Модели и алгоритмы энергоэффективного функционирования информационной системы управления отоплением

Удельный расход электроэнергии на отопление в России в 2,5 раза выше, чем в развитых странах. Наличие такого разрыва в части потребления ресурсов указывает на большой потенциал экономии энергии. Повышение энергоэффективности работы информационно-измерительной системы автоматического управления (ИИСАУ) отоплением требует сокращения энергопотребления на передачу тепловой энергии, необходимой объекту теплопотребления. В связи с этим исследование возможностей и путей совершенствования существующих ИИСАУ, улучшение их технических, эксплуатационных и экономических характеристик имеет огромное значение для промышленности. Разработка новых принципов построения ИИСАУ, создание новых научно обоснованных технических и технологических решений актуальна и имеет существенное значение в целом для развития страны. Поэтому задача построения моделей и алгоритмов энергоэффективного функционирования ИИСАУ отоплением на основе измерительной информации о состоянии системы теплоснабжения является актуальной для промышленности. Исследован контур отопления. Изучены модели функционирования информационной системы управления отоплением и алгоритмы управления количеством тепловой энергии, передаваемой потребителю, и электроэнергии, потребляемой отопительным насосом. Цель работы - повышение энергоэффективности работы системы отопления по обеспечению объекта теплопотребления необходимой тепловой энергией с автоподстройкой к климатическим изменениям посредством создания и применения оптимизированных по энергопотреблению и теплопередаче алгоритмов работы ИИСАУ контуром отопления на основе создания моделей его функционирования. Научная новизна работы заключается в том, что разработана математическая модель функционирования системы отопления, отличающаяся от классических применением коммутационного режима работы системы. Параметры коммутационного режима работы переопределяются по истечении периода оптимизации энергозатрат отопительным насосом. Получены функциональные зависимости электроэнергии, потребляемой отопительным насосом, и тепловой энергии теплоносителя в контуре отопления от параметров коммутации насоса: интервала работы на полную мощность и частоты коммутации, отличающиеся от существующих зависимостей учётом периодической смены естественной и принудительной циркуляции. Разработан алгоритм функционирования ИИСАУ, оптимизированный по энергопотреблению и теплопередаче, с автоподстройкой к климатическим изменениям, отличающийся от применяемых алгоритмов учётом скорости теплоносителя при естественной и принудительной циркуляции в режиме периодической коммутации отопительного насоса контура отопления. Теоретическая значимость заключается в том, что исследования, выполненные в работе, позволили создать новые модели и оптимальные по энергопотреблению и теплопередаче алгоритмы коммутационного функционирования теплотехнического оборудования контура отопления. Практическая значимость заключается в разработке алгоритма энергоэффективного функционирования ИИСАУ отоплением, применение которого на практике позволяет оптимизировать теплопередачу и энергозатраты на теплоснабжение любого объекта. Результаты работы применены в учебном процессе: в методических пособиях для студентов вуза с целью углубления знаний в части создания моделей и энергоэффективных алгоритмов работы ИИСАУ отоплением. При выполнении исследования использовались методы теории информационно-измерительных систем, оптимизации, автоматического управления, а также теории математического моделирования. Теоретические результаты работы, в том числе разработанные модели и алгоритмы функционирования ИИСАУ контуром отопления, а также полученные функциональные зависимости ключевых характеристик работы системы от параметров периодической коммутации отопительного насоса, подтверждены аналитическими расчётами, результатами моделирования и экспериментальными исследованиями. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на различных региональных, всероссийских и международных конференциях. Результаты исследований в части оригинальных алгоритмических и технических решений в сфере информационно-измерительных и управляющих систем в промышленности использованы на ведущих предприятиях г. Тулы, что подтверждено тремя актами о внедрении.