Человечество вступило в эру информатизации: в настоящее время на предприятиях, фирмах, в быту не рассматривается вопрос, внедрять или не внедрять информационные технологии. Актуальными задачами стали - какую информационную технологию и когда внедрять. Процветают фирмы и страны, которые уделяют информатизации и автоматизации технологических процессов первостепенное значение.
Информационные технологии применяются во всех сферах человеческой деятельности с целью снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов.
Данная статья посвящена вопросу оптимизации процесса расчета равновесных температур воздуха в отапливаемых помещениях.
Равновесные температуры поддерживаются работой системы отопления. Оптимизация расчета таких температур позволит автоматически поддерживать заданные комфортные условия для потребителей теплоты и обеспечит тем самым качественное и экономное отопление.
Определение значений равновесных температур ( ) основывается на совместном решении задачи расчета температуры теплоносителя в отопительной системе здания и системы уравнений теплового баланса помещений (в установившемся режиме теплообмена теплопоступления от источников теплоты равны тепловым потерям) [3,4].
В жилых помещениях теплопоступления, главным образом, определяются как сумма теплоотдачи от отопительных приборов QПР и трубопроводов стояков, расположенных в помещении QТР.
Тепловые потери помещения определяются суммой тепловых потерь через стеновые, оконные ограждения, теплопотери через двери, пол, потолок [3].
С учетом теплоотдачи отопительных приборов и теплопотерь через ограждающие конструкции балансовое уравнение для расчета температуры в помещении ( ) в общем виде может быть записано следующим образом:
где КПР - коэффициент теплопередачи отопительного прибора, отнесенный ко всей его поверхности:
КТР - коэффициент теплопередачи трубопроводов, отнесенный ко всей его поверхности:
Kj - коэффициент теплопередачи j-го фактора теплообмена помещения с улицей; Km - коэффициент теплопередачи m-го фактора теплообмена помещения с граничащими помещениями; j0 - количество факторов теплообмена помещения с улицей; m0 - количество факторов теплообмена рассчитываемого помещения с граничащими помещениями, равновесная температура которых равна ; i0 и s0 - количество тепловых приборов и трубопроводов в помещении соответственно; - температура теплоносителя в i-м отопительном приборе; - температура теплоносителя в s-м трубопроводе.
Расходы теплоносителя в отопительных приборах и трубопроводах хПР, хТР определяются решением задачи гидравлического расчета отопительной системы здания [4].
При определении температуры ( ) из равенства (1), в общем виде, температуры в граничащих помещениях являются неизвестными величинами, поэтому для определения равновесных температур необходимо решение системы уравнений теплового баланса, составленных для каждого помещения [2]:
u=1,2,...,r,
где u - номер помещения; r - количество помещений в здании.
Нелинейная система уравнений теплового баланса решается методом последовательных приближений:
где
k - номер итерации.
Температуры теплоносителей tПР и tПР в формулах (1) и (4), помимо прочих факторов, являются функциями от равновесных температур помещений, по которым проходят стояки отопительной системы здания, поэтому решение системы (4) осуществляется совместно с задачей расчета температуры теплоносителя по стоякам. На внешнем цикле решается система уравнений теплового баланса, а на внутреннем - определяется температура теплоносителя [1].
На рис. 1 представлена схема системы отопления здания для расчета температур помещений.
Структурная схема алгоритма расчета равновесных температур приведена на рис. 2.
Как показали расчеты, для определения равновесных температур в квартирах с точностью (ε) 0,1°С по данному алгоритму требуется до 8 итераций.
На сходимость итерационного процесса влияют количество помещений и величина дисбаланса отопительной системы здания.
На рис. 3 представлена зависимость невязки от числа итераций для типичного здания.
Для проверки адекватности разработанной методики расчета равновесных температур помещений проведено сравнение модельных значений температур с фактическими значениями (см. таблицу).
Объектом тестирования является дом №183 (ул. 9-е Января).
Как показали расчеты, расхождение фактических значений температуры квартир от расчетных составило в среднем 0,4÷0,9°С, максимальное расхождение составило 1,8°С.
При этом расчетное и опытное значения температуры по зданию в целом практически совпадают. Среднее отклонение фактических значений тепловых потерь квартир от модельных составило 3%, а максимальное расхождение - 7%.
Таблица Расчетные и опытные значения температуры помещений tВ
№ квартиры |
|
|
|
|
1) tH=-10°С, tT=85°С |
||||
4 |
17,3 |
19,1 |
1,8 |
1,07 |
6 |
19,3 |
17,9 |
1,4 |
0,95 |
9 |
19,0 |
19,1 |
0,1 |
1,00 |
14 |
19,0 |
19,4 |
0,4 |
1,01 |
8 |
17,5 |
17,4 |
0,1 |
1,00 |
29 |
22,0 |
21,9 |
0,1 |
1,00 |
66 |
19,0 |
20,4 |
1,4 |
1,05 |
78 |
18,0 |
16,8 |
1,2 |
0,96 |
92 |
19,5 |
18,1 |
1,4 |
0,95 |
дом |
19,0 |
18,9 |
0,9 |
1,00 |
2) tH=-15°С, tT=87°С |
||||
23 |
16,0 |
16,2 |
0,2 |
1,01 |
32 |
18,0 |
18,6 |
0,6 |
1,02 |
37 |
13,0 |
13,4 |
0,4 |
1,02 |
42 |
18,0 |
19,2 |
1,2 |
1,04 |
69 |
15,0 |
14,6 |
0,4 |
0,98 |
83 |
13,5 |
12,3 |
1,2 |
0,95 |
85 |
16,0 |
14,8 |
1,2 |
0,95 |
89 |
18,0 |
18,6 |
0,6 |
1,02 |
дом |
15,9 |
16,0 |
0,4 |
1,00 |
Таким образом, разработанная математическая модель расчета равновесных температур вполне удовлетворительно описывает процесс теплообмена помещений.
Литература