Исследование системы отопления с зависимым присоединением к источнику тепла на основе автоматизированного индивидуального теплового пункта

В данной работе исследовалась система отопления с зависимым присоединением к источнику тепла на основе автоматизированного индивидуального теплового пункта (далее —ИТП) (рисунок 1), в целях определения основных соотношений между расходами и температурами теплоносителя в системе отопления здания, а также параметров здания как объекта управления.

Рис. 1 — Блок-схема зависимого присоединения системы отопления здания на базе автоматизированного ИТП к источнику тепла

где: К1 — регулирующий клапан с электроприводом; КО1 — обратный клапан на перемычке; Н1, Н2 — моноблок циркуляционных насосов с электроприводами М1 и М2; G₁, T₁ и G₂, T₂— расходы и температуры теплоносителя на вводе в ИТП в подающем и обратном трубопроводах; T₀₁, T₀₂ — температуры теплоносителя в системе отопления здания в подающем и обратном трубопроводах; G₀ — расход теплоносителя в системе отопления здания; G₃ — расход теплоносителя через перемычку с КО1.

Исследовав блок-схему, а также типовые динамические характеристики системы отопления здания, можно сделать вывод, что расход (G₁), определяемый положением штока регулирующего седельного клапана с исполнительным механизмом, а также температура теплоносителя (T₁), определяемая режимом работы источника тепла, являются входными переменными.

Регулирование температуры подаваемого в систему отопления теплоносителя (T₀₁) происходит за счет смешивания теплоносителя из тепловой сети с температурой T₁ и расходом G₁ и теплоносителя из обратного трубопровода через перемычку с температурой T₀₂ и расходом G₃. Данный процесс объясняет последующую динамику температуры T₀₁ в системе отопления. Так как, расход G₀, определяемый циркуляционными насосами Н1 и Н2, будет неизменен, то из закона сохранения массы следует соотношение:

На основании допущения о возможности пренебрежения переходными процессами на участке смешивания в связи с тем, что скорость протекания теплоносителя намного меньше скорости распространения звука в среде, закон сохранения количества теплоты в узле смешивания теплоносителя примет вид [5]:

Таким образом, существенной задачей управления системой отопления является регулирование температуры теплоносителя на вводе в систему отопления здания (T₀₁) путем смешивания теплоносителей с температурами T₁ и T₀₂. При этом основной управляющей величиной будет являться расход теплоносителя на вводе в ИТП (G₁). Вместе с тем, входящая в уравнение величина T₀₂ определяется параметрами системы отопления и свойствами ограждающих конструкций здания, подвержена различным возмущающим воздействиям (к примеру, условия окружающей среды).

Для объективной оценки характера связи между температурами T₀₁ и T₀₂, принимая во внимание сложность системы отопления, необходимо выполнить идентификацию объекта управления по типовым экспериментальным динамическим характеристикам. В соответствии с [1] и на основании S-образного вида экспериментальных типовых динамических характеристик температур теплоносителя в системе отопления здания, уравнение объекта управления примет вид:

Постоянные времени  и коэффициент преобразования k зависят от разновидности системы отопления, свойств ограждающих конструкций здания, и климатических факторов [5].

В соответствии с вышеприведенными уравнениями, математическая модель системы отопления здания при зависимом присоединении к источнику тепла, как объекта управления, в виде структурной схемы имеет вид (рисунок 2).

Рис. 2 — Структурная схема системы отопления здания как объекта управления

Исследование экспериментальных данных [1–4] на суточных выборках отражает изменение параметров k,  в нешироких пределах, а также их зависимость от температуры наружного воздуха (T₃).

Список использованных источников

1. Потапенко Е.А., Солдатенков А.С. Особенности управления процессом отопления распределенного комплекса зданий. Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. 163 с. [Potapenko E. A., Soldatenkov A. S._Features of management of process of heating of the distributed complex of buildings. Belgorod, «Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov», 2012, 163 p. (in Russian)].
2. Потапенко Е.А., Солдатенков А.С., Яковлев А.О. Исследование алгоритмов управления процессом отопления здания с зависимым теплоснабжением. Журнал Научно-технические ведомости СПбГПУ, 2011, 2 , 74-78.
3. Гридчин А.М. Опыт внедрения современных энергоэффективных технологий на основе автоматизации распределенных энергосистем зданий вуза. Журнал Строительные материалы. «Строительные материалы: бизнес», 2005, 2, 2-5.
4. Потапенко Е.А., Солдатенков А.С. Возможности исследования процессов отопления распределенного комплекса зданий на основе стратифицированной модели теплоснабжения. Журнал Известия Самарского научного центра 171 Российской академии наук, 2011, Т13, 1 (2), 467-471.
5. Солдатенков А.С. Математическое моделирование системы управления теплопотреблением комплекса зданий. Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. 176 с. [Soldatenkov A. S._Mathematical modeling of control system the heat consumption of buildings. Belgorod, «Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov», 2015, 176 p. (in Russian)].