Предложения по разработке перспективного облика воздушной системы обеспечения теплового режима объектов термостатирования
Недостатки существующей воздушной системы обеспечения теплового режима и требования к ее перспективному облику
Для специалистов, занимающихся вопросами создания и эксплуатации таких энергоемких систем, как воздушная система обеспечения теплового режима (ВСОТР) объектов термостатирования, не может быть неактуальной проблема повышения эффективности использования энергетических ресурсов. Значимость этой проблемы еще больше возрастает в связи с Указом Президента РФ №889 от 4.06.2008 г., где ставится задача повысить энергоэффективность экономики страны к 2020 г. не менее чем на 40% по сравнению с 2007 г. [1]. Противоречие, лежащее в основе указанной проблемы и являющееся причиной значительного расхождения между желаемыми и действительными показателями энергетической эффективности ВСОТР, заключается в несоответствии режимов ее функционирования тем возмущающим воздействиям (со стороны как внешних, так и внутренних источников возмущений) в виде тепловлажностных нагрузок, которые должны компенсироваться этой системой. В чем же причины этого несоответствия?
Во-первых, поскольку возмущающие воздействия на нормируемые параметры воздушной среды в объекте термостатирования могут существенно изменяться в течение суток, то и тепловлажностные нагрузки, приходящиеся на ВСОТР и компенсируемые ею, также могут динамично изменяться.
В соответствии с этими изменениями должны своевременно корректироваться и режимы функционирования ВСОТР с их расходными и термодинамическими параметрами. Возлагать же решение этой задачи регулирования только на обслуживающий персонал, полагаясь на их опыт, знания и практические навыки, будет неправильным. Поэтому перспективная ВСОТР должна быть адаптивной, т. е. уметь самоприспосабливаться к изменению стохастически действующих возмущающих воздействий путем корректировки своего алгоритма функционирования и поиска оптимальных термодинамических процессов обработки воздуха. При этом по способу адаптации ВСОТР должна быть самонастраивающейся. Только в этом случае режимы функционирования ВСОТР будут соответствовать фактическим тепловлажностным нагрузкам в объекте термостатирования и своевременно корректироваться, как бы динамично не изменялись нагрузки в течение суток.
Во-вторых, управляющее воздействие в системе автоматического управления ВСОТР определяется в настоящее время только отклонением параметров воздушной среды в объекте термостатирования от их нормативно заданных предельных значений, а причины этого отклонения, т. е. те возмущения, под влиянием совместного воздействия которых произошло это отклонение, не анализируются. А ведь одно и то же отклонение параметров воздушной среды в объекте термостатирования может быть вызвано различными причинами, например: изменением внутренних тепловыделений непосредственно в самом объекте или изменением параметров климата, или изменением параметров воздуха в каналах его транспортировки, или, наконец, возникшей неисправностью в какой-либо из подсистем ВСОТР. Значит, и управляющее воздействие, направленное на компенсацию возникших возмущений, а следовательно и на устранение появившегося отклонения параметров воздушной среды в объекте, должно определяться не по величине этого отклонения, а по изменениям тех возмущений, в результате совместного воздействия которых оно произошло.
В-третьих, до сих пор при управлении ВСОТР решается только задача стабилизации параметров воздушной среды в объекте термостатирования в нормативно заданных пределах, а задача организации управления процессами обработки воздуха в ВСОТР по энергосберегающим технологиям с целью сокращения расходов на потребляемые при этом энергоресурсы до оптимальных значений этих расходов — такая оптимизационная задача при управлении ВСОТР даже не ставится. В результате используемая технология обработки воздуха оказывается неэкономичной: имеют место значительные перерасходы энергоресурсов, а термодинамический потенциал наружного воздуха вовсе не используется. Поэтому при формировании требований к перспективному облику ВСОТР необходимо предусмотреть также переход на использование в этой системе энергосберегающих процессов обработки воздуха.
В-четвертых, организация управления ВСОТР на уровне системы, основанная на жесткой последовательности управляющих воздействий (когда каждое последующее начинается тогда, когда прекращается предыдущее), не предусматривает приложения управляющих воздействий одновременно в каждой из подсистем ВСОТР. Это обстоятельство является причиной как значительной инерционности в управлении, так и причиной возникновения возможных автоколебательных процессов, ведущих к «раскачиванию» системы. Перевод же управления на локальный уровень (на уровень подсистем), где объектом управления будет являться не система в целом, а ее подсистемы, позволил бы значительно снизить инерционность в управлении ВСОТР и исключить причину возникновения возможных автоколебательных процессов.
Требования к составу и «качеству» исходной информации, необходимой при разработке перспективной ВСОТР
При разработке перспективной ВСОТР в качестве исходной должна приниматься следующая информация.
1. Информация о климате. Информация о климате требуется для решения двух задач.
Первая задача связана с выбором установочной производительности оборудования подсистем ВСОТР (подсистем нагрева, охлаждения, увлажнения, первой рециркуляции, второй рециркуляции). Завышенная установочная производительность оборудования, как известно, ведет к необоснованному увеличению капитальных затрат, заниженная — к увеличению времени необес-печенности τнеоб нормируемых параметров воздушной среды в объекте термостатирования (из-за возможного выхода параметров наружного воздуха за пределы принятых их расчетных значений). Поэтому установочная производительность оборудования любой из указанных подсистем ВСОТР должна приниматься такой, чтобы значение τнеоб не превышало допустимого значения , под которым понимается непрерывное время нарушения нормируемых параметров воздушной среды в объекте термостатирования. Следовательно, информация о климате должна обеспечивать установление корреляционных зависимостей между временем необеспеченности τнеоб и установочными производительностями оборудования подсистем ВСОТР (подробнее об этом см. в [2]).
