ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ: ТЕХНОЛОГИЯ «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ», АВТОМАТИЧЕСКАЯ РЕГУЛИРОВКА ТЕМПЕРАТУРЫ ВНУТРИ ЗДАНИЯ

Фото проектов: (607) >>

Склады (53)
Производства (81)
Пищевые цеха (28)
Лаборатории (15)
Автосервисы (70)
Офисы (71)
Магазины (32)
Рестораны (25)
Жилье (55)
Больницы (29)
Школы (19)
Коридоры (36)
Общий вид (57)
Технология (16)

Последняя новость:
Проведён авторский мастер-класс для ряда подрядных организаций по технологии укладки полимерных покрытий пола...

Скидка
На всю полимерную продукцию для пола -
скидка 2%.


Быстрый переход к инфоблоку:
Огнезащита > > > Изоляция > > Архитектура > > Двери > > Строительство > > > > > > > > > Окраска металла > > > Бетон > Краски > Вентиляция > Строительные материалы > > > > > > > > > Кровля > > Плитка > Теплоизоляция > Смеси > Оборудование

Каталог цветов RAL
Цветовой стандарт для предварительной оценки цвета.

Каталог цветов TVT:
Стандартная карта
цветов Tikkurilla
Monicolor Nova


Создание сайта
КАФТ
ПОИСК ПО САЙТУ ГЛАВНАЯ - НАЛИВНЫЕ ПОЛЫ, ПРОМЫШЛЕННЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ ПОЛЫ, УСТРОЙСТВО ПОЛА
Современные строительные материалы и строительные технологии в Москве, Санкт-Петербурге и Челябинске
КАРТА САЙТА

Уважаемый посетитель! Добро пожаловать на сайт, посвященный современным строительным материалам и технологиям. Если Вы не нашли необходимую информацию, пожалуйста, воспользуйтесь поиском.

Оптимальное управление температурным режимом в офисных и жилых зданиях

В статье рассматриваются методы оптимального управления индивидуальным температурным режимом помещений в офисных и жилых зданиях. Проводится сравнительный анализ энергетической эффективности различных методов управления.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ, ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ УПРАВЛЕНИЕ, ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ПОМЕЩЕНИЙ.

В современных зданиях устанавливают различные системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Как правило, каждая из установленных систем имеет свою систему управления.
Например, в помещении установлены радиаторы водяного отопления, приточно-вытяжная вентиляция и сплит-система кондиционирования. Радиаторы управляются термостатической головкой, имеющей свою заданную температуру и гистерезис. Система вентиляции имеет постоянную производительность и может быть либо включена, либо выключена. Сплит-система кондиционирования имеет свой терморегулятор со своей заданной температурой и гистерезисом. Термостатическая головка, терморегулятор кондиционера, и устройство управления вентиляцией не имеют связи и управление этими системами осуществляется независимо друг от друга.
Так как заданная температура термостатической головки и заданная температура терморегулятора кондиционера независимы, то в случае превышения заданной температуры термостатической головки над заданной температурой терморегулятора кондиционера отопление и кондиционирование будут работать друг против друга. При этом менее мощное устройство будет работать постоянно, а более мощное либо постоянно, либо прерывисто. Подобное терморегулирование крайне неэффективно, так как необходимые затраты энергии складываются из энергии, необходимой для обогрева или охлаждения помещения и энергии, необходимой для противодействия систем отопления и кондиционирования.
Описанная выше ситуация характерна также для многих других сочетаний систем отопления, вентиляции и кондиционирования, таких как теплые полы, воздушное отопление, прямое электрическое отопление, фэнкойлы, кондиционеры с тепловыми насосами и т.д. Причина – неэффективное управление при совместной работе этих систем.
Кроме того, различные системы, отапливающие или охлаждающие помещение, имеют различную производительность и удельную стоимость тепловой энергии, зависящие от внешних факторов. Так, например, при определенных соотношениях между температурой в помещении и температурой наружного воздуха, вентиляция оказывается энергетически более выгодной чем кондиционирование.
Еще одним фактором оптимизации управления температурным режимом помещений является планирование режима работы и учет фактической необходимости поддержания температурного режима в соответствии с пребыванием людей в помещении.
Исходя из изложенного выше, задачу оптимального управления температурным режимом помещений, можно сформулировать следующим образом:
Оптимальный регулятор должен обеспечивать заданное качество регулирования температуры, при минимальных энергетических затратах и минимальной общей стоимости потребленной энергии.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫМ РЕЖИМОМ ПОМЕЩЕНИЙ.

