Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления - Чистович С.А., Аверьянов В.К., Темпель Ю.Я., Быков С.И.

Автор: Чистович С.А. Аверьянов В.К. Темпель Ю.Я. Быков С.И.
Теги: отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха в зданиях отопление теплотехника автоматизация теплоснабжение инженерные системы зданий
Год: 1987
Похожие
Системы солнечного тепло- и хладоснабжения
Автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции
Автоматика и автоматизация систем теплогазоснабжения и вентиляции
Регулирование нагрузки систем теплоснабжения
Текст
                    СА.ЧИСТОВИЧ В.К.АВЕРЬЯНОВ,
Ю.Я.ТЕМПЕЛЬ, С. И. БЫКОВ
Автоматизированные
системы
теплоснабжения
и отопления
Ленинград
СтроЙиздат
Ленинградское отделение
1987

УДК 697.1 : 658.012.011.56
Автоматизированные системы теплоснабжения и отоп-
отопления/С. А. Чистович, В. К. Аверьянов, Ю. Я. Темпель,
С. И. Быков. —Л.: Стройиздат, Ленингр. отд-ние, 1987.
248 с, ил.
В книге рассмотрены основные задачи совершенствования управления режи-
режимами систем теплоснабжения и отопления с использованием средств автоматики
и вычислительной техники.
Приводятся данные об условиях теплового комфорта в отапливаемых поме-
помещениях, о влиянии метеорологических и других >акторов на функционирование
систем теплоснабжения. Описываются различные уровни управле'ия гидравли-
гидравлическими и тепловыми режимами этих систем. Приводятся сведения о технических
средствах и математическом обеспечении АСУ ТП теплоснабжения.
Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работниквв.
Рецензент — Р. М. Петриченко (ЛПИ им. М. И. Калинина)
НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Сергей Андреевич Чистович
Владимир Константинович Аверьянов
Юрий Яковлевич Темпель
Сергей Иванович Быков
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ
Зав. редакцией Н. Н. Днепрова
Редактор В. А. Ануфриева
Художественный редактор О. В. Сперанская
Оформление художника Н. Г. Всесветского
Технический редактор Г. С. Томилина
Корректор Ю. М. Зислин
И Б № 4298
Сдано в набор 04.07.86. Подписано в печать 19.12.86. М-44786. Формат бОХЭО'/ie. Бумага
типографская № 2. Гарнитура «Литературная>. Печать высокая. Усл. печ. л. 15,5.
Уч.-изд. л. 16,4. Усл. кр.-отт. 15,85. Изд. № 2370Л. Тираж 4900 экз. Цена 2 р. 50 к. Зак. 230.
Стройиздат, Ленинградское отделение, 191011, Ленинград, пл. Островского, 6
Ленинградская типография № 2 головное предприятие ордена Трудового Красного Зна-
Знамени Ленинградского объединения ^Техническая книга» им. Евгении Соколовой Союз-
полиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии
и книжной торговли. 198052, г. Ленинград, Л-52, Измайловский проспект, 29.
А 3206000000-038 отде.
047@1)—87 1И 87

ВВЕДЕНИЕ
Основные направления экономического и социального раз-
развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года пре-
предусматривают планомерное проведение во всех сферах народ-
народного хозяйства целенаправленной энергосберегающей политики.
Прирост потребностей в топливе и энергии на 75—80 % должен
удовлетворяться за счет их экономии.
Системы теплоснабжения являются крупнейшим потребите-
потребителем топливно-энергетических ресурсов в стране. На их нужды
ежегодно расходуется около 0,5 т топлива.
От нормального функционирования этих систем зависят усло-
условия теплового комфорта в отапливаемых помещениях, самочув-
самочувствие и здоровье людей, производительность труда. Выпуск ка-
качественной продукции на ряде промышленных предприятий тре-
требует строгого соблюдения нормируемых параметров микрокли-
микроклимата. Эффективность предприятий агропромышленного комп-
комплекса (урожайность плодов и овощей, выращиваемых в тепли-
теплицах, продуктивность животноводства) также в большой степе-
степени определяется температурно-влажностными режимами в сель-
сельскохозяйственных помещениях, обеспечиваемыми работой си-
систем теплоснабжения. Таким образом, проблема повышения ка-
качества, надежности, экономичности теплоснабжения имеет госу-
государственное значение.
Режимы теплопотребления, а следовательно и производства
тепловой энергии, зависят, как известно, от большого количе-
количества факторов: условий погоды, теплотехнических качеств отап-
отапливаемых зданий и сооружений, характеристик тепловой сети и
источников энергии и др. При выборе этих режимов нельзя не
учитывать функциональных взаимосвязей системы теплоснабже-
теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения: электро-,
газо-, водоснабжения.
Важным обстоятельством, влияющим на организацию управ-
управления теплоснабжением, является то, что отдельные звенья рас-
рассматриваемой системы (котельные, тепловые сети, абонентские
установки), функционально связанные между собой единым
процессом производства-потребления тепла, находятся во мно-
многих городах страны в ведении различных министерств и ве-
ведомств.
Таким образом, разработка и реализация оптимальных ме-
методов управления системами теплоснабжения представляют со-
собой сложную проблему как в инженерном, так и в организа-
организационном аспектах.
*' 8

Установлено, что эти системы должны иметь несколько уров-
уровней управления: на ТЭЦ (в котельных), в промежуточных узлах
тепловой сети, в абонентских теплопотребляющих установках.
Оптимальное управление современными системами централи-
централизованного теплоснабжения городов и промышленных комплек-
комплексов невозможно без широкого применения средств автоматики,
телемеханики и вычислительной техники.
Использование для управления технологическими процес-
процессами ЭВМ, в свою очередь, предопределяет необходимость фор-
формализованного описания тепловых и гидравлических характе-
характеристик элементов систем централизованного теплоснабжения, ее
теплового состояния, представления возмущающих и управляю-
управляющих воздействий в виде математических зависимостей, а также
решения ряда других задач.
В настоящей книге сделана попытка изложить основные
принципы построения автоматизированных систем управления
технологическими процессами теплоснабжения.
Необходимо отметить, что авторы ни в коей мере не претен-
претендуют на то, что читатель сможет получить ответ на все вопросы,
возникающие при проектировании, сооружении и эксплуатации
таких систем.
Главным образом это вызвано тем, что в нашей стране, за-
занимающей ведущее место в мире по масштабам развития теп-
теплофикации и централизованного теплоснабжения, это развитие
шло по экстенсивному пути, вопросам же энергосбережения за
счет оптимизации режимов отпуска, транспорта и потребления
тепловой энергии не уделялось до последних лет должного вни-
внимания.
В связи с этим опыт эксплуатации АСУ ТП теплоснабжения
городов еще не накоплен. Отечественная промышленность не
освоила массовый выпуск всей номенклатуры технических
средств для создания таких систем. Еще не завершена разра-
разработка общей теории автоматизированного управления техноло-
технологическими процессами теплоснабжения. Отсутствие такой тео-
теории сказалось на выборе авторами «индуктивного» подхода к
изложению материалов книги.
Введение, главы I, VI—VIII, § 3.1—3.4, 6.1, 9.1 написаны
С. А. Чистовичем; главы II, IV, § 6.2, 6.5, 9.2—9.4 — В. К. Аверья-
Аверьяновым; главы V и X — Ю. Я. Темпелем; § 3.5, 6.3, 6.4 — С. И. Бы-
Быковым.
Авторы выражают благодарность д-ру техн. наук, проф.
Р. М. Петриченко за ценные замечания, сделанные при рецен-
рецензировании рукописи.

Глава I
ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ЦЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ
РЕЖИМАМИ РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
И ОТОПЛЕНИЯ
§ 1.1. Особенности развития современных систем
теплоснабжения
Централизованное теплоснабжение в СССР, и особенно его
наиболее эффективная форма — теплофикация, благодаря суще-
существенным экономическим, социальным и экологическим преиму-
преимуществам является основным направлением развития теплоэнер-
теплоэнергетического хозяйства городов и поселков городского типа.
От теплоэлектроцентралей удовлетворяется в настоящее вре-
время около 40 % потребности в тепловой энергии городов. Годо-
Годовая экономия топлива за счет комбинированного производства
тепловой и электрической энергии составляет около 35 млн. т
условного топлива.
Примерно 30 % потребителей теплоты в городах присоеди-
присоединено к системам централизованного теплоснабжения от район-
районных котельных.
Централизация теплоснабжения позволяет уменьшить чис-
численность обслуживающего персонала и повысить производитель-
производительность труда на выработку, транспорт и распределение тепловой
энергии в 5—20 раз по сравнению с установками децентрализо-
децентрализованного теплоснабжения.
Годовая экономия топлива за счет централизации теплоснаб-
теплоснабжения (от ТЭЦ и котельных) составляет свыше 20 млн. т услов-
условного топлива.
Централизованное теплоснабжение, помимо экономии топ-
топлива и трудовых затрат, позволяет снизить загрязнение атмо-
атмосферы вредными дымовыми выбросами, уменьшить тепловое за-
загрязнение окружающей среды, улучшить условия проживания
в городах.
Централизованное теплоснабжение в СССР развивается пла-
планомерно, в соответствии с долгосрочными прогнозами развития
народного хозяйства и разработанными на их основе пятилет-
пятилетними планами.
В связи с особенностями территориального размещения топ-
топливно-энергетических ресурсов страны развитие централизо-
централизованного теплоснабжения европейской части СССР будет осу-
осуществляться в дальнейшем в основном за счет сооружения
атомных теплоэлектроцентралей (АТЭЦ), атомных станций теп-
теплоснабжения (ACT), а также крупных котельных, работающих
на органическом топливе (каменный уголь, природный газ) по-
поступающем из восточных районов,

В восточной части страны (Сибирь, Казахстан), распола-
располагающей большим количеством местных дешевых углей и ориен-
ориентированной на развитие крупных энергоемких производств, глав-
главным направлением развития теплоэнергетического хозяйства
принята теплофикация на базе ТЭЦ, использующих органиче-
органические виды топлива [56].
Одна из главных тенденций развития теплофикации и цен-
централизованного теплоснабжения заключается в укрупнении еди-
единичной мощности источников теплоты, которое сопровождается
увеличением дальности транспорта тепловой энергии. Радиусы
передачи теплоты в современных крупных системах составляют
10—20 км, а в отдельных случаях достигают 30 км. Расширение
районов теплоснабжения, в свою очередь, приводит к увеличе-
увеличению разности геодезических отметок в отдельных точках
сети, к необходимости сооружения многих насосных под-
подстанций.
Уже планируется и осуществляется совместная работа не-
нескольких источников теплоты на общие тепловые сети, что спо-
способствует повышению надежности и экономичности теплоснаб-
теплоснабжения. Вместе с тем это существенно усложняет тепловой и
гидравлический режим тепловой сети.
В общем тепловом потреблении городских районов за по-
последние годы значительно возросла доля нагрузки горячего во-
водоснабжения. В связи с этим увеличилось влияние переменного
в течение суток потребления горячей воды населением на теп-
тепловой и гидравлический режимы систем отопления.
Уменьшение массы стеновых конструкций и повышение про-
процента остекления в современных полносборных зданиях при-
привело к снижению их тепловой устойчивости и усилению влияния
колебаний погоды на температуру воздуха в отапливаемых по-
помещениях.
Высокая чувствительность к метеорологическим тепловым
воздействиям характерна также для зданий повышенной этаж-
этажности, строительство которых приобрело значительный размах
в крупных городах нашей страны.
Указанные особенности развития современных систем тепло-
теплоснабжения значительно усложняют режим их работы, затруд-
затрудняют оперативное управление процессами производства, тран-
транспорта, распределения и потребления тепловой энергии [70].
Внедрение автоматизированных систем управления техноло-
технологическими процессами в практику теплофикации и централизо-
централизованного теплоснабжения позволяет резко повысить технический
уровень эксплуатации этих систем и обеспечить значительную
экономию топлива. Как показывают расчеты, основанные на
анализе отечественного и зарубежного опыта, повсеместное
внедрение автоматизации в системах теплоснабжения в мас-
масштабе нашей страны позволит сэкономить в год около 40 млн. т
условного топлива.

Кроме экономии топлива, автоматизация рассматриваемых
систем позволяет улучшить качество отопления зданий, повы-
повысить уровень теплового комфорта и эффективность промышлен-
промышленного и сельскохозяйственного производства в отапливаемых
зданиях и сооружениях, а также надежность теплоснабжения
при уменьшении численности обслуживающего персонала.
§ 1.2. Технологическая схема системы
централизованного теплоснабжения и ее характеристика
как объекта управления
Система централизованного теплоснабжения (СЦТ), как из-
известно, представляет собой комплекс различных сооружений,
установок и устройств, технологически связанных между собой
в общем процессе производства, транспорта, распределения и
потребления тепловой энергии.
СЦТ включает источники теплоты (ТЭЦ, АТЭЦ, котельные,
ACT), магистральные и распределительные тепловые сети, узлы
управления транспортом и распределением теплоты (насосные
перекачивающие подстанции, контрольно-распределительные
тепловые пункты), узлы присоединения теплопотребляющих
абонентских установок к тепловой сети (центральные и индиви-
индивидуальные тепловые пункты), теплопотребляющие установки и
системы (системы отопления, вентиляции, кондиционирования
воздуха, горячего водоснабжения, теплопотребляющие установ-
установки промышленных предприятий).
Режим работы СЦТ диктуется условиями функционирования
объектов теплопотребления: переменными потерями теплоты в
окружающую среду через ограждающие конструкции зданий и
сооружений, режимами потребления горячей воды .населением,
условиями работы технологического оборудования и др.
Анализ системы централизованного теплоснабжения как объ-
объекта управления показывает, что она обладает основными свой-
свойствами, присущими большим системам энергетики [39].
Необходимо отметить сложность и иерархический характер
ее структуры, влияние многочисленных случайных факторов на
режим работы.
Система состоит из большого числа взаимосвязанных по-
последовательно и параллельно включенных элементов, обладаю-
обладающих различными теплогидравлическими свойствами: участки
трубопроводов тепловой сети и систем отопления, теплоемкие и
нетеплоемкие наружные ограждения зданий, теплообменные ап-
аппараты в тепловых пунктах, нагревательные приборы в отап-
отапливаемых помещениях и др.
. Следует указать на значительное разнообразие конструкций
этих элементов и широкий диапазон режимов их работы.
Динамические свойства системы теплоснабжения характери-
характеризуются большими временными (емкостными и транспортными)

Метеорологические
ЫВейстЬия
Система
электроснабжений
теплоснабжения
Системы
отопления
Системы
Ьентиля-
>щиконш
щюнирайа-
чиядоздуха
Тепловые
пункты
Системы
орячегр
одоснаб-
жения
Системы
водоснабжения
Рис. 1.1. Схема функциональных связей системы централизованного теплоснаб-
теплоснабжения с другими системами инженерного обеспечения городов
запаздываниями по каналам как передачи возмущений, так и
управляющих воздействий. Инерционные свойства отдельных па-
параллельно расположенных звеньев существенно разнятся. Так,
при прохождении температурной волны через теплоемкие ограж-
ограждения (стены) наблюдается ее значительное затухание и сдвиг
фазы. Оконные же ограждения являются практически безынер-
безынерционными, и тепловые потери через них меняются синхронно
с изменением внешних воздействий.
В связи с этим при управлении системой теплоснабжения
приходится учитывать не только состояние внешней среды в
данный момент времени, но и метеорологические условия за
предыдущий период, а также их возможные изменения в буду-
будущем (прогнозирование размера теплопотребления).
• Следует также указать, что процесс управления режимами
работы СЦТ характеризуется вмешательством человека на раз-
различных уровнях иерархии ее структуры: от главного диспетчера
энергосистемы до непосредственного потребителя теплоты в
отапливаемых помещениях.
Помимо внутренних взаимосвязей между элементами СЦТ,
нельзя не учитывать ее внешние функциональные связи с дру-
другими системами инженерного обеспечения городов и промыш-
промышленных комплексов (рис. 1.1).
Характерным для рассматриваемых систем является то, что
указанные внешние связи проявляются на всех этапах процесса
производство — потребление тепловой энергии [69].
Так, режим работы теплового источника не может рассмат-
рассматриваться изолированно от условий функционирования системы
топливоснабжения. Управление отпуском теплоты от теплоэлек-
теплоэлектроцентралей должно учитывать режим электроэнергетической
системы (установлена целесообразность использования ТЭЦ в

маневренном режиме.) Работа бытовых газовых и электриче-
электрических приборов влияет на температурный режим отапливаемых
помещений и, следовательно, на работу абонентских систем
отопления. Тесно взаимоувязаны режимы работы систем горя-
горячего и холодного водоснабжения.
Важной особенностью системы централизованного теплоснаб-
теплоснабжения как объекта управления является ее стохастичность. Из-
Изменение внешних и внутренних возмущающих воздействий в
СЦТ носит случайный характер.
Статические и динамические характеристики элементов си-
систем теплоснабжения не остаются в процессе эксплуатации по-
постоянными, а закон их изменения является стохастическим. Для
иллюстрации в табл. 1.1. приведены данные о факторах, вызы-
вызывающих изменения гидравлических и теплотехнических характе-
характеристик некоторых элементов СЦТ.
Необходимо также иметь в виду, что в отличие от других
трубопроводных систем (водоснабжения, газо- и нефтеснабже-
ния) режим функционирования тепловых сетей характеризуется
двумя различными по своей сущности параметрами: количество
отпускаемой тепловой энергии определяется температурой теп-
теплоносителя и перепадом давлений, а следовательно расходом
воды в тепловой сети. При этом динамические характеристики
Таблица 1.1. Данные об эксплуатационных изменениях
тепловых и гидравлических характеристик некоторых элементов
систем централизованного теплоснабжения
Элементы
Наружные
ограждения
зданий
Отапливае-
Отапливаемое помеще-
помещение, здание
Участок тру-
трубопровода теп-
тепловой сети
Поверхност-
Поверхностный теплооб-
теплообменник
Характеристика процесса
Тепловые потери в
окружающую среду
Аккумулирование
тепла (инерционность)
Гидравлическое со-
сопротивление
Тепловые потери в
окруЖащую среду
Транспортное запаз-
запаздывание
Гидравлическое со-
сопротивление
Интенсивность теп-
теплообмена
Факторы, обусловливающие
изменение характеристик
Эксплуатационные изменения
теплопроводности и воздухопро-
воздухопроницаемости материала конструк-
конструкций. Уплотнение или разгермети-
разгерметизация оконных проемов. Загряз-
Загрязнение поверхностей остекления
Изменение количества и соста-
состава оборудования и предметов,
находящихся в помещении (зда-
(здании)
Коррозионные отложения
Повреждения и увлажнения
теплоизоляции, изменение влаж-
влажности грунта
Изменение расхода теплоноси-
теплоносителя по участку
Коррозионные отложения, на-
накипь
Коррозионные отложения, об-
образование накипи, изменение
расхода теплоносителя

по трактам передачи давления (изменения расхода) и темпера-
температуры резко отличаются друг от друга. Так, при изменении на-
напора на коллекторах ТЭЦ (котельной) расходы воды в сети
практически меняются безынерционно (со скоростью звука в
воде). Процесс же прохождения температурной волны по теп-
тепловой сети, определяемой скоростью движения теплоносителя,
может длиться часами.
Анализ существующей технологической структуры построе-
построения систем централизованного теплоснабжения больших горо-
городов, схем тепловых сетей, принципиальных схем абонентских
вводов и абонентских систем отопления, конструкций применяе-
применяемого технологического оборудования показывает, что они не от-
отвечают в полной мере современным требованиям, предъявляе-
предъявляемым к объекту автоматизированного управления. В крупных
системах теплоснабжения многочисленные абонентские уста- .
новки присоединяются к магистральным тепловым сетям, как
правило, без промежуточных узлов управления. В связи с этим
система оказывается недостаточно маневренной, негибкой, по
сетям приходится пропускать излишнее количество воды, ориен-
ориентируясь на абонентов с наихудшими условиями.
Недостаток применяемого метода распределения тепловой
энергии по многочисленным тепловым пунктам особенно прояв-
проявляется в критических ситуациях, когда по тем или иным при-
причинам температура воды, подаваемой от теплоисточника, оказы-
оказывается ниже требуемой. В эти периоды вмешательство персо-
персонала потребителей в регулировку сети при невозможности дей-
действенного контроля со стороны персонала теплоснабжающей ор-
организации приводит к нарушениям гидравлического режима, к
возможности возникновения аварий [72].
Свыше 80 % тепловых пунктов присоединяются в СССР по
зависимой схеме с помощью водоструйных насосов-элеваторов.
Предложенный в 20-х годах элеватор представляет собой про-
простое и надежное устройство, но вместе с тем принцип его дей-
действия находится в противоречии с условиями местного автома-
автоматического регулирования расхода теплоты на отопление: элева-
элеватор работает практически с постоянным коэффициентом смеше-
смешения, а при местном автоматическом регулировании (для предот-
предотвращения разрегулировки абонентских систем отопления) этот
коэффициент должен быть переменным.
Для индивидуального автоматического регулирования теп-
теплоотдачи нагревательных приборов малопригодны вертикальные
однотрубные системы водяного отопления, наиболее распростра-
распространенные в массовом жилищном строительстве в СССР. Из-за вы-
высокой остаточной теплоотдачи нагревательных приборов (при
закрытии регулирующего органа), существенного взаимного
влияния приборов при работе регуляторов и других факторов
возможности эффективного индивидуального регулирования в
этих системах оказываются весьма низкими.

И наконец, следует отметить, что технологические схеМ^
районных водогрейных котельных, выполненные по тип01»ь
проектам, не отвечают требованиям комплексной автоматизации
стем теплоснабжения Эти схемы ориентированы на кач
ние
ние постоянного расхода воды в подающем трур ^
постоянного напора на коллекторах котельной). Вместе с т.
омарованных системах теп
оянного напора на коллекторах котельн)
как будет показано ниже, в автоматизированных системах теп
лоснабжения при местном автоматическом регулировании у п "
тоебителей, а также в условиях совместной работы нескольких
источников на общие тепловые сети гидравлический режим в
тепловой сети на выходе из котельной должен быть перемен-
"Ы!Из изложенного следует, что все звенья системы теплоснаб-
теплоснабжения (источник, тепловые сети, тепловые пункты, абонентские
системы отопления) проектировались без учета требовании ав-
автоматизации управления режимами их работы. В связи с эти.
на практике при выборе возможных технических решении по
автоматизации существующей системы теплоснабжения (учиты
вая ее несовершенство как объекта управления) приходится от
ступать от оптимального (по эффективности управления) ва-
варианта идти на определенные компромиссы, а в ряде случаев
учитывать необходимость выполнения серьезных реконструктив-
ЯЫХВажноПйРИособенностью большинства городских систем цен-
централизованного теплоснабжения является то, что ее отдельные
звенья (источник —сети —абонент), функционально связанные
между собой в' едином технологическом процессе производ-
производства — потребления тепловой энергии, разобщены в организа-
организационном отношении, так как находятся в ведении различных
министерств и ведомств (Минэнерго СССР, Минжилкомхоз
союзной республики, Горисполком, промышленные министерства
Для иллюстрации на рис. 1.2 показан конкретный вариант
организационной структуры управления системы теплоснабже-
теплоснабжения большого города, из которого видно, что ТЭЦ и районные
котельные, тепловые сети, узлы присоединения абонентов, теп-
лопотребляющие установки этой системы находятся в ведении
многих организаций. Указанное обстоятельство, естественно, не
может не учитываться при создании автоматизированных систем
управления теплоснабжением.
Как известно, одним из важнейших свойств больших систем
в энергетике является их экономическая устойчивость, т. е. по-
пологий характер зависимости приведенных затрат от внешних
факторов.
Учитывая неполноту и недостаточную достоверность исход-
исходных данных о количественных значениях технико-экономических
показателей разрабатываемых автоматизированных систем теп-
11

Рис. 1.2. Схема, иллюстрирующая ведомственную принадлежность элементов
СЦТ (вариант)
/ — ТЭЦ; 2 — котельная; 3 — центральный тепловой пункт (ЦТП) зданий местных со-
советов; 4 — индивидуальный тепловой пункт (ИТП) зданий местных советов; 5 — ЦТП
промпредприятий; 6 — ИТП промпредприятий; / — Минэнерго СССР; // — промышлен-
промышленное министерство; /// — топливно-энергетическое управление горисполкома; /V —жи-
—жилищное управление горисполкома
лоснабжения, принципиально невозможно выбрать один опти-
оптимальный по денежным затратам вариант. Речь может идти о
сравнительной оценке достаточно большого количества вариан-
вариантов, приведенные затраты по которым находятся в зоне при-
примерно равноэкономичных значений.
При этом должны быть приняты во внимание дополнительно
такие факторы, как надежность функционирования автоматизи-
автоматизированных систем, удобство в обслуживании, совместимость с ор-
организационными формами эксплуатации, дефицитность оборудо-
оборудования, степень риска при использовании новых технических ре-
решений, уровень подготовки персонала и др.
Ввиду невозможности формализованного описания и строгой
количественной оценки всех перечисленных факторов характер
и совершенство принятого технического решения в конечном
итоге будет существенно зависеть от опыта и интуиции разра-
разработчика.
§ 1.3. Пути совершенствования управления режимами
теплоснабжения и отопления
Многообразие условий теплоснабжения обусловливает не-
неоднозначность принципиальных решений, используемых при вы-
выборе методов, уровней и технических средств автоматизации.
Их выбор зависит от назначения отапливаемых зданий и соору-
сооружений, характера теплоснабжающей системы, природно-клима-
природно-климатических, социальных и других факторов.
12

Вместе с тем анализ отечественного и зарубежного опыта
позволяет составить представление о путях научно-технического
прогресса в рассматриваемой области и сформулировать требо-
требования, предъявленные к современным автоматизированным си-
системам теплоснабжения.
Режимы отпуска тепловой энергии в этих системах должны
быть маневренными и гибкими, учитывать многообразие возму-
возмущающих воздействий на функционирование системы и специфи-
специфические условия температурного режима отдельных потребите-
потребителей, рационально использовать динамические свойства состав-
составляющих ее звеньев, основываться на рациональном сочетании
нескольких ступеней управления (на источнике, в тепловых се-
сетях и в абонентских установках, см. табл. 1.2), обеспечивать
возможность программного изменения температуры воздуха в
зданиях, предусматривать параллельную работу нескольких ис-
источников на общие тепловые сети и участие теплоэлектроцен-
теплоэлектроцентралей в прохождении пиков (провалов) электрической на-
нагрузки [71].
При этом затраты на производство и распределение тепло-
тепловой энергии, с учетом взаимосвязей между источниками теплоты
и электроэнергетической системой, а также между различными
системами инженерного обеспечения населенных мест, промыш-
промышленных узлов, отдельных зданий, должны быть минимальными.
Краткая характеристика основных задач, решаемых автома-
автоматизированной системой управления технологическими процес-
процессами теплоснабжения, приведена в табл. 1.3.
Таблица 1.2. Ступени автоматического управления
в системах централизованного теплоснабжения
Сту-
Ступени
I
II
III
IV
V
VI
Ступени
управления
Централь-
Центральное
Районное
Групповое
Местное
Позонное
(пофасадное)
Индивиду-
Индивидуальное
Место осуществления
управления
Котельная, ТЭЦ
Контрольно-распре-
Контрольно-распределительный пункт
(КРП)
Центральный тепло-
тепловой пункт (ЦТП)
Индивидуальный теп-
тепловой пункт (ИТП)
Индивидуальный теп-
тепловой пункт (ИТП)
Нагревательный при-
прибор в отапливаемом по-
помещении
Объект управления
Система теплоснабжения,
магистральные тепловые сети
Район теплоснабжения, рас-
распределительные тепловые сети
микрорайона
Теплоснабжение группы
зданий, внутриквартальные
тепловые сети
Система теплоснабжения
одного здания или блок-сек-
блок-секции здания
Отдельные ветви систем
отопления и вентиляции, от-
отдельные зоны здания
Отдельное отапливаемое по-
помещение

