Optimum Control of Temperature and Flow of the Heating Agent in Heating Networks with Variable Efficiency of Pumps

Autor: Panferov, S.V., Panferov, V.I.
Rok vydání: 2021
Předmět:
температура и расход теплоносителя
heating agent temperature and flow rate
задача нелинейного программирования
62-52 [УДК 697.34]
эквивалентный отопительный прибор
heat supply schedules
потери теплоты теплопроводом
качественно-количественное регулирование
equivalent heating device
nonlinear programming problem
графики теплоснабжения
критерий оптимальности
heat loss by a heat pipe
electricity consumption for pumping
qualitative and quantitative control
затраты электроэнергии на перекачку
pump efficiency
optimality criterion
коэффициент полезного действия насоса
Popis: Панферов Сергей Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры градостроительства, инженерных сетей и систем, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск), panferovsv@susu.ru Панферов Владимир Иванович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры информационно-аналитического обеспечения управления в социальных и экономических системах, Южно-Уральский государственный университет (Челябинск); профессор кафедры авиационных комплексов и конструкций летательных аппаратов, Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», филиал в г. Челябинске, tgsiv@mail.ru S.V. Panferov1, panferovsv@susu.ru V.I. Panferov1,2, tgsiv@mail.ru 1 South Ural State University, Chelyabinsk, Russian Federation 2 Russian Air Force Military Educational and Scientific Center “Air Force Academy named after Professor N.E. Zhukovsky and Y.A. Gagarin”, Chelyabinsk branch, Chelyabinsk, Russian Federation Проблема энергосбережения в жилищно-коммунальной сфере в настоящее время является весьма актуальной. Решение этой задачи возможно прежде всего за счет разработки и реализации в системах автоматизации оптимальных алгоритмов управления процессами отопления и теплоснабжения в целом. Рассматривается проблема выбора температуры и расхода теплоносителя по критерию минимума затрат электрической энергии на перекачку и сокращения тепловых потерь при его транспортировке по теплопроводам. При решении задачи учитываются характеристики теплопотребляющего оборудования и то значение теплоты, которое, собственно, необходимо для поддержания требуемой температуры микроклимата зданий. Также при этом считается, что коэффициент полезного действия (КПД) сетевых насосов зависит от подачи – расхода перекачиваемой среды, а объект теплоснабжения представляется эквивалентным отопительным прибором. Данная задача представляет собой условную задачу оптимизации с двумя аргументами. Решение задачи приводит к необходимости отыскания корней полного алгебраического уравнения четвертой степени, в работе для этого использовали известные онлайн-калькуляторы. Приведены данные расчета оптимальных температуры и расхода для конкретных условий. Численными исследованиями подтверждено, что в используемых в работе экстремальных точках действительно достигается локальный минимум критерия оптимизации. Указаны способы определения параметров отопительного прибора, являющегося расчетным эквивалентом теплопотребляющего оборудования объекта как по эксплуатационным, так и по расчетным данным, используемым при проектировании системы теплоснабжения. Установлено, что в тепловых сетях следует применять качественно-количественное регулирование процесса теплоснабжения, т. е. при изменении температуры наружного воздуха необходимо изменять не только температуру теплоносителя, но и его расход. Следует подчеркнуть, что в настоящее время в подавляющем большинстве случаев используется качественный метод регулирования процесса теплоснабжения. Полученные результаты могут быть использованы в составе алгоритмического обеспечения современных систем управления теплоснабжением. The problem of energy saving in the housing and communal sector is currently very urgent. The solution to this problem is possible, first of all, through the development and implementation in automation systems of optimal algorithms for controlling heating and heat supply processes in general. The problem of the choice of the temperature and flow rate of the heat carrier according to the criterion of the minimum consumption of electrical energy for pumping and the reduction of heat losses during its transportation along heat pipelines is considered. When solving the problem, the characteristics of heat-consuming equipment and the value of heat that is actually necessary to maintain the required temperature of the microclimate of buildings are taken into account. It is also considered that the efficiency of network pumps depends on the supply - flow rate of the pumped medium, and the heat supply object is represented as an equivalent heating device. This problem is a conditional optimization problem with two arguments. The solution of the problem leads to the need to find the roots of the complete algebraic equation of the fourth degree; to do this, well-known on-line calculators have been used in this work. The data for calculating the optimal temperature and flow rate for specific conditions are given. Numerical studies have confirmed that at the extreme points used in the work a local minimum of the optimization criterion is actually achieved. Methods for determining the parameters of a heating device, which is the calculated equivalent of the heatconsuming equipment of the object, are indicated, both in terms of operational and calculated data used in the design of the heat supply system. It has been established that in heat networks it is ne-cessary to apply qualitative and quantitative regulation of the heat supply process, i.e. when the out-side temperature changes, it is necessary to change not only the temperature of the coolant, but also its consumption. To the point, it should be emphasized that at present, in the overwhelming majority of cases, a qualitative method of regulating the heat supply process is used. The results obtained can be used as part of the algorithmic support of modern heat supply control systems.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: