Введение к работе
і
Актуальность проблемы.
Необходимость создания математических методик и программных средств для исследования и оптимизации системы теплоснабжения продиктовано тем, что экономия н повсеместный учет энергетических ресурсов становится одним из главных приоритетов государственной политики.
Исследование режимов теплоснабжения включает в себя решение таких задач как: распределение потоков теплоносителя (воды), определение тепловых потерь магистральных теплопроводов, расчет тепловых потерь по дому в целом и в отдельно взятых квартирах, расчет равновесных температур помещений, анализ эффективности проведения энергосберегающих мероприятий и др.
Построению моделей тепловых и гидравлических режимов систем теплоснабжения посвящено множество работ, среди которых можно отметить работы А.Д. Алыитуля, В.Н. Богославского, А.М. Занфирова, ИМ. Зингера, С.С. Кутатедзе, Ю.А. Матросова, ЕЛ. Соколова, А.Н. Сканави, Ю.А. Табушшпсова ВЛ. Хасилева, В.Г. Шухова, BJL Шифринсона, С.А. Чистови-ча, В.М. Чаплина и др.
Центральная система теплоснабжения представляет собой многоуровневую иерархическую структуру. Первый уровень представляет собой систему трубопроводов от крупных теплоисточников к центральным тепловым пунктам (ЦТП). Система распределения тепла от ЦТП к зданиям образуют второй уровень. Третий уровень системы теплоснабжения составляют схемы теплоснабжения отдельных зданий.
Таким образом, система теплоснабжения города представляет трехуровневую систему со всеми присущими таким сложным системам особенностями поведения (нелинейность, взаимозависимость, изменчивость и т. д.). В силу постоянного развития системы теплоснабжения усиливаются взаимосвязи между ее различными уровнями и подсистемами (рост присоединенной нагрузки на котельные и ЦТП за счет новых абонентов, увеличивается раз-влетленность и протяженность тепловых сетей и др.). Так как различные уровни центральной системы теплоснабжения взаимозависимы, то решения по ее функционированию, принимаемые по каждой подсистеме в отдельности, не являются оптимальными для систем в целом.
В силу иерархичности системы централизованного теплоснабжения простые интуитивные решения здесь не срабатывают. Так, например, расчеты показывают: для того чтобы механизм экономии заработал как можно быстрее необходимо проводить утеплительные мероприятия в строго определенной последовательности, как в группе домов, обслуживающихся тем или иным центральным тепловым пунктом, так и в группе центральных тепловых пунктов, обслуживающихся тем или иным теплоисточником.
Оптимальное регулирование различных уровней теплоснабжения потребителей с учетом их взаимозависимости является важнейшим условие^ существенного сокращения потерь тепла Поэтому без системного подхода, без математического моделирования системы теплоснабжения городов, без проникновения в сущность протекающих процессов и разработки алгоритмої влияния на эти процессы с целью оптимизации параметров системы, начинал от теплоисточников и заканчивая потребителями тепловой энергии, невозможно существенно снизить объемы расходования тепловой энергии.
Работа по диссертации выполнялась в рамках Федеральной межвузовской научно-технической программы "Системы энергосбережения и технологии освоения нетрадиционных возобновляемых источников энергии" пс направлению "Системы энергосбережения, энергоменеджмента и энергетического мониторинга" (шифр П.Т.447).
Целью диссертационной работы является разработка информаци онно-аналитической системы теплоснабжения (ИАСТС), предназначенго» для широкомасштабного моделирования и оптимизации элементов тепловое сети.
Достоверность полученных результатов.
Для проверки разработанных методик проводились расчеты тесто вых задач. Сравнение результатов расчетов показало удовлетворительно* согласование с экспериментальными данными и результатами, полученньші другими авторами.
На защиту выносятся.
-
Методика гидравлического и теплового расчета системы теплоснабжения;
-
Методика расчета равновесных температур помещений.
-
Математическая модель оптимизации элеваторных узлов абонентов.
-
Программно-вычислительный комплекс ИАСТС.
-
Результаты исследования и оптимизации системы теплоснабжения.
-
Результаты анализа эффективности проведения энергосберегающих меро приятии.
Научная новизна работы.
1. Предложена новая методика расчета равновесных температур помещенш
основанная на совместном решении системы уравнений теплового баланс
помещений и задачи расчета температуры теплоносителя в отопительно
системе здания.
2. Предложена математическая модель оптимизации элеваторных узло
группы зданий, обслуживаемых единым теплоисточником.
3. Разработан программно-вычислительный комплекс ИАСТС для моделирс
вания тешющдравлических режимов и оптимизации параметров многоурої
невой системы централизованного теплоснабжения.
4. Исследовано влияние сетевого расхода, температуры теплоносителя
диаметров сопл элеваторных узлов на температурный режим группы зданиі
обслуживаемых единым теплоисточником. Практическая значимость.
Полученные результаты являются новыми и могут быть использованы для оценки эффективности проведения утеплительных мероприятий, проведения комплексного энергоаудита и оптимизации системы теплоснабжения второго и третьего уровней. Созданный программный комплекс является необходимым элементом более общей информационно-аналитической системы, направленной на математическое моделирование и технико-экономическое обоснование различных вариантов реализации реформы жилищно-коммунального хозяйства в части энергосбережения зданий.
Реализация результатов:
Разработка информационно-аналитической системы расчета теплообмена и теплоснабжения комплекса зданий городской больницы №4 г. Ижевска (заказчик Горздравуправления г. Ижевска);
Проведение энергоаудита и создание баз данных графической и цифровой информации для расчета режимов теплообмена и теплоснабжения комплекса зданий, обслуживаемых ЦТП №5 (заказчик ГЖУ г. Ижевска).
Апробация работы.
Результаты исследований докладывались на:
31-ой, 32-ой научно-технических конференциях ИжГТУ (Ижевск, 1999-2000г.);
Международной конференции "Информационные технологии в инновационных проектах" (Ижевск, 1999-2000г.);
Всероссийской научно-технической конференции "Современное газоис-
пользующее оборудование и технологии в решении энергосберегающих и
экологических проблем в газовой промышленности" (Ижевск, 1999);
Ш Всероссийской конференции "Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения" (Нижний Новгород, 1999).
научных семинарах кафедр математического моделирования процессов и технологий Ижевского государственного технического университета, математического моделирования систем и процессов Пермского государственного технического университета, на семинаре Института прикладной механики УроРАН (г. Ижевск).
Публикации. Основные результаты работы отражены в 12 научных публикациях, в том числе 6 статьей, 3 тезисов докладов и 3 научно-технических отчета.
Структура и объем диссертации.