Таблица 1.3. Основные задачи, решаемые АСУ ТП теплоснабжения
Задачи оптимизации
Достигаемая цель
Краткая характеристика
(состав) задачи
Производства теп-
тепловой и электриче-
электрической энергии
Режимов отпуска
теплоты потребите-
Потокораспреде-
ления в тепловых
сетях
Режимов работы
основного техноло-
технологического оборудо-
оборудования источников
тепловой энергии
Режимов работы
системы теплоснаб-
теплоснабжения в аварийных
ситуациях
Минимизация
суммарных затрат
на производство теп-
теплоты (различными
теплоисточниками)
и электроэнергии (в
ОЭЭС)
Обеспечение
требуемого режима
теплопотребления с
минимальными за-
затратами на произ-
производство, транспорт
и распределение теп-
тепловой энергии
Обеспечение ус-
устойчивой работы
тепловых сетей,
снабжаемых от не-
нескольких источников
с минимальными за-
затратами электро-
электроэнергии на транс-
транспорт теплоносителя
Минимизация за-
затрат на производ-
производство теплоты (дан-
(данным теплоисточни-
теплоисточником)
Минимизация
ущерба от наруше-
нарушений снабжения теп-
теплом потребителей
при авариях
Оперативное перераспреде-
ние тепловых нагрузок между
источниками в зависимости от
режима тепло- и электропо-
электропотребления в рамках ОЭЭС.
Обеспечение базисного режи-
режима работы более экономичных
источников и пикового — менее
экономичных
Оперативное управление от-
отпуском теплоты на" тепловом
источнике, в КРП, в тепловых
пунктах потребителей в зави-
зависимости от метеорологических
условий, времени суток, тех-
технологического режима пред-
предприятий и других факторов
Оперативное управление ги-
гидравлическим режимом теп-
тепловой сети при перераспреде-
перераспределении нагрузки между источ-
источниками, а также потребителя-
потребителями теплоты в зависимости от
давлений в определяющих точ-
точках сети и других факторов
Оперативное перераспреде-
перераспределение нагрузок между отдель-
отдельными агрегатами (котлами, на-
насосами, деаэраторами и др.) в
зависимости от изменения об-
общей нагрузки.
Обеспечение работы тепло-
теплового источника с максимально
возможным коэффициентом
полезного действия
Обнаружение и локализация
аварий. Управление гидравли-
гидравлическим и тепловым режимами
в аварийных ситуациях
К сожалению, как было отмечено выше, существующая
структура построения систем централизованного теплоснабже-
теплоснабжения больших городов, сложившаяся еще в довоенные годы,
имеет существенные недостатки и не является оптимальной для
условий комплексной автоматизации.
Для устранения указанных недостатков были предложены
[18] новые принципы построения тепловых сетей. От тепловых
источников прокладывается кольцевая магистральная тепловая
сеть (рис. 1.3), разделенная задвижками на секции с телеуправ-
14

лением, к которой через контрольно-распределительные тепло-
тепловые пункты (КРП) оптимальной мощностью 25—50 МВт при-
присоединяются распределительные тепловые сети жилых микро-
микрорайонов или промышленных комплексов.
Опыт эксплуатации систем теплоснабжения Харькова и Че-
Челябинска показал преимущества такого решения: повышение
управляемости сетей, возможность рационального сочетания
центрального и децентрализованного регулирования, повышение
живучести системы в экстремальных ситуациях.
С целью повышения технологических возможностей местного
автоматического регулирования следует при автоматизации теп-
лопотребляющих установок отказаться от традиционной элева-
элеваторной схемы и ориентироваться на другие технологические
схемы абонентских тепловых вводов: независимые — с присоеди-
присоединением абонентских систем отопления через теплообменные ап-
аппараты либо зависимые — с присоединением их с помощью сме-
смесительных циркуляционных насосов.
Второе направление заключается в принципиальном измене-
изменении конструкции водоструйного элеватора. При этом наиболее
перспективными представляются двухсопловые регулируемые
Рис. 1.3. Схема автоматизированных тепловых сетей с контрольно-распредели-
контрольно-распределительными тепловыми пунктами:
Я-5^.т^КИ теплоты (котельные. ТЭЦ); 2-кольцевые магистральные тепловые сети-
L™? я ^«ЬН0-РаспРеДелительные пункты (КРП); 4 - распределительные тепловые
сети; 5 - центральные тепловые пункты; 6-то же. индивидуальные- 7-объединен-

элеваторы, преимущества которых перед другими конструк-
конструкциями заключаются в отсутствии сальников и подвижных эле-
элементов.
Как показали исследования, для более полной реализации
возможностей индивидуального автоматического регулирования
предпочтительно применение горизонтальных систем водяного
отопления с одноместным присоединением нагревательных при-
приборов, особенно с поквартирным распределением теплоносителя.
Для эффективного функционирования в условиях АСУ ТП
требуют совершенствования и технологические схемы районных
отопительных котельных. В частности, они должны предусматри-
предусматривать возможность экономичного и глубокого регулирования про-
производительности сетевых насосов.
Таким образом, новые системы централизованного тепло-
теплоснабжения для полной реализации возможностей их эффектив-
эффективной эксплуатации в условиях АСУ ТП должны проектироваться
с учетом рассмотренных выше обстоятельств.
Принимая во внимание большое значение автоматизации
теплоснабжения и трудности технического и организационного
характера, которые стоят на пути ее массового внедрения, Гос-
Госстрой СССР и научный совет Академии наук СССР по комплекс-
комплексным проблемам энергетики приняли решение провести в 17 го-
городах страны эксперимент по комплексной автоматизации теп-
теплоснабжения и теплопотребления. Цель эксперимента — найти
наиболее эффективный путь решения этой важной проблемы, с
тем чтобы выработать научно обоснованные рекомендации для
массового внедрения. В каждом из 17 городов (Москва, Ленин-
Ленинград, Рига, Челябинск, Харьков, Запорожье, Минск, Алма-Ата,
Барнаул, Симферополь и др.) определены опытные районы комп-
комплексной автоматизации, охватывающей все звенья системы теп-
теплоснабжения (тепловой источник — сети — абонентские тепло-
потребляющие установки).
Разнообразие местных условий, а именно различные схемы
тепловых сетей (открытые и закрытые, с ЦТП и без ЦТП), раз-
разные источники теплоснабжения (ТЭЦ и районные котельные),
неодинаковая организационная структура управления теплоснаб-
теплоснабжением, различные климатические условия, влияние предыду-
предыдущего местного опыта разработки систем автоматизации, привели
к существенному разнообразию принципиальных и технических
решений, принятых при создании опытных систем.
В качестве иллюстрации на рис. 1.4 приведена схема комп-
комплексной автоматизации опытного района теплоснабжения в Ле-
Ленинграде. Район насчитывает 160 зданий различного назначения
и имеет преимущественно девятиэтажную застройку.
Теплоснабжение осуществляется от районной котельной мощ-
мощностью 324 МВт B78,5 Гкал/ч). Система теплоснабжения с не-
непосредственным водоразбором из тепловых сетей. Основная
часть потребителей подключена к тепловым сетям через ин-

Рис. 1.4. Принципиальная схема системы комплексной авто-
автоматизации теплоснабжения опытного района в Ленинграде
<н — температура наружного воздуха; о—скорость ветра; R—интен-
R—интенсивность солнечной радиации; Ри Рг—давления воды в подающем
и обратном трубопроводах; О О —расходы циркуляционной и
подпиточной воды; Q — расход теплоты; <г в~ температура воды на
горячее водоснабжение
Система телемфханцкц
Система
реализации
решений
дивидуальные тепловые пункты по зависимой (элеваторной)'
схеме.
Рассматриваемая система комплексной автоматизации пре-
предусматривает оснащение средствами локальной автоматики ко-
котельной, тепловых сетей и абонентских теплопотребляющих уста-
установок.
Автоматизация котельной включает системы программно-ло-
программно-логического управления, автоматического регулирования и защиты
технологического оборудования с помощью объектно-ориентиро-
объектно-ориентированных устройств управления типа КСУ разработки СКВ Че-
Чебоксарского ПО «Промприбор». Проект автоматизации котель-
котельной выполнен Ленниипроектом.
Для управления потокораспределением в тепловых сетях,
осуществлением переключений в аварийных ситуациях конт-
контрольные точки сети оборудуются электрофицированными за-
Авижками.
Для автоматизации работы индивидуальных тепловых пунк-
т°в использованы регулируемые двухсопловые элеваторы кон-
СтРукции ВНИИГС.
Управление отпуском тепловой энергии от котельной произ-
производится на основе прогнозных данных о размере тепловых на-
17

грузок, а также о фактическом тепловом состоянии объекта
(отапливаемых зданий).
Оно производится с использованием управляющего вычисли-
вычислительного комплекса (УВК) на базе ЭВМ СМ-4. Для оценки теп-
теплового состояния района определены контрольные точки, пара-
параметры от которых поступают на УВК через телемеханическую
систему.
Для сбора и передачи информации намечается использова-
использование технических средств, которыми располагает объединенная
диспетчерская служба (ОДС) жилищно-эксплуатационного тре-
треста. Те же каналы связи предполагаются и при контроле ре-
режима давлений в тепловой сети. Отпуск тепловой энергии — ка-
качественно-количественный.
Разработка системы выполнена совместно рядом организа-
организаций: ВНИИГСом, трестом Оргтехстрой ГлавТЭУ, институтами
«Тяжпромавтоматика» (Харьков) и Ленжилпроект, НПО «Ки-
«Кибернетика» АН Узбекской ССР, АКХ им. К. Д. Памфилова, Си-
Сибирским энергетическим институтом АН СССР.
Аналогичные работы проводятся и в других городах, где
запланирован эксперимент по комплексной автоматизации.
Общую координацию и научно-методическое руководство
осуществляют Госстрой СССР и Научный совет по комплекс-
комплексным проблемам энергетики АН СССР.
Глава II
РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ В СИСТЕМАХ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ
§ 2.1. Регулируемые параметры микроклимата
отапливаемых помещений
Климат внутренней среды, определяемый сочетаниями тем-
температуры, влажности и скорости движения воздуха, а также
окружающих поверхностей, принято называть микроклиматом
помещений, а поддержание определенных, наперед заданных ме-
метеорологических условий в закрытых помещениях — основной
задачей отопительно-вентиляционных систем.
Температурные условия и показатели воздушной среды (ре-
(регулируемые метеопараметры) закрытых помещений определяют-
определяются функциональным назначением помещений, временем года и
суток, внешней метеорологической обстановкой, возможностями
отопительно-вентиляционных и теплоснабжающих систем. В за-'
висимости от перечисленных условий метеопараметры можно
классифицировать как оптимальные, допустимые и необходимые,;
18

Оптимальными метеопараметрами помещений принято счи-
считать условия окружающей среды, обеспечивающие наилучшее
самочувствие и работоспособность . человека [7], наибольшую
продуктивность животноводческих комплексов, наиболее каче-
качественное протекание технологических процессов в производ-
производственных зданиях, максимальную урожайность в культивацион-
культивационных сооружениях [17,24], сохранность конструкций зданий, со-
сооружений, материалов, оборудования, готовой продукции и др.
Допустимыми метеопараметрами считаются условия, при ко-
которых возникают незначительная напряженность системы термо-
терморегуляции организма человека, несущественные изменения про-
продуктивности или урожайности в сельском хозяйстве, в количе-
количестве и качестве продукции в системе производства и хранения.
Необходимые метеопараметры определяются задачами функ-
функционирования, состоянием отопительно-вентиляционных и тепло-
теплоснабжающих систем, ограждающих конструкций и могут назна-
назначаться исходя из условий экономии топливно-энергетических ре-
ресурсов, предотвращения (в аварийных ситуациях или в неос-
неосновной период функционирования.) замерзания теплоносителя
в системах, снижения ущерба, гибели животных, разрушения
конструкций зданий и др.
Установление и выбор в отапливаемых помещениях опти-
оптимальных, допустимых или необходимых метеопараметров зави-
зависят от многих факторов. Естественно, что оптимальные значения
обеспечивают наилучшие условия в помещениях. Однако требо-
требования минимизации общих затрат, расходов тепловой и элек-
электрической энергии определяют необходимость поддержания во
многих случаях допустимых, а в экстремальных условиях — не-
необходимых метеопараметров.
Следует отметить, что оптимальные и допустимые значения
параметров не являются для многих типов зданий- постоянными
в течение суток. Так, в периоды сна или отсутствия людей в
помещениях целесообразно устанавливать пониженные значения
температур (программное снижение на определенное время)
[74].
^Особую область задач управления микроклиматом помеще-
помещений составляют аварийные режимы, связанные с отоплением зда-
зданий при дефиците топлива, нарушениях подачи теплоносителя
и др. Здесь метеопараметры или их сочетания могут изменяться
в значительных пределах.
Рассматривая вопросы управления микроклиматом, из комп-
комплекса метеопараметров следует выделить наиболее важные, под-
поддающиеся прямому или косвенному регулированию: темпера-
температура и скорость движения воздуха в помещении, его относитель-
™м'х ность' температура окружающих поверхностей. Основ-
па«1о^ТШруеМЬШИ паРаметрами для систем отопления яв-
????<; ™ПерЭТура внутреннего воздуха в помещении /в и
средняя температура поверхностей, обращенных в помещение,
19

0,3
16
Рис. 2.1. Изменение температуры воздуха по
высоте помещения при отоплении:
/ — воздушном; 2, 3, 4 — водяном с нагреватель-
нагревательными приборами соответственно подоконными
(радиатор), потолочными, напольными (панели)
^вп. ср. ПОДВИЖНОСТЬ И
влажность воздуха как
регулируемые параметры
чаще рассматриваются в
системах вентиляции и
кондиционирования воз-
воздуха [50].
Температура воздуха
в помещении подразделя-
подразделяется на локальную, сред-
среднюю по всему помеще-
помещению, средневзвешенную
для здания в целом или
его части. Чаще всего
температура воздуха в
помещении контролиру-
контролируется (обеспечивается) в
части объема помещения, называемой рабочей или обслуживае-
обслуживаемой зоной. Например, для жилых помещений эта зона опреде-
определяется пространством высотой до 2 м (до 1,5 м для сидячих
людей) над уровнем пола.
Характер изменения температуры воздуха по высоте поме-
помещения при различных видах отопления представлен на рис. 2.1
[55]. Изменение температуры воздуха по высоте и ширине по-
помещений характеризует равномерность нагрева, от которой за-
зависит тепловой комфорт и теплопотери помещения. При опреде-
определении средней температуры в помещениях, выборе числа и ме-
места размещения термометров следует учитывать характер ука-
указанных неравномерностей.
В связи с тем, что помещения в здании, в соответствии с на-
назначением и за счет некоторой разрегулировки системы отопле-
отопления, могут иметь различную температуру, используется понятие
средневзвешенной (усредненной) температуры внутреннего воз-
воздуха здания в целом или его части:
IV,
B.1 Г
где <в/ — средняя температура воздуха в /-м помещении; V/ — объем /-го по-
помещения.
Различие усредненной фактической температуры воздуха в
здании от нормируемых значений можно характеризовать коэф-
коэффициентом среднеквадратичного отклонения
V ZV,
B.2)
где t'li — нормируемая величина средней температуры воздуха в j-u помеше-;
НИИ.
20

В качестве радиационного фактора для практических целей
регулиРования м(эжет приниматься [7] средневзвешенная тем-
температура поверхностей ограждения и оборудования
tR - ^f д/вп< , B-3)
где Unt — средняя температура каждой из поверхностей, включая и грею-
греющие °С; Fnt — соответствующие площади поверхностей, м2.
Интенсивность суммарного лучисто-конвективного теплооб-
теплообмена характеризуется радиационной эффективной температурой
помещений
tn = atB+(l — a)tR, B.4)
при этом а определяется в зависимости от назначения и харак-
характеристики помещения [7]; для жилых зданий а = 0,46. Оценка
по ta особенно важна при программном изменении температуры
в отапливаемых помещениях.
Более полная характеристика микроклимата помещений воз-
возможна с помощью комплексного метеопараметра, зависящего от
относительной влажности, скорости движения воздуха, средне-
средневзвешенной температуры поверхностей и называемого результи-
результирующей температурой /пр-
Для определения tn? используются различные расчетные вы-
выражения и графики [6, 7, 20]. Такой подход важен в связи с тем,
что в последнее время наблюдается определенная тенденция по
созданию переменных метеопараметров помещений, обусловлен-
обусловленная следующими причинами:
снижением температуры внутреннего воздуха в ночное вре-
время для жилых помещений и в нерабочее — для административ-
административных зданий, что сокращает расход топлива на отопление;
периодическими изменяющимися температурными воздей-
воздействиями, соответствующими естественным условиям человече-
человеческого организма, что тренирует и укрепляет его, делает более
устойчивым к различного рода заболеваниям и улучшает само-
самочувствие;
более точными переменными параметрами микроклимата,
что. приводит к повышению урожайности в культивационных
сооружениях, продуктивности животных, удовлетворяет требо-
требованиям некоторых технологических процессов и условиям сни-
снижения расхода теплоты;
переменными нормативами (более широкий возможный диа-
диапазон изменений), что позволяет упростить регулирование.
В настоящее время практически нет нормируемых перемен-
переменных величин микроклимата. В связи с этим их значения чаще
всего характеризуются отклонением от постоянных (нормируе-
(нормируемых) параметров (Д*в), например снижение температуры в ноч-
ночное время на 2°С (Д*В = 2°С). p JF
21

At;c
2,0
I
/
Рис. 2.2. Максимальная ам-
амплитуда колебания темпера-
температуры воздуха в зависимости
от продолжительности пе-
периода
1—3 — допустимые амплитуды1
по различным литературным
источникам [6]
1,0
2,0 Лт,ч
йу,%
20
10
J
"~ 4
1,0
2,0 3,0
Рис. 2.3. Максимальная ам-
амплитуда колебания относи-
относительной влажности воздуха
в зависимости от продолжи-
продолжительности периода
1—5 — максимальные амплиту-
амплитуды колебаний в зависимости
от различных условий [6]
t°C
22
20
18
16
П
12
10
\
h
ч
\
V
/
/
(
г
н
^НС2
5000
4000
3000
2000
——
ч
20 24
8 72 76 Т,Ч
Рис. 2.4. Характер изменения темпера-
температуры воздуха в помещении в зависи-
зависимости от интенсивности подачи тепло-,
ты
Периодические колебания параметров микроклимата харак-
характеризуются также амплитудой А и периодом Т. Для оценки
влияния динамического микроклимата используется понятие
«импульс отклонения температуры». Величина этого импульса
при пилообразном изменении параметра выражается [68] про-
произведением +0,25ЛТ, характеризующим в определенной мере
величину нестационарной тепловой нагрузки на систему термо-i
регуляции организма человека. :
На рис. 2.2 и 2.3 представлены известные литературные давм
ные по возможной амплитуде колебания температуры и отно/j
22

сительной влажности конкретных помещений в зависимости от
продолжительности периода. В общем же случае уровень, до
которого снижается температура воздуха в помещениях, за-
зависит от многих факторов и колеблется в широких пределах
[44, 74].
Расчет тепловых режимов при программном изменении внут-
внутренней температуры и при внешних воздействиях по произволь-
произвольному закону представляет собой достаточно сложную задачу.
На рис. 2.4 в качестве примера показан характер изменения
/п. tR, /но tuc.,, q при соблюдении программного графика из-
изменения tB. Отсюда видно, что, несмотря на повышение темпе-
температуры в утренние часы E—6 ч) выше 22 °С, радиационная
эффективная температура tn, характеризующая условия ком-
комфортности в помещении, находится в пределах 20 °С.
Значение отдельных метеорологических параметров, создаю-
создающих оптимальные и допустимые условия воздушной среды в
различных по назначению закрытых помещениях, даются в
СН245—71, СНиП П-33—75, ГОСТ 12.1.005—76, а также в спе-
специальной литературе [6, 7, 17, 20, 21, 24].
Таким образом, в отапливаемых помещениях состав регули-
регулируемых параметров, точность их соблюдения во многом зависят
от целей и задач регулирования, назначения помещений. По-
Поэтому в дальнейшем необходимо рассмотреть более подробно
некоторые особенности регулируемых параметров в различного
рода зданиях.
§ 2.2. Микроклимат жилых помещений
Оптимальные метеопараметры в жилых помещениях харак-
характеризуются такими условиями теплового режима, которые при
длительном и систематическом воздействии на человека обес-
обеспечивают сохранение нормального функционального и тепло-
теплового состояния организма без напряжения реакций терморегуля-
терморегуляции. В этом случае появляется ощущение теплового комфорта,
создаются предпосылки для высокого уровня работоспособ-
работоспособности, которые определяются двумя условиями.
Первое условие комфортности [7] заключается в том, что че-
человек, находящийся в середине обслуживаемой зоны и отдаю-
отдающий тепло, не должен испытывать ни перегрева, ни переохлаж-
переохлаждения. Комфортность зависит от характера деятельности, одеж-
одежды человека, времени года, радиационной обстановки и темпе-
температуры воздуха в помещении. На рис. 2.5, по данным работы
1/J, представлены графики для определения комфортных усло-
условий в зависимости от наиболее важных из перечисленных фак-
факторов при длительном пребывании людей в помещении.
второе условие температурной комфортности определяет до-
допустимые температуры нагретых и охлажденных поверхностей
лри нахождении человека на границах обслуживаемой зоны.
23

J.' «Л
25
20
15
10
m
15 20 25 tt,°C
Рис. 2.5. Первое условие комфорт-
комфортности для зимы
Т — при тяжелой работе; У — умеренной;
Л — легкой (заштрихованная область со-
соответствует допустимым отклонениям при
умеренной работе)
20
Область
допустимых
температур на
'тетях
Ж
0,8 0,6
0,4 0,2 О
Рис. 2.6. Второе условие комфортно-
комфортности: зависимость допустимых значений
температуры нагретых (/), охлажден-
охлажденных B) поверхностей и поверхностей
окон C) от коэффициента облучения
О 4' W
10
us Ц
0,1 0,2 0? Ofi 0,S f 2 35
—>• Скорость движении ВояЭущм/о
Рис. 2.7. Номограмма для определения результирующей температуры
Поверхности потолка и стен (в зоне выше 1 м от поверх-
поверхности пола во избежание недопустимого радиационного воздей-
воздействия на голову человека) могут нагреваться до температуры,
приближенно определяемой по формуле
'en
19,2 + (8,7/ф),
B.5)!
24

или охлаждаться до температуры [7]
B.6)
где ф — коэффициент облученности нагретой или охлажденной поверхности с
наиболее невыгодно расположенной элементарной площадки на поверхности
тела, определяемый по соответствующим графикам либо ориентировочно по
формуле
Ф = 1 - 0,8 (*//),
где I — V-^ii — характерный размер облучающей панели; Fa — площадь па-
панели; х — расстояние до панели, м.
На рис. 2.6 представлены области допустимых температур на
поверхностях в помещении в зависимости от коэффициента об-
облученности, в соответствии с выражениями B.5), B.6). Кроме
рассматриваемого условия, на холодной поверхности темпера-'
тура должна быть выше температуры точки росы воздуха в по-
помещении.
С целью более полного учета метеопараметров Е. В. Стефа-
Стефанов предлагает использовать номограмму для определения tnp,
представленную на рис. 2.7. Значения отдельных нормируемых
метеорологических параметров в обслуживаемой зоне жилых,
общественных и вспомогательных зданий промышленных пред-
предприятий приведены в СНиП П-33—75, а также в работах
[7,20,21].
§ 2.3. Особенности микроклимата общественных
и производственных зданий
Состояние воздушной среды в общественных и производствен-
производственных зданиях должно удовлетворять как санитарно-гигиениче-
санитарно-гигиеническим, так и технологическим требованиям. Микроклимат про-
производственных помещений определяется с учетом обеспечения
качественного протекания технологического процесса, а также
сохранности оборудования и готовых изделий [17, 59]. Руково-
Руководящие материалы по нормированию микроклимата определяют
необходимые сочетания температуры, влажности и скорости
движения воздуха [16], экстремальные скорости vx, перепады
температур в местах поступления приточных струй в рабочую
или обслуживаемую зону помещения [17,60]. По сравнению
с жилыми помещениями здесь необходимо учитывать большее
число факторов и специфических особенностей деятельности че-
человека, а также производства.
В табл. 2.1 приведены нормируемые оптимальные и допу-
допустимые сочетания температуры, относительной влажности и ско-
скорости движения воздуха в рабочей зоне производственных [16]
и в обслуживаемой зоне общественных зданий [60].
При благоприятных средних значениях температуры, влаж-
влажности и скорости движения воздуха в помещении в отдельных
25

Таблица 2.1. Нормируемые температура tB, относительная влажность ф,
и скорость движения воздуха vB
Помещения
и здания
Производ-
Производственные
Общест-
Общественные
Категория
тяжести
работы
Легкая
Средней
тяжести:
Па
Пб
Тяжелая
—
Для холодного и переходного периодов года tH< 10" С
оптимальные
допустимые
при постоянных рабочих местах или в
обслуживаемой зоне
'в- °С
20—23
18-20
17—19
16—18
20—22
V%
60—40
60—40
60-40
60—40
45-30
гв, м/с
не
более
0,2
оо
со "to
0,3
0,1 —
0,15
tB,'C
19-25
17-23
15—21
13-19
18—22
<РВ, <и|ов, м/с
не более
75
75
75
75
65
0,2
0,3
0,4
0,5
0,3
вне рабо-
рабочих мест
15—26
13—24
13-24
12—19
—
местах рабочей или обслуживаемой зоны могут создаваться су-
существенные перепады температуры (температурные контрасты).
На основе обобщения результатов исследований В. II. Тете-
ревниковым и Л. В. Павлухиным [62] получены рекомендуе-
рекомендуемые сочетания перепадов температур ktx = tx — tB и скоростей
Н
U°C
21
20
19
4Q
пч
I
I
\/
А
I
I
><
/
Чс,м/с
0,2
0,3
0,4
0
0,4 0,8 1,2 1,6 Atx,°C
Рис. 2.8. Рекомендуемые сочетания ско-
скорости движения воздуха vx, его темпера-
температуры tx и перепада температуры Atx для
поддержания в помещении оптимальных
метеорологических условий
движения воздуха vx. На
рис. 2.8 показаны рекомен-
рекомендуемые сочетания vx, tx, Atx
при работе средней тяжести
и легкой одежде. Дифферен-
Дифференцированные связи между
нормируемыми параметрами
микроклимата (yHopM, /норм).
и экстремальными парамет-j
рами приточных струй (vx%
tx, Atx) разработаны М. Щ
Гримитлиным [17].
В случае нормирована
температуры воздуха из yi
ловия технологического пр
цесса, сохранности оборудоё
вания или изделий нередю
26