Этапы решения

Общее решение задачи целесообразно разделить на следующие этапы:
1.Синтез оптимального регулятора по критерию минимальных совокупных энергетических затрат;
2.Разработка алгоритма распределения вклада в управление между приборами (системами) отопления, вентиляции и кондиционирования с учетом стоимости тепловой энергии каждого прибора;
3.Разработка алгоритма управления заданной температурой помещения и кратностью воздухобмена с учетом фактической потребности.

Тепловая модель помещения

Для моделирования температуры воздуха в помещении здания была использована следующая линеаризованная математическая модель:

Cv•dX/dt=A•X+B•U+h+V0 (1),

где t - время, Cv - теплоемкость регулируемого объема воздуха;
X=X(t) - отклонение температуры в помещении от установочной температуры,X(t)=T(t)-Tset , где Tset(t)- заданная температура в помещении;
U=Ui(t) - Суммарная тепловая энергия, подводимая или отводимая устройствами отопления, вентиляции и кондиционирование в единицу времени для компенсации отклонения температуры от установочной – управление;
A- приведенный коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций помещения;
B – приведенный коэффициент влияния управления;
h=h(t) – известная функция, описывающая многообразие воздействий на объект, зависящая от температуры наружного воздуха, тепловыделения от оборудования и людей.
V0 - белый шум с интенсивностью и нулевым математическим ожиданием, учитывающий нестационарные воздействия и тепловые потоки в помещении.

Критерий оптимальности управления температурным режимом помещения

Качество управления температурным режимом помещения характеризуется отклонением реальной температуры в помещении от заданной в течение периода регулирования. Суммарное потребление энергии пропорционально квадрату суммарного управляющего воздействия в течение периода регулирования. Функционал (2), содержащий оба этих критерия приведен ниже.

где Q=Q(t) – функция влияния на качество управления,
R=R(t) - функция влияния на энергопотребление.
Таким образом критерий оптимальности управления температурным режимом помещения может быть сформулирован как нахождение минимума функционала качества (2).

Синтез оптимального регулятора по критерию минимальных совокупных энергетических затрат

К сожалению, объем настоящей статьи не позволяет рассмотреть детально данную задачу. Теоретические основы синтеза оптимальных регуляторов с обратной связью подробно изложены в [1].
Нами была успешно решена задача синтеза оптимального регулятора с обратной связью температуры в помещении. Решение было получено в общем виде, а также было проведено моделирование численными методами.

Разработка алгоритма распределения вклада в управление между приборами (системами) отопления, вентиляции и кондиционирования с учетом стоимости тепловой энергии каждого прибора

Для того, чтобы разработать алгоритм распределение вклада различных приборов в общее управляющее воздействие, так называемую партитуру регулирования, необходимо постоянно вычислять стоимость единицы управления (тепловой энергии) для каждого из приборов управления. По результатам этих вычислений формируется партитура управления заполнением вакансий. Например, оптимальный регулятор предписывает подать в помещение 1000 Вт тепловой мощности. Система водяного отопления помещения предоставляет 800 Вт по цене 0,13 руб/Втч, Система кондиционирования на основе теплового насоса предоставляет 1000 Вт. по цене 0,23 руб/Втч. Регулятор формирует партитуру регулирования следующим образом: 800 Вт от системы водяного отопления и 200 Вт от системы кондиционирования. В результате на терморегулирование будет затрачено1000 Вт тепловой мощности по цене 0,15 руб/Втч.

Разработка алгоритма управления заданной температурой помещения и кратностью воздухобмена с учетом фактической потребности.

