогабаритное устройство сильфонного типа. Связь теплорегулятора с компьютером осуществляется по . локальной вычислительной сети через специальный адаптер ИРПС или через модем.

Система обеспечивает реализацию управления тепловым режимом здания по текущим значениям температуры наружного воздуха и температуры воздуха в помещениях; реализацию ночного режима отопления, позволяющего снизить теплопотребление здания в заданный промежуток времени; реализацию режима выходного дня, позволяющего снизить

Принципиальная схема СОТ

! I

I

I

Г »

: I

Т

■ШИВ:;':

т*Шт

ПшГчГ

М№ё

Шш

жт

Ш I

ш $ дада -Шшщ

л.

ШШ

ШшШ*

гшМ

-4.9 °С

.1

- 7 '

а»

ж

ж

ш

шшт

шшш

: Я

Пароль:

/контроллера

•игит

уЩт

шшт

ыШ

шшщ

ЩШшШ?;

^ г яг®

температурный режим в течение выходных дней; реализацию режима форсированного натопа (режима повышенного теилопотребления), позволяющего увеличить теплопотребление здания в заданные

промежутки времени и выровнять температурный режим после снижения теплопотребления. Управление осуществляется индивидуально для четырёх групп помещений (имеется 4 независимых

Рис. 2. Схема регулирования микроклимата в левом крыле западного фасада главного корпуса УлГТУ

Рис. 3. Фрагмент меню системы управления микроклиматом главного корпуса УлГТУ

ДЖ^жлЛ fi К r^Wo^ C^OÏfHM ("ft угнч'ОСАния ТЭ? 'H^K^K^^^Î

' ФаАя Qpeeve Вий С £рвмс

• " -

^Намр • ^ ¿5 j! .♦JHtfpar«** -Jj» ^ • J £

шш

^Lgjxj

é«>« [fi 1С MogCtot'SHtMlM&lttLl ¿OiVrvfc* Hnfri ¿p

/f^p»! x Dvtl • * Ц2н

^ IJftOK.

/»-1 (T^fl^tffv-id C( Нг» и |Г}М<к

¡1

' !

Й

Список объектпо

Л^-* крпло наплдныА Ф.исдд Лсаое ктипо вод томный Фасад Правое кт ыло западный Фасад Правое >рия-> пгч:темный фпелл Ае.шии контроллералсрого щ-ил

А-ырни контроллер пи&гто ууы

'. ОГТЛЯННГ У( Н?Г'С'ЛЛГГ'Д ЛСРуГЛ п

Состояние хонич'-цлсс-д позасго i

1

J .¿J

Данные за период:

6 июня 2002 ? июня ¿002

10 як>яя 2003

11 нюня 2002

1 з июня :оо:

14 июня 2002 16 ик'ня 2002 38 нюня 2002 1) июня 2002 30 ноября 2004

1 дехгбря 2004

2 д? кабрл 2004

3 декабря ¿004

4 лехзЪ&я 2004

5 дска^&я 2004 ■С декабря 20СЦ

7 декабгя 2004

■ • ■ *

Левое крыло западный фасад, данные за б декабри 2004 г.

Уст Т'

График График ^Р®1^1*

*| • ••• I

Время : Тсмес- Тобр-

i Ткв,°С ;Тнв,/,С

! I

; 00 01 | 57.1 j 44.4 56.7 | 44.1

57.3 : 44.5

57.2 I 44.5

56.5 { 44.0

57.4 ;

чг ч - —•—

57.6

I

57.0 j

57.3

57.0

57.2

. ........

57.G

57.1 56.9 57.0

57.9

• • •

57.0

0006 I | оо 11 ;

; 00.16 j

j • -»1 • I • —, •

j 0021 ;

I 00 20 I

f— .........i

! 0031

! 0036 :

• I

I 0041 f

« :

I 0046 i j 0051 !

00 56 :. 01.01 I

0106 i

I

oui

01 16 ; 0121 I

л

f 01 26 [чЛЗ!

• It .1 •••Ml» II

56.7 56.7

44.6

44.7 44.3 44.5

и»«

44.3 j' 44.5

! 44.7

— ■—•»<••<

44.4 : 44.3 I 44.3 j 44.9 j 44.3 Î 44.1

• I..III tal • •!■ »—••»•••» . ■ —'» ■ III! -It»' •

j 01.36 I 56.4

44.1 43.9

Тобр-Тсети,0

С

42.0

43,0

43.0 43.0

• . Ml • ' «»M

43.0 43.0 48.0 4S.0 48.0 48.0 48.0

48,0

•î«»

48.0 42.0 42.0 43.0 43.0 43.0 43.0

Помеш,

•«■ "»I •• «

Уст

i

°C 20,0 20,0 20.0 20.0

20.0

■ - * « «• • •lMiilitMl< I !••«•••• < I •••••»•»• pii

î I • •» •

---

«С

2.0 2.0 2.0

2.0

• •

2.0

•• • m •

2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

2.0

• I 1НЧ

О ri

ши ™ mi

Помещ. Обр,

°C

Ш1Д Смес,

Ш1Д Смее,

»

j

сет», oop. смес, наруж, помещ.