устанавливаются значительные ограничения на отклонения тем-
температуры воздуха (до ±0,01 °С). Для прецезионных процессов
в ряде случаев создаются гармонические колебания температуры
воздуха определенной амплитуды и частоты.
Оптимальными для животноводческих помещений называют-
называются метеорологические условия окружающей среды, при кото-
которых возможно получение наибольшей продуктивности от нахо-
находящихся в них животных. Основным условием для этого яв-
является отсутствие напряженности в системе терморегуляции ор-
организма. Для животных различных типов и возраста установ-
установлены целесообразные пределы изменения температурно-влаж-
ностных условий воздушной среды и ограждающих конструк-
конструкций [24].
Решение уравнения общего лучисто-конвективного теплооб-
теплообмена поверхности тела животных с учетом суточной активности
их поведения приводит к предельным уровням зоны максималь-
максимальной продуктивности в виде
где коэффициенты с\, d\ и перепад ЬЛ зависят от типа и возраста животных.
Любое сочетание tB и tR, лежащее внутри четырехуголь-
четырехугольника, ограниченного зоной уравнения B.7) и прямыми Уъ = с2
и t" = c3, будет отвечать условиям зоны максимальной про-
продуктивности.
Развитие растений обеспечивается совокупностью почвенных
и атмосферных условий в соответствии с законом минимакса:
если хотя бы один из факторов, обеспечивающих рост и разви-
развитие растений, будет в недостатке или избытке, то жизнедеятель-
жизнедеятельность растений и урожай будут находиться от этого фактора в
прямой зависимости.
Микроклимат культивационных сооружений является одним
из определяющих развитие факторов. Основная климатическая
особенность культивационных сооружений — существенная зави-
зависимость от наружных метеорологических условий (интенсивно-
(интенсивности солнечной радиации, ветра, наружной температуры).
Анализ особенностей микроклимата рассматриваемых соору-
сооружений и требований к нему показывает, что культивационные
сооружения нуждаются в надежных средствах управления мик-
микроклиматом, обеспечивающих: постоянный обогрев в зимний пе-
Риод и периодический обогрев в весенне-летний; поддержание
требуемой влажности; тепловую защиту пристенной зоны; умень-
уменьшение или ликвидацию перегрева в весенне-летний период.
Рекомендуемые значения температур воздуха зависят от
вида и сорта культур, стадии развития, времени года и приво-
приводятся в специальной литературе [24].
Краткое и далеко не полное изложение особенностей микро-
микроклимата различного рода помещений показывает, что много-
27

образие условий функционирования зданий и сооружений, тре-
требований к температуре в помещениях определяет необходимость
формулирования состава и характера изменения регулируемых
параметров отдельно в каждом конкретном случае.
§ 2.4. Горячее водоснабжение.
Параметры регулирования
Удовлетворение гигиенических и бытовых нужд населения
в горячей воде, обеспечение промышленности и сельского хозяй-
хозяйства водой определенной температуры является одной из задач
систем теплоснабжения. Средняя тепловая нагрузка горячего
водоснабжения в городах достигает 10—40 % от расчетной на-
нагрузки отопления, и поэтому она оказывает существенное влия-
влияние на тепловые и гидравлические режимы тепловых сетей. Осо-
Особенностями рассматриваемого типа теплоиспользования являют-
являются: слабая зависимость расходов теплоты от климатических ус-
условий, круглогодовой характер и значительная неравномерность
водопотребления.
Контролируемыми и регулируемыми параметрами в системах
горячего водоснабжения являются: качество, температура горя-
горячей воды, напор в точках водоразбора. Регулируемыми являют-
являются также запасы горячей воды в баках-аккумуляторах, расходы
воды у некоторого типа потребителей, допускающих варьиро-
варьирование временем водоразбора.
Необходимая температура воды определяется характером ее
использования. Так, для умывания она составляет 25—30 °С,
для принятия ванн и душа — 37—40 °С, для мытья посуды —
55—70 °С. В технологических процессах диапазон температуры
весьма широк — 20—95 °С.
С другой стороны, в системах теплоснабжения температура
воды обусловливается санитарно-гигиеническими требованиями.
За нижний предел принимается так называемая «температура
пастеризации», при которой погибает большинство болезнетвор-
болезнетворных бактерий, за верхний предел — такая температура, при ко-
которой невозможно получение ожогов потребителями. В точках
водозабора СНиП П-34—76 регламентирует следующие темпе-
температуры:
для систем централизованного горячего водоснабжения, при-
присоединенных к закрытым системам теплоснабжения,— не ниже
50 и не выше 75 °С;
для систем централизованного горячего водоснабжения, при-
присоединенных к открытым системам теплоснабжения, а также
для систем местного (децентрализованного) горячего водоснаб-
водоснабжения — не ниже 60 и не выше 75 °С.
Поскольку для гигиенических процедур используется вода с
температурой 37—42 °С, в некоторых случаях для экономии теп-j
лоты осуществляется снижение температуры воды у водораз-1
борных кранов ночью до 40 °С.
28

Для учреждений социального обеспечения, общеобразова-
общеобразовательных школ, детских домов и дошкольных учреждений, а
также в зданиях лечебно-профилактических учреждений тем-
температура горячей воды принимается не выше 37 °С.
Указанные ранее нижние пределы температуры воды отно-
относятся к наиболее удаленным от подогревательной установки во-
водоразборным точкам и к минимальному расходу воды по подаю-
подающим трубопроводам, соответствующему отсутствию водоразбора
и наличию в системе только циркуляционного расхода воды.
С учетом потерь тепла в трубопроводах в первом приближении
на выходе из подогревателей рекомендуется [32] принимать:
? закр = 'г.Ткр +10 = 50+10 = 60 °С; B.8)
Соткр = <гН.ТкР + 5 = 60 + 5 = 65 °С. B.9)
При более детальных расчетах
tfin = <«°Р" + Д*. B.10)
где f{J°PM — минимальная (нормируемая) температура горячей воды в конце-
концевой точке, в месте водоразбора, °С; f™in — минимальная температура горячей
воды на выходе из подогревателя, °С; At — охлаждение воды на участке тру-
трубопровода, °С:
Ki — коэффициент теплопередачи участка трубопровода, кДж/(ч-м2-°С); d,,i —
наружный диаметр трубопровода, м; // — длина участка трубопровода, м;
tH — температура воды на входе в трубопровод, "С; tK — температура воды в
концевой точке участка, °С; *Окр — температура среды, окружающей трубо-
трубопровод, °С; с — теплоемкость воды, кДж/(кг-°С); Gt — расход воды на i-м
участке, м3/ч.
Нарушения температурного режима систем горячего водо-
водоснабжения приводят к существенным перерасходам теплоты и
горячей воды. На рис. 2.9, по данным работы [77], показаны
зависимости относительных расходов от отклонений температуры
горячей воды.
Особенностью систем бытового горячего водоснабжения яв-
является периодическое и кратковременное включение в работу
отдельных приборов, что приводит к резко переменному гра-
графику расходов горячей воды по системе в целом в течение су-
суток (рис. 2.10). Помимо внутрисуточных колебаний, наблюдают-
наблюдаются изменения среднесуточных расходов в течение недели, ме-
месяца, года. Количественное прогнозирование нагрузки горячего
водоснабжения определяет совершенство регулирования от-
отпуска ^теплоты, режимов работы систем отопления, диагностики
аварийных ситуаций в системах. Для этих целей часто исполь-
используется интегральный график потребления горячей воды
1Рис. 2.11). Здесь тангенс угла наклона касательной в опреде-
2S

200
150
100
50
ч
\
-
у*
ООА
Q-Q
———
160
120
80
40
70
75 t°r,C
Г.
J
_г
8 72 76 20 Т,ч
Рис. 2.9. Зависимости относительных;
расходов горячей воды и тепловой^
энергии от ее температуры
Рис. 2.10. Обобщенный суточный
фик потребления горячей воды
Рис. 2.11. Интегральный график в о до-
потребления
ленный момент времени tg р характеризует мгновенный расхо
Go, вертикальные отрезки между линиями подачи 2 или 2' и ли
нией водопотребления 1 — объем воды в баке-аккумуляторе, пл<
щадь между абсциссой и линией 1 — суммарное водопотреблени
за выбранный отрезок времени. Так, заштрихованная на рис. 2.1
площадь дает представление о количестве воды, поступившей И|
системы потребителям с 16 до 24 ч. В ряде работ [20, 29, 75
рассмотрены вопросы определения расчетных расходов, влиянц
на него различных факторов, приведены типовые графики.
Опыт треста «Теплоэнерго-П» г. Ленинграда показал,
полученные на основании обработки статистических материала
по методике [1] характерные графики расходов горячей вод)
позволяют достаточно надежно прогнозировать водопотребл|
ние, обнаруживать возникновение утечек в сети.
В системах горячего водоснабжения важным регулируем:
параметром является напор в точках водоразбора. Из уело;
надежности функционирования и предотвращения попада
воздуха в систему минимальный напор в точках водоразб'
устанавливается в размере 2—5 м. Так, напор свободного
воды Ясв через водоразборные краны у раковины, моек,
вых сеток, умывальников, а также у смесителей умывалып
принимаются не менее 2 м, для смесителей у ванн и душ(
го

геток в квартирах-не менее 3 м, для душевых сеток в груп-
групповых установках-до 4 м. Максимальное давление определяет-
определяется механической прочностью трубопроводов
Для давления в начале тупикового трубопровода (рис. L\l)
для я-го потребителя
Рп-Р«-
S
i
l=*f
?
2.13)
Р латепие воды перед концевым прибором; s/, sih sK», s™ — приве-
ГД ТпэгЫЫшненты гидравлического сопротивления участка магистрали, от-
де""пЫр™я ~ного ответвления, «-го ответвления; О,-расходы воды на
^участках, ™1- пьезометрические отметки точек ft и я соответственно
Цели регулирования для систем горячего водоснабжения мо-
могут заключаться в следующем:
в удовлетворении условия Pi^fi ,
в минимизации значения Pnn = f(Gt) .по выражению B.12)
при условии Pi>P"opM с целью сокращения затрат на тран-
транспорт воды к потребителям (рис. 2.13);
в управлении величинами s,, для доведения до минимума
величин Pi — Pi ,
Рис. 2.12. Схема тупикового трубопро-
трубопровода
Рис. 2.13. Зависимость расхода горя-
Skk Рл?л чей воды от метода регулирования
.[771
/ — регулирование отсутствует; 2 — регу-
регулирование на вводе; 3 — поэтажное ре-
регулирование
й,л/чел. В сутки
Pi.u
300
260
220
180
140
.
1
-2
2 4 6 8
Этажность
10
31

в минимизации величины \PHa4^T (из условия обеспече-
0
ния суммарным расходом) при наличии потребителей, допускаю-
допускающих варьирование временем водозабора т (наличие баков-акку-
баков-аккумуляторов и др.);
в регулировании расходов воды в циркуляционных контурах
систем горячего водоснабжения с целью их минимизации при
соблюдении условия СрХм >tk> Сорм!
в удовлетворении условия Р^Р\09* категорированных по-
потребителей с временным или полным отключением водопотреб-
ления у абонентов, допускающих временные перерывы.
§ 2.5. Гидродинамические давления в тепловых сетях
Одним из основных регулируемых параметров для систем
теплоснабжения является величина гидродинамического давле-
давления в различных точках тепловой сети, анализируемая, как пра-
правило, с помощью пьезометрических графиков (рис. 2.14, 2.15).
Здесь в период функционирования необходимо минимизировать
затраты электроэнергии на привод циркуляционных и подпиточ-
ных насосов при удовлетворении требуемых расходов и гранич-
граничных условий по величинам гидродинамических давлений.
Гидростатический режим тепловых сетей определяется из
условий заполнения системы водой до 100 °С и обеспечения в
верхних гидравлически связанных точках высоко расположен-
расположенных отопительных установок избыточного давления не менее
0,05 МПа E м вод. ст.), а в элементах системы, расположен-
расположенных на низких геодезических уровнях, — не выше допустимых
для установленного оборудования давлений.
Гидродинамические давления, помимо указанных выше пре-
пределов, должны удовлетворять условиям функционирования: для
подающей линии — защита от вскипания воды, для обратной
линии — предотвращение вакуума (давления меньше 0,1 МПа)
в системе, а также предупреждения кавитации жидкости в на-
насосах.
Величина требуемого перепада давлений АР на вводе у по-
потребителя зависит от характеристики местной системы и схемы:
ее присоединения к тепловой сети. В случае присоединения ото-f
пительных или вентиляционных систем без элеваторного узла!
смешения или с насосным подмешиванием АР = 0,02 -;- 0,05 МПа|
B-ь5 м вод. ст.), при элеваторном присоединении ДР = 0,
— 0,15 МПа, через водоподогреватели АР = 0,04 -г- 0,08 МП«
При последовательном включении системы отопления и водон!
гревателя на систему горячего водоснабжения располагаем!
напор принимается равным суммарной величине требуемых Hii
поров.
32

¦о)
h
L—
IV
r
[
кг
Y
".
4-1
^-
in
II2
u2
¦—¦_
(
—-4
"s
С
"j
в

Б
ис. 2.14. Пьезометрический график тепловой сети
принципиальная схема двухтрубной тепловой сети; б — пьезометрический график;
о1 м нределыше линии максимального и минимального напоров в подающем теп-
теплопроводе- г/ г\
' {,' ug—предельные линии максимального напора при независимом и за-
присоединении абонентов соответственно; о', О —предельные линии мини-
'" — полог"™153 в обРатном теплопроводе; /, // — сетевой и подпиточный насосы;
"одкиочени «™н сетев°й bqau; IV — бак подпнточной воды; К ¦ котел; 1-5— точки
"ия аоонентов и отв В С D б
qa; од од;
ответвления теплопроводов; Вк С, D - абоненты
2 Зак 230

Рис. 2.15. Пьезометрический график трубопроводов в котельной
а — принципиальная схема трубопроводов в котельной; б — пьезометрический график
трубопроводов в котельной; h — пьезометрические напоры; ДЯ — потери напора;
Б — бак подпиточной воды; ПН — подпиточный насос; СН — сетевой насос; Д — дрос-
дроссель: А, В — задвижки; РД — регулятор давления; ДК—дренажный клапан; П — подо-
подогреватель сетевой воды
В общем случае управление гидравлическими режимами из
условий минимизации расходов электроэнергии на транспорт
теплоносителя производится при Об^Ло^Ом! П^Л
АЛ ДЛаб доп ПО УСЛОВИЮ
где
min
К
10
о
B.14)
"п
ДАп
Y
Po
АП0Д
рд
6.0;
+ ДАП0Д + ДЯрд -Z6--f + 5,0;
34

АЛп — потери напора в сетевом подогревателе; ДЛП;, Ahoi — потери напора на
1-м участке подающего и обратного трубопроводов соответственно; Д/гав — по-
потери напора концевого абонентского ввода; Gu, Gni, Got, Ga6, Ga — расходы
теплоносителя у сетевого насоса, на <-м участке прямого и обратного трубо-
трубопроводов, абонента, подпиточного насоса соответственно; г\л, ца—обобщенные
коэффициенты полезного действия группы подпиточных и циркуляционных на-
насосов соответственно, Нп 311М — напор, развиваемый группой подпиточных на-
сосов в зимний период;пп лет — то же, в летний период; пц — напор, разви-
развиваемый сетевыми насосами; Si, Sn, 5пб — приведенные коэффициенты гидравли-
гидравлических сопротивлений участков теплопровода, подогревателя, абонента соот-
соответственно; N/, r\i — мощность и коэффициент полезного действия /-го подпи-
подпиточного или циркуляционного насоса; Ро — гидродинамическое давление в на-
напорном баке либо в подпиточном водопроводе; Zt,, Zx — пьезометрические от-
отметки подпиточного бака и наиболее неблагоприятного потребителя соответ-
соответственно; ДЯрд — потери напора на регуляторе давления.
Управляющими воздействиями для минимизации энергетиче-
энергетических затрат и обеспечения гидравлических режимов в общем
случае являются: снижение величины Д#РД за счет оптималь-
оптимального выбора числа работающих насосов, регулирование частоты
вращения насосов, выбор представительных абонентов в различ-
различные периоды работы системы и др.
§ 2.6. Расходы теплоты
Производным регулируемым параметром в системах тепло-
теплоснабжения является расход теплоты, определяемый температу-
температурами и расходом теплоносителя. Изменение параметров тепло-
теплоносителя в соответствии с фактической тепловой потребностью
абонентов повышает качество теплоснабжения, сокращает рас-
расходы тепловой энергии и топлива. Адекватное определение по-
потребного и фактического расходов теплоты способствует воз-
возможностям максимальной экономии топлива и тепловой энер-
энергии, достижению высоких экономических показателей в тепло-
теплоснабжении.
Потребные (нормируемые) расходы теплоты определяются
в соответствии с известными методиками и нормативными доку-
документами.
Часовой расход теплоты на отопление отдельного здания
можно определить по выражению
Qot = U (Quo + Qb - Qbt). B.15)
гДв 'Л — коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты в мест-
местной системе отопления (СНиП 11-33—75); Qno — потери теплоты через наруж-
наружные ограждения здания с учетом инфильтрационных потерь; QB — теплота, за-
затрачиваемая на подогрев вентиляционного воздуха; Qbt — внутренние тепло-
тепловыделения
Для определения потерь через наружные ограждения без
учета инфильтрации возможно использовать формулу
' B.16)
35

или ее модификацию (формула Н. С. Ермолаева)
.Qbo - Св - <н) vip's [К + ф (*<« - М] + Vi [+1*„т + ЬКл]};
где F— площадь поверхности отдельных ограждений, м2; k — коэффициент
теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м2-°С); At — разность температур
поздуха с вутренней и наружной стороны ограждающих конструкций, °С; kc,
кок, knr, квл — коэффициенты теплопередачи стен, окон, потолка верхнего эта-
этажа, пола нижнего этажа, Вт/м2-°С; ф — коэффициент остекления, те. отно-
отношение площади окон к площади вертикальных ограждений (стен); i|)|, фг —
поправочные коэффициенты на расчетный период температур для верхнего и
нижнего горизонтальных ограждений здания для большинства случаев [381;
¦ф, = 0,75 -г- 0,9; Фа = 0,5 ~ 0,7; q0 — удельная тепловая характеристика кон-
конкретного здания.
При использовании справочных осредненных значений для
удельной тепловой характеристики здания применяется выра-
выражение <7ц=р<70. Здесь q0—удельная тепловая характеристика
здания, зависящая от объема здания при расчетной наружной
температуре ^нро = —30°С. В свою очередь, р — поправочный
множитель на отклонение расчетной температуры от —30 °С.
Полные теплопотери с учетом инфильтрации
Qho = О + И) <?оП'в - <н).
где ц — коэффициент инфильтрации:
?У*ь BЛ9)
g — ускорение свободно падающего тела, м/с2; L — свободная высота здания
(для жилых и общественных зданий — высота этажа), м; шв — скорость ветра,
м/с; Ь — постоянная инфильтрации, с/м.
В свою очередь,
F
где св — объемная теплоемкость воздуха; F — площадь суммарного сечения не-
неплотностей в наружных ограждениях.
Ориентировочный расход теплоты на вентиляцию
QB = mVBcB (tBH - *„); B.20)
Qb = qBV (ts - tH); B.21)
где m —кратность воздухообмена, c-1 или ч; V—объем здания, м3; V„—
вентилируемый объем здания, м3; tm — температура нагретого воздуха, по-
подаваемого в помещение, °С; q* — удельный расход теплоты на вентиляцию
(при /вя «=• U, (?. = mc.VB/V).
Внутренние тепловыделения включают тепловыделения от
людей, электрического освещения и электробытовых приборов,
от стояков горячего водоснабжения и полотенцесушителей, а
также теплоту, выделяемую при сжигании газа и использовании
горячей воды,
W

В соответствии со СНиП П-33—75 величина внутренних теп-
тепловыделений в жилых зданиях определяется по формуле
QBT = 26FK-U6. B.22)
ИЛЯ Qbt = 20,87/А. B.23)
где F* — жилая площадь, м2.
При разработке эксплуатационных режимов подачи теплоты
на отопление с учетом фактической заселенности жилых домов
для определения внутренних тепловыделений можно пользовать-
пользоваться формулой [20]
QBT = A50 + 198л) • 1,16, B.24)
где п — число жителей.
Рассмотренные выше методы применимы лишь для укруп-
укрупненного прогнозирования расхода теплоты и топлива. В настоя-
настоящее время практически отсутствуют обоснованные методики
определения более точной теплопотребности с учетом эксплуа-
эксплуатационных особенностей.
Фактическое теплопотребление здания наиболее точно опре-
определяется с помощью тепломеров. Однако в настоящее время они
не нашли еще широкого применения из-за своего невысокого
качества и недостаточных масштабов производства. В связи с
этим используются менее точные методы замера температур
теплоносителя термометрами и расходов воды водомерами на
тепловом вводе. Внедряемые и разрабатываемые автоматизиро-
автоматизированные системы теплоснабжения и отопления создают предпо-
предпосылки для разработки более простых и точных методов опре-
определения потребного и фактического расходов теплоты в рас-
рассматриваемых системах.
§ 2.7. Критерии обеспеченности параметров в системах
теплоснабжения и отопления
Для оценки обеспеченности значений параметров в системах
теплоснабжения и отопления используются разнообразные кри-
критерии. Большинство из них характеризует соблюдение расчет-
расчетных параметров: температуры внутреннего воздуха в отапли-
отапливаемых помещениях, суммарного расхода теплоты или топлива
на отопление зданий и др.
Обеспечение температурного режима в зависимости от вы-
выбранных на стадии проектирования параметров наружного кли-
климата В. Н. Богословский предложил оценивать с помощью коэф-
коэффициентов обеспеченности. Исходя из назначения здания, осо-
особенностей технологического процесса в качестве показателей
здесь выступают: число случаев отклонений условий от расчет-
расчетных, общая продолжительность отклонений от заданных условий
И наиболее невыгодное разовое отклонение,
87

Теплоснабжение в ава-
аварийных условиях, а также
при дефиците топлива, за-
заниженной мощности источ-
/ ника теплоты ставит задачу
категорированного обеспе-
обеспечения теплом потребителей
с количественной оценкой
показателей работы систем
отопления. Часто при недо-
отпуске тепла, как правило,
происходит одинаковое сни-
Рис. 2.16. Характеристика возмущающих" жение температуры во всех
воздействий и качества управления тем- зданиях. Вмешательство же
пературным режимом обслуживающего персонала
1н-темперагура наружного Еоздуха; <?-сол- g тепл0Вые и гИДРаВЛИЧе-
нечная радиация; в —характер изменения ско-
скорости ветра; <Бр. tpR-требуемое и действитель- СКИе реЖИМЫ СИСТеМ ОТОПЛе-
ное значения внутренней температуры воздуха в
" ~ " ль-
щади, характеризующие перетопы и недотопы
НИЯ ОТДеЛЬНЫХ ЗДЭНИЙ При-
водИТ к общей их разРегУ-
ЛИрОВКе. имеете С Тем КЗ-
тегорированное теплоснаб-
теплоснабжение при наличии средств управления позволяет обеспечить
здания с высокими требованиями к тепловому режиму необхо-
необходимыми параметрами с одновременной более низкой степенью
обеспеченности второстепенных потребителей.
Рассмотренные выше показатели в несколько измененном
виде могут быть использованы и для целей управления в систе-
системах теплоснабжения. Качество подачи теплоты и обеспечение
температурного режима за период времени ti определяются по
формулам:
min (Q
p,
[ max (Qp, QA) dx
B.24)
nHn(/« /Jrft
B.25)
где ф — коэффициент эффективности, зависящий от качества ведения режима,
степени автоматизации и качества наладки; значение <p? равно отношению
(рис. 2.16) площадей cabcdemn и oakclefn, которое при качественном функ-
функционировании системы стремится к единице; Qp — требуемый (расчетный)
минимальный часовой расход теплоты, позволяющий соблюдать температур-
температурный режим отапливаемы* помещений с учетом всего многообразия возму»;
38

щающих факторов; фд — действительный расход теплоты; t^ — требуемое
в общем случае программное изменение температуры внутреннего воздуха в
здании; tBa — действительная температура воздуха в отапливаемом здании.
В формуле B.25) учтено, что экономия теплоты за счет не-
догрева помещений не может повышать коэффициент эффектив-
эффективности работы системы. Величины A — q>) характеризует отно-
относительное отклонение от расчетных режимов, т. е. долю пере-
перетопов Fn и недотопов FH помещений. Оценка возможных резер-
резервов экономии теплоты при управлении может производиться по
формуле
J max (Qp, QJ dx
Ч> = ? - ¦ , B.26)
И
$ Qpdr
б
где ф — коэффициент избытка подачи теплоты.
При эпизодических отклонениях критерием обеспеченности
теплового режима может также служить характеристика сум-
суммарных относительных «импульсов отклонения температуры»:
-l-fo,25 S
B.27)
где At — амплитуда i-ro отоклонения (рис. 2.17); Г/ —период отклонения; п —
число эпизодических отклонений за время т; т — время функционирования
объекта.
С целью оценки характера отклонений параметров необхо-
необходимо ввести понятие отказов I, II и III родов. Отказом I рода
можно считать отклонение оптимальных параметров в зону
допустимых значений (рис. 2.17). В случае отклонения пара-
параметров за пределы зоны допустимых значений (но не настолько,
чтобы в системе либо в зданиях наступили необратимые про-
процессы— размораживание систем, значительный ущерб и др.)
можно считать, что произошел отказ II рода. При аварийных
состояниях, наступивших в результате несоблюдения парамет-
параметров, ситуацию можно оценивать в виде отказа III рода. В этом
случае параметры находятся за пределами необходимых для
функционирования системы значений.
В рассматриваемой постановке обеспеченность температур-
температурных условий внутри помещений с учетом группы отклонений
температурного режима может определяться по выражению
B.27).
Автоматизированные системы теплоснабжения позволяют
оперативно управлять тепловыми режимами в различных экс-
экстремальных условиях. В работе [7] даны рекомендации по
39