Фактическая потребность в параметрах качества регулирования температуры в помещении определяется наличием или отсутствием людей в помещении, оборудования и предметов искусства, требующего специального терморегулирования. Проверенным практикой решением можно считать расширение пределов колебания температуры в зависимости от времени суток, присутствия или отсутствия людей в помещении. Один из вариантов подобного решения приведен в [2] и содержит 4 фиксированных интервала регулирования температуры:
1. Комфорт (точное поддержание заданной температуры);
2. Готовность (кратковременное отсутствие людей);
3. Ночной режим (долговременное отсутствие людей);
4. Защита от перегрева и замораживания (неэксплуатируемое помещение).
Физически это эквивалентно изменению функции влияния на качество управления в функционале качества (2). Чем больше значение , тем выше качество регулирования. Таким образом, алгоритм управления заданной температурой и кратностью воздухообмена в помещении формируется из плана доступа в помещение (праздники, выходные, рабочее время) и сигналов от сенсоров присутствия людей в помещении (сенсоры движения, терминалы системы контроля доступа).


ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМАЛЬНОГО РЕГУЛЯТОРА ТЕМПЕРАТУРЫ .

Нами была проведена оценка эффективности разработанного нами оптимального регулятора температуры в помещении. Оценка проводилась на основе модели (1) и численных методов моделирования, а затем проверялась экспериментально. Для эксперимента было выбрано стендовое помещение, площадью 52 м2, на втором этаже кирпичного здания. Помещение имело одну наружную стену с 4 окнами. Персонал 10 человек. В помещении было установлено 12 компьютеров. Помещение было оборудовано водяной системой отопления с регулировкой потока теплоносителя, системой кондиционирования на основе теплового насоса и системой приточно-вытяжной вентиляции. Оптимальный регулятор сравнивался с комплексом индивидуальных терморегуляторов для систем отопления, вентиляции и кондиционирования при различных климатических условиях в летний, переходный и отопительных периоды. Эффективность оптимального регулятора составляла от 4% до 60% по сравнению с комплексом индивидуальных терморегуляторов для систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Ожидаемая среднегодовая эффективность регулятора 15-25%.
Для моделирования оптимального регулятора были использованы контроллеры фирм Moeller; Siemens, ABB ( Busch-Jaeger Elektro, Stotz-Kontakt), объединенные в LON и EIB сети. Для управления экспериментом было использовано компьютерное оборудование и программное обеспечение фирмы Tridium, Inc.
В настоящее время нами проводятся работы по совершенствованию оптимального регулятора температуры помещений и оценке его эффективности при различных комбинациях приборов и систем отопления, вентиляции и кондиционирования.

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ – ТЕХНОЛОГИЯ «ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ».

Одним из признаков «интеллектуального здания» является наличие оптимизированных систем управления. Одной из таких систем является система оптимального управления температурным режимом помещений интегрированная в стуктурированную систему управления инженерным оборудованием здания.
Разработанная компанией ЭкоПрог технология построения оптимальных систем управления температурным режимом помещений имеет следующие основные преимущества:
1. Экономия общего энергопотребления и как следствие снижение нагрузки на окружающую среду;
2. Экономия совокупных затрат на отопление, вентиляцию и кондиционирование помещений за счет снижения энергопотребления, выбора более дешевого источника, а также управления качеством регулирования температуры в помещении с учетом фактической потребности;
3. Независимость от типа и схемы систем отопления, вентиляции и кондиционирования, позволяющая реализовать энергосбережение без демонтажа существующих систем отопления, вентиляции и кондиционирования;
4. Модульность и масштабируемость технологии, позволяющая создавать системы различного объема;
5. Повышение надежности регулирования;
6. Повышение долговечности оборудования за счет снижения нагрузки на оборудование;
7. Дистанционное и автоматическое управление, а также, мониторинг оборудования и состояния систем.

1. А.А. Воронов, Д.П. Ким, В.М. Лохин и др. Теория автоматического управления, ч.II, Теория нелинейных и специальных систем автоматического управления, М., “Высшая школа”, 1986, глава 10, стр.245-401.

2. Busch-Jaeger Electro GmbH, BJE 0001-0-0628/04.00/0502-D, Busch-Installationsbus EIB, Busch-Powernet EIB. Heizungs-, Klima und Lüftungssteuerung mit EIB.

Владимир Владимирович Ершов,
ООО «ЭкоПрог», Россия



Сайт Bronepol.ru посвящён вопросам применения современных строительных материалов и технологий в условиях промышленного и гражданского строительства. Информационные разделы проекта содержат описания отечественных и импортных строительных технологий и регламенты на строительные и отделочные материалы.
Со всеми вопросами и пожеланиями, пожалуйста, обращайтесь на e-mail: info[@]bronepol.ru