RU2685814C1 - Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения - Google Patents

Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения Download PDF

Info

Publication number
RU2685814C1
RU2685814C1 RU2018121093A RU2018121093A RU2685814C1 RU 2685814 C1 RU2685814 C1 RU 2685814C1 RU 2018121093 A RU2018121093 A RU 2018121093A RU 2018121093 A RU2018121093 A RU 2018121093A RU 2685814 C1 RU2685814 C1 RU 2685814C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
time
heating
coefficient
heat supply
dependence
Prior art date
Application number
RU2018121093A
Other languages
English (en)
Inventor
Андрей Сергеевич Хремкин
Степан Александрович Панфилов
Олег Владимирович Кабанов
Ольга Сергеевна Язовцева
Максим Сергеевич Видякин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Priority to RU2018121093A priority Critical patent/RU2685814C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2685814C1 publication Critical patent/RU2685814C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D19/00—Details
    • F24D19/10—Arrangement or mounting of control or safety devices

Abstract

Изобретение относится к способам определения оптимального времени разогрева объекта с минимально допустимой температуры до оптимально комфортной для заданного объекта к нужному моменту времени. Способ определения оптимального времени разогрева объекта состоит из определения необходимых теплофизических характеристик объекта для нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных, полученных в ходе разогрева объекта. Затем определяют зависимость окружающей температуры от коэффициента активной работы системы теплоснабжения. Коэффициент активной работы системы теплоснабжения определяют по следующей формуле:K=t/t= P/,где К– коэффициент активной работы системы теплоснабжения, t– время активной работы системы теплоснабжения за время t, P– средняя потребляемая мощность, Р– номинальная мощность источника теплоснабжения. Далее определяют зависимость времени разогрева объекта от окружающей температуры и с помощью полученных данных находят зависимость времени разогрева объекта к определенному моменту времени от коэффициента активной работы системы теплоснабжения, при этом если коэффициент активной работы системы теплоснабжения отсутствует, то определение оптимального времени разогрева объекта находят с помощью зависимости времени остывания объекта от окружающей температуры, затем получают оптимальное время разогрева объекта в зависимости от окружающей температуры. Способ позволяет определить оптимальное время разогрева объекта без использования внешнего климатического оборудования и повысить эффективность режима энергосбережения и управляемость системы автономного теплоснабжения за счет более точного определения момента включения системы теплоснабжения в активную работу. 5 ил.