1 0.25Т
\j
1
значениям коэффициентов
обеспеченности коъ расчет-
расчетных условий для холодного
периода года:
при особо высоких тре-
требованиях к санитарно-ги-
санитарно-гигиеническим УСЛОВИЯМ Йоб ~
« 1,0;
при круглосуточном пре-
пребывании людей или посто-
постоянном технологическом ре-
режиме &об = 0,9;
при ограниченном во вре-
времени пребывании людей
?„6 = 0,7;
при кратковременном
пребывании людей kO6 =
= 0,5.
Здесь &об показывает долю общего числа случаев, не допус-
допускающих отклонений от расчетных условий.
Естественно, что в случае лимита тепловой энергии в опре-
определенный период возможно снижение подачи теплоты к потре-
потребителям низших категорий в зависимости от длительности ли-
лимитного периода. Категорирование потребителей не только по
числу, но и по глубине отклонений позволит эффективно управ-
управлять температурными режимами в экстремальных условиях,
предотвращать аварийные ситуации.
Рис. 2.17. Характеристика отклонений
температуры внутреннего воздуха в отап-
отапливаемых помещениях
/, 2, 3, 4 — зоны соответственно перетопов,
оптимальных, допустимых и необходимых
значений температур внутреннего воздуха в
отапливаемых помещениях; 5 — зона аварий-
аварийных состояний системы отопления
Глава III
ВОЗМУЩАЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМАХ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ
§ 3.1. Общие положения. Классификация
Основным регулируемым параметром в системах теплоснаб-
теплоснабжения и отопления, как было показано в предыдущей главе,
является температура воздуха в отапливаемых помещениях.
Температурный режим помещений определяется совокуп-
совокупным влиянием непрерывно изменяющихся возмущающих воз-
воздействий и направленных на их компенсацию воздействий
управления.
Возмущающие действия делятся на внешние (метеорологи-
(метеорологические) и внутренние. К внешним тепловым воздействиям отно-
относятся изменения температуры наружного воздуха, скорости и
направления ветра, интенсивности солнечной радиации, влажно-
40

Изменения:
состава топлива, давления
газа перед горелками,
давления пара 6 отборе
Расход топлива, расход пара на
турбину
Источники
теплоты
потребление горячей боды
населением,
переключение в тепловой
сети,
работа Вентиляционных
систем
Изменениям
температуры наружного
Воздуха, скорости и направ-
направления ветра, интенсивности
солнечной радиации^ Влаж-
Влажности наружного воздуха
Температура и расход
теплоносителя
Тепловые
сети
Температура и расход
теплоносителя
Абонентские
системы
отопления
Н
Н
Тепловыделения :
от технологического
оборудования,
от газовых и бытовых
электрических при-
приборов
людьми
Температура
внутреннего
в од духа
Рис. 3.1. Возмущающие и управляющие воздействия в системах централизо-
централизованного теплоснабжения
сти воздуха. Внутренние тепловые воздействия включают выде-
выделение теплоты в жилых зданиях — при приготовлении пищи,
работе электрических осветительных приборов и выделяемой
людьми; в ряде промышленных зданий — от технологического
оборудования, в животноводческих комплексах — от животных.
Управляющими (регулирующими) воздействиями, которые
Должны обеспечить стабилизацию температурного режима по-
помещений в заданных пределах или его изменение во времени по
заданной программе, являются температура и расход теплоно-
теплоносителя, поступающего в нагревательные приборы, а также про-
продолжительность его подачи.
Управляющие воздействия, в свою очередь, подвергаются
различного рода возмущениям. На работу источника теплоты
влияют переменный состав топлива, колебания давления газя
41

перед горелками котла, изменения давления пара в отборе
турбины и т. д. На режим работы тепловых сетей оказывают
влияние переменная нагрузка горячего водоснабжения, работа
вентиляционных устройств, переключения в сети и т. д.
(рис. 3.1). Для создания требуемых температурных условий
в отапливаемых помещениях влияние указанных возмущений
необходимо компенсировать соответствующей системой управ-
управления отпуском теплоты.
§ 3.2. Внешние возмущающие воздействия
Температура наружного воздуха. Основным фактором, опре-
определяющим режим работы систем отопления, является изменение
температуры наружного воздуха. При этом меняется разность
между внутренней tB и наружной tH температурами, т. е. темпе-
температурный напор, вызывающий перенос теплоты через ограж-
ограждающие конструкции зданий. Этот перенос происходит путем
кондуктивного теплообмена через толщу ограждений и лучи-
лучистого и конвективного теплообмена на их поверхностях. За счет
разности объемных масс теплого и холодного воздуха возникает
перепад давлений внутри и снаружи здания, который обусло-
обусловливает тепломассообмен путем инфильтрации воздуха через не-
неплотности в ограждающих конструкциях.
По своим динамическим свойствам тепловые потери зданий,
вызванные изменением температуры наружного воздуха, де-
делятся на быстрые (через нетеплоемкие ограждения) и медлен-
медленные (через теплоемкие ограждения).
Колебания температуры наружного воздуха носят периоди-
периодический и непериодический характер. К периодическим колеба-
колебаниям относят годовой и суточный ход температуры, зависящий
главным образом от широты местности, ее удаленности от моря,
рельефа местности, времени года. Непериодические колебания
возникают под воздействием случайных факторов. Они могут
быть достаточно длительными, многосуточными (например, вы-
вызванные прохождением через данный район холодной волны
воздуха) и кратковременными (пульсациями), обусловленными
локальными причинами.
Изменения температуры наружного воздуха (не считая пуль-
пульсаций, которые практически не влияют на температурный ре-
режим зданий) обычно происходят со скоростью не более 2° в час,
но в отдельные периоды (например, при прохождении фронта
температурной волны, вызванной циклоном) могут достигать
10° и более. Для большей части районов СССР суточный гра-
градиент температур воздуха наиболее существен в весенний пе-
период отопительного сезона (март — апрель) [4]. Температуры
воздуха изменяются также и с высотой над уровнем земли.
В пределах города имеют место температурные контрасты,
обусловленные различной плотностью застройки, высотой до-

мов, шириной улиц и площадей, их расположением по странам
света, растительным покровом. Так, средняя неравномерность
температуры воздуха по территории Ленинграда составляет
1—2° С, но временами достигает 5—6°С. Примерно аналогич-
аналогичная картина наблюдается и в других крупных городах [4].
Ветер. Значительное влияние на тепловые потери отапливае-
отапливаемых зданий оказывают скорость и направление ветра. Под дей-
действием ветра и температурного напора происходит проникнове-
проникновение наружного холодного воздуха через щели, оконные и двер-
дверные заполнения (воздухообмен через поры материалов стен
мал и им можно пренебречь), а также горизонтальное переме-
перемещение потоков воздуха с наветренной стороны на подветренную.
Вследствие ветрового и гравитационного давлений возникает
вертикальное перемещение потоков воздуха внутри здания, со-
сопровождающееся интенсивной инфильтрацией наружного воз-
воздуха в помещениях жилых этажей, постепенно уменьшающейся
по высоте здания. В помещениях верхних этажей может проис-
происходить эксфильтрация воздуха через наружные ограждения.
Изменение тепловых потерь зданий при ветре происходит также
за счет увеличения коэффициента теплоотдачи ограждающих
конструкций.
Степень воздействия ветра на тепловые потери зависит от
ориентации здания по странам света, так как скоростной напор
ветра по преобладающему направлению значительно больше,
чем по остальным (например, во Владивостоке для северного
ветра — в 3—4 раза, в Ленинграде для западного ветра —
в 2—3 раза) [4].
По своим динамическим характеристикам тепловые потери
зданий, обусловленные влиянием ветра, делятся на быстрые
и медленные. Быстрые тепловые потери обусловлены проникно-
проникновением холодного воздуха путем инфильтрации через неплот-
неплотности в оконных и дверных проемах, стыки наружных стеновых
панелей, а также влиянием ветра на коэффициент теплоотдачи
окон. При этом величина инфильтрации в большой степени за-
зависит от качества оформления оконных проемов и ухода за
ними. Медленные тепловые потери обусловлены главным обра-
образом влиянием ветра на коэффициент теплоотдачи наружных по-
поверхностей стен.
Как показали многочисленные исследования [70], зависи-
зависимость быстрых тепловых потерь здания от скорости ветра в ши-
широком диапазоне скоростей может быть принята линейной.
Влияние ветра на тепловой режим здания удобно оценивать
путем введения поправки к температуре наружного воздуха,
по которой осуществляется регулирование расхода теплоты.
Величина этой поправки Д/н может быть определена из выра-
выражен 1Я
Д'н0 = dp (v - op) (ta - <„), C.1)
43

где v — скорость ветра, м/с; ир — скорость ветра, на которую рассчитываются
тепловые потери здания: vf « 5 м/с; tB, /я — температура воздуха внутри и
снаружи здания, °С; dt — коэффициент, зависящий от теплотехнических ха-
характеристик помещений и воздухопроницаемости оконных проемов, сС/м.
Помимо увеличения общего размера тепловых потерь, ве-
ветер приводит к уменьшению запаздывания при прохождении
тепловой волны через стену, а также к относительному сниже-
снижению доли медленных теплопотерь в суммарных теплопотерях
здания (у\>).
Влияние ветра на величину общих тепловых потерь и коэф-
коэффициент 1]з по результатам расчетов, выполненных для помеще-
помещения средней части здания со стенами 2,5 кирпича при коэффи-
коэффициенте воздухопроницаемости оконных проемов /=1,8 кг/(гХ
Хм2-Па), характеризуются данными, приведенными в табл. 3.1.
Различают суточный и годовой ход скорости ветра: годовой
зависит от климатических условий, а суточный определяется
интенсивностью вертикального обмена между нижними и верх-
верхними слоями воздуха в атмосфере в течение суток. У земной
поверхности минимум скорости ветра наблюдается в ночные
часы, когда ветер часто ослабевает до штиля. После восхода
солнца ветер обычно усиливается и скорость его достигает мак-
максимума в 13—14 ч.
Ветер не обладает постоянными скоростью и направлением,
он дует порывами. Однако на тепловые потери зданий оказы-
оказывают влияние не отдельные порывы ветра, а его усредненное за
определенный отрезок времени значение, которое и должно
учитываться в системах автоматического управления подачей
теплоты в здания.
Изменение температуры наружного воздуха в холодное
время года сопровождается изменением скорости ветра. Для
большинства континентальных районов СССР понижение тем-
температуры связано обычно с уменьшением скорости ветра в при-
приземном слое воздуха. На рис. 3.2 в качестве иллюстрации при-
приведены расчетные графики скорости ветра в 7 ч утра зимой для
средней полосы Советского Союза [55].
Исследования по проветриванию жилых кварталов пока-
показали, что между домами в квартале направление ветра при дан-
данном господствующем ветре меняется по всем румбам. Однако
Таблица 3.1. Данные о влиянии ветра на тепловые потери помещений
Показатели
Суммарные тепловые потери по-
помещения, %
Коэффициент ф
Скорости ветра, м/с
0
90
0,435
5
100
0,40
10
111
0,37
15
125
0,34
44

250
225
900
175
Рис. 3.2. Расчетные
графики скорости ^
ветра в городах
(сплошные линии)
и пригородах
(пунктирные ли- 125
нии), расположен-
расположенных между 50 и
60° северной широ- 100
ты европейской ча-
части СССР
75
50
25
12
2
6 7 8 9 10
V,M/C
в каждой точке можно выделить преимущественное, характерное
для нее направление ветра, которое не всегда совпадает с гос-
господствующим ветром и зависит от направления обтекаемых
препятствий.
В связи с этим учет направления ветра при центральном
автоматическом управлении подачей теплоты, за исключением
некоторых особых случаев, не представляется возможным.
Учет же скорости ветра (тем или иным способом), которая,
может существенно увеличить тепловые потери зданий, при цен-
центральном регулировании является необходимым.
Высокая точность компенсации влияния скорости и направ-
направления ветра на температурный режим помещений может быть
достигнута при пофасадном и индивидуальном автоматическом
регулировании теплоотдачи нагревательных приборов.
Солнечная радиация. Поступление теплоты за счет солнеч-
солнечной радиации занимает существенную долю в тепловом балансе
отапливаемых помещении.
46

а)
й,ккал/ч
800
8 10 16 20 24 4 8 12 16 20 24 X, ч
Рис. 3.3 Режим
поступлении инсо-
ляционного тепла
через окна (а) и
его влияние на тем-
температурный режим
помещений (б)
4 8 12 16 20 24 4 8 12 16 20 24Т,ч
Инсоляционная теплота также проникает в отапливаемые
помещения по каналам быстрых и медленных теплопотерь (теп-
(теплопоступлений). Быстрые теплопоступления обусловлены в ос-
основном непосредственным проникновением коротковолнового
солнечного излучения через окна, медленные — радиационным
нагревом наружных поверхностей стен.
Режим быстрых теплопоступлений можно рассматривать как
прерывистую теплоподачу, число часов которой определяется
временем облучения, а величина — среднеинтегральной интен-
интенсивностью инсоляции через окна за время облучения (рис. 3.3).
При определении влияния медленных теплопоступлений на
температурный режим помещений следует учитывать, что су-
суточные колебания температуры на наружной поверхности теп-
теплоемкого ограждения практически затухают в его толще. По-
Поэтому оказывается возможным учитывать только усредненную
за сутки величину этих теплопоступлений, а- процесс рассмат-
рассматривать как стационарный [70].
Потоки солнечных лучей приходят на ограждающие поверх-
поверхности зданий в виде прямой солнечной радиации, в виде лучей,
рассеянных атмосферой и облаками, а также в виде потоков,
отраженных от поверхностей расположенных рядом зданий,
земли и различных предметов.
Соответственно различают прямую, рассеянную и отражен-
отраженную радиацию. Количество прямой солнечной радиации, посту-
поступающей на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам,
зависит от широты местности, времени года, состояния атмо-
атмосферы. Рассеянная радиация, как и отраженная, в основном для
всех ограждений одинакова, независимо от ориентации.
46

В некоторых районах Советского Союза в средние месяцы
отопительного сезона в период стояния низких температур или
сильных ветров лучистые теплопоступления незначительны по
сравнению с кондуктивно-инфильтрационными теплопотерями.
Б других районах этот вклад существен даже в средние зимние
месяцы [4, 70]. Весной, когда облачность сравнительно неве-
невелика, вклад лучистых теплопоступлений в тепловой баланс зда-
зданий значителен во всех районах страны.
Расчеты показывают, что в переходный период отопитель-
отопительного сезона (рис. 3.3, а) в северных широтах G0 и 60°) интен-
интенсивность прямой радиации на вертикальные поверхности, ориен-
ориентированные на юг, может превышать интенсивность радиации
на те же поверхности в более южных широтах E5 и 40°).
Б связи с этим учет солнечной радиации при регулировании
отопления зданий имеет значение и для высоких широт.
Оценка размера нарушений температурного режима поме-
помещений, обусловленных влиянием инсоляции, может произво-
производиться по следующим величинам (рис. 3.3,6):
минимальному повышению внутренней температуры в мо-
момент начала облучения А^мин;
максимальному повышению в конце облучения ДЛ,акс;
среднесуточному приросту температуры Д^ср.
В качестве примера в табл. 3.2 приведены некоторые ре-
результаты расчетов, выполненных для помещений с коэффи-
Таблица 3.2. Данные о влиянии солнечной радиации
на температурный режим помещений
Показатели
Продолжительность радиации, ч
Среднее количество теплоты, про-
проникающей через окна за период об-
облучения, Вт/м2
Средняя интенсивность радиации
на поверхность стены за период об-
облучения, Вт/м2
Прирост температуры воздуха в
помещении:
минимальный
максимальный
среднесуточный
Примечание. В числителе прпвед
тлцни помещений, в знаменателе —для запа
Месяц
XII
5,5
2,8
100
26
250
64
0,8
0,1
1,4
0,25
1,0
0,15
;аы значе
дной.
I
6,7
3,6
120
37
300
93
1,2
0,2
2,0
0,4
1,5
0,25
нпя пока
II
9,0
5,0
160
77
400
196
2,1
0,5
3,3
1,0
2,6
0,7
зателей д
III
10,4
6,0
175
126
437
316
2,6
1,1
4,1
со to
со о
1,4
ля южно
IV
10,4
7,3
171
163
428
406
2,5
1,7
4,0
со to
to ел
2,1
i ориен-

циентом остекления 0,15 и ориентированных на юг и запад.
Расчеты произведены для условий безоблачной погоды при ши-
широте местности 60°.
Влияние солнечной радиации на тепловой режим здания
удобно оценить путем введения соответствующей поправки
к температуре наружного воздуха, определяемой из выражения
Mr = ЯнисР*?' C.2)
где q«,tc — количестпо лучистой теплоты, поступающей п здание (включая ко-
коротковолновую радиацию, проникающую через окна, и теплоту, поглощенную
ограждающими конструкциями и переданную воздуху помещений), Вт; "ZkF—
основные (кондуктивные) теплор.ые потери зданий при разнице температур
внутреннего и наружного воздуха в 1 °С, Вт/°С.
Из изложенного следует, что солнечная радиация оказывает
существенное влияние на тепловой режим помещений. Ее учет
при отоплении зданий возможен в случае применения систем
пофасадного либо индивидуального автоматического регулиро-
регулирования.
§ 3.3. Внутренние возмущающие воздействия
Внутренние возмущающие воздействия, как было отмечено
выше, обусловливаются целым рядом причин. В жилых домах
их источником являются бытовые теплопоступления. Значитель-
Значительное количество бытовой теплоты выделяется при приготовлении
пищи на кухне. Большая ее часть выделяется интенсивно и в
сравнительно короткий срок (рис. 3.4). Но эта теплота дости-
достигает жилых комнат чаще всего сглаженным и выровненным по-
потоком благодаря аккумуляциии ее ограждениями кухни, пред-
предметами обихода, мебелью и пр., значительная же часть ее уда-
удаляется при вентиляции самой кухни.
Количество выделяемой теплоты в помещении зависит от
состава семьи, уклада жизни, размеров квартиры, характера
деятельности семьи (тяжелая или легкая работа), температуры
воздуха в помещении, среднего времени пребывания человека
в доме. Суточный размер тепловыделений от пребывания чело-
человека в течение 50—70% времени составляет 1300—1400 Вт-ч;
суточный расход электроэнергии в квартирах — 500—600 Вт-ч;
суточный расход теплоты для приготовления пищи — 1100—
1400 Вт-ч; общий среднечасовой размер бытовых тепловыделе-
тепловыделений— 130—140 Вт-чел.
Для оценки влияния тепловыделений на тепловой режим
отапливаемых помещений удельную кубатуру на одного чело-
человека можно принять равной (по наружному обмеру) 50 м3,
а удельную тепловую нагрузку — qr = 0,35 Вт/(м3-°С).
Приведенные ниже данные, подсчитанные для указанных
условий, свидетельствуют о том, что бытовые тепловыделения
могут составлять значительную долю от тепловых потерь, воз-
возрастающую с повышением температуры наружного воздуха;
48

зо°с
20"С
Ю°С
А.
-Дни
Рис. 3.4. Термограмма кухни
20-31 21-06 21-25 22-00 22-10 22-42 23-01
Рис. 3.5. Режим потребления горячей воды в жилом здании в субботу в вечерние часы
Сг—расход воды на горячее водоснабжение; Оор —расчетный расход воды на отопление
23-20 23-35

Температура наружного
воздуха, С
Относительная величи-
величина тепловыделений, °/о
от тепловых потерь
-30
15
-20
19
— 17
25
0
38
+ 10
76
В переходный период отопительного сезона (+10°С) вели-
величина тепловыделений приближается к величине тепловых по-
потерь здания. Устранение «перетопов» в помещениях, вызванных
влиянием бытовых тепловыделений, может быть достигнуто
путем индивидуального регулирования теплоотдачи нагрева-
нагревательных приборов.
§ 3.4. Влияние горячего водоснабжения на режим
работы систем теплоснабжения и отопления
Горячее водоснабжение жилых и общественных зданий
и коммунальных предприятий является крупным потребителем
теплоты в системах централизованного теплоснабжения. Годо-
Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение достигает 40 %
от общего годового отпуска ТЭЦ или районной котельной. Пи-
Пиковые нагрузки горячего водоснабжения в ряде случаев пре-
превышают расходы теплоты на отопление зданий (рис. 3.5).
Режим потребления горячей воды населением отличается
резко выраженной неравномерностью как в течение недели, так
и в пределах суток.
Представление о характере режимов водопотребления дают
значения коэффициентов неравномерности [29]:
К = Gmax/Gcp, C.3)
где Смаке —¦ макимальный расход за исследуемый отрезок времени (неделя,
сутки, час); Gcp — средний расход за тот же отрезок времени.
Соответственно различают коэффициент суточной (Ксут), ча-
часовой (Кч) и секундной (Кс) неравномерности.
Как известно, существует несколько систем и способов го-
горячего водоснабжения при централизованном теплоснабжении:
закрытые системы с параллельной, последовательной и смешан-
смешанной схемами включения теплообменников, открытые системы
с непосредственным водоразбором из тепловых сетей.
Работа установок горячего водоснабжения приводит к опре-
определенным нарушениям параметров теплоносителя в системах
отопления. В связи с этим при решении вопросов автоматиче-
автоматического регулирования режимов отопления зданий горячее водо-
водоснабжение следует рассматривать как возмущающее воздей-
воздействие на регулирующую величину (расход и температуру теп-
теплоносителя) .
Влияние горячего водоснабжения на работу систем отопле-1
ния определяется размером и режимом потребления горяче#|
50 ;

воды, способом его осуществления, гидравлическими характе-
характеристиками тепловой сети и абонентских установок.
Качественная оценка влияния горячего водоснабжения при
разных способах его осуществления на работу систем отопле-
отопления дана в табл. 3.3.
Следует отметить, что приведенные в этой таблице формулы
получены для условий тепловой сети с равномерно распреде-
распределенной нагрузкой, эквивалентной тепловой сети с одним або-
абонентом. Указанные условия заключаются в следующем: размер
потребления горячен воды у абонентов пропорционален их ото-
отопительной нагрузке (ti\ = п2 = п,= п), расчетные потери дав-
давления у всех абонентов одинаковы (Яа, = На, = На), коэффи-
коэффициенты отбора (Р) при открытой системе и коэффициенты на-
нагрузки теплообменников (тп) при закрытой системе для всех
потребителей равны.
Исследования теплового и гидравлического'режимов тепло-
тепловых сетей при различных способах осуществления горячего во-
водоснабжения показали следующее.
Достоинство открытых тепловых сетей с точки зрения их
гидравлического режима заключается в том, что при низких
температурах наружного воздуха, когда системы отопления
наиболее чувствительны к колебаниям расходов воды в сети,
водоразбор, производимый в это время из обратных труб, уси-
усиливает циркуляцию воды в системах. Это положительно сказы-
сказывается на их тепловой устойчивости. Водоразбор из подающих
труб, уменьшающий расход воды в системах отопления, осу-
осуществляется только при положительных температурах наруж-
наружного воздуха, при которых даже существенные нарушения ре-
режимов работы тепловых сетей оказывают малозаметное влия-
влияние на температуру воздуха в отапливаемых помещениях. При
среднезимпих температурах наружного воздуха отбор одновре-
одновременно из обеих труб тепловой сети создает условия, практически
исключающие влияние горячего водоснабжения на режим си-
систем отопления.
Непосредственный водоразбор удачно сочетается с каче-
качественно-количественным регулированием в тепловых сетях, так
как в этом случае в переходный период отопительного сезона
не требуется увеличения (против расчетного) напора воды
в сети для уменьшения влияния отбора из подающего трубопро-
трубопровода на работу системы отопления.
Недостатками открытых тепловых сетей являются существен-
существенные изменения давления в сети при колебаниях величины
водоразбора. В периоды интенсивного водопотребления воз-
возможно прекращение или изменение направления циркуляции
теплоносителя в обратном трубопроводе на ответвлениях теп-
тепловой сети к отдельным зданиям. Указанные обстоятельства
Должны учитываться при создании АСУ ТП открытых систем
теплоснабжения.
61

Таблица 3.3. Данные о влиянии горячего водоснабжения
на работу систем отопления и тепловой сети
Способ осуществления
горячего водоснабжения
Характер влияния
Расчетные формулы
Непосредственный
водоразбор из теп-
тепловой сети
Параллельное
включение подогре-
подогревателей горячего во-
водоснабжения
Последователь-
Последовательное включение подо-
подогревателей горячего
водоснабжения
Смешанная схема
включения подогре-
подогревателей горячего во-
водоснабжения
Водоразбор из по-
подающей трубы приво-
приводит к уменьшению рас-
расхода воды в системе
отопления, а водораз-
водоразбор из обратной тру-
трубы — к его увеличению.
Давление в сети при
водоразборе снижается
Работа водоподогре-
вателя приводит к
уменьшению расхода
воды в системе отопле-
отопления
Работа водоподогре-
вателя первой ступени
не окалывает влияния
на режим отопления и
снижает температуру
воды в обратном тру-
трубопроводе тепловой се-
сети, а водоподогревате-
ля второй ступени
приводит к уменьше-
уменьшению температуры воды
в системе отопления
Работа водоподогре-
вателя первой ступени
не оказывает влияния
на режим отопления,
а водоподогревателя
второй ступени приво-
приводит к уменьшению рас-
расхода воды в системе
отопления
U -
C.4)
~ bn
ДГГВ = АГГВ1 + ДГГВ„ C.6)
х = - mnbnQ (s, + S2) +
C.9')
Примечание: х — коэффициент расхода воды на отопление из тепловой сети,
представляющий собой отношение фактического расхода воды к требуемому; nq — от-
относительная величина расхода воды на горячее водоснабжение (к расчетному расходу
воды на отопление); fj — доля отбора из подающей трубы в общем водоразборе у
абонента; si и Ji — относительные величины гидравлических характеристик подающего
и обратного трубопроводов; a — коэффициент расхода воды по режиму качественно-
количественного регулирования (при качественном регулировании а— 1); Ь — отноше-
отношение расходов сетевой и вторичной (водопроводной) воды в подогревателе горячего
водоснабжения; тп—отношение тепловой нагрузки в подогревателе второй ступени
к общему расходу теплоты в системе горячего водоснабжения; пq — относительная
величина расхода теплоты на горячее водоснабжение (к расчетному расходу теплоты
на отопление); ДГГВ, ДГ и ДГ — перепад температур воды в подогревателях
(общий, в первой и во второй ступенях); Дто — перепад температур сетевой воды
в системе отопления.
52

