Исследование экономической эффективности суточного регулирования теплопотребления на основе модели, созданной в программном пакете trnsys Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЭНЕРГЕТИКА

УДК 697.31

А. С. РТИЩЕВА, В. В. КАШЛАНОВ

%

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СУТОЧНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ, СОЗДАННОЙ В ПРОГРАММНОМ ПАКЕТЕ Т1^8У8

Приведены результаты исследования эффективности внедрения режима суточного регулирования, для систем автоматизированного регулирования теплопотребления зданий на основе модели, созданной в программном пакете ТШЗУБ (при проведении исследований использовался функциональный аналог программного пакета ТКМ ЗУ Б).

Ключевые слова: энергоснабжение, математическое моделирование, режимы регулирования.

На сегодняшний день остро стоят вопросы энергосбережения, это касается и тепловой энергии. При относительном удешевлении компьютерной техники и средств автоматизации на современном этапе есть возможность внедрения автоматизированных систем регулирования теплопотребления. С помощью систем автоматизированного регулирования можно реализовывать так называемое суточное регулирование (особенно в общественных и административных зданиях). т. е. снижать температуру внутреннего воздуха в здании в ночное время. Однако проведение подобных экспериментальных исследований для подсчёта экономической эффективности сопряжено с риском вывода из строя системы отопления здания. Целью работы было исследование потребления тепловой энергии и режима работы системы автоматизированного регулирования для обеспечения суточного оег v ди псияния

ST J I

г* ЧУ

теплопотребления на основе модели, созданной в программном пакете TRNSYS v.1.6, а также исследование экономической эффективности внедрения суточного регулирования.

В работе использовался программный пакет TRNSYS (функциональный аналог), разработанный во Франции. В настоящее время он широко используется в Европе и США, рассчитан для работы в Windows 95/2000/ХР. Основные компоненты и приложения программы написаны на языке Microsoft Visual С-н- и Java [1,2].

С помощью программы TRNSYS можно создать модель здания и его тепловые зоны. В качестве тепловой зоны можно выбрать помещение или группу помещений. Созданную модель здания можно экспортировать в программу TRNbuild и работать с каждой тепловой зоной в

© Ртищева А. С., Кашланов В. В., 2010

отдельности. Для каждой тепловой зоны задаётся материал и вид ограждающих конструкций, их ориентация относительно частей света, задаются параметры инфильтрации, вентиляции, отопления, кондиционирования, а также влажность воздуха. Также программа даёт возможность учитывать тепловую мощность осветительных и бытовых приборов, тепловую мощность, выделяемую человеком, и солнечную радиацию. После задания всех параметров осуществляется расчёт в программе ТЯ^УЗ, где используется библиотека погодных условий. Также есть возможность задания вида графика, который необходимо получить в качестве результата расчёта. Например, графика зависимости температуры внутреннего воздуха от времени для конкретной тепловой зоны.

В соответствии с поставленной задачей в программе ТРЛ^8У8 было смоделировано здание с несколькими тепловыми зонами и выбраны чгюгодпые условия, максимально приближенные к погодным условиям города Ульяновска.

Энергия (тепловая мощность), необходимая для поддержания температуры +20°С в холодный период года (рис. 1) в помещении здания, представлена на рис. 2 (ниже нуля и измеряется в кДж/ч). На рис. 3 представлен более подробный график необходимой тепловой мощности за один месяц (январь).

При исследовании суточного регулирования задавалось снижение температуры внутреннего воздуха во всём здании до +16°С с восьми часов вечера до пяти часов утра ежедневно (рис. 4). При этом графики тепловой мощности системы отопления, необходимые для реализации заданного теплового режима, представлены на рис. 5 и 6.

rcvncpoT>p острей«* rc<c%V> кд/гсраг.ра &:fvTjXfti£fo ыздую

33^0.

— 7л:.*

¿U e.

- Ivnc M

» il:

24LV

5

5»

с

г» О

о

о 7чГ0

и 4»

Г X I»

г гг»:

2 2 о |

19

а

£ г'Сб!

S 1

CV

• I

с

-

\ [

•соо|

16 £0!

—i^Urn-

—t:«l

l.iw.

•If«)

29J0

W-50 ¿МП 51W

^i'CO.C'I Ци)

-fiL.

M70

WO

WW

Г.Ч 00

2850

J'UU

t

»» " >

cr

n

0

•21 CO о •

X

1

XM P

о

1 -а 21 00 С n а

1'ЗЯ

с 2

1*00

I >$J

—пъМ

Рис. 1. Заданный график зависимости температуры воздуха в помещениях здания от времени (за год)

f^.iilV.il i I'iri i,ffi iii

<i¿.uVm AW.

— }>V. --■ - J.i

Kv -

•ЗКЛ

I

— Ifl.-ir

— IY.X.

Urli

MiO

3*50 i'1'Л

З-'г.СЬийлПгг* -rrtvxon [I'O

6Ш

'Mill

pron

576C

•a two

Рис. 2. Тепловая мощность системы отопления, посчитанная программой ТЯМБУЗ, необходимая для поддержания заданного теплового состояния к помещении

ZSK Si

-й-:.