Description

Изобретение относится к способам определения оптимального времени разогрева объекта с минимально допустимой температуры до оптимально комфортной для заданного объекта к нужному моменту времени.
Известен способ определения оптимального времени разогрева помещения, в котором описано решение задачи параметрической идентификации математической модели теплового режима здания, которая учитывает тепло-инерционные свойства ограждения (в частности, постоянную времени Т). Разработана структура математической модели, позволяющая показывать изменения наружной температуры от времени. С помощью данной модели происходит определение зависимости внутренней температуры от внешних климатических условий, характеристик здания и параметров системы теплоснабжения. Разработан оптимальный алгоритм управления режимом прерывистого отопления, который заключается в снижении мощности системы теплоснабжения до минимального значения в первый интервал времени и поддержания тепловой мощности на максимальном уровне во втором периоде (Анисимова Е.Ю. Оптимизация температурных режимов общественно-административных и производственных зданий: дисс. канд. тех. наук / Е.Ю. Анисимова; Южно-Уральский государственный университет, 2008, с. 34-56).
Недостатком известного способа является то, что для определения оптимального времени разогрева с минимально допустимой температуры к нужному моменту времени используется датчик наружной температуры и не учитываются дополнительные факторы, влияющие на определение времени разогрева.
Известен способ определения коэффициента тепловой аккумуляции здания на основе теплового баланса с использованием с использованием коэффициентов описывающих теплофизические свойства объекта (Соколов Е.Я., Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов.- 7-е изд. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472 с.: глава 8).
Недостатком известного способа является то, коэффициент тепловой аккумуляции здания находят путем определения коэффициентов, характеризующих теплофизические свойства объекта по нормативным документам, что на практике не всегда совпадает с реальными теплофизическими свойствами объекта.
Известен способ, который заключается в определении времени разогрева объекта, исходя из построенной математической модели, которая представляет собой дифференциальное уравнение с начальными условиями. Для данного уравнения численным методом решена задача Коши. Постоянная времени разогрева определяется аналитическим методом (Нагорная А.Н. Математическое моделирование и исследование нестационарного теплового режима зданий: дисс. кан. тех. наук / А.Н. Нагорная; Южно-Уральский государственный университет, 2008, с. 25-63).
Недостатком известного способа является то, что использование климатического оборудования усложняет систему управления временем разогрева объекта.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ, состоящий из определения необходимых теплофизических характеристик объекта для нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных полученных в ходе разогрева объекта и получения зависимости времени разогрева объекта к нужному моменту времени, используя математическую модель теплового режима объекта. После нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта, определяют зависимость окружающей температуры от коэффициента активной работы системы теплоснабжения. Коэффициент активной работы системы теплоснабжения определяют по следующей формуле:
Ka = tраб/tпод = Pзатр/Pуст,
где Ка – коэффициент активной работы системы теплоснабжения, tраб – время активной работы системы теплоснабжения за время tпод, Pзатр – средняя потребляемая мощность, Руст – номинальная мощность источника теплоснабжения.
Далее определяют зависимость времени разогрева объекта от окружающей температуры и с помощью полученных данных находят зависимость времени разогрева объекта к определенному моменту времени от коэффициента активной работы системы теплоснабжения, при этом если коэффициент активной работы системы теплоснабжения отсутствует то определение оптимального времени разогрева объекта находят с помощью зависимости времени остывания объекта от окружающей температуры, затем получают оптимальное время разогрева объекта в зависимости от окружающей температуры. патент на изобретение (RU № 2643945, МПК F24D 19/10, опубл. 06.02.2018).
Недостатком известного способа является, то что производится сравнение изменения температуры внутри объекта в момент остывания с Тв1 до Тв2 и по полученным значениям из табличной зависимости берется расчетное Токр, но из-за старения материалов и изменения их ТФС (теплофизических свойств) данные значения, представленные в таблицы, будут неинформативны, а, следовательно, через промежуток времени определение по ней Токр будет неинформативно.
Технический результат заключается в повышении эффективности режима энергосбережения и управляемости систем автономного теплоснабжения за счет более точного определения момента включения системы теплоснабжения в активную работу, с учетом возмущающих воздействий на объект теплоснабжения и отсутствия необходимости сравнения с табличными зависимостями.
Сущность изобретения заключается в том, что способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения состоит из определения необходимых теплофизических характеристик объекта для нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных полученных в ходе разогрева объекта и получения зависимости времени разогрева объекта к нужному моменту времени, используя математическую модель теплового режима объекта. После нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта, определяют зависимость окружающей температуры от коэффициента активной работы системы теплоснабжения. Коэффициент активной работы системы теплоснабжения определяют по формуле (1).
Далее определяют зависимость времени разогрева объекта от окружающей температуры и с помощью полученных данных находят зависимость времени разогрева объекта к определенному моменту времени от коэффициента активной работы системы теплоснабжения, при этом если коэффициент активной работы системы теплоснабжения отсутствует то определение оптимального времени разогрева объекта находят с помощью зависимости времени остывания объекта от окружающей температуры, затем получают оптимальное время разогрева объекта в зависимости от окружающей температуры.
Для определения момента включения системы теплоснабжения на разогрев объекта к нужному моменту времени, в момент когда коэффициент активной работы отсутствует, расчетное значение момента включения определяют по времени остывания температуры внутри помещения на 1°С.
На фиг. 1 представлен график коэффициента активной работы от температуры окружающей среды; на фиг. 2 - экспериментальная кривая в ходе разогрева исследуемого объекта; на фиг. 3 - зависимость времени разогрева объекта от температуры окружающей среды; на фиг. 4 - зависимость времени разогрева объекта от коэффициента активной работы; на фиг. 5 - график изменения температуры внутри исследуемого объекта при отключении системы теплоснабжения.
Способ заключается в следующем. Для получения зависимости времени разогрева от коэффициента активной работы требуется выявление зависимостей Ка=f(Токр.) (фиг. 1), tвр.р= f(Тигр.) (фиг. 2) с помощью переносной автоматизированной установки для определения теплофизических свойств.
Задают температуру поддержания внутри объекта - Тв.
Определяют среднюю окружающую температуру за время проведения исследования, °C:
Figure 00000001
 (2)
где
Figure 00000002
температура окружающей среды в i момент времени, n – количество снятых показаний.
Определяют общую площадь
Figure 00000003
 и объем
Figure 00000004
 объекта по наружному обмеру.
Определют среднюю потребляемую мощность на поддержание заданной температуры, Вт:
Figure 00000005
. (3)
где Pзатр – средняя потребляемая мощность, Руст – номинальная мощность источника теплоснабжения, tраб - время активной работы системы теплоснабжения за время tпод.
Определяют коэффициент теплопередачи, Вт/(м2.ºC):
Figure 00000006
 (4)
Определяют удельную тепловую характеристику объекта, Вт/(м3∙ºC):
Figure 00000007
 (5)
Среднюю потребляемую мощность, затрачиваемую на поддержание требуемой температуры внутри исследуемого объекта, в зависимости от температуры окружающего воздуха определяют по формуле (6) с использованием коэффициента теплопередачи и с учетом общей площади исследуемого объекта по наружному обмеру, Вт:
Figure 00000008
 (6)
Среднюю потребляемую мощность, затрачиваемую на поддержание требуемой температуры внутри исследуемого объекта в зависимости от температуры окружающего воздуха определяют по формуле (7) с использованием удельной тепловой характеристики и объема помещения по наружному обмеру, Вт:
Figure 00000009
 (7)
Коэффициент активной работы системы теплоснабжения находят по следующей формуле (8):
Ka = tраб/tпод = Pзатр/Pуст, (8)
На фиг. 1 представлен график Ка=f(Токр.). Расчетную кривую строят по полученным теплофизическим характеристикам объекта и с помощью формул (6) или (7).
Для того чтобы найти время разогрева объекта в зависимости от окружающей температуры tвр.р= f(Токр.) необходимо знать уравнение теплового режима объекта.
Тепловой режим отапливаемого объекта может быть описан следующим дифференциальным уравнением (9):
Figure 00000010
 (9)
где
Figure 00000011
 - разница между окружающей и внутренней температурами в каждый момент времени
Figure 00000012
, Тр - постоянная времени разогрева,
Figure 00000013
- коэффициент передачи по каналу «мощность системы отопления - температура внутреннего воздуха» находится по следующей формуле (10):
Figure 00000014
 (10)
Для нахождения оптимального времени разогрева объекта используют уравнение (11), принятое в теории автоматического управления:
Figure 00000015
 (11)
Для аналитического решения уравнения (11) методом разделения переменных приводят его к виду:
Figure 00000016
Figure 00000017
 (12)
Общим решением уравнения (12) является функция:
Figure 00000018
Figure 00000016
 (13)
Для заданной окружающей температуры и заданного начального значении внутренней температуры находят значение С:
Figure 00000019
 (14)
Figure 00000020
 (15)
Решение уравнения (11) примет вид:
Figure 00000021
 ( 16)
Находят постоянную
Figure 00000022
 методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных полученных в ходе разогрева помещения при фиксированной мощности системы теплоснабжения.
Пусть
Figure 00000023
,
где
Figure 00000024
,
Figure 00000025
,
необходимо найти х. Поскольку х входит в степень экспоненты, то его находят составив функционал для метода наименьших квадратов, как квадрат разницы натуральных логарифмов (17):
Figure 00000026
 (17)
Для нахождения минимума этого функционала, находят его производную по х и приравнивают к 0 (18):
Figure 00000027
 (18)
Решают полученное уравнение относительно х (19):
Figure 00000028
 (19)
Постоянную времени разогрева определяют по формуле (20):
Figure 00000029
 (20)
По полученным данным для Токр строят график зависимости tвр.р от Токр по формуле (21):
Figure 00000030
 (21)
Объединение функциональных зависимостей, приведенных на фиг. 1 и 3 позволяет получить зависимость tвр.р=f(Ka) по результатам эксперимента по определению теплофизических свойств объекта теплоснабжения (фиг. 4).
В случае, если коэффициент активной работы равен Ka=0 (температура в помещении выше заданной, при переходе из режима поддержания оптимальной температуры в режим энергосбережения – когда температура внутри помещения начинает постепенно снижаться), зависимость времени разогрева определяется исходя из зависимости времени изменения температуры внутри отдельного помещения или объекта на 1 оС.
По полученному значению зависимости tост=f(∆Tв) времени остывания температуры в помещении на 1 оС, определяется расчетная окружающая температура по формуле:
Figure 00000031
 (22)
где Твi - температура внутри объекта в i момент времени, Тв(0) – начальное значение внутренней температуры = ∆Tв.
Так как То – постоянная времени при остывании отличается от Тр при разогреве, найдем ее методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных полученных в ходе остывания помещения при отключении подачи тепла.
Пусть
Figure 00000032
,
где
Figure 00000024
,
Figure 00000033
Необходимо найти
Figure 00000034
. Поскольку
Figure 00000034
входит в степень экспоненты, то его находят, если составить функционал для метода наименьших квадратов, как квадрат разницы натуральных логарифмов (23).
Figure 00000035
 (23)
Для нахождения минимума этого функционала, находят его производную по
Figure 00000034
и приравнивают к 0:
Figure 00000036
 (24)
Решают полученное уравнение относительно
Figure 00000034
:
Figure 00000037
 (25)
Постоянную времени остывания определяют по формуле:
Figure 00000038
 (26)
Затем по полученному значению расчетной окружающей температуры, из формулы (27) производят определение расчетного времени разогрева объекта к нужному моменту времени:
Figure 00000039
 (27)
По сравнению с известным решением, предлагаемое позволяет повысить эффективность режима энергосбережения и управляемость систем автономного теплоснабжения за счет более точного определения момента включения системы теплоснабжения в активную работу, с учетом всех возмущающих воздействий на объект теплоснабжения.

Claims (3)

  1. Способ определения оптимального времени разогрева объекта, состоящий из определения необходимых теплофизических характеристик объекта для нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта методом наименьших квадратов с использованием экспериментальных данных, полученных в ходе разогрева объекта и получения зависимости времени разогрева объекта к нужному моменту времени, используя математическую модель теплового режима объекта, после нахождения постоянной времени разогрева и остывания объекта определяют зависимость окружающей температуры от коэффициента активной работы системы теплоснабжения, коэффициент активной работы системы теплоснабжения определяют по следующей формуле:
  2. Ka = tраб/tпод = Pзатр/Pуст,
  3. где Ка – коэффициент активной работы системы теплоснабжения, tраб – время активной работы системы теплоснабжения за время tпод, Pзатр – средняя потребляемая мощность, Руст – номинальная мощность источника теплоснабжения, после чего определяют зависимость времени разогрева объекта от окружающей температуры и с помощью полученных данных находят зависимость времени разогрева объекта к определенному моменту времени от коэффициента активной работы системы теплоснабжения, при этом если коэффициент активной работы системы теплоснабжения отсутствует, то определение оптимального времени разогрева объекта находят с помощью зависимости времени остывания объекта от окружающей температуры, затем получают оптимальное время разогрева объекта в зависимости от окружающей температуры, отличающийся тем, что для определения момента включения системы теплоснабжения на разогрев объекта к нужному моменту времени, в момент когда коэффициент активной работы отсутствует, расчетное значение момента включения определяют по времени остывания температуры внутри помещения 1 ºС.
RU2018121093A 2018-06-07 2018-06-07 Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения RU2685814C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018121093A RU2685814C1 (ru) 2018-06-07 2018-06-07 Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018121093A RU2685814C1 (ru) 2018-06-07 2018-06-07 Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2685814C1 true RU2685814C1 (ru) 2019-04-23

Family

ID=66314805

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018121093A RU2685814C1 (ru) 2018-06-07 2018-06-07 Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2685814C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781893C1 (ru) * 2021-12-07 2022-10-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Способ определения минимального времени включения системы отопления на нагрев помещения здания

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3703000A1 (de) * 1987-02-02 1988-08-11 Siemens Ag Anordnung zum steuern einer gebaeudeheizung oder -kuehlung
FR2755262A1 (fr) * 1996-10-31 1998-04-30 Gaz De France Procede de programmation du chauffage intermittent d'un batiment et programmateur pour la mise en oeuvre de ce procede
RU2144162C1 (ru) * 1996-07-16 2000-01-10 Кричке Владимир Оскарович Автоматизированная система для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла в системах теплоснабжения
RU98118377A (ru) * 1996-03-12 2000-08-27 Рейкем Корпорейшн Электрическая нагревательная система
RU2231821C1 (ru) * 2002-10-18 2004-06-27 Ульяновский государственный технический университет Способ программного регулирования греющей мощности
RU2232352C2 (ru) * 2002-02-28 2004-07-10 Виктор Александрович Белошенко Способ мониторинга объектов теплоснабжения и способ контроля системы отопления зданий
RU2643945C1 (ru) * 2016-11-02 2018-02-06 Олег Владимирович Кабанов Способ определения оптимального времени разогрева объекта

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0886813B1 (en) * 1996-03-12 2003-01-08 TYCO Electronics Corporation Electrical heating systems

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3703000A1 (de) * 1987-02-02 1988-08-11 Siemens Ag Anordnung zum steuern einer gebaeudeheizung oder -kuehlung
RU98118377A (ru) * 1996-03-12 2000-08-27 Рейкем Корпорейшн Электрическая нагревательная система
RU2144162C1 (ru) * 1996-07-16 2000-01-10 Кричке Владимир Оскарович Автоматизированная система для измерения и учета расхода теплоносителя и тепла в системах теплоснабжения
FR2755262A1 (fr) * 1996-10-31 1998-04-30 Gaz De France Procede de programmation du chauffage intermittent d'un batiment et programmateur pour la mise en oeuvre de ce procede
RU2232352C2 (ru) * 2002-02-28 2004-07-10 Виктор Александрович Белошенко Способ мониторинга объектов теплоснабжения и способ контроля системы отопления зданий
RU2231821C1 (ru) * 2002-10-18 2004-06-27 Ульяновский государственный технический университет Способ программного регулирования греющей мощности
RU2643945C1 (ru) * 2016-11-02 2018-02-06 Олег Владимирович Кабанов Способ определения оптимального времени разогрева объекта

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2781893C1 (ru) * 2021-12-07 2022-10-19 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Способ определения минимального времени включения системы отопления на нагрев помещения здания

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bălan et al. Parameter identification and model based predictive control of temperature inside a house
Aswani et al. Reducing transient and steady state electricity consumption in HVAC using learning-based model-predictive control
Neto et al. Comparison between detailed model simulation and artificial neural network for forecasting building energy consumption
KR20190140810A (ko) 목표 온도를 기반으로 하는 빌딩의 열·공조 시스템에 대한 공급 전력 제어 방법 및 장치
RU2009133469A (ru) Управление отопительной системой на основе требуемой тепловой мощности
Kuboth et al. Experimental short-term investigation of model predictive heat pump control in residential buildings
RU2655154C2 (ru) Способ регулирования заданного значения температуры теплопередающей среды
Evren et al. Experimental investigation of energy-optimum radiant-convective heat transfer split for hybrid heating systems
Ghosh et al. Performance evaluation of a guarded hot box U-value measurement facility under different software based temperature control strategies
RU2655640C2 (ru) Способ и устройство определения коэффициента тепловых потерь помещения
Weitzmann Modelling building integrated heating and cooling systems
Salque et al. Neural predictive control for single-speed ground source heat pumps connected to a floor heating system for typical French dwelling
CN114879770B (zh) 一种基于线性回归预测的恒温控制方法
Maivel et al. Radiator and floor heating operative temperature and temperature variation corrections for EN 15316-2 heat emission standard
RU2685814C1 (ru) Способ определения оптимального времени разогрева объекта теплоснабжения
Kwak et al. Management of cooling energy through building controls for thermal comfort and relative performance in an office building
RU2643945C1 (ru) Способ определения оптимального времени разогрева объекта
Basak et al. Performance evaluation of material and comparison of different temperature control strategies of a Guarded Hot Box U-value Test Facility
Zhai et al. Energy efficiency improvement with k-means approach to thermal comfort for ACMV systems of smart buildings
Liu et al. An on-off regulation method by predicting the valve on-time ratio in district heating system
Rogers et al. Experimental investigation of a Recursive Modelling MPC system for space heating within an occupied domestic dwelling
Basak et al. Performance evaluation of a guarded hot box test facility using fuzzy logic controller for different building material samples
CN115470629A (zh) 热力学参数确定方法、装置、计算机设备和存储介质
JP2009052812A (ja) 温水暖房装置の制御方法
CN111664500B (zh) 采暖温度的控制方法、装置、计算机设备及可读存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200608