Наиболее тяжелые условия гидравлического и теплового ре-
режимов создаются при закрытой схеме горячего водоснабжения
с параллельным включением подогревателя. Колебания расхода
воды в системах отопления в этом случае оказываются макси-
максимальными.
При последовательной двухступенчатой схеме работа уста-
установок горячего водоснабжения совершенно не влияет на гид-
гидравлический режим тепловой сети. Однако включение подогре-
подогревателя второй ступени вызывает понижение температуры воды
в системе отопления, которое должно компенсироваться соот-
соответствующим повышением температур воды в сети. Кроме того,
эта схема плохо сочетается с местным автоматическим регули-
регулированием в абонентских вводах.
При смешанной двухступенчатой схеме работа подогрева-
подогревателя второй ступени вызывает колебания расхода воды в системе
отопления. Размер нарушений гидравлического режима возрас-
возрастает с понижением температур сетевой воды (по мере увели-
увеличения нагрузки второй ступени подогрева) и достигает макси-
максимума в переходный период отопительного сезона. Однако, как
уже было отмечено, нарушение гидравлического режима теп-
тепловой сети в этот период не оказывает существенного влияния
на температуру воздуха в отапливаемых помещениях.
Смешанная двухступенчатая схема, так же как и непосред-
непосредственный водоразбор, удачно сочетается с режимом качествен-
качественно-количественного регулирования в тепловых сетях. При таком
сочетании не требуется увеличения напора в сети (против рас-
расчетного) для компенсации влияния работы подогревателя вто-
второй ступени на режим отопления. Сложные условия гидравли-
гидравлического режима при этой схеме (как и при открытой схеме)
возникают в часы максимального разбора горячей воды на бы-
бытовые нужды, иногда превышающего расход воды в системах
отопления.
Таким образом, при всех способах горячего водоснабжения
оно оказывает в тех или иных размерах влияние на тепловой
и гидравлический режимы систем отопления. Устранение этого
влияния может быть достигнуто централизованным путем и
местным автоматическим регулированием в абонентских вводах.
§ 3.5. Методы математического представления
возмущающих воздействий
Для построения математических моделей, решения вопросов
Регулирования тепловых и гидравлических режимов возмущаю-
Щие воздействия необходимо представить в аналитической
форме.
Простейшей задачей математической обработки эксперимен-
экспериментальных или статистических данных является представление их
в виде линейных, параболических или других аналитических
63

У'ах+5
формул. Для решения в
этом случае чаще всего ис-
используется метод наимень-
наименьших квадратов, позволяю-
позволяющий оценить неизвестные
параметры искомой функ-
функции.
Пусть имеются две вы-
выборки xi, 1 = 1, 2, ..., п и
Уи /=1, 2, ..., п, характе-
характеризующие, например, увели-
чение температуры наруж-
ного В03ДуХа (у.) на вре-
временном отрезке {xi). Тре-
Требуется подобрать линейную формулу, наиболее близко аппрок-
аппроксимирующую зависимость у, от Xi (рис. 3.6). Если предполо-
предположить, что такая линия задается уравнением у = ах -\- Ь, то коэф-
коэффициенты а и & необходимо определить по значениям выборок.
С этой целью рассматривается величина
Рис. 3.6. Расположение линии регрессии
Q (а, Ь) = ? {у\ - ах. - Ь)\
i
C.10)
„ дО п дО
минимизируя которую, из условии—^- = U, -jr — v можно по-
получить:
п
1
1 V
— У хм. —
ху
и л'
(=1
/=1
C.11)
Приведенные выше формулы показывают сущность приме-
применения метода наименьших квадратов в простейшем случае. Бо-
Более сложные приложения этого метода требуют использования
матричной алгебры [53]. Так, независимые переменные х,- мо-
могут быть не скалярными, а векторными. Если теперь через X
обозначить матрицу, строками которой являются векторы Хц
а через Y — вектор (столбец значений зависимой переменной^
)
C.12)^
где А — вектор неизвестных коэффициентов; Е — ошибка измерения
54

Оценка вектора А по методу наименьших квадратов имеет
следующий вид:
A=(XTX)~1XrY. C.13)
Значительным развитием метода наименьших квадратов яв-
является регрессионный анализ [41, 98, 115, 166], позволяющий
не только оценить неизвестные коэффициенты, но и на основе
имеющейся статистической информации сделать некоторые вы-
выводы о структуре зависимости. Рассматриваемый метод позво-
позволяет также строить доверительные интервалы для оценок неиз-
неизвестных параметров, входящих в уравнение регрессии, и прове-
проверять статистические гипотезы, например о равенстве нулю не-
некоторых коэффициентов.
Регрессионный анализ проводится, как правило, в предпо-
предположении нормальности ошибок измерения. В этом случае, ис-
используя критерии согласия, можно проверить различные гипо-
гипотезы об окончательном^ виде модели, например о равенстве не-
некоторых коэффициентов и др. Это позволяет построить специаль-
специальные алгоритмы отбора переменных для введения в регрессион-
регрессионное уравнение [1, 53, 87].
Однако задача построения регрессионной модели не является
простой ввиду наличия зависимости во входных переменных
(мультиколлинеарность), что приводит к трудностям при обра-
обращении матрицы ХТХ. В связи с этим разрабатываются много-
многочисленные методы, позволяющие преодолеть это препятствие,
например использующие процедуры псевдообращения матриц
[3], гребневая регрессия, устойчивое оценивание регрессион-
регрессионных коэффициентов и др.
В целом можно сказать, что регрессионный анализ линейных
по параметрам моделей достаточно глубоко изучен и представ-
представлен большим количеством алгоритмов и программ. Широкое
применение рассматриваемые методы находят в задачах управ-
управления объектами энергетики [12].
Практические задачи в системах теплоснабжения и отопле-
отопления часто приводят к нелинейным уравнениям. Построение не-
нелинейного уравнения регрессии является значительно более
сложной задачей хотя бы потому, что такая задача может во-
вообще не иметь конечного решения либо иметь много решений.
Алгоритмы нелинейного регрессионного анализа обычно ите-
итерационны, а скорость их сходимости в значительной степени
зависит от начального приближения. Следует отметить наиболее
успешно применяемый в таких задачах алгоритм Марквардта,
который реализован во многих программах [35].
Дальнейшим развитием задачи является рассмотрение огра-
ограничений, накладываемых на коэффициенты регрессии. Нелиней-
Нелинейный алгоритм регрессионного анализа с ограничениями типа
равенства приведен в работе [35], однако следует отметить, что
решение такой задачи требует большого количества вычисле-
55

ний, что часто приводит к накоплению значительных ошибок
и, в свою очередь, вынуждает исследователей увеличивать точ-
точность вычислений, например на ЭВМ серии ЕС переходить
к удвоенной точности.
Другим направлением развития методов построения пара-
параметрических моделей является разработка настраиваемых или
адаптивных моделей [30, 81], которые позволяют учесть изме-
изменение самой модели во времени.
Существуют различные способы математического описания
или предсказания таких возмущающих величин, как, например,
метеопараметры. Так, наружную температуру воздуха многие
авторы представляют рядом Фурье или его отрезком, а также
тригонометрическими полиномами. Такой подход позволяет
успешно использовать полученное представление для решения
конкретных тенлофизических задач, а также при расчете тепло-
теплоустойчивости. Таким образом, случайный процесс, каковым
можно считать изменение tn во времени, заменяется некоторой
детерминированной формулой. Это не всегда удобно, например,
при прогнозировании поведения параметров систем теплоснаб-
теплоснабжения. В этих случаях необходим учет именно вероятностной
структуры исследуемого процесса.
Для этой цели с успехом применяются методы анализа вре-
временных рядов [8], позволяющие построить стохастическую мо-
модель, генерирующую исследуемый временной ряд, например из
последовательности типа «белого шума». Такая модель может
иметь довольно разнообразную структуру и учитывать сезонные
изменения интересующего временного ряда.
Задача получения решений системы уравнений нестационар-
нестационарного теплообмена [2], пригодного для оперативного ведения
теплового режима в условиях АСУ, выдвигает свои требования
к описанию возмущающих воздействий. Это обусловлено необ-
необходимостью работы такой модели в режиме реального вре-
времени, то есть время расчета управляющего воздействия должно
быть мало по сравнению со временем, разделяющим два по-
ТП
Рис. З.7. Графики наиболее распространенных В-сплайнов
66

следовательных управляющих воздействия. Кроме того, реше-
решение не должно усложняться при поступлении новой информа-
информации о возмущающих воздействиях. Для этого целесообразно
использовать аппроксимацию возмущающих воздействий сплай-
сплайнами [27,38].
В дальнейшем будут рассматриваться только сплайны на
равномерной сетке с шагом h и узлами 0, h, ..., nh.
функцию Snm(r) будем называть полиномиальным сплайном
степени т дефекта 1 с узлами 0, h, ..., nh, если Sm(t)
является полиномом степени т в любом промежутке между
соседними узлами, а на всем промежутке [0, nh] имеет т — 1
непрерывную производную. Обычно S",(т) называется просто
сплайном.
Введем обозначения:
()
/-о
(х - t)™ = [max @, х - t)]m.
Функцию Вт-\ (т) называют В-сплайном степени (т—1).
С вычислительной точки зрения В-сплайны часто удобно при-
применять в качестве базисных функций для представления сплай-
сплайнов. В-сплайны обладают следующими свойствами:
Bm_i(T)^0 при любом т;
+ °
= 0 при т<0 и т > nh; \
nh
= J fim_,(T)dT=l.
0
На рис. 3.7 приведены графики наиболее распространенных
В-сплайнов. Нетрудно заметить, что В-сплайн нулевой степени
представляет собой плотность распределения, соответствующую
равномерному на отрезке @, ft) закону. При т. ф 1 функция
Bm-i(x) является плотностью распределения суммы т незави-
независимых случайных величин, равномерно распределенных на от-
отрезке @, ft).
Наибольшее распространение получили сплайны степени не
выше третьей. Ввиду этого следует особо остановиться на ли-
линейных и кубических сплайнах.
В-сплайн первой степени задается следующими формулами:
О, т < 0;
Т/Лг, 0<т<Л;
57

В3 (т) =
C.15)
В-сплайн третьей степени имеет несколько более сложный
вид:
О, . т < 0;
тэ/6А\ 0 < т < А;
1/6А (-Зт3/А3 + 12т2/Л2 — 12т/Л + 4), Л < т < 2А;
1/6А (Зт3/Л3 — 24т2/Л2 + бОт/Л — 44), 2А < т < ЗА;
1/6Л (— т3/Л3 + 12т2/Л2 — 48т/Л + 64), ЗА < т < 4Л;
О т>4Л;
О, т < 0;
Т2/2Л<, 0 < т < Л;
1/6А (-9т2/Л3 + 24т/А — 12/A), h < т < 2Л;
1/6Л (9т2/Л3 - 48т/Л + 60/А), 2Л < т < ЗА;
1/6Л (—Зт2/Л3 + 24т/А — 48/Л), ЗА < т < 4Л;
О
C.16)
Рассмотрим вопрос представления сплайнов через В-сплай-
ны. Особенно просто он решается в случае т = 2. Пусть имеется
некоторая непрерывная функция /(т), которую необходимо ап-
аппроксимировать сплайнами первой степени, причем ее значения
в точках 0, ..., nh известны. Очевидно, что искомый сплайн
представляет собой кусочно-линейную аппроксимацию функции
/(т) (рис. 3.8). Такая аппроксимация может быть получена че-
через В-сплайны по формуле
(8.17)
Аналогичные формулы существуют для сплайнов третьего
порядка, например,
А ? CjB3(T-((~2)A).
i-O
(зле):
Коэффициенты С,- здесь определяются более сложно, чем
в случае т = 2. Для поиска С,- необходимо решить систему
линейных уравнений. Если положить Ci = f(ih), получим так
называемый локально аппроксимирующий сплайн, который об-
обладает рядом специфичных свойств. Так, его коэффициенты не,
нужно пересчитывать при увеличении п. Этот сплайн уже не;
является интерполяционным, то есть его значение при т = ih
не равно f(ih). Однако при практическом использовании он ока*
зывается удобным, так как позволяет сглаживать зашумленные]
данные. j
Рассмотрим пример аппроксимации усредненного часового
расхода горячей воды (рис. 3.9) локально аппроксимирующим]
58

Рис. 3.8. Аппроксимация кривой
стланном первой степени
Рис. 3.9. Аппроксимация B) сплайна-
сплайнами C) кривой расходов горячей во-
воды (/)
сплайном третьей степени. Такой сплайн для f(x) будет иметь
вид
S (*) = Л ? / (xt) В& (х - (I - 2) А). C.19)
Для упрощения вычислений заметим, что В$(х) отличен от
нуля лишь на интервале @,4Л), откуда следует, что для вы-
вычисления необходимо принять во внимание только четыре сла-
слагаемых в последней сумме.
Значения 5-сплайна третьей степени в точках /г/4, Л/2, 3/4/г,
/г, 5/4Л и т. д. до 4Л приведены ниже.
t=x/h 6ЛВз(т)
О О
0,25 0,015625
0,50 0,125000
0,75 0,421875
1,00 1,000000
1,25 1,890625
1,50 2,875000
1,75 3,671875
2,00 4,000000
6ЛВ3 (т)
2 25 3,671875
2 50 2,875000
2 75 1,890625
3,00 1,000000
3 25 0,421875
3 50 0,125000
3,75 0,015625
4,00 0,000000
Пусть имеются четыре последовательные значения функции
f(x) в точках лг,_ь xi, xi+\, jc,+2. Для всех / величина X} — Xj-\ —
= h. Значения сплайна, аппроксимирующего f(x) в интервале
(xt,xi+l) с шагом h/l, можно вычислить по формуле
s Iхt + k (h/l)] = hf (*,_,) B3 [(h/l) C1 + k)] + hf (xt) B3 [(h/l) B1 + k)] +
+ V (*<+1) вз
(<+1) з НА/О С + *>1 + hf (Xt+J вз t(A^> *1- (a20)
Рассматриваемая формула позволяет довольно просто вы-
вычислить значения локально аппроксимирующего сплайна. Ре-
59

зультирующий сплайн (рис. 3.9) является суммой изображен-
изображенных В-сплайнов, которые отличаются друг от друга сдвигом по
времени и постоянным множителем.
Таким образом, имеющиеся сложные графические зависи-
зависимости или табличные данные можно аппроксимировать в виде
суммы однотипных сплайнов. В результате такого представле-
представления во многих случаях упрощается ввод данных и решение за-
задачи с помощью ЭВМ, а также получение моделей, пригодных
для оперативного управления тепловыми и гидравлическими
режимами в системах теплоснабжения.
В качестве примера рассмотрим вычисление сплайна в сере-
середине интервала (л:,-, x,+i), при этом формула C.20) примет вид:
5 [х{ + (Л/2)] = Л/ (*,_,) В3 [ЗА + (Л/2)] + Л/ (х.) В3 [2А + (Л/2)] +
+ Л/ (x.+ l) В3 [Л + (Л/2)] + hf (xt+2) Bz (Л/2) =¦¦
-= 1/6 {/ (*,_,) 6ЛВ3 [ЗА + (Л/2)] + f (xt) 6ЛВ3 [2А + (А/2)] +
+ / (*<+1) 6ЛВ3 [Л + (Л/2)] + f (х{+2) 6ЛВ3 (Л/2)}. C.21)
Используя значения 6Л?3(т), приведенные в табл. 3.3, по-
получим
S [Х{ + (А/2)] = 1/6 [0,126/ (*,_,) + 2,875/ (дс() + 2,875/ (*/+1) + 0,125/ (дс/+2)].
C.22)
Последняя формула позволяет вычислить значения локально
аппроксимирующего сплайна по четырем значениям функции на
равномерной сетке в середине интервала (х,_ь лг,+2).
Глава IV
УПРАВЛЯЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМАХ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ
§ 4.1. Классификация и краткая характеристика
управляющих воздействий
Физическая величина, с помощью которой осуществляется
воздействие на объект управления, называется регулирующей,
а ее изменение — управляющим воздействием, являющимся
средством для поддержания необходимого значения регулируе
мого параметра.
В системах теплоснабжения и отопления управляющим воз
действием, в общем случае, является изменение количества по
даваемой теплоты, осуществляемое совместным или раздельны!»
регулированием температуры и расхода теплоносителя, а такж<
изменением условий теплообмена. Классификация управляю
щих воздействий представлена на рис. 4.1. Имеются многочив
60

Изменение температуры теплоноси-
теплоносителя в теплосети
Подмешивание охлажденной боды к
теплоносителю в прямом трубопро-
Ьоде
Подмешибание боды более высокого
температурного потенциала ктепло-
носителю в системе отопления
Охлаждение теплоносителя для
системы отопления предбключен-
ным теплообменником
II
I
Изменение перепада дадления д
теплобой сети
Изменение гидравлического сопро-
сопротивления теплообменника, системы
или элементов системы
Периодическое отключение подачи
части или всего теплоносителя
Байпасиродание теплообменников
или элементов системы
Изменение расхода регулируемым
элеватором или насосом на вводе
§2
II
I
Отключение части теплообмен-
теплообменника по одному из теплоносите-
теплоносителей
Теплоизоляция (временная) поверх-
поверхности теплообменника
Изменение теплообмена за счет
снижения скорости движения одного
из теплоносителей
Экранирование теплообменных
поверхностей
¦III
i
1
II

Рис. 4.2. Характерные типы трубопроводных систем
/ — характеристика системы; 2 — характеристика насоса
ленные технические решения для реализации отмеченных на
рисунке управляющих воздействий. Рассмотрим некоторые теп-
тепловые и гидравлические закономерности, лежащие в основе из-
изменения регулирующих величин. ;
На рис. 4.2 представлены характерные типы трубопроводных]
систем: разомкнутой (подпиточный насос — тепловая сеть) и]
замкнутой (сетевой насос — тепловая сеть).
Совместное решение уравнения характеристики насосов 2
и сети / [#с = f (Gc) дает:
для разомкнутой системы (а)
V
Яр - Яг - (Р2 - />,)/(pg)
s + ba
для замкнутой (циркуляционной) системы (б)
D
D
где Gc, Gc — расходы теплоносителя в разомкнутой и замкнутой трубопрово,
ных системах соответственно; s — коэффициент эквивалентного гидравли
ского сопротивления трубопроводной системы; Ь» — коэффициент эквивале!
ного внутреннего сопротивления насосов (при аппроксимации экспери!*
тальной характеристики насоса двухчленным уравнением); Нт — геометри'
екая высота подъема воды; Ри Р2 — гидродинамические давления в нача;
ной и конечной точках трубопроводной системы; р — плотность жидкост^
В автоматизированных системах теплоснабжения расчет
раметров регулирования расходом жидкости может
62

диться по формуле, следующей из D.1)',
Д* + Д6Н = [д//0 - Д ±1^ - ДЯГ - (G; - О?) (s + bn)][Gl D.3)
где Л#о — величина рассогласования напоров системы и насоса при расходе
G2; Д(^2 — Р\) —изменение перепада давлений в разомкнутой сети; As, Д&„—
изменение коэффициентов эквивалентного гидравлического сопротивления сети
и насосов соответственно; Д#г — изменение геометрической высоты подъема
жидкости.
Для замкнутых (циркуляционных) систем в рассматривае-
р р
мом уравнении величины Л и Л//г следует принять
равными нулю. Из D.1) следует, что основными методами
управления в гидравлической системе являются: изменение Но
регулированием характеристики насоса, подбором насосов для
их совместной работы; варьирование величинами давлений на
входе и выходе из системы; дросселирование потока с целью из-
изменения величины s или Ь„.
При регулировании частотой вращения насоса вычисления
проводятся по следующему алгоритму.
1. По выражению D.1) или D.2) определяется подача на-
насоса Gi (при известной подаче G\ и напорах может уточняться
величина s).
2. При необходимости подачи d ± AG = Gi определяется но-
новая величина начального напора Но.
Из D.3) следует (при As = О, АЬН = О, Д#г = 0, АР = 0)'
дя0 = C + 6н)(о|-Ог). D.4)
Тогда при G = 0
н'0~н0 + (з + ьн)(а1-а1). D.5)
3. Новая частота вращения вала насоса при условии парал-
параллельного перемещения его характеристики определяется из вы-
выражения
«2 = «1 V;/o/^o. или «а = ni V1 + (s + О (°2 - °?)/яо <4-6)
Тогда характеристика зарегулированного насоса выразится фор-
формулой
/I = Hf0-bHG2. D.7)
При дроссельном регулировании определение степени закры-
закрытия задвижки (дросселя) производится в аналогичном порядке.
1- По выражению D.1) или D.2) определяется подача на-
насоса d (при известной подаче и напорах может быть уточнена
величина s, а также фактическое значение гидравлического со-
сопротивления дроссельного органа sA).
63

Pi — Pi
2. По выражению D.3) при условии Л#О = Д#Г = Д—-— =
= Л&н = 0 следует, что для реализации расхода G2, необходимо
изменить сопротивление на величину
G?-G|
4

D.8)
3. В соответствии с новым значением сопротивления s2 =
— si -f- As определяется степень открытия дросселя.
Расчет дроссельных регулирующих органов в элементах си-
систем производится в соответствии с известными выражениями:
ОДР
— D-9)
где G.,,, Go — массовый и объемный расходы среды; F — площадь проходного
сечения; ДР—перепад давления на клапане; \i — коэффициент расхода; е —
поправка на сжатие газообразной среды( для несжимаемых сред е = 1).
Коэффициент эквивалентного гидравлического сопротивления
дроссельного органа s связан с коэффициентом расхода зависи-
зависимостью
1
В свою очередь, коэффициент расхода зависит от конструк-
конструкции клапана и, как правило, определяется экспериментально.
В расчетах можно использовать данные работы [46] либо для
приближенных оценок эмпирическую зависимость:
F
(F \ 101' ~ F I
''max /
где /•'max — максимальная площадь проходного сечения кла-
клапана; а — коэффициент расхода при открытом клапане (для
игольчатых односедельных а = 0,75; для игольчатых двухсе-
дельных и золотниковых а = 0,5).
Для гидравлического режима открытых тепловых сетей в об-
общем случае можно записать:
т т \2 /га т
1 1 / V 2 2
т т \2
[mm
[m
Z
[mm ~\2 г m m -j2
Z Goi+ Z (l-h)OTl 'i+\ Z Goi~ Z A -h)Oot °i'~"c
2 2 J L 1 1 J
D.11)
64

где Ooi, G02, ..., Oot — расходы воды на отопление у абонентов; Qr\, <5rj,...
...,Gri — то же, на горячее водоснабжение, s{, S/;, s^, s^, s^, soi — характе-
характеристики гидравлического сопротивления подающих и обратных магистральных
и квартальных трубопроводов, тепловых узлов: рь |32 ро<— доля отбора
из подающего трубопровода в общем водоразборе абонентов; Нс — напор се-
сетевых насосов.
При измеряемых (или прогнозируемых) величинах Gr(, из-
известных значениях s'r s'1P s'r s'ol, s"t для задаваемых и пере-
переменных Gol регулирующие величины Яс и s0 определяются из
уравнений вида D.1), D.2) и характеристики работы насоса:
Нс — Н0 — ^„^с* ^ свою очередь, из уравнения баланса расхо-
расходов следует
т т
(?2 =• У, Gri ~Ь /, Goi. D.12)
i i
В таком случае уравнение D.11) можно представить в виде
sofi\i — "о ~ bvfi\ — hd- D.13)
где ha — гидравлическое сопротивление подающих и обратных магистральных
и квартальных трубопроводов до i-ro потребителя; s0/ — характеристика гид-
гидравлического сопротивления /-го потребителя.
С целью минимизации затрат энергии на перекачку тепло-
теплоносителя, соблюдения условий гидравлической устойчивости
сети и работы оборудования, уравнение D.13) дополняется
«граничениями
A =s С2»>Г/г 1 (А 141
oi oi ol —*"* l_ oijmin* \" /
где f/ioilmm — минимальный нормируемый перепад на тепловом вводе.
При оптимизации гидравлического режима на одном из теп-
тепловых вводов выполняется условие: hoi = [hoi\ min и в результате
решения системы уравнений D.12) — D.14) определяются вели-
величины s0/, Hq. Здесь управляющими воздействиями являются ве-
величины Aso; и Д#о. Методы расчета гидравлических режимов
тепловых сетей и особенности при решении различного рода за-
задач излагаются в работах [29, 54, 56, 67 и др.].
Скорость распространения гидравлических возмущений (из-
(изменения расходов теплоносителя) определяется по известной
формуле Н. Е. Жуковского
Vi
D.15)
где Еж, ?т — соответственно модули упругости жидкости и стенок трубопро-
трубопровода; d, в — соответственно диаметр и толщина стенок трубопровода.
Для оценочных расчетов скорость распространения возму-
Щений можно принимать равной а та 1000 м/с. Особенности
гидродинамики жидкости в системах теплоснабжения и рас-
распространения возмущений в них рассмотрены в ряде работ
1^У, 67].
S Sag. ?30 fie

п / п \
]? Gi; Vcp dt = I ? Gictt - Get ) dr.
(-1 \t~\ /
Закономерности смешения теплоносителей разного темпера-
температурного потенциала обычно определяются с помощью модели
«емкости полного перемешивания», При поступлении в некото-
некоторый объем V нескольких (п) потоков с расходами G; и темпера-
температурами ti для несжимаемой жидкости справедливы зависимости:
]? i p ? ) D.16)
(-1
где G, t — расход и температура выходного общего потока теплоносителя.
Для установившегося режима (—^ = 0J
D.17)
При скачкообразных изменениях расходов и температур из
D.16) следует [46]:
П*) - U + (t0 - tt) e~x'T, D.18)
где /i — конечное значение температуры, определяемое по D.17); ?о — темпера-
температура теплоносителя в емкости в начальный момент; Т = V/G — постоянная,
равная времени наполнения емкости при расходе G.
При других законах изменения расходов G; и температур ti
теплоносителей решение, точное или приближенное, можно по-
получить из уравнения D.16).
Широкое внедрение в последние годы местного регулирова-
регулирования приводит к созданию значительного многообразия регули-
регулирующих органов для подмешивания воды более низкого или
высокого потенциалов.
Из D.16) для установившегося режима следует:
т,'=Тз + О(т3-т2); D.19)
*-7Т1Т1 + ТТ!Гт* D>20)
и — °-Н. — Т| ~ Тз Г4 2П
" ~ О, ~ т, - т, ' D>21)
где и — коэффициент смешения; G\, Х\ — расход и температура горячей воды,
поступающей из тепловой сети; вг, Тг — расход и температура обратной воды;
Tj — температура воды после смешения.
Изменение поверхности нагрева и условий теплообмена для
регулирования используется непосредственно на нагревательных
и теплообменных установках. В этом случае часто применяется
зависимость
где Afcp — разность между средней температурой теплоносителя и воздуха Я
отапливаемых помещениях; Ао — среднее значение коэффициента теплоперв^
дачи прибора в стандартных условиях, зависящее от его типа, способа уста-*
вб \

новки и экранирования; /пр — дополнительный множитель, определяемый в
зависимости от расхода воды и типа прибора:
/„р = 207 (Обо-
(Обозначения k0, n и т определяются обработкой данных испы-
испытаний. Так, для выпускаемых в настоящее время типов радиа-
радиаторов М-140, М-90, РД-90 и др., а также для стальных штампо-
штампованных панелей [79] они имеют вид:
при движении воды по схеме «сверху вниз»
k0 = 2,08-, п = 0,32; т = 0,031 при /пр < 7;
k0 = 2.0; п = 0,32; т = 0 при /пр > 7;
при движении воды по схеме «снизу вверх»
ka — 2,28; п = 0,24; т = 0,075 при /пр < 7;
*0 = 2,64; п = 0.24; т = 0 при /пр
то же, для конвекторов
k0 = 2,0 Ч- 2,5; п = 0,18 ч- 0,36; m = 0,028 -=- 0,07.
Анализ величин п, т и k0 показывает, что их численные зна-
значения изменяются в значительных пределах. Поэтому адаптация
выражения D.22) в автоматизированных системах теплоснаб-
теплоснабжения производится непосредственно на объекте, с уточнением
в процессе эксплуатации численных значений п, т и ko.
Изменение условий теплообмена с помощью изменения пло-
площади теплообмена и скорости движения теплоносителей позво-
позволяет производить регулирование непосредственно у потреби-
потребителя.
Эффективность подогрева нагреваемого теплоносителя и
охлаждения греющего теплоносителя при переменных парамет-
параметрах определяется по широко известным зависимостям *:
Q-nAcOr'f): ч-! D>23)
1 ¦ D-24)
h
где rj, и Ti2 — коэффнценты эффективности:
для прямотока
_ l-exp{-[l+(^,/^)](fef/r,)) .
1+ («,/«,) * D-25)
1 - ехр {- [1 -Ь AГ,/1Г,)] (kF/W,)}
1 ¦ ,m /iw ч (l^i/^*). D.26)
Кириллов П. Л., Юрьев Ю С, Бобков В. П. Справочник по теплогид-
равлическим расчетам, М.: Знергоиздат, 1984. 294 с,
§7

для противотока
1 - (WJWi) exp {[1 - (Wt/W2)] (kF/W,)}'
1 - exp {- A - (WJW2)] (kF/Wt)}
42 ~ 1 + AT,/IF,) exp {- [1 - (WJW2)] (kF/V,)) " W, '
В этих формулах Gi, G2 — расходы греющего и нагреваемого теплоносите-
теплоносителей соответственно; Wt, W2 — водяные эквиваленты теплоносителей; С\, с2 —
теплоемкости теплоносителей; k — коэффициент теплопередачи; F— площадь
теплообмена.
Из вышеприведенных выражений следует, что управление
количеством подаваемой теплоты здесь может осуществляться
количественно {Wi, W2) либо качественно {t*x). Рассматривае-
Рассматриваемые уравнения являются базовыми для построения моделей
управления в автоматизированных системах управления техно-
технологическими процессами отпуска теплоты.
§ 4.2. Количественно-качественное регулирование
тепловой нагрузки
Уравнения отопительного графика в общем виде могут быть
представлены следующим образом:
т, - f» + 6fptpm + (и + 0,5) Д/р (ф/о); D.29)
т3 = tB + Ыр<?т + 0.5Д^р (Ф/а); D.30)
т, = т, - Д<р (и + 1) (ф/а) = т3 - Д^р (ф/о), D.31)
где Т], Тз, Тг — температуры воды в подающей магистрали, трубопроводе мест-
местной системы отопления и обратной магистрали; ф — коэффициент отпуска теп-
теплоты; б/р= [(т| + т|)/2] — <^ — расчетная разность температур между по-
поверхностью нагревательного прибора и воздухом помещений; Д/р = т? — т?—
расчетный перепад воды в отопительной установке; а — коэффициент измене-
изменения расхода воды в системе отопления; и — коэффициент смешения водоструй-
водоструйного насоса (элеватора) или центробежного насоса, устанавливаемого перед
системой отопления; т — показатель степени, равный 1/A +n); n — коэффи-
коэффициент, характеризующий зависимость теплоотдачи нагревательного прибора си-
системы отопления от температурного напора.
Анализ фактического состояния систем теплоснабжения по-
показывает, что величины А^Р, ср, га, и, a, 6tp рассчитываются для
конкретной системы с определенной погрешностью. Это связа-
связано с неоднозначностью исходной информации, погрешностями
расчета, с несоответствием теплофизических характеристик зда-
здания расчетным значениям, с реконструкцией некоторых элемен-
элементов здания и системы. По данным В. А. Веникова [12], для
энергетических систем погрешности распределяются следующим
образом: исходных данных — 82—84%; модели—14—15%; ме-
метода—2—3%.
Как известно, в жилых зданиях наблюдается определенное
расхождение между расчетной и фактической площадями уста-
установленных приборов. Требуемая температура теплоносителя

только в зависимости от расхождения между фактически уста-
установленной и теоретически необходимой поверхностями нагрева
меняется в соответствии с выражением
тз = б/р A//Г + @,5//) Mv + tB, D.32)
где J — отношение установленной поверхности нагрева к теоретически необхо-
необходимой.
В таком случае для построения модели, более адекватно
описывающей отпуск теплоты, необходимо уточнение рассмат-
рассматриваемых величин в процессе эксплуатации. Решение прямых
и обратных задач существенно упрощается, если графики ре-
регулирования линеаризованы.
Аппроксимация уравнений D.29L-D.31) линейными зави-
зависимостями, рассмотренная в работе [79], дает
при 1 ^ ф ^ 0,5
т, = tB + (и + 0,5) Д/р (ф/<х) + 6*р (<р + 0Я'\ (_|_~ ф) ); D.33)
D.34)
при 0,5>ф>0,17
т, = /, + (и + 0,5) Д/р (ф/а) + dfp (ф + yqr^) • D.35)
По данным работы [79], погрешность такой аппроксимации
незначительна. В общем случае можно записать:
Ti = tB + ?,ф + k2 (ф/а) + с,; D.36)
т2 = tB + А,ф + k3 (ф/а) + с„ D.37)
где в определенном диапазоне значений ф можно вычислить коэффициенты:
kx = б<р - б^р j^; Ьг = (и + 0,5) Д<р;
. D.38)
Здесь постоянные для здания коэффициенты k\, k2, k3 могут
быть вычислены аналитически либо определены на основании
экспериментальных данных на участках тп ^ ти^ ti2 по усло-
условиям:
mln. D.40)
В эксплуатационных условиях наиболее трудно определить
требуемое значение коэффициента отпуска теплоты, так как на
его величину оказывают влияние внутренние тепловыделения,
солнечная радиация, инфильтрация и другие величины,
S9

При исключении ф выражения D.29) — D.31) приводят к за-
зависимостям:
(afe, + кг) та + (k» - kt) U + с, (ks - кг) . D41)
(akt + k3) xt
(akj -f- k3) X\ —
t, (k3 - к,) +
Та-^в-с,
ak, + k,
— 'в (*з — k2) — С
ak, + k2
• (gfc] -f- k2) x2 — с
с, (k3 — k2) — k3x
к, (Т, - T2)
Ti — 'в — cl '
i
¦ (ft. - k2)
1
(t, — x2) a
D.44)
D.45)
Рассматриваемые выражения являются уравнениями взаимо-
взаимосвязи параметров функционирующей системы. Как показывают
экспериментальные данные, значения постоянных коэффициен-
коэффициентов k\, &2, &з, с\ могут сильно отличаться от величин, определяе-
определяемых по выражениям D.38).
Уравнения D.41) — D.45) справедливы для условия а=1,
а также при центральном количественно-качественном методе
регулирования. Для центрального качественного регулирова-
регулирования в сочетании с местным количественным изменением рас-
расхода теплоносителя можно получить следующие выражения:
1 Г,. ¦ "' п -.(га
или
I^+JiLti
2 (и
Г Dи + 3) Tf + Bи + IJ тР - Bи + 1) (тР - тР)/а 1
L 4(и+1J BJ
X
"J
0,8
D47)
Из D.46), D.47) следуют линеаризированные уравнения:
70

Be+l)(Tf-
D.49)
D.50)
где
Рассмотрим построение модели управления по данным чис-
численного эксперимента. Требуется определить относительные рас-
расходы теплоты и характер изменения внутренней температуры
помещений при работе по отопительной нагрузке. Известными
являются относительные расходы теплоносителя на тепловом
вводе. Используем исходные данные примера, приведенного
в работе [29]. При Д/р = 25 °С, и = 2,2, б/р = (95 + 70): 2 — tl =
= 64,5°С из выражений D.38) следует: А:, = 54,18 °С; ?2 =
= 67,5°С; ?3 = -12,5ОС; с1= 10,32 °С.
Характеристики для климатических условий Ленинграда
приведены в табл. 4.1. В соответствии с исходными данными
нз формулы D.47) следует
ДТО,8
tB = 0,156т, + 0,844т2 - B,25а - 0,316) -^г-. D.51)
а'*
В таблице представлены результаты расчетов по методике
Н. М. Зингера и выражению D.51). Как видно из сравнения,
погрешность расчета не превышает 1 %. При расчетах по фор-
формуле D.51) значения xi принимались в соответствии с данными
работы [29]. Кроме того, известными величинами считались
т2 и а.
В случае построения модели по статистическим данным пас-
пассивного эксперимента либо по измеряемым величинам ti, т2, т3,
АР или Q режима нормальной эксплуатации уравнение тепло-
теплового баланса можно записать в виде
s, л/ХГ{ A%i = 0,5 (т8< + т«) - tal - е - г, WKPi Axi)m, D.52)
или
S.& - 0,5 (т3, + x2i) -tai-e- rjQj", D.53)
гДе ДР, _ среднее значение перепада давлений в системе отопления за рас-
рассматриваемый период; Дт« = t8i — тг< — средняя разность температур в прямом
71

Таблица 4.1
Характеристики
Температура
наружного воз-
воздуха /н, "С
Температура
в подающей
линии сети Ti.
°С
Температура
в обратной ли-
линии Т2, °С
Относитель-
Относительные расходы
воды на отоп-
отопление а
Относитель-
Относительный расход те-
теплоты на ото-
отопление ф
Внутренняя
температура по-
помещений tB, °C:
по методи-
методике [29]
по формуле
[4.Б1]
Относитель-
Относительная погреш-
погрешность, %
-25
150
77,08
1,1514
1,0495
20,13
20,00
0,65
Исходные данные
-20
136,07
71,62
1,1514
0,9266
19,84
19,69
0,76
— 15
121,94
66,13
1,1514
0,8042
19,60
19,52
0,14
и результаты
Численные значения
-10
107,69
60,48
1,1514
0,684
19,40
19,28
0,62
—8
101,99
57,92
1,1514
0,634
19,24
19,02
0,14
-б
93,22
53,15
1,1094
0,553
18,76
18,61
0,8
расчетов
2
84,34
47,92
1,0420
0,469
18,20
18,07
0,7
0
78,39
44,47
0,9908
0,4153
17,86
17,82
0,22
+5
63,15
35,88
0,8378
0,284
17,21
17,29
0,46
и обратном трубопроводах системы отопления за тот же период; е — темпера-
температурный эквивалент внутренних тепловыделений; s, r — коэффициенты про-
пропорциональности, определяемые при решении системы уравнений D.52) или
D.53).
При аналитическом определении s и г из уравнения тепло-
теплового баланса следует:
Я -1
нро .
1
QPm .
где ДтР, ДРР — расчетные перепады соответственно температур и давлений в
тепловой сети.
Рассматриваемое уравнения справедливы для квазистацио-
квазистационарного режима. Кроме того, их специфика предопределяет не-
необходимость подстановки весьма точных значений величин. По-
Поэтому в общем случае переменные значения тз<, тг/, АЛ, Q, при-
принимаются осредненными за несколько часов.
72

Таблица 4.2. Данные эксперимента
Объект
исследования
Ул. Аэродром-
Аэродромная, 5
Ул. Аэродром-
Аэродромная, 7
Средне-
взвешен-
взвешенная темпе-
температура
внутрен-
внутреннего
воздуха
'в- С
22,98
21,68
Температура воды
в системе теплоснаб
жения и отопления
V °с
57,83
60,99
Т,.°С
51,17
52,51
т2, °С
38,24
39,36
Парепад
давлении
на вводе
0,260
0,275
Наружная
темпера-
температура
воздуха
<н. °С
5,118
5,116
Средневзвешенная температура воздуха в отапливаемых
помещениях в определенный промежуток времени может быть
вычислена по выражению
t.t = 0,5 (x3i + x2i) - г, (л/IFi дт,)т, D.54)
или
Подготовка исходных данных, получение их осредненных
значений и решение уравнений D.52), D.53) для определения
коэффициентов s, e, r, m может проводиться в соответствии
с методикой, изложенной в § 6.2.
Рассмотрим примеры использования уравнений D.52) —
D.55). На основании натурных экспериментов в районе Ко-
Комендантского аэродрома г. Ленинграда Ю. А. Войтинской и
А. И. Быковой в результате статистической обработки материа-
материалов получены значения параметров для исследуемых зданий
(табл. 4.2).
Для прогнозирования /в по формуле D.54) следует опреде-
определить значение гх. Ввиду наличия только средних значений
будем считать известными т{"=150°С; тр==70°С; т? = 95°?;
*в=18°С; и = 0,32. Величину е в соответствии с D.35) можно
оценить по зависимости е == 0,4л б/р : A+п) = 6,255 °С.
Неизвестной является расчетная величина перепада давле-
давлений. По формуле D.52) при незначительных отклонениях рас-
расходов от расчетных можно записать:
g<HP9)
=—= = 0,5 (Т3 + Tj) — Гн — 8 — ОГр X
73

JL/
±
Ш7
W/
60 SO 40 10 П 18 22 ' ft?
Совмещенный график соотношений температур в прямом и обратном
водах
трубопроводах
Решение уравнения относительно л/АРр Для зданий на
ул. Аэродромной, д. 5 и 7 имеет вид:
2,543;
2,84; (г,M = 1,1475; (г2O= 1,055.
Тогда по формуле D.54) следует: на Аэродромной, 5 tB =
= 22,13°С; на Аэродромной, 7 tв = 22,58°С.
Численные эксперименты, проведенные с уравнениями вида
D.52), показывают, что система весьма чувствительна к погреш-
погрешностям величин ть Т2 и др. Очевидно, отмеченное при современ-
современном уровне измерительной техники является основным препят-
препятствием внедрению такого способа прогноза внутренней темпера-
температуры воздуха. Так, например, при расчетах по D.54) изменение
величины тз на 0,1 °С приводит к изменению ts на ~0,25°С,
изменение величины *\/&Pt на 1%—изменению U на 0,5 °С
Однако обработка экспериментальных данных за достаточно,
продолжительное время приводит, как правило, к приемлемым--
результатам. Решение задачи может упроститься при наличии^
известных величин U, прямых или косвенных, на некоторому
промежутке времени. Прогноз относительных расходов и внут^
ренней температуры воздуха в таком случае может проводитьсяа
более точно с учетом внутренних тепловыделений, нестационар4
ных процессов, происходящих в ограждающих конструкция^
74

при различного рода климатических воздействиях. Графики,
представленные на рис. 4.3, позволяют более наглядно анали-
анализировать тепловые режимы в отапливаемых помещениях.
Качественное регулирование тепловой нагрузки
В настоящее время наибольшее применение находит каче-
качественное регулирование (а = const). Это связано с тем, что
в данном случае в наименьшей степени выявляется разрегули-
разрегулировка системы теплоснабжения, более просто воздействовать на
объект регулирования. Закономерности графиков качественного
регулирования достаточно подробно рассмотрены в работах
[29, 32, 56]. Однако для решения задач регулирования необ-
необходим прогноз внутренней температуры. Из выражения D.36)
следует:
- ft») . «,
• *° " ft, +
D.56)
ft.+ йз
Для условий рассмотренного выше примера можно получить
ta= 1,52т2 —0,52т, — с,.
Использование расчетной зависимости D.51) при а
для рассмотренного в § 4.2 примера дает
tB = 0,1562т, + 0,8438т2 - 1,934Дт0'8,
1,0
D.58)
где Дт = Ti — Т2.
Подстановка в рассматриваемые выражения значений ti и тг,
полученных на основании зависимостей D.29) — D.31), дает сле-
следующие величины внутренних температур:
По D.57)
при с, = 10,3
По D.58)
18,1
18,0
18,3
18,0
18,4
18,0
18,2
18,0
18,1
18,0
17,9
18,0
17,5
18,0
17,2
18,0
При т,
При т2
150
70
136,07
65,38
121,94
60,58
107,69
55,62
101,99
53,586
93,22
50,42
84,34
47,14
78,39
44,9
Нетрудно видеть, что определение средней температуры
внутреннего воздуха tB по выражению D.58) дает меньшую
погрешность. Таким образом, для построения модели управле-
управления температурным режимом при отопительном графике и каче-
качественном регулировании возможно использование уравнений
76

вида D.58), справедливых в
достаточно широком диапа-
диапазоне изменения tB-
Количественное регули-
регулирование тепловой нагрузки
При количественном ре-
регулировании определяется
эквивалент расхода воды
для поддержания заданного
температурного режима в
отапливаемых помещениях.
Методика расчета темпера-
температуры обратной воды и экви-
эквивалента расхода воды в си-
системах теплоснабжения из-
изложены в работах [29, 56]. Полученные в § 4.2 расчетные
выражения позволяют определять на основании данных нор-
нормальной эксплуатации фактические и требуемые значения рас-
расходов G величин перепадов давлений. Уравнение D.54) преоб-
преобразуется к виду
О.м'/ч
40
30 ¦
20
10 -
40 50 ВО Т2(р Т2тр
Рис. 4.4. График регулирования
- X
А-
80°С
70
АР =
@,5 (тз + т,) - <„J/ст
2/т / _ \2
ИЛИ
[0,5 (тз + т2) - ,
Aim
Г
\Х3 — Х2
D.59)
D.60
где г\, г2 — коэффициенты, определяемые в процессе экспери-
эксперимента.
При постоянных, значениях тз и /в задача регулирования по
обратной воде Т2 заключается в корректировке величин G или
АР для соответствия равенств D.59), D.60). На рис. 4.4 пред-
представлен график регулирования тепловой нагрузки администра-
административного здания. При постоянной температуре теплоносителя
Т! = 80°С и его расходе бф, в случае соответствия /в = 18 °С,
величина т2 должна быть равна тгтр. В ином случае (при Дтг =
= т2ф — Т2тр) требуется корректировка расхода. При незначи-
незначительных рассогласованиях величина корректировки следует из
D.60) в виде
ДО , т3-т2тр/т
3-т2ф-2<Р
+ Т2тр - 2<в
2тр
Рассматриваемые уравнения справедливы для средних зна-
значений параметров в течение не менее 2—3 ч.
76

ГлаваХ/
ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ
Системы теплоснабжения и отдельные элементы систем прак-
практически всегда работают в переходных режимах и поэтому ре-
решение целого ряда практических задач требует знания их
динамических свойств. К числу таких задач прежде всего отно-
относятся:
анализ и синтез систем автоматического регулирования
(центрального, группового, местного, позонного и индивиду-
индивидуального) ;
разработка алгоритмов автоматизированного управления
режимами отпуска теплоты;
исследование динамических свойств вновь создаваемых эле-
элементов систем теплоснабжения в период их проектирования
и т. д.
Под динамикой процессов понимается изменение во времени
выходных параметров того или иного элемента или совокупно-
совокупности элементов системы теплоснабжения, когда на входе прило-
приложено какое-либо возмущение. При этом динамические характе-
характеристики описываются тремя показателями (рис. 5.1): временем
запаздывания (т3), постоянной времени (Т) и коэффициентом
передачи (Ка).
Самым точным методом определения динамических харак-
характеристик является экспериментальный. Однако при проектиро-
проектировании и разработке новых объектов этот метод не всегда может
быть применен. Кроме того, в системах теплоснабжения, рабо-
работающих в широких диапазонах изменения технологических па-
параметров, экспериментальное определение динамических харак-
характеристик достаточно трудоемко.
Рис. 5.1. Кривая переходного процесса
Г —постоянная времени, Ка — коэффициент передачи;
— время запаздывания
77

Качественно новую возможность открыли математические
модели, основанные на аналитическом исследовании нестацио-
нестационарных режимов работы объекта. Эти модели позволяют нахо-
находить динамические характеристики в аналитической форме
с коэффициентами, содержащими в явном виде параметры объ-
объекта. Полученные однажды, они описывают динамику целого
класса однотипных элементов, а особенности отдельных элемен-
элементов и режимов их работы конкретизируются в содержании ко-
коэффициентов.
§ 5.1. Уравнения нестационарного теплообмена
элементов систем теплоснабжения и отопления
Система теплоснабжения представляет собой совокупность
большого числа теплообменных устройств, объединенных в еди-
единую систему генерации, транспорта, отпуска теплоты, и может
быть представлена в виде структурной схемы (рис. 5.2), учиты-
учитывающей все внутренние связи и внешние воздействия. Эле-
Элементы системы теплоснабжения разделяются по видам теплопе-
теплопередачи (фильтрацией, конвекцией, теплопроводностью, излуче-
излучением), по физическим свойствам теплоносителей (газ, жидкость,
двухфазный теплоноситель с изменяющимся агрегатным состоя-
состоянием) и по конструктивному выполнению (прямоток, противо-
противоток, перекрестный ток). Для всех этих весьма разнохарактерных
элементов можно составить дифференциальные уравнения, опи-
описывающие процесс динамики теплообмена. При этом допустим
такой подход, когда можно пренебречь влиянием изменения
массы среды на динамические процессы. В этом случае скорость
изменения температуры среды пропорциональна полному коли-
количеству теплоты, передаваемой путем конвекции, теплопроводно-
теплопроводности, излучения, фильтрации и тепловыделения, т. е.
т dt =-- QK + Q\ + Qhs + <2ф + Qt. E.1)
где т — масса среды (m = cyV)\ с — теплоемкость; y — удельный вес; V —
объем; t— (tu t2 ti) —температура поверхности тела или теплоносителя;
QK — суммарный расход подведенной и отведенной теплоты путем конвек-
конвекции:
а( — коэффициент теплоотдачи; Ft — поверхность теплообмена; Q^ — резуль-
результирующий расход подведенной (отведенной) теплоты за счет теплопроводно-
теплопроводности:
л
— коэффициент теплопроводности среды; х — пространственная координата;
78

%
t', |2?г.в ,
4 \ \
hi*h \v \h
0 ^
5ыт
Рис. 5.2. Структурная схема системы теплоснабжения:
/ — источник теплоты; 2, 7—магистральные трубопроводы; 3, в —тепловой пункт; 4— си-
система отопления; 5—отапливаемое помещение; Рп. О„—давление и расход пара; fy t.
D\, Ог, —температура и расход теплоносителя в различных точках системы тепло
снабжения; <окр ср—температура окружающей трубопровод среды; <r B, Dr B —темпе-
—температура и расход воды на горячее водоснабжения; <в — температура воздуха в помещении;
<н—температура наружного воздуха; о —скорость ветра; /—интенсивность солнечного
облучения; <3$ыт — бытовые тепловыделения
<2из — суммарный расход теплоты, подведенной с некоторой области простран-
пространства излучением:
п
QH3 = ? Fi4t (т); E.4)
i=\
<7'(т)—удельный тепловой поток; фф — количество теплоты, подведенной (от-
(отведенной) фильтрацией:
Кф —коэффициент фильтрационного теплообмена; QT—источник тепловы-
тепловыделения, изменение которого может быть задано любым законом.
Выражение dt в уравнении E.1) есть полный дифференциал
Ht dti Mr, 6tl fKfO
at = ~яГ + vi X~- (Ь-Ь>
где Vi — скорость теплоносителя.
Для твердого тела и неподвижного теплоносителя Ui —
— ^' ~ п
После подстановки значений QK, Qj,, <2из, Q$, Qr и полного
дифференциала в выражение E.1) получим систему дифферен-
дифференциальных уравнений в частных производных для каждого кон-
конкретного элемента системы теплоснабжения (табл. 5.1).
79

Таблица 5.1. Исходные уравнения, описывающие динамику теплообмена
отдельных элементов системы теплоснабжения
Элементы
Вид
теплообмена
Расчетная схема
Дифференциальные уравнения
Граничные условия
Наружные
ограждения по-
помещений (те-
(теплоемкие и не-
нетеплоемкие)
Теплопровод-
Теплопроводность, конвек-
конвекция и излуче-
излучение
dt,
dt3
(х.
д%
(х,
дт
{х,
т)
т)
-с)
) (х, х)
= а2
ОТ.
д2<
г(х.
дх*
3(х,
т)
т)
!E.7)
дх х=0
я, а/,
Х2 дх
«Эх
ч
дх
х
X (<ог. н - /в) + -тЧ
Внутренние
ограждения по-
помещений
Теплопровод-
Теплопроводность, конвек-
конвекция и излуче-
излучение
ч
(а-)
т
h
dt
дх
dt_
17
dt
дх
+ <?он ,
= 0 (условие сим-
метричиого теплообмена)

Объем возду-
воздуха помещения
Излучение,
конвекция н
смешение
('в — 'ст. п) —
(га /ст. Вц) —
(гв — tOK. вн)
-'-) E-9)
Изолирован-
Изолированный трубопро-
трубопровод
Конвекция,
теплепровод-
dtx (xt x)
WJK.CD /*(
,з (У. Т)
at
. т) _^ОТс(у.т)
^2 ' '} E.10
/из (У-

Продо.чжение табл. 5.1
Элементы
Вид
теплообмена
Расчетная схема
Дифференцнальвые уравнения
Граничные условия
Отопитель-
Отопительные приборы и
неизолирован-
неизолированные трубопро-
трубопроводы
Конвекция,
излучение
дх '
D l dt, (x. x)
1 дх
dtc (x, x) __
Ъ~х
dQ(x)
dx
E.11)
: = 0, t{ (x, x) = <,,
= /, tl (x, x) = t".
Радиацион-
Радиационные поверхно-
поверхности нагрева
котла
Излучение,
конвекция
+
:, т)
dx
шнг
дх
ql - a.F, (<c -
E.12)
= 0, <, (х. т) = <,;
= /, f, (.t, г) = f"

OS
Пароводя-
Пароводяные подогре-
подогреватели
Водоводяные
подогреватели,
калориферы,
конвективные
поверхности
нагрева котла
Теплообмен-
Теплообменники смешиваю-
смешивающего типа
Конвекция
Конвекция
Смешение
.X
f / "Т
- Л,—
to
Ti2Z?2
dtt (x, x)
_ , 5/, (X, T)
-p C\U\l ^ =
— atFt (tc — t,);
dtc (x, x)
"I""'c (jT
Ct2J* 2 \^2 *""* 'c) """
— <XtFi (tc — ti) —
d/c (t)
— "г^г ('г — 'c) =
_ c m dt2 (x)
dx
^|С|^|-т"-Огс2^г—Dct= I
- dt 4-
a,/7, (t - *c) =
[ E.13)
E.14)
E.15)
i
<г (*) = const;
x = 0, t, (x. T) = t\;
, ty(X,X) i-
^(г)=4;
x = i, /, (т) = t";
—

