Оптимизация температурных режимов общественно-административных и производственных зданий

• Автор: Анисимова, Елена Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

1.1 Параметры температурного режима здания

1.1.1 Возмущающие воздействия

1.1.2 Управляющие воздействия

1.1.3 Вероятностные и детерминированные факторы теплового режима

здания.

1.2 Анализ систем управления температурным режимом здания

1.2.1 Задачи системы управления температурным режимом здания

1.2.2 Система регулирования теплового режима здания

Выводы по первой главе.

ГЛАВА 2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ЗДАНИЯ.

2.1 Математическое моделирование температурного режима здания

2.1.1 Синтез структуры математической модели.
2.1.2 Представление структуры математической модели в интегральной форме.
2.2 Параметрическая идентификация математической модели теплового
режима здания
2.2.1 Конструирование прибора, отслеживающего изменение температур в помещении
2.2.2 Параметрическая идентификация разработанной модели теплового режима здания
2.3 Алгоритмы управления тепловым режимом здания на основе
математической модели теплового режима здания
2.4 Разработка математической модели теплового режима здания, отражающей различные значения температуры теплоносителя на вводе в отопительный прибор. Постановка задачи.
2.4.1 Представление структуры математической модели в интегральной форме для нестационарных условий.
2.4.2 Представление структуры математической модели в интегральной форме для стационарных условий.
Выводы по второй главе.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ ЗДАНИЯ ГК МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
3.1 Анализ возможности экономии тепловой энергии при прерывистом режиме отопления
3.1.1 Оптимальный режим прерывистого отопления. Постановка задачи
3.1.2 Определение оптимального режима прерывистого отопления.
3.1.3 Определение оптимального режима прерывистого отопления в случае, когда длительность интервалов постоянства неодинаковая.
3.1.4 Область допустимых решений функционала 1.
3.1.5 Описание программного комплекса
3.2 Эффективность оптимального режима прерывистого отопления
3.3 Натоп здания с температуры наружного воздуха.
Выводы по третьей главе.
ГЛАВА 4. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫМ РЕЖИМОМ
ЗДАНИЯ КАК ПРОЦЕССОМ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ .
4.1 Структура модели теплового режима здания с распределенными параметрами
4.2 Постановка задачи оптимального управления тепловым режимом здания и вывод условной оптимальности
4.2.1 Математическая постановка задачи
4.2.2 Принцип максимума.
4.2.3 Доказательство принципа максимума.
4.2.4 О вычислительных аспектах оптимального управления.
4.3 Анализ особенностей оптимального управления тепловым режимом
здания как системой с распределенными параметрами.
4.3.1 Эффективность оптимального управления тепловым режимом здания как системой с распределенными параметрами.
4.3.2 Описание программного комплекса по нахождению оптимального управления тепловым режимом здания как системы с распределенными параметрами.
4.4 Описание блоксхемы оптимального процесса управления тепловым
режимом здания.
Выводы по четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.
Приложение 1 Классификация управляющих воздействий в системах
теплоснабжения.
Приложение 2 Окно программы, регистрирующей показания датчиков
температуры
Приложение 3 Программы для расчетов тепловых режимов, позволяющих
оценить качественную адекватность модели.
Приложение 4 Значения критерия оптимальности I для различных значений
тепловой мощности систем отопления из области допустимых решений
Приложение 5 Программа для определения оптимального режима
прерывистого отопления здания
Приложение 6 Интерфейс программного комплекса по определению
оптимального режима прерывистого отопления
Приложение 7 Блоксхема алгоритма программы по определению
оптимального режима прерывистого отопления.
Приложение 8 Результаты расчетов различных режимов прерывистого
отопления
Приложение 9 Критерий оптимальности для различных режимов натопа здания
при пуске системы отопления с температуры наружного воздуха
Приложение Заключения о внедрении.
ВВЕДЕНИЕ


Колебания температуры наружного воздуха носят периодический и непериодический, характер. Непериодические колебания возникают под воздействием случайных факторов. Они могут быть достаточно длительными, многосуточными например, вызванные прохождением через данный район холодный волны воздуха и кратковременными, обусловленными локальными причинами. Температура воздуха изменяется также с увеличением расстояния от поверхности земли. В пределах города наблюдаются температурные контрасты, обусловленные различной плотностью застройки, высотой домов, шириной улиц и площадей, их расположением по сторонам света, растительным покровом, что приводит к неравномерности наружной температуры . Значительное влияние на теплопотери здания оказывают скорость и направление ветра. Под действием ветра происходит проникновение наружного воздуха через щели, оконные и дверные заполнения, а также горизонтальное перемещение потоков воздуха с наветренной стороны на подветренную . Вследствие ветрового и гравитационного давлений возникает вертикальное перемещение потоков воздуха внутри здания, сопровождающееся интенсивной инфильтрацией наружного воздуха в помещениях этажей, постепенно уменьшающейся по высоте здания. В помещениях верхних этажей может происходить эксфильтрация через наружные ограждения , . Степень воздействия ветра на тепловые потери зависит от ориентации здания по сторонам света , так как скоростной напор ветра по преобладающему направлению значительно больше, чем по остальным. По динамическим характеристикам теплопотери зданий, обусловленные влиянием ветра, автор делит на быстрые и медленные. Быстрые тепловые потери обусловлены проникновением холодного воздуха путем инфильтрации через неплотности в оконных и дверных проемах, стыки наружных стеновых панелей. При этом величина инфильтрации зависит в большой степени от качества оформления оконных проемов и ухода за ними. Помимо увеличения общего размера теилопотерь, ветер приводит к уменьшению запаздывания при прохождении тепловой волны через стену, а также к относительному сглаживанию доли медленных теилопотерь в суммарных теплопотерях здания . Известно, что направление и скорость движения атмосферного воздуха сильно изменчивы во времени. Однако, как утверждает автор , на тепловые потери здания оказывают влияние не отдельные порывы ветра, а его усредненное за определенный промежуток времени значение, которое и должно учитываться в системах автоматического управления тепловым режимом здания. Исследования показали, что между домами в квартале направление ветра при данном господствующем ветре меняется по всем румбам , . Однако в каждой точке можно выделить преимущественное, характерное для нее направление ветра, которое не всегда совпадает с господствующим ветром и зависит от направления обтекаемых препятствий. Поэтому высокая точность компенсации одновременного влияния скорости и направления ветра на тепловой режим здания может быть достигнута только при местном, пофасадном и индивидуальном автоматическом регулировании температуры внутреннего воздуха , , . Поступление теплоты за счет солнечной радиации занимает существенную долю в тепловом балансе отапливаемых помещений. Инсоляционная теплота проникает в отапливаемые помещения по каналам быстрых и медленных теплопотерь теплопоступлений . Быстрые теплопоступления обусловлены в основном непосредственным проникновением коротковолнового солнечного излучения через окна, медленные радиационным нагревом наружных стен. Различают прямую, рассеянную и отраженную солнечную радиацию. Количество прямой солнечной радиации, поступающей на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам, зависит от широты местности, времени года, состояния атмосферы. Рассеянная радиация, как и отраженная, в основном для всех ограждений одинакова, независимо от ориентации , . Солнечная радиация является единственным положительным внешним фактором , , влияющим на тепловой режим здания благоприятно. Учет солнечной радиации возможен в случае применения систем местного, позонного пофасадного и индивидуального автоматического регулирования.