Вторая задача заключается в оценке переменной составляющей эксплуатационных затрат, связанной с потребляемыми в ВСОТР расходами теплоты, «холода», воздуха и воды. Для решения этой задачи информация о климате не должна ограничиваться сведениями только о расчетных параметрах климата для теплого и холодного периодов года, а включать в себя данные по климату за любой рассматриваемый период времени в пределах года.
Нормативной же информации о климате, используемой в настоящее время и представленной в [3], совершенно недостаточно для обоснованного решения первой задачи, а вторая задача при этой информации о климате вообще не решаема.
Суть предлагаемой новой формы представления информации о климате состоит в следующем. Область параметров климата за год делится с интервалами по температуре ∆t (∆t = 2°C) и по влагосодержанию ∆d (∆d = 1 г/кг) на элементарные площадки с координатами tср , dср. Для каждой элементарной площадки указывается суммарное время повторяемости значений температуры и влагосодержания наружного воздуха в часах за год. Фрагмент информации о климате в таком виде показан на I-d-диаграмме1.
Именно такая форма представления информации о климате необходима для обоснованного выбора установочной производительности основного оборудования подсистем. Кроме того, по аналогичной форме должна представляться информация о климате за предполагаемое время функционирования ВСОТР, если система работает только в определенные периоды времени, например, с 23.00 ч. 22 июля по 23.00 ч. 25 июля (табл. 1). Информация о климате в таком виде является выборкой из массива аналогичной информации о климате за год, и на этапе проектирования она необходима для определения расходов энергоресурсов, потребляемых в ВСОТР за рассматриваемый период времени. Фрагмент такой информации о климате, выделенный в табл. 1 серым фоном, также показан на I-d-диаграмме2 и отличается от фрагмента информации о климате за год только продолжительностью (в часах).
2. Нормируемые параметры воздушной среды, которые требуется поддерживать в объекте термостатирования: температура tmin, tmax (°С), влагосодержание dmin, dmax (г/кг). Использовать здесь такой параметр, как относительная влажность (ϕmin, ϕmax), крайне нежелательно вследствие зависимости этого параметра от барометрического давления.
3. Коэффициент организации воздухообмена kL, характеризующий степень использования приточного воздуха в объекте термостатирования, определяемый из выражения (рис. 1 а):
где: IП , IР , IУ — энтальпии воздуха: приточного (П), в рабочей зоне (Р) объекта термостатирования и удаляемого (У), кДж/кг.
При kL = 1 параметры воздуха в рабочей зоне совпадают с параметрами удаляемого воздуха (рис. 1 б, в).
4. Допустимые отклонения температуры tП в приточной струе от нормируемой температуры tУ в объекте термостатирования: при ассимиляции избытков теплоты в объекте (рис. 1 б), при восполнении недостатка теплоты в объекте (рис. 1 в).
5. Кратность воздухообмена КР (отношение расхода приточного воздуха к объему рабочей зоны в термостатируемом объекте). Требование по минимальной кратности воздухообмена обусловлено необходимостью обеспечения равномерного распределения параметров воздуха (как по площади, так и по высоте) в объекте термостатирования и связано с конструктивными особенностями подсистемы воздухораспределения.
6. Максимальные тепловлажностные нагрузки на ВСОТР, которые могут возникнуть при экстремальных внешних и внутренних возмущающих воздействиях.
7. Расход наружного воздуха: минимально неизбежный и максимально целесообразный .
8. Информация об особенностях объекта термостатирования, например:
- запрет или разрешение на использование рециркуляционного воздуха;
- протяженность и тепловая защищенность сетей транспортировки наружного, рециркуляционного (R1 и R2) и приточного воздуха (от этого будет зависеть наличие или отсутствие возмущающих воздействий в этих сетях);
- особенности внутренних возмущающих воздействий (источников теплоты, «холода» и возможной влаги) в самом объекте термостатирования и др;
- особенности подсистемы воздухораспределения в объекте термостатирования.
Следует обратить внимание на то, что информацию о параметрах приточного воздуха (tП , dП, IП ) и о его расходе (mП) принимать в качестве исходных данных ни в коем случае нельзя, так как она является расчетной и должна каждый раз корректироваться при изменении возмущающих воздействий (в разделе «Требования к технологической схеме обработки воздуха в ВСОТР» это будет наглядно продемонстрировано в цифрах).
(Продолжение в СтройПРОФИль №8-2011)
Литература
1. «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики: Указ Президента Российской Федерации №889 от 04.06.2008 г.». Собрание законодательства Российской Федерации, №23, 2008 г.
2. Коченков Н. В., Кобышева Н. В., Клюева М. В.
«Энергосберегающие режимы в СКВ и характеристика климата — взаимосвязанные задачи». // «Инженерные системы», № 3, 2006 г.
3. «Строительная климатология: СНИП 23-01-99*». — М.: ФГУП ЦПП, 2005 г.
4. Коченков Н. В. «Энергосберегающие режимы систем кондиционирования воздуха: моногр.». Ч. 1: «СКВ, обслуживающие помещения с однохарактерными нагрузками». — СПб.: ВКА им. А. Ф. Можайского, 2009 г.
| Автор: Н. В. Коченков Дата: 08.10.2011 Журнал Стройпрофиль 7-11 Рубрика: вентиляция и кондиционирование Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |  |