В принципе любая из перечисленных выше задач могла бы
быть решена с очень большой точностью по исходным диффе-
дифференциальным уравнениям в частных производных с помощью
численного интегрирования на цифровых вычислительных ма-
машинах. Но это связано с затратой больших средств и времени,
что не всегда оправдано, особенно в том случае, когда решение
задачи, например выбора системы автоматического регулиро-
регулирования, находится в начальной стадии и поэтому требуется боль-
большой объем вариантных проработок возможных схем систем
управления.
Кроме того, имеется широкий круг задач, когда необходимо
исходить из наибольшей эффективности решения, из его анали-
зируемости. Это возможно лишь в случае получения результата
в аналитической форме. Наглядность решения играет очень
большую роль, и при одинаковой точности всегда желателен'
более поздний переход к численным методам, дающим частные
результаты. При оценке погрешности метода вычислений сле-
следует иметь в виду, что качество исходной информации, исполь-
используемой при исследовании переменных режимов работы систем
теплоснабжения, весьма невысокое. Поэтому в данном случае
погрешность исходных данных является безусловно основной
составляющей общей погрешности.
Более предпочтительным следует считать метод получения
решения в виде передаточных функций. Аппарат передаточных
функций более универсален, позволяет легко перейти к вычис-
вычислению частотных характеристик. Последнее обстоятельство
весьма существенно, так как частотный метод анализа динами-
динамических систем разработан наиболее полно и очень часто реше-
решение задач синтеза и анализа систем регулирования основано на
использовании частотных характеристик объекта. Кроме того,
определение частотных характеристик не представляет особых
трудностей даже в случае сложных систем и существует мно-
множество методов аппроксимации по частотным характеристикам.
Общий метод получения передаточных функций сводится
главным образом к известным элементам операционного исчис-
исчисления, в частности к методу Лапласа преобразования функций.
Операционное исчисление, основанное на преобразовании Лап-
Лапласа и разработанное для исследования детерминированных
дифференциальных уравнений в прикладной математике, нахо-
находит широкое применение для решения задач нестационарного
теплообмена, сводящихся к определению динамических харак-
характеристик теплообменных аппаратов. Этот метод, как известно,
основан на работах Хевисайда, Бромвича, Карслоу и Кар-
сона и др.
Полученные исходные системы уравнений (табл. 5.1) яв-
являются нелинейными. Поэтому, чтобы применить к ним преоб-
преобразование Лапласа, необходимо системы дифференциальных
уравнений в частных производных с переменными коэффициен-
84

тами, являющимися функциями пространственных координат
и времени, линеаризовать и заменить их постоянными или ли-
линейными функциями. Такая замена возможна, если коэффи-
коэффициенты инвариантны относительно времени и пространственных
координат или не зависят от времени и изменяются линейно
с пространственными координатами. Если систему не удается
представить в виде линейной или квазилинейной, то почти от-
отсутствует возможность точного определения передаточных
функций.
Заметим, что линеаризация в принципе допустима, если гра-
градиент температур по направлениям координат или потоков ме-
меняется в небольших пределах. Для малой степени нестационар-
нестационарности, т. е. для малых возмущений и малых отклонений пара-
параметров от их значений в заданном равновесном режиме, вполне
корректным является решение линеаризованных уравнений.
Передаточные функции, получаемые в результате аналити-
аналитического решения исходных дифференциальных уравнений в част-
частных производных, являются трансцендентными, что неизбежно
при наличии двух независимых переменных. Существует
большое количество способов аппроксимации трансцендент-
трансцендентных передаточных функций дробно-рациональными выраже-
выражениями.
При наличии аналитических передаточных функций целесо-
целесообразно воспользоваться таким из существующих методов
аппроксимации, который не был бы связан с громоздкими вы-
вычислениями, графическими построениями и, главное, в процессе
аппроксимации возможно дольше сохранял бы параметры си-
системы. Аппроксимация станет целиком аналитической, если уда-
удастся выразить параметры аппроксимирующей функции через
параметры физического объекта.
В результате решения исходных уравнений получаются пе-
передаточные функции двух типов. Решение уравнений теплопро-
теплопроводности Фурье E.7), E.8), E.10) дает выражения, содержа-
содержащие функции гиперболических синусов, косинусов и тангенсов
от мнимого аргумента. Точное решение остальных уравнений
E.11) — E.15) содержит трансцендентные выражения вида
еА (р)/В (р))
где А(р)/В(р) — дробно-рациональная функция со степенью числителя меньше
степени знаменателя и с конечным числом полюсов, расположенных в левой
полуплоскости, за исключением, может быть, полюса первого порядка в нуле
с отрицательным вычетом в этом полюсе.
Аппроксимация передаточных функций первого типа может
быть осуществлена разложением гиперболических функций в
степенной ряд. Способ аппроксимации, основанный на разложе-
разложении изображений функции в степенной ряд, обладает следую-
следующими преимуществами:
85

простотой получения приближенных обыкновенных переда-
передаточных функций и вычисления по ним переходных процессов;
возможностью проведения решения при помощи последова-
последовательного самоприближения к заданному процессу.
Последнее обстоятельство является особенно важным, так
как обеспечивает желаемую точность и возможность сведения
ошибки до минимума.
Применение метода разложения изображений в степенной
ряд дает удовлетворительную сходимость на всем диапазоне
частот 0 ^ р ^ со только для передаточных функций первого
типа. Использование рассмотренного метода для аппроксима-
аппроксимации передаточных функций второго типа дает сравнительно про-
простые выражения только в том случае, если разложение в ряд
производится в окрестности какой-либо точки. При этом зна-
знание поведения аппроксимирующих передаточных функций в ок-
окрестностях /)->-0 или р^-оо не дает возможности судить об их
поведении во всем диапазоне изменения р в пределах 0 ^
^ р ^ со.
В связи с этим более эффективным для практических целей
является разложение функции ехр А (р)/В(р) по всей области
изменения аргумента, а не в отдельных точках. Для решения
задачи в указанном плане целесообразно использовать свойства
интегральных оценок, хорошо развитых в теории автоматиче-
автоматического регулирования.
Известны три вида интегральных оценок: линейные, квадра-
квадратичные и обобщенные. С точки зрения простоты вычислений, фи-
физической наглядности и характера переходных функций (моно-
(монотонные процессы), имеющих место в системах теплоснабжения,
наиболее рациональным оказывается применение свойств линей-
линейных интегральных оценок.
В качестве примера рассмотрим аппроксимацию наиболее
часто встречающейся трансцендентной функции вида К.{р) =
= ехр [Ь/(ар + 1)] звеном первого порядка W(р) =
(Т + Т)/(Т+1)
Р )/(р+)
Здесь постоянные коэффициенты Гь Т2, Т3 определяются из
следующих условий:
lim К (р) = е"; lim W (р) = Т2, откуда Т2 = е";
Р -> 0 р -> О
lim K(p) = l; lim Г(р) = -^-, откуда Т1 = Тг;
р -> оо р-*оо '!
lim ^ К (р)-Нт ¦?*(,).
Дифференцируя последнее выражение по р и подставляя
р-)-0, получим Гз = Ьа/ A — е~ь).
Если подставить полученные значения коэффициентов в пе-
передаточную функцию W(p), то получим аппроксимирующую
8б

передаточную функцию, определенную через параметры исход-
исходной функции.
Многочисленные расчеты показали, что аппроксимация транс-
трансцендентного выражения звеном первого порядка дает удовлет-
удовлетворительную точность и вполне применима для инженерных рас-
расчетов.
§ 5.2. Динамические характеристики здания
и его элементов
Как было показано выше, температурный режим отапливае-
отапливаемых помещений формируется в результате совокупного влияния
метеорологических условий (температуры наружного воздуха /„,
скорости ветра и, интенсивности солнечной радиации /), быто-
бытовых тепловыделений <2быт и теплопоступлений от отопительных
приборов Qot.. Задача состоит в том, чтобы определить закон
изменения температуры воздуха в помещении под влиянием
этих воздействий.
Скорость изменения температуры воздуха в переходном ре-
режиме зависит, наряду с другими факторами, от того, как изме-
изменяются в это время температуры внутренних поверхностей на-
наружных и внутренних ограждений /Ст. вн, /ок. вн, /ст. н, на кото-
которые, в свою очередь, влияют изменения температуры воздуха
помещения, температуры наружного воздуха, скорость ветра,
интенсивность солнечной радиации (см. рис. 5.2). Поэтому не-
необходимо найти под воздействием этих возмущающих факторов
законы изменения температуры поверхностей внутренних и на-
наружных ограждений.
В общем случае ограждающие конструкции представляют
собой плоскую стенку, толщина которой во много раз меньше
длины. Поэтому в математической формулировке процессы
теплопередачи будут описываться одномерными уравнениями
Фурье E.7), E.8) с граничными условиями третьего рода.
Учитывая, что в современном строительстве широкое распро-
распространение находят неоднородные ограждающие конструкции,
состоящие из различных слоев или сред с различными тепло-
физическими свойствами, возникает необходимость в решении
системы дифференциальных уравнений Фурье с соответствую-
соответствующими граничными условиями. Число уравнений, содержащихся
в системе, определяется числом слоев того или иного огражде-
ограждения. Наибольшее распространение находят трехслойные ограж-
ограждающие конструкции, поэтому рассмотрим решение системы
дифференциальных уравнений теплопроводности Фурье для
трехслойной пластины E.7).
Применяя к уравнениям E.7) с соответствующими гранич-
граничными условиями многократное преобразование Лапласа, диф-
дифференцирование и несложные алгебраические преобразования,
37

получим:
J- ch 63 л/-В- |Ych 6,
Х3 V а3 1Л
Т- +
a,
а\
sh б
•Vf
X
X ан ch б2 л/Т
(
X
sh б2
/-?- sh 62 д/^-
— + ав ch б,
-^ + ch б2
—11
а2 /J
+
a,
I c3y3X3p ch б2 Д/ — + а„ ¦
\ V ^2
X I c3y3X3p ch б2 Д/ — + а„ ¦\1сгугХ2р sh б2 \1 —
\ V ^
sh б, д/-^- + ав ch б, д/-^-J X
^P sh б2 а/-?- + «„ ch б2 л/-?-)] А^ог.вн (Р)
V а2 V J
yciyiXip
а2
а,
sh б2 д/-^- ch б, дА^Л X
V а2 V а, /
а2 V а2 V ai
а2
ТХ(
а, V Я3 ус3у3Х3р
а3
{p)- EЛ6)
Обозначив выражения, стоящие перед Л/ог.вн(р) и А/В(р)
в уравнении E.16.), соответственно через /^(р) и Р(р), получим
(Р) Л'ог. вн (Р) = Р (Р) Л<в (Р) + [«но + (/„ - tor. H)o (^f)J • А^н (Р) -
- (*ог.н - <н)о (¦?¦)„ д« (Р) + Д<7н (Р). F.17)
Решив уравнение E.17.) относительно переменной Д^,г. вн(р),
получим передаточные функции (табл. 5.2), определяющие из-

менение температуры воздуха в помещении E.18), температуры
наружного воздуха E.19), скорости ветра E.20) и интенсив-
интенсивности солнечного облучения E.21).
Для двух- и однослойной пластин выражения F(p) и Р{р)
существенно упрощаются. Передаточные функции двухслойной
пластины могут быть получены, если в выражениях F(p) и Р(р)
вместо Яз, 7з, с3 подставить Х2, Y2, С2, а толщину второго слоя
двухслойной пластины считать равной сумме толщин второго
и третьего слоев трехслойной пластины, т. е. 6'2 = Ь0-\-1>3. Ре-
Результирующие выражения приведены в табл. 5.2, уравнениях
E.30) и E.31). Если для однослойной пластины в выражениях
(р) и Р(р) вместо Кз, уз, с3, Я,2, Y2, с2 подставить соответственно
Я.1, Yi» сь а толщину однослойной пластины считать равной сум-
суммарной толщине трехслойной пластины, т. е. а\ = о1-\- о.2-\- сг3> то
^^ \[±; E.35)
a, V^ v
Р (р) = ав ch 6; л/-Е- + ."""" sh 6; а 1-Е-.
E.36)
Полученные результаты могут быть использованы при ана-
анализе процессов нестационарного теплообмена через ограждаю-
ограждающие конструкции, на поверхностях которых имеют место несим-
несимметричные граничные условия (наружные теплоемкие огражде-
ограждения, окна, витражи, внутренние ограждения).
При различной температуре воздуха в соседних помещениях
для внутренних ограждающих конструкций необходимо допол-
дополнительно иметь передаточную функцию, устанавливающую ди-
динамическую связь между температурой на поверхности внутрен-
внутреннего ограждения и интенсивностью солнечного облучения. Так
как в настоящее время применяются преимущественно одно-
однослойные внутренние ограждения, то рассматриваемая переда-
передаточная функция имеет вид E.22). При симметричных гранич-
граничных условиях (температура в соседних помещениях одинакова)
решение значительно упрощается и имеет вид E.24).
Полученные передаточные функции характеризуют законы
изменения температуры поверхностей внутренних и наружных
ограждений под влиянием различных возмущающих воздей-
воздействий и совместно с уравнением E.9) составляют систему урав-
уравнений динамики температурного состояния помещения. Решая
эту систему уравнений относительно Ata, можно получить пере-
передаточные функции помещения по различным каналам воздей-
воздействия. После применения преобразования Лапласа к уравнению
E.9), записанному для приращения температур, и подстановки
значений параметров AtOx. вн, А^Ст. п, А/ст. вн из уравнений
E.18) — E.21), E.24), получим результирующее выражение, ха-
характеризующее изменение температуры воздуха в помещении
89

Таблица 5.2. Передаточные функции элементов помещения по различным каналам воздействия
Элементы
Канал воздействия
Передаточная функция
Коэффициенты передаточной
функции
Наружные
ограждения
помещения
(теплоемкие и
нетеплоемкие)
Внутренние
ограждения
помещения
Температура вну-
внутренней поверхности
ограждения по темпе-
температуре вздуха в поме-
помещении
То же, по темпера-
температуре наружного возду-
воздуха
То же, по скорости
ветра
То же, по интенсив-
интенсивности солнечного облу-
облучения
Несимметричные
граничные условия
Температура поверх-
поверхности ограждения по
интенсивности солнеч-
солнечного облучения
Ъ (Р)
(р)
F (р)
К,(р) =
F (Р)
К6 (р) =
OV?
E.18)
E,19)
E.20)
E.21)
F,* =i^-ch6, А/-е X
X [cb б, д/-^- («з + ан) +
ch 6, А ДТ /«
V а, V
)]}
E.30)

Объем воз-
воздуха помеще-
помещения
То же, по температу-
температуре воздуха в помеще-
помещении
Симметричные
граничные условия
Температура поверх-
поверхности ограждения по
температуре воздуха в
помещении
Температура воздуха
в помещении по темпе-
температуре наружного воз-
воздуха
sh6
VF)8рвн
=- E.22)
-sh6/\/ —
ch 6
(р) = ¦
Vf
2ав ch б
Vf
+ ¦
=• E.23)
¦ sh б л / —
КАР)
Д ==• E.24)
/С8 (р) = ^о (р)
4л/
2 V а
(р) +
E-25)
X
-Г" E-31)
(р) =
уТвр + ц — aB
(р) —
aBFBi! + aBFH +
+ aBF0K +
T = B
E.32)
E.33)
E.34)

«3
Продолжение табл. 5.2
Элементы
Объем воз-
воздуха помеще-
помещения
Канал воздействия
Температура воздуха
в помещении по ско-
скорости ветра
То же, пр интенсив-
интенсивности солнечного облу-
облучения
То же, по бытовым
тепловыделениям
То же, по количеству
тепла от отопительного
прибора
Передаточная функция
Кя (р) = Ко (Р) [aBFHK
+ ЧвРокКз (р) +
/at
\ р а / \ 1
Кю (Р) = Ка (р) [а/и/(
+ 0-Рвн)^ок + «
Яп(р) = Кс
Кп (Р) = К,
>(Р) +
СФI
4(Р) +
(р)
(р)
E.26)
[Р)\
E.27)
E.28)
E.29)
Коэффициент передаточной
функции
Првиечание. Выражения F (р) и Р (р) даны для двухслойной пластины.

под влиянием различных возмущающих воздействий:
Л<в (р) - Ка (р) {д<Э01 (р) + AQ;'HC (р) + д<Эбыт (р) + [<xBFHtf2 (p)
+ «Л**2 (Р) + *ф^ф + ?ф ('в ~ 'Н
ЛЛз (Р) + «в'оЛ (Р) + Кф^ф + ^ф ('¦ ~ О
+ [«вЛЛ (Р) + A - Рвн) ^ок + «в^вНС^5 (Р)] Д/ (Р)}- <5-37)
Передаточная функция собственно помещения Ко(р) харак-
характеризует закон изменения температуры воздуха в помещении в
зависимости от количества поступающей (теряемой) теплоты.
Результирующие передаточные функции помещения и его эле-
элементов приведены в табл. 5.2. [уравнения E.25) — E.29), E.32) —
E.34)].
В проведенном аналитическом исследовании влияние отопи-
отопительного прибора (системы отопления) рассматривается упро-
упрощенно— в виде канала связи, характеризующего закон измене-
изменения температуры воздуха в помещении в зависимости от коли-
количества теплоты, выделяемой отопительным прибором [см. урав-
уравнение E.9)]. Это дает возможность при решении некоторых
задач, например при исследовании влияния конструктивных осо-
особенностей собственно помещений на его динамические свойства,
задавать произвольно закон изменения Qot(t). Кроме того,
имеется целый ряд неотапливаемых помещений (склады, здания,
расположенные в южных широтах), в которых отопительные
приборы не устанавливаются.
Как уже отмечалось в § 5.1, наиболее целесообразным мето-
методом аппроксимации полученных передаточных функций являет-
является разложение гиперболических функций sh x, ch x, th x в сте-
степенной ряд. При этом сравнение амплитудно-фазовых характе-
характеристик точной и аппроксимирующих передаточных функций
ограждающих конструкций показывает, что необходимыми и
достаточными числами членов ряда разложения для sh x и th x
являются три первых члена ряда, а для chx — четыре. В резуль-
результате аппроксимации выражения F(p) и Р(р) в передаточных
функциях Кг(р) — Кп(р) в табл. 5.2 принимают следующий вил:
F (р) = V + Вр2 + Cp + D; Р (р) = Кр + 1р + М. E.38)
В табл. 5.3. приведены аппроксимирующие передаточные
Функции для помещения с однослойными ограждающими кон-
конструкциями. Здесь и далее аппроксимирующие передаточные
Функции будут обозначаться через W(p) с индексами, соответ-
соответствующими точным передаточным функциям К(р). Сопоставле-
Сопоставление динамических параметров (К, т, Т) расчетных и экспери-
93

Таблица 5.3. Аппроксимирующие передаточные функции элементов помещения
по различным каналам воздействия
Элементы
Передаточные функции
Коэффициент передаточных
функций
Наруж-
Наружные ограж-
ограждения по-
помещения
(теплоем-
(теплоемкие и не-
теплоем-
теплоемкие)
(р)
г. вн (Р)
в(р)
K2p + Lp+M
' Ар* + Ep2 + Cp+D
A/or. вн (Р)
120Л*
(ав + а„) с3у364
720А,3
E.39)
W, (р) =
63с2у2
 ci "г
'н (Р)
., , . ( да»
ано (гн ~ гог. н)о I я/..
г —
6Я ^ 120Л3
+ а„) бгсу
Ар3 + Вр1
E.40)
6Я2
i^p)
А<ог.вн(р)
А@(р)
?) == ав + ан
Ир3 + Вр2 + Ср
|(р)
А^ог. вн (Р)
Л/(Р)
Рн
E.41)
E.42)
Внутрен-
Внутренние огра-
ограждения по-
помещения
Несимметричные граничные
условия:
24Я2
авб2су
^ 120А3
. «в«нб3су
"*" 6А,2
аван6
А/ст. п (Р)
Д'в (Р)
E.43)
E.44)
69с3у3 . б'сУ
120авЛ2 + 720Л3
В-

Продолжение табл. 5.3
Элементы
Передаточные функции
Коэффициент передаточных
функций
Внутрен-
Внутренние огра-
ограждения по-
помещения
Симметричные граничные
условия:
Д'ст. п(Р) _
q _ бсу . бгсу
(р)
Д'в (Р)
К
24Я2
/.=¦
V+
E.45)
Объем
воздуха по-
помещения
W, (р) =
Л'в (р)
Л'н (Р)
(р) [aBfHtt72 (p)
E.46)
(Р)
А/В(р)
Дш(р)
^ — i
E.47)
, _. А'в (Р)
Д/(р) ~
== Го (Р) [«„/^ (р) +
p"hCU75 (P)J E.48)
Д/. (Р)
Д<3быт (Р)
= Го (р) E.49)
AQot (P)
= Н70 (р) E.50)
ЬгР2 +
bo
a0
Ьй =
+ C,D0C0
0 + BiDtD
C2CtD0 +
= O3D0 -\- C2C0 -f- o*jBo —
— aBFOK (Lu • ф, + M0<$2)
a3 = 0-4D0 + O3C0 + o2B0 +
ав^ок (/Соф! +
a,
a2 = TB\iD2Dt
- aBFH
0-3
— aBFmMlD2
Mfi2)
a4 =
(p2
н (К2С,+ L2Bt+ M2A{) -
BH (tf ,C2 + Z.,B2 + М,Л2
ф1 = С&г + D,C2
T" ^1^2
Примечание. Индексы «0>, «1». «2» при коэффициентах 4, В, С, О, Л, ?, М озна-
означают, что эти коэффициенты принадлежат соответственно передаточным функциям: окна,
внутреннего и наружного теплоемкого ограждений.
95

80
Рис. 5.3. Кривые разгона трехкомнатной квартиры рядовой секции первого
этажа при различных метеорологических условиях
кривой
'„¦ °с
v, м/с
К. °С/ккал
Т, ч
1
+ 10
0
0,022
168
2
-10
0
0,016
130
3
-26
0
0,014
104
4
-26
10
0,017
90
5
-26
3
0,014
121
6
+ 10
6,2
0,0155
138
7
-8
4,5
0,0147
131
ментальных переходных процессов показывает, что погрешность
не превышает 5%. Это подтверждает правильность предпосы-
предпосылок, принятых при математическом описании ограждающих
конструкций и помещения в целом.
Характерной особенностью современных зданий является
большое разнообразие конструкций и широкий диапазон режи-
режимов их работы. В связи с этим практический интерес представ-
представляет исследование влияния режимных и конструктивных пара-
параметров на динамические свойства помещений. На рис. 5.3 при-
приведены переходные процессы изменения температуры воздуха
трехкомнатной квартиры рядовой секции первого этажа типо-
типового жилого дома серии П-49П при различных метеорологиче-
метеорологических условиях. Сопоставление этих кривых показывает, что ди-
динамические свойства одного и того же помещения* существен-,
но изменяются в течение отопительного сезона. При переходе от
режима максимально возможной тепловой нагрузки (/и ==
Под помещением здесь и далее понимается квартира в целом.

= — 26°C, v= 10 .м/с) к режиму минимально тепловой на-
нагрузки (tu = +10°С, v = 0 м/с) отопительного сезона величина
коэффициента передачи возрастает в 2 раза, а постоянная вре-
времени — в 1,87 раза.
Специальные исследования показали, что определяющее
влияние на изменение динамических свойств помещения в тече-
течение отопительного сезона оказывает величина коэффициента
фильтрационного теплообмена. Для рассматриваемого примера
изменение J( и F под влиянием только фильтрационного тепло-
теплообмена составляет соответственно 91 и 76%, в то время как
увеличение коэффициента теплоотдачи на наружных поверх-
поверхностях ограждения с 8,7 до 36 Вт/м2 при изменении скорости
ветра от 0 до 10 м/с приводит к уменьшению величин К и Т
всего на 9 и 11 % соответственно, а изменение теплофизиче-
ских параметров ограждающих конструкций вообще не оказы-
оказывает заметного влияния на изменение динамических свойств по-
помещения.
В общем случае в течение отопительного сезона возможно
практически неограниченное число сочетаний различных темпе-
температур наружного воздуха и скоростей ветра, что затрудняет
выбор представительных величин а„ и /Сф, входящих в переда-
передаточные функции. Задача может быть упрощена, если учитывать,
что существует прямая корреляционная зависимость между тем-
температурой наружного воздуха и скоростью ветра. Дяя районов
средней широты E0—60°) Европейской части СССР эта зависи-
зависимость имеет вид [55]:
v = 0,092*„ + 5,37
и позволяет однозначно определить начальные метеорологиче-
метеорологические условия, которые должны быть заложены в передаточные
функции. Все остальные сочетания температур наружного воз-
воздуха и скоростей ветра могут считаться возмущающими воз-
воздействиями.
Сопоставление переходных процессов, полученных для наи-
наиболее вероятных предельных сочетаний температуры наружного
воздуха и скорости ветра (кривые 5, 6), показывает, что диапа-
диапазон изменения динамических параметров при этом уменьшается
и для постоянной времени составляет 10,2 %, а для коэффициен-
коэффициента передачи — 9,7%. При решении некоторых практических за-
задач, когда не требуется высокая точность в определении дина-
динамических характеристик помещения, могут быть использованы
средние вероятные за отопительный сезон сочетания температур
наружного воздуха и скорости ветра, присущие Европейской
части СССР: tH = —8°С, v = 4,5 м/с. При этом погрешность в
определении динамических параметров не превышает 5 % (кри-
(кривая 7).
К конструктивным особенностям, определяющим динамиче-
динамические свойства помещений, относятся:
4 Зак. 230 Q7

Таблица 5.4. Характеристика помещений
>й пере-
iecca
la
* о
п
°3
1
2
3
5
4
6
Тип помещения
Трехкомнатная кварти-
квартира рядовой секции сред-
среднего этажа
То же, двухкомнатная
Трехкомнатная кварти-
квартира торцевой секции сред-
среднего этажа
То же, верхнего этажа
Трехкомнатная кварти-
квартира рядовой секции верх-
верхнего этажа
То же, среднего этажа
ружного
огра-
Площадь на
теплоемкого
ждения, м2
18,7
14
28,4
28,4
18,7
18,7
здания серии 11-49П (рис. 5.4)
м
S
X
о
Площадь ок
9,8
7,7
9,8
9,8
9,8
9,8
«
Si
S
Объем поме
м'
145
111
140
140
145
145
Ев
Площадь вн
них огражде
231,6
179,5
189
132,3
173,7
231,6
а- '*
ок ,
Ч S я
OhM
h 3 2
Площадь по
ного перекр
верхнего этг
—
—
—
56,7
57,9
Коэффициент воз-
духопроницаемо-
духопроницаемости окон, М3/(м*-ч)
6,5
6,5
6,5
6,5
6,5
22
расположение помещений в здании;
геометрические размеры помещений;
коэффициент воздухопроницаемости окон;
способ вентиляции здания;
геометрические размеры и теплофизические параметры ог-
ограждающих конструкций.
Исследование первых четырех конструктивных особенностей
рассмотрим на примере типового жилого дома серии П-49П
(табл. 5.4).
о
160
240
J20
AGO
t,4
Рис. 5.4. Кривые разгона температуры воздуха в помещениях одного здания
с различными конструктивными характеристиками (табл. 5.4)
7 —5—,-=о,5 м5/(м»-ч); 6-1 = 22 м3/(мг-Ч>
98