-3.8 -8.5 -у.О

■•А*

4.8 -44.4 1 100 62.1 ¡61.9 43.5 i 58.5 -3.9

% пС ЛС °С

| 4.2 : 44.4 j 100 61.3 62.0 43.5 58.5

| 4.1 ; 44.2 j 100 60.9 j 62.1 43.5 58.5

4.5 j 44.4 I 100 . 61.9 ? 62.1 43.5 1 58.5

{

• i.«« M* It'll |IM И МНИМ ( #•»•■

• -«••«<•*• •••••• tt- n««ff«miM

[ Г

I

4

г.....

44.1

j 0141 j 56.7 f i 01.46 i 57.1 44.4

•i i» — •••• - -

j 01-51 ! 56.7

1

! 01-56 ; 57.0

44.1 44.3

48.0 4S.0

—.......... И«|Ч

48.0 48.0

i

2 «1 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0

20.0

INI II -

20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0

4,4 44.0 I 100 60.9 ; 61.9 43.7 58.5 ;

I II • • - •V"f««»' • • - • — - « - i «• • ...............• » « « ......

j 5.3 ! 44*7 ; 100 62,7 Ï 62.1 43.7 58.5

-8.4

• i

-9.1

>.« » • wti • • -«.

j 5.6 j 44.2 j 100 j 63.3 62,1 43.7 1 53.5 j -9.2

5.2 44.2 : 100 62.2 J 62,1 43.7 | 58.5 : -8.7

• » »

î 5.6 44.5 100 [ 63,0 ; 62,1 43.7. 58.5 -9.0

• » • I 0 l»H< ». » III" > и*'М« •»•• « ^ - I» ^ " I

i 5.7 ; 44.4 1 100 62.8 62.1 43.7 58,5 [ -8.7

t V' i"

- • I • •»- • ♦ e-1 III • •« • • "

I 6.1 i 44:5 I 100 63.4 j 62.1 43.7 ; 53.5 -8.9

• . . It«l * a> II .no

6.5 j 44.7 j 100 64,2 j 62.1 43,7 | 58.5 -9,2

—• • *IMtM - InMI»" I"4- I».t «I* •••••••• ' tlltl 1-^tiiti— ... .¿I -- ■ ■ I ■ ■ . . ..

6.3 I 44.3; 100 • 63.5 ¡62.1 43.7 : 53.5 -8.8

? • I

6,7 [44.З j 100 63.7 - 62.1 43.5 58.5 ; -8.7

t,»l-e • !• I ••«•«•• I • •"• — »• -

— - ••» * *

It'll

20.0

20.0 6.6 I 44.3 i 100 ; 63.7 ; 62.1 43.7 '58.7 j -8.8

20.0 j 7/7 45.1 100 65.6 62.1 43.7 58.7 -9.4

20.0 j 7.1* 1 44,3 ; 100 Ш ■■ 62.3 43.7 f 58.7 Г -8.Г f 20.1 :

1 • ; ..... « ..........— *-• - . . I Щ'-л »11 Jl » '* - • . V . » • у » * t - ■ • ••••••• • • lilt «

20.0 j 7.1 I 44.1 j 100 63.9 j 62.3 43J { 58,7 - -8.6 j 20.1

20.0 20.0 20.0

20.0

• Il ta ■ I.

20.0

IMIHIt- •^«•»•t

10.0 20.0 20,0 20,0 20,0 20.0 20.0 20.0

20.0

J . %

20.0 20.1

I

I

20,0 ! 7.2 f 44,1 I 100 ! 63.9 î 62.3 43.7 158.9 г -3,5 i 20.1

% ■ . • - :

..........ни«»"! * i • —••«•i i ••!

....... .... ^- -------------—-———^....—...„...^ ..,..,...—...»— iM-Httftiii ^ИП***"***' • ' ••'—-----— i - - - —----- f —- ----—------ ■

20.0 : 7.1 I 43.9 j 100 63.5 î 62.3 43.7 î 58.7 i -8.4 j 20.1

20.0 j 6.9 j 43.9 j 100 : 63.6 - 62.1 43.9 j 58.7 j -8.6 j 20.1 ! 7.6 j 44.3 j 100 ' 64.8 62,1 43.7 j 53.5 I -3.9 f 20.1 !

. 4и«4»>|111НММ1»М||1« f««l|IM*|lt|'

2,0

г:,"

»•' • » •——-«»»- tie

20.0

'H ••• I • M "M' И III' ■ •• f«l «

MI • ■• - tI ... « .

IM'I II • III!