• 11«

-coco

Vtr-TKSt1 "7

0

710

Рис. 3. Тепловая мощность системы отопления, представленная за один месяц (январь)

& м * А ^ ША А N ш Гп л •

ГУЛЫ'*'.

тл-лсг-зтурз

— /-гг. ¿1

30 пг»

те«.»лер:>тура

1%-у

— |РГ(>) й

—

КЛ1

¿¿ня» епо

51||'~а1 «или Тчи* »ДООДО р;г]

У.АЛ

пооо

Рис. 4. Заданный график зависимости температуры воздуха в помещениях здания от времени (за год)

Г\< С^« Ш 1НЭОП11

— #9Ю*

—ЗтеГв!

- 2 .ч, I

1ГС

М»

—

— :г.1,

»»

5530 -13*0 Я-'О

и Нг.ь <1700» О*]

за.'.«

¡"¿¡я

«ОЮ

:100

-ЗиОЭ

Рис. 5. Тепловая мощность системы отопления, посчитанная программой Т11Ы8У8,

необходимая для поддержания заданного теплового состояния б помещении

г 'Г^^пМт^мг

ir-ili.ni--! ■..■ищшммти

" чЧЖЬг

пии'И

Пух ¡Г.

П'Г м

14

-ИЯ!

-зосс— ОС

б

г

0

г

Г '*•

5'

I

1

КС р

25'.'С

э;50

370 9

«440.-)

I

353.*

ЙбУ

/

/

61? з «г $

'оШ

?яа г

но

>431

71А

0.0 75* £

Рис. 6. Тепловая мощность системы отопления, представленная за один месяц (январь)

Из полученного результата видно, что снижение температуры и потребляемой энергии в ночное время приводит к увеличению потребления энергии в дневное время. Эта энергия необходима для прогрева здания до необходимой температуры (+20°С) в утренние часы.

Сравнение графиков (рис. 3 и 6, а также 2 и 5) показывает, что экономия тепловой энергии за счёт суточного регулирования составляет порядка 3,5-5%. Обычно для общественных и административных зданий подобный экономический эффект измеряется десятками тысяч рублей за один отопительный сезон. Следовательно, возможностями суточного регулирования нельзя пренебрегать, так как это ведёт к значительным энергосбережениям.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ртищева, А. С. Моделирование теплового состояния здания с помощью программного пакета ТЯИЗУБ / А. С. Ртищева, Д. Р. Дубровский,

B. В. Кашланов, А. В. Матрёхин // Стройком-плекс Среднего Урала. - 2009. - №1-2. -

C. 44-46.

2. Ртищева, А. С. Создание трёхмерных моделей зданий и расчёт их теплового состояния с помощью программного пакета ТКЛЧБУЗ / А. С. Ртищева // Сборник материалов Молодёжного научного форума «Университетское образование: проблемы и перспективы», 24 января, 2009. - Ульяновск : УлГПУ, 2009. - С.416-420.

Ртищева Алёна Сергеевнау кандидат технических паук, доцент кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи и учебные пособия б области теплофизики и теплотехники. Кашланов Владислав Витальевич, студент энергетического факультета УлГТУ.

УДК 621.313.633.2

Г * ^ * * Гг ы * 4.1 I

И. Ю. МУЛЛИН

РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧАХ

Рассматриваются вопросы автоматизации управления дуговой плавильной печи. На микроконтроллере реализована система регулирования силового тока, напряжения. Обосновываются преимущества регулятора напряжения на основе гииротно-импульсного модулятора.

Ключевые слова: дуговая сталеплавильная печь, регулятор напряжения, силовой ключ, широтно-импульсный модулятор.

При автоматизации дуговых сталеплавильных печей регулирование напряжения может осуществляться переключением обмоток трансформатора или применением тиристорного регулятора напряжения (рис. 1).

Применение тиристорного регулятора напряжения приводит к появлению гармоник в диаграмме выходного напряжения [1]. Амплитуда этих гармоник достаточно велика и зависит от угла управления тиристорами (рис. 2, а).

Предлагается регулировать первичное напряжение трансформатора с помощью широтно-импульсного преобразователя (ШИП). Это позволяет существенно увеличить частоту высших гармоник (рис. 2, б).

©Муллин И. Ю., 2010

ч Дифференциальные уравнения равновесия мгновенных значений напряжений в первичных и вторичных цепях трансформатора описываются выражениями

и А = 1л* А + 1АР1А + м лР1а

V в = 1вкв + 1ВРЬ + МВР1Ь и с = + 1ср!с + МСР!с

- мАР1А = 1аяа + ьаР1а + иа

~ М ВР1В = 1ЬКЬ + ЬЬР1Ъ +иь

- мср!с = ЛЛ + ^ср1с + ис J

(1)

где Я, Ь, /, и - соответственно сопротивление, индуктивность, ток и напряжение в соответствующей цепи;

А, В, С - индексы первичной цепи трансформатора;