48.0

2,0 20.0 7.5 1 44.1 j 100 ! 64.3 62,1 43.7 1 53,5 -8.6 { 20.1

• I »Kl«.; II. Mttt - HUM! Ml • III |.|>t « . .M* - ||| M.fM. •••!•»• Г—* * - — — • • - • 01 • « » - "

1.9 20.0 I 7.7 i 44.3 j 100 ! 64.7 62,1 43.9 ; 53,7 I -8.8 20.1

j -- 1.9 20.0 j 7.7 144.3 i 100 î 64.7 62,1 43.9 j 53,7 ! -8.3

, IW pfcllf » Ml tT, + ■« HI« II. II I- Mill— llll-flntMI'ir liv ...... — "s * . ^ ^ I ^ ^ ■ J . .» lit Î

Щ M ci" ».омгьдутер

Si & Ш & Ш Ъ > & В JÙ i: 1 ч5;Схт^днсп Ц^Жцжа» со... jjQMaiw^rv^. j ^Ста.ьй ) Я)Аггоматкяро [ ) O-'^S ™

Рис.4. Фрагмент архива

контура управления): это помещения, примыкающие к восточному и западному фасадам левого и правого крыла здания. В шести помещениях каждой группы размещаются датчики температуры (по 2 датчика в помещениях на цокольном, третьем и седьмом этажах, для каждой группы помещений). Управление теплопотреблением для каждой группы помещений осуществляется по среднему значению температуры, измеряемой шестью датчиками. Общее число датчиков в помещениях равно 24. Анализ сигналов этих датчиков помимо прочего позволяет выявить помещения с недостаточной теплоизоляцией или неисправными отопительными приборами. Наличие индивидуальных контуров управления для каждой из групп помещений позволяет эффективно использовать тепловую энергию при изменении направления ветра, интенсивности солнечного излучения и т. п.

Для управления теплопотреблением каждой из четырёх групп помещений используется схема с тремя каналами регулирования: температура смеси (теплоносителя, поступающего на вход в отопительные приборы) - температура наружного воздуха; температура в обратной магистрали -температура наружного воздуха; температура в обратной магистрали - температура сети (в

подающей магистрали). В качестве примера на рис. 2 показана схема регулирования западного фасада левого крыла учебного корпуса. Эта схема отображается на экране монитора в процессе наблюдения за работой системы или при её настройке. В характерных узлах схемы приводятся одно или два значения температуры. При отображении двух температур: нижняя соответствует заданному значению (уставке) или требуемому значению, вычисленному с помощью программы прикладного математического обеспечения (ПМО); верхняя представляет собой фактическое значение, измеренное с помощью датчиков. При отображении одной температуры она соответствует требуемому значению, вычисленному с помощью программы прикладного математического обеспечения. На схеме отображаются также три регулятора (по одному для каждого канала регулирования). При настройке системы имеется возможность с компьютера или переносного пульта изменять некоторые характеристики этих регуляторов и параметры регулирования с целью обеспечения наиболее эффективной работы системы.

В процессе работы системы формируется электронный архив данных, в котором содержатся текущие дата и время, а также значения температур

наружного воздуха, внутреннего воздуха в 24 помещениях, теплоносителя в прямой и обратной магистралях и т. п. Информация о температурах заносится в архив каждые 5 минут. Общая ёмкость архива такова, что позволяет хранить информацию, накопленную за полгода работы системы.

Программа ПМО обеспечивает работу с системой в режимах настройки и наблюдения. На рис. 3 приведён фрагмент меню, предназначенного дня работы в режиме настройки. Программное обеспечение системы позволяет получить полную информацию о температурах, измеряемых всеми датчиками в текущий момент времени, а также о температурах, хранящихся в архиве. Фрагмент архива приведён на рис. 4.

В настоящее время характеристики регуляторов системы и параметры регулирования выбраны исходя из опыта эксплуатации аналогичных систем на других объектах в других городах. Для обеспечения наибольшего эффекта от эксплуатации системы эти характеристики и параметры должны уточняться применительно к конкретному объекту (главному учебному корпусу УлГТУ). С этой целью кафедрой ((Теплоэнергетика» УлГТУ осуществляется научное сопровождение проекта, в рамках которого ведётся разработка тепловой математической модели учебного корпуса [1], создается база данных, необходимых для эксплуатации системы в оптимальном режиме.

По оценкам, сделанным на основании литературного обзора, отражающего накопленный опыт эксплуатации такого рода систем, реализуемые в УлГТУ энергосберегающие мероприятия позволят снизить теплолотребление примерно на 30%.

Авторы выражают признательность проректору УлГТУ Сечкину О. В. за идеи и ценные советы,

которые нашли своё воплощение в рассмотренной системе управления теплопотреблением.

БИ БЛ ИОГРАФИ Ч ЕС К И Й СПИСОК

1. Ковальногов, H.H., Ковальногов, В. Н., Ртищева, А. С., Афонин, А. Н. Тепловая модель главного учебного корпуса УлГТУ, оборудованного системой оптимизации теплопотребления // 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.

Ковальногов Николаи Николаевич} доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи, монографии и учебные пособия в области теплофизики и теплотехники,

Ртищева Алёна Сергеевна, аспирант кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ\ Имеет статьи в области теплотехники.

Фомин Александр Николаевич, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи в области теплофизики и теплотехники.

Афонии Алексей Николаевич, аспирант кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи в области теплотехники.

Свиридов Юрий Павлович, кандидат технических наук., доцент УлГТУ. Имеет статьи в области энергетики.

Мердеев Ил ьтизяр Муста фи ев и ч, прорект ор УлГТУ.

Абрамов Вячеслав Михайлович, главный инженер УлГГУ.