'стестбенная
ытяшноя- 1
ентиляция
Рис. 5.5. Влияние способа вентиляцииг
здания на динамические свойства по-
помещений
Различные помещения од-
одного и того же здания могут
отличаться геометрическими
размерами и коэффициентами
фильтрационного теплообме-
теплообмена. Из анализа зависимостей ^
рис. 5.4 видно, что постоянная з
времени переходного процесса .g
температуры воздуха в поме- п
щении уменьшается с увеличе- |W/
нием отношения Fa/Fz» (кри- |
вые 1,3—5), коэффициента воз-
духопроннцаемости окон (кри-
вые /, 6) и не зависит от
размеров квартиры (кривые
/, 2).
В зданиях, оборудованных
системой естественной венти-
вентиляции, различно расположен-
расположенные помещения будут отли-
отличаться коэффициентом филь-
фильтрационного теплообмена даже при одинаковом коэффициенте
воздухопроницаемости окон. Это различие вызывается действием
ветрового и гравитационного давления, изменением скорости
ветра по высоте здания и влиянием направления ветра.
Исследования показывают, что максимальное изменение ди-
динамических параметров под влиянием этих факторов имеет ме-
место в квартирах, расположенных на первом этаже, и достигает
для постоянной времени 79 %, а коэффициента передачи —85 %
(рис. 5.5).
Для определения влияния теплотехнических параметров ог-
ограждающих конструкций на динамические свойства помещений
рассмотрим здания разных типов: серии П-29-03 с огражде-
ограждениями из кирпичной кладки, серии II-49-A2 с ограждениями из
стекла и керамзитобетона и серии 1605/12. Теплотехнические
характеристики и значения коэффициентов передаточных функ-
функций для некоторых типовых ограждающих конструкций приве-
приведены в табл. 5.5.
Сравнение разгонных характеристик разнотипных помещении
(рис. 5.6) показывает, что их динамические свойства существенно
различны; в первую очередь это объясняется разными теплотех-
ническими параметрами материалов ограждающих конструкций
и соотношением площадей наружных и внутренних ограждений.
Меньшая величина постоянной времени помещения с наруж-
наружными ограждениями из кирпичной кладки (кривая /) по срав-
сравнению с помещением с наружными ограждениями из керамзи-
керамзитобетона (кривая 2) объясняется тем, что в качестве внутренних
ограждении в здании серии Н-29-03 частично применены менее
4* "

Таблица 5.5. Теплотехнические характеристики и коэффициенты передаточных функций некоторых
типовых ограждающих конструкций
Материал
Кирпичная кладка
Карамзитобетон
Железобетон
Утеплитель плитный
Витражи:
стекло
воздушная прослойка
стекло
Окна:
стекло
воздушная прослойка
стекло
Железобетон
Железобетон
Гипсобетон
Воздушная прослойка
Гипсобетон
Гипсобетон
Теплотехнические характеристики
6,
м
0,655
0,34
0,14
0,2
0,006
0,1
0,006
0,003
0,06
0,003
0,38
0,14
0,08
0,04
0,08
0,08
Y.
кг/м3
1800
1110
2500
600
2500
1,29
2500
2500
1,29
2500
2500
2500
1300
1,213
1,300
1,300
Вт/м
0,814
0,407
1,620
1,745
0,756
0,344
0,756
0,756
0,343
0,756
1,620
1,620
0,465
0,349
0,465
0,465
с,
кДж.'(кг-°С)
0,879
0,879
0,837 \
0,837 $
0,837 1
1,005 }
0,837 )
0,837 1
0,005 }
0,837 J
0,837
0,837
0,837 )
1,005 }
0,837 )
0,837
Значения коэффициентов передаточных функций
А
В
С
Наружные ограждения
3,6 • 106
1,3- 10"
6,2 • 103
5,5 • 104
25 ¦ 105
6,6 • 104
6,2 • 103
7,9- 103
0,665
4,34 • 102
4- 103
1,3- 103
1,8-103
23,06
7,9
Внутренние ограждения
20,2
0,125
0,136
0,0274
33,85
1,49
2,66
0,287
19
5,275
4,84
1,9
D
67,5
69,5
95,1
34,73
26,9
1
1
1
1
К
3,9 ¦ 104
4,4 • 103
6,5 • 103
0,3
2,36- 102
6,85
0,127
0,72
0,045
L
2,9-103
981
1,6 • 103
17
4,7
6,4
0,625
2,08
0,52
М
60
62
87,6
27,13
19,4
1
1
1
1

Рис. 5.6. Кривые разгона температуры воздуха в помещениях зданий разных
типов
/ —П-29-03; 2 — II-49II; 3 — II-49-A2; 4 — 1605/12
инерционные гипсобетонные панели по сравнению с железобе-
железобетонными панелями здания серии П-49П. Влияниие более инер-
инерционного наружного теплоемкого ограждения на величину по-
постоянной времени можно проследить сравнивая кривые 2, 4.
Эти кривые характеризуют переходный процесс в помещениях,
отличающихся только наружными теплоемкими ограждениями.
Сравнительно малая величина постоянной времени помещения
здания П-49-Л2 (кривая 3) объясняется большим отношением
площади наружных ограждений к площади внутренних ограж-
ограждений.
Анализ переходных процессов зданий разных типов показал,
что определяющее влияние на динамические свойства помеще-
помещений оказывает теплоаккумулирующая способность внутренних
ограждающих конструкций. Пренебрежение теплоинерционными
свойствами внутренних ограждающих конструкций приводит к
уменьшению величины постоянной времени на 95%, в то время
как пренебрежение теплоинерционными свойствами наружных
теплоемких ограждений изменяет величину постоянной времени
всего на 10 %.
Таким образом, исследования по определению влияния кон-
конструктивных особенностей помещений (квартир) на их динами-
динамические свойства показали, что величина постоянной времени
очень сильно зависит от расположения помещения в здании,
коэффициента воздухопроницаемости окон, от отношения пло-
площади наружных ограждений к площади внутренних огражде-
ограждений, от материала внутренни:: ограждений. Современные жилые
здания характеризуются незначительным влиянием теплоакку-
мулирующей способности наружных ограждений (теплоемких и
101

нетеплоемких) на скорость изменения температуры воздуха в
помещении. По мере увеличения отношения площади наружных
теплоемких ограждений к площади внутренних ограждений сте-
степень влияния наружных ограждающих конструкций увеличи-
увеличивается и в пределе становится определяющей.
§ 5.3. Динамические характеристики изолированных
трубопроводов
Во всех работах, посвященных исследованию нестационар-
нестационарных процессов теплообмена в системах теплоснабжения, изоли-
изолированные трубопроводы учитываются в виде звена транспорт-
транспортного запаздывания. Пренебрежение теплоинерционными свой-
свойствами изолированных трубопроводов вносит существенную по-
погрешность в результаты расчетов.
Изолированные трубопроводы являются составной частью
практически любого энергетического объекта. Имеется ряд ра-
работ, посвященных решению задачи о нестационарном теплооб-
теплообмене в изолированном трубопроводе. Эти работы в зависимости
от принимаемых допущений могут быть разделены на три
группы:
стенка трубопровода рассматривается как сосредоточенная
тепловая емкость;
стенка трубопровода рассматривается как распределенная по
длине тепловая емкость;
стенка трубопровода рассматривается как полностью рас-
распределенная (по длине и радиусу) тепловая емкость.
Ни в одной из этих работ не учитывается влияние инерцион-
инерционности тепловой изоляции. В действительности имеет место слож-
сложный процесс распространения тепла по толщине стенки трубы
-и изоляции, описываемый уравнениями теплопроводности в ци-
цилиндрических координатах.
Рассмотрим динамику теплообмена в изолированном трубо-
трубопроводе с учетом теплопроводности стенки трубы и изоляции
в радиальном направлении. Входными параметрами изолирован-
изолированного трубопровода являются температура и расход теплоноси-
теплоносителя на входе в трубопровод, температура окружающей трубо-
трубопровод среды, а выходным — температура теплоносителя на вы-
выходе (см. рис. 5.2).
При составлении исходных дифференциальных уравнений
E.10) и их решении приняты следующие допущения:
турбулизация теплоносителя обеспечивает его постоянную
температуру в любом живом сечении, которое принимается пер-
перпендикулярным оси трубы;
все теплофизические константы теплоносителя, металла труб
и изоляции не зависят от температуры;
зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры и
скорости теплоносителя линеаризована в зоне малых отклоне-
102

иий параметров от установившегося состояния и учитывается
выражением
стенка трубопровода и изоляция рассматриваются как двух-
двухслойная плоская пластина, что возможно при соответствующем
учете влияния кривизны стенки и изоляции на процесс теплооб-
теплообмена в них.
В работе Б. Г. Волика показано, что полый цилиндр можно
представить как свернутую пластину при замене действительной
толщины цилиндра эквивалентной:
бэкв = 8 (<*, + 6)Л/„
где б, бэкв — действительная и эквивалентная толщина стенки цилиндра; d\—
внутренний диаметр цилиндра.
Последнее допущение вызвано тем обстоятельством, что ре-
решение уравнений теплопроводности Фурье в цилиндрических
координатах приводит к громоздким выражениям, содержащим
функции Бесселя и Хенкеля от чисто мнимого аргумента. Ис-
Использование этих выражений в инженерных расчетах весьма
трудоемко. При принятом допущении метод решения системы
дифференциальных уравнений E.10) аналогичен методу реше-
решения дифференциальных уравнений, характеризующих нестацио-
нестационарный процесс теплообмена в помещении. В результате реше-
решения второго и третьего уравнений системы E.10) получаются
выражения, устанавливающие динамическую связь между тем-
температурой в любой точке стенки трубопровода с температурой и
скоростью омывающего теплоносителя и температурой окру-
окружающей трубопровод среды.
Аппроксимирующие передаточные функции изолированного
трубопровода приведены в табл. 5.6.
Режимы работы изолированных трубопроводов характери-
характеризуются переменной температурой и скоростью теплоносителя.
Изменение температуры и скорости теплоносителя вызывает
изменение коэффициента теплоотдачи, который, в свою очередь,
оказывает влияние на динамические свойства трубопроводов.
Влияние режимов работы изолированных трубопроводов на
их динамические свойства проследим на примере изолирован-
изолированной трубы диаметром 0,5 м и длиной 1000 м со следующими
теплотехническими параметрами стенки: 6=0,0071 м; % =
= 58 Вт/(м-°С); с = 0,48 кДж/кг°С; у = 7850 кг/м3 и изоля-
изоляции 6 = 0,12 м; А, = 0,16 Вт/м-°С; с = 0,84 кДж/кг-°С;7 =
= 400 кг/м3.
Сравнение динамических параметров переходного процесса
температуры внутренней поверхности металла труб при возму-
возмущениях по различным каналам возмущающих воздействий
(табл. 5.7) показывает, что коэффициенты передачи при возму-
103

Таблица 5.6. Аппроксимирующие передаточные функции изолированного
трубопровода
Передаточные функции
Коэффициенты передаточных функций
A'i <Р)
= (Кр2 + Lp + M)X
* [- +«¦-'¦>.(¦&) J
Ар3 + Bp* + Cp + D
E.51)
л _ ciVi6i6j t
j
a2V2626l
6a!
2a2
Ap3 + BP* + Cp + D E-52)
¦
I
I
6X2^2
*ок. ср (Р)
R
+ "~6afL +
Ар3
|(р)=—
(Р)
1 (Р)
,-"lP. О~С
E.53)
E.54)
С =¦
2а,
аван6? (ав + ан) 6^
г* 1 I о " 1"
2a2
• (р) = ¦
u (р) -
«IP + «2—03^13 (Р)
.6 (Р)]
E.55)
+ 2Я,а2 +'
T"
1^ок. ср (р)
>(р)
+ ¦
6Я2а2
_ , „ , «BgH6i а,
: ав + «н Н 5 1
E.56)
л =
+
+
12Я2а,а2
1U4

Продолжение табл. 5.6
Передаточные функции
Коэффициенты передаточных функций
-I " " ' г +
^ 2Л,а2 ^
Я, + 2Л2а, +
ав6?
2a
2а2 '
CCrCEjiOi CtnOtiiO?
ДД n _1_ ° " * 1 " " z ,
D
Г, = Г3 =»
Ca3M I at
aioFi Г, , (*i — tc)o ( dat \
2 CDl0 L ' a10 I dtt Jo'
Для наземной прокладки и про-
прокладки в каналах
^_ «н
Л из
Для бесканальной прокладки
105

Таблица 5.7. Динамические параметры переходных процессов
Канал воздействия
Температура окружающего трубопровод воз-
воздуха (для подземной прокладки и прокладки в
каналах)
Температура окружающего трубопровод грун-
грунта (для бесканалыюй прокладки)
Скорость теплоносителя
Температура теплоносителя
К
0,000174
0,00029
0,02 °С/(м/с)
0,999
Т, мин
160
140
0,2
0.2
щениях по температуре окружающей трубопровод среды и ско-
скорости теплоносителя настолько незначительны, что этими кана-
каналами воздействия при решении большинства практических за-
задач можно пренебречь.
Величина постоянной времени кривой разгона температуры
теплоносителя на выходе существенно меняется с изменением
начальной скорости и сравнительно слабо зависит от начальной
температуры теплоносителя. Величина коэффициента передачи
не зависит от параметров теплоносителя и практически равна
единице.
Например, изменение начальной скорости теплоносителя с 3
до 0,5 м/с приводит к увеличению постоянной времени кривой
разгона более чем в 6 раз, а изменение начальной температуры
теплоносителя со 150 до 30 °С — на 30 %•
При решении практических задач, связанных с учетом тепло-
инерционных свойств тепловой сети, расчет коэффициентов пе-
передаточных функций изолированных трубопроводов может про-
производиться по средним (за отопительный сезон) значениям тем-
температур теплоносителя в подающих (/Ср = 110°С) и обратных
(^ср = 37°С) трубопроводах. При этом погрешность в опреде-
определении величины постоянной времени не будет превышать 7 %.
К конструктивным особенностям, определяющим динамиче-
динамические свойства изолированных трубопроводов, относятся: тол-
толщина и материал изоляции; способ прокладки; диаметр и длина
трубопровода.
Сравнение динамических характеристик трубопроводов с раз-
различными параметрами реальных теплоизоляционных конструк-
конструкций показывает, что максимально возможное изменение вели-
величины постоянной времени не превышает 3%, а величина коэф-
коэффициента передачи во всех случаях практически равняется
единице. Это объясняется незначительным различием теплотех-
теплотехнических характеристик теплоизоляционных материалов, при-
применяемых в тепловых сетях.
При выявлении степени влияния способа прокладки трубо-
трубопроводов (наземной, в каналах и бесканальной^ на их дина-
106

Рис. 5.7. Изменение отно- у
шспия Т/хз в зависимо- ^~
стп от диаметра трубо- ^ '
провода и скорости теп-
теплоносителя 0,3
1—а =1 м/с; 2— (i>j = 2 м/с;
•5 — Шо = 3 м/с
42
\
V
\
200 400 600 800 1000 L/D
1,2 Л,м
мические свойства не удалось обнаружить сколько-нибудь за-
заметного изменения в кривых разгона. Это объясняется тем, что
тепловой поток, формирующий температурное поле вокруг изо-
изолированного трубопровода, составляет незначительную долю
от количества теплоты, содержащейся в трубопроводе (около
0,0001 %).
Наиболее существенное влияние на изменение динамических
свойств изолированных трубопроводов оказывают геометриче-
геометрические размеры трубопроводов — диаметр и длина. Например, из-
изменение диаметра трубопровода от 0,05 до 1,0 м приводит
к увеличению постоянной времени кривой разгона более чем
в 10 раз.
Анализируя характер изменения постоянной времени в зави-
зависимости от длины трубопровода и его диаметра, можно заме-
заметить, что при больших длинах трубопровода постоянная вре-
времени изменяется линейно. Уменьшение длины трубопровода,
начиная с определенной для каждого диаметра точки, приво-
приводит к нелинейному закону изменения постоянной времени.
Многочисленные расчеты показали, что этот переход не за-
зависит от отношения длины трубопровода к его диаметру и на-
начинается при величине L/d = 1000.
Наиболее удобным критерием оценки динамических свойств
изолированных трубопроводов является отношение постоянной
времени к величине транспортного запаздывания. На рис. 5.7, а
показан характер изменения этого отношения в зависимости от
диаметра трубы при различных скоростях теплоносителя. Эти
графики могут быть использованы для определения величины
постоянной времени температуры теплоносителя на выходе тру-
трубопровода при известном диаметре и длине трубопровода, тем-
температуре и скорости теплоносителя.
Аналитическое выражение, аппроксимирующее приведенную
графическую зависимость, имеет вид:
т 1
Та 25 *у t-f
107

Нужно отметить, что приведенные графические и аналити-
аналитическая зависимости строго справедливы только для отношений
L/D ^s 1000; при меньших отношениях — L/D ^ 1000 опреде-
определение величины постоянной времени будет сопровождаться
некоторой погрешностью. На рис. 5.7, б приведен коэффициент
е, на который нужно умножить величину постоянной времени,
определяемую по графикам (рис. 6.7) или формуле E.57).
§ 5.4. Динамические характеристики систем отопления
Системы отопления представляют собой последовательно-
параллельное соединение теплообменника смешения, отопитель-
отопительных приборов и трубопроводов. В большинстве случаев они
являются замкнутыми системами и переменные режимы работы
отопительных приборов и трубопроводов систем отопления на-
находятся в тесной взаимосвязи, поэтому нри исследовании не-
нестационарных процессов теплообмена в системах отопления
необходимо учитывать динамические свойства этих элементов
по всем каналам связи.
Входными параметрами системы отопления являются темпе-
температура и расход теплоносителя, температура воздуха в помеще-
помещении, а выходными — количество выделяемой теплоты и темпера-
температура теплоносителя на выходе.
При составлении исходных дифференциальных уравнений
E.11), E.15) и их решении приняты следующие допущения:
теплофизические параметры воды, металла и воздуха не за-
зависят от температуры;
температура воздуха по длине отопительного прибора оди-
одинакова;
градиент температур при теплопередаче теплопроводностью
в радиальном и осевом направлениях в металле труб и потоке
жидкости не учитывается;
зависимость коэффициента теплоотдачи от температуры и
скорости теплоносителя линеаризована в зоне малых отклонений
параметров от их значений в заданном равновесном режиме
и учитывается выражением
В результате решения дифференциальных уравнений E.11),
E.15) методом интегрального преобразования Лапласа полу-
получены передаточные функции (табл. 5.8), устанавливающие ди-
динамическую связь между всеми входными и выходными пара-
параметрами. Аппроксимирующие передаточные функции, получен-
полученные методом линейных интегральных оценок, приведены в
табл. 5.9. Передаточные функции теплообменников смешения
не требуют аппроксимации, так как в результате точного ре-
108

шения получены дробно-рациональные выражения E.57)'—
E.60).
Режимы работы систем отопления характеризуются перемен-
переменными температурой и скоростью теплоносителя. Характер тече-
течения жидкости зависит от типов систем отопления и отопитель-
отопительных приборов и может быть турбулентным или ламинарным.
Турбулентное течение жидкости, например, имеет место в одно-
однотрубных системах отопления при применении в качестве отопи-
отопительных приборов конвекторов. Динамические свойства отопи-
отопительных приборов при турбулентном течении жидкости в зави-
зависимости от режима работы изменяются аналогично динамиче-
динамическим свойствам изолированных трубопроводов. Это можно объ-
объяснить тем, что изменение динамических свойств определяется
величиной коэффициента теплоотдачи, который вычисляется по
одной и той же формуле.
Пределы изменения динамических параметров отопительных
приборов при ламинарном течении жидкости значительно мень-
меньше, чем при турбулентном режиме, так как величина коэффи-
коэффициента теплоотдачи сравнительно слабо зависит от температуры
и скорости теплоносителя.
В качестве примера в табл. 5.10 приведены динамические
параметры отопительного прибора при возмущении по темпе-
температуре воды на входе для различных начальных значений тем-
температуры и скорости теплоносителя. Сравнение этих кривых
показывает, что динамические свойства изменяются в зависимо-
зависимости от начальной скорости теплоносителя и практически не за-
зависят от начальной температуры.
Так как физика процессов теплообмена, происходящих в раз-
разводящих трубопроводах систем отопления, аналогична физике
процессов в отопительных приборах, то влияние режимов ра-
работы на их динамические свойства одинаково. Однако эта
аналогия носит только качественный характер. Динамические
параметры разводящих трубопроводов систем отопления суще-
существенно зависят от начальной скорости теплоносителя и практи-
практически не зависят от его начальной температуры. Для количе-
количественной оценки динамических параметров разводящих трубо-
трубопроводов в табл. 5.11 приведены величины транспортного за-
запаздывания, постоянной времени и коэффициента передачи
стояка двухтрубной вертикальной системы отопления по уча-
участкам. Под участком стояка системы отопления понимается
расстояние между центрами отопительных приборов по вер-
вертикали. Сопоставление динамических параметров участков стоя-
стояка системы отопления показывает, что величина транспортного
запаздывания и постоянной времени увеличивается с уменьше-
уменьшением скорости, а величина коэффициента передачи уменьшается.
Динамические параметры кривой разгона температуры теп-
теплоносителя на выходе стояка системы отопления (перед послед-
последним отопительным прибором по ходу теплоносителя) при воз-
109

Таблица 5.8. Передаточные функции систем отопления по различным каналам воздействия
Элементы систем
отопления
Канал воздействия
Передаточная функция
Коэффициенты передаточных функций
Отопительные
приборы и неи-
неизолированные
трубопроводы
Температура теплоносителя
на выходе по температуре
теплоносителя на входе
То же, по расходу теплоно-
теплоносителя
То же, по температуре В0!'
духа в помещении
Количество тепла, выделяе-
выделяемое отопительным прибором
по температуре теплоносите-
теплоносителя
То же, по расходу тепло-
теплоносителя
= е-"'"" E.57)
А, (р) = а,р, + а2 —
a2b2
Ь\Р + Й2-Т-
А2 (р) =
E.58)
E.59)
= В| (р)-е~АЛр) E.60)
А3 (р) = •
В, (р)=-
В2(р)=
Вз(р)=-г-
Ь2Ь3
Ь2+
к23 (р) = в2 (р) х
В1{р)-Аг(р)
А2(р)-В2(р)
E.61)
а, =
пц
аг=-

То же, по температуре воз-
воздуха в помещении
, (р) = В, (р) X
, В, (р)-Лз(р)
1 Л,(р)
Х[1-
|(р)
X
E.62)
clDl0
i = сстс;
дх )^
1 = &2F 2
4- * (/ - «о (^)о
да.
Теплообменники
смешивающего ти-
типа
Температура теплоносите-
теплоносителя на выходе по температуре
холодного теплоносителя
То же, по расходу холод-
холодного теплоносителя
То же, по температуре го-
горячего теплоносителя
То же, по расходу горячего
теплоносителя
*40(/
Ки (р) =
*42(/>) =
#43 (Р) =
01
D
С»
D2
D
(t
ар +
-По
Di
¦ а,р +
ар +
-Wo
1
aiP
ар ¦
¦ I
1
а,р
+ 1
E.64)
E.65)
+ 1
тссс
«if,
а = а, +
Дс
D ар+1
E.66)

Таблица
5.9.
Аппроксимирующие передаточные функции систем отопления
Передаточные
V?»(P)
¦=
Г2о(р) =
г
W*i (Р) =
Г23 (Р) =
Л1 (р)
Л1
Прим
табл. 5.8.
At
At
е~а
At
- д/
L
At
At
a
L
AC
Д
AC
Up)
Up)
Р —&2
Up)
Мр)
IP)
1 (Р/
в(р)
2 Г1
(Р) П
2ст (Р)
<(р)
2от (Р)
ДО, (р)
t
(P)
e ч а
3 4
^Qot (Р)
г,
L1
Х[1-
функции
Т\Р + 7 _
Т-зР+1 E-6>)
-W19(p)] E.68)
- ^19 (р)] E.69)
М (р)
E.70)
—'
E.71)
-Wi»(p)] E.72)
и и е. Значения коэффнцие
Коэффициенты
К (р) = а
L (р) = а.\Ь\р
N (о)
птов ai, я2. л^.
передаточных функций
(Ь2 + изJ G-2 - 1)
" Ь2+Ь3
36,р + «2^4 + азЬ2
+ @162 + Oi&3 +
-.„ + .,+,.
&i, 6И» &л приведены б
112

Таблица 5.10. Динамические параметры чугунного радиатора М-140
в зависимости от режима работы
•с
95
95
50
о, м/с
0,0016
0,0006
0,006
т3, мин
6,5
16,8
16,8
Т, мин
5,5
8
7,8
К
0,86
0,7
0,69
мущении по температуре на входе (перед первым отопительным
прибором по ходу теплоносителя) могут быть получены путем
последовательного соединения передаточных функций каждого
участка. Для рассматриваемого примера динамические пара-
параметры всего стояка следующие: т3 = 480 с, Т = 360 с, К =
= 0,74.
Конструктивными особенностями, определяющими динами-
динамические свойства систем отопления, являются:
тип отопительного прибора;
поверхность нагрева отопительного прибора;
диаметр трубопроводов систем отопления;
тип систем отопления.
Отопительные приборы разных типов отличаются металло-
металлоемкостью, скоростью теплоносителя, поверхностью нагрева, за-
законом изменения температуры теплоносителя но длине трубо-
трубопровода, т. е. всеми параметрами, которые входят в коэффи-
коэффициенты передаточных функций. Динамические свойства отопи-
отопительных приборов разных типов рассмотрим на примере чугун-
чугунного радиатора М-140 и конвектора 20-КП-1,5 с одинаковыми
тепловыми нагрузками Q = 1744 Вт. Сравнение их динамиче-
динамических параметров по различным каналам воздействия (табл. 5.12)
показывает, что наиболее существенно изменяется величина по-
постоянной времени.
Таблица 5.11. Динамические параметры участков стояка системы отопления
при возмущении по температуре теплоносителя
Номер участка
по этажам
здания
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
Скорость
теплоносителя,
м/с
0,212
0,188
0,160
0,142
0,118
0,0945
0,071
0,475
0,0116
Транспортное
запаздывание,
с
15
17,15
19,3
22,45
27,0
33,8
45,0
67,5
135,0
Постоянная
времени, с
11,5
12,6
14,0
16,1
19,1
23,2
29,6
39,6
151,0
Коэффициент
передачи
0,995
0,99
0,99
0,985
0,98
0,975
0,97
0,965
0,88
ИЗ

Таблица 5.12. Значения динамических параметров по различным каналам
воздействия радиатора М-140 и конвектора 20-КП-1,5
Канал ьслдеЖтвия
Температура теплоноси-
теплоносителя па выходе по темпе-
температуре теплоносителя на
входе
То же, по расходу теп-
теплоносителя
Количество тепла, выде-
выделяемого отопительным
прибором, по температуре
теплоносителя
То же, по расходу теп-
теплоносителя
М-140
V ч
0,26
0,00
0,00
0,00
К
0,68
0,51
°С/кг
ч
17,2
°С
13,2
Вт
кг ¦ ч
Т, ч
0,142
0,233
0,315
0,100
а-КП-1,5
V "
0,01
0,00
0,00
0,00
К
0,81
0,78
°С/кг
ч
22,6
Вт
°С
21,3
Вт
кг • ч
Т. п
0,023
0,031
0,035
0,013
Для более металлоемкого чугунного радиатора величины
постоянной времени практически на порядок выше, чем для
конвектора.
Многочисленные расчеты позволили установить некоторую
закономерность изменения динамических параметров отопитель-
отопительных приборов в зависимости от поверхности нагрева. На
рис. 5.8, а в качестве примера показано изменение динамических
параметров кривой разгона температуры теплоносителя на вы-
выходе при возмущении по температуре теплоносителя на входе
для радиатора М-140 в зависимости от числа секций (при по-
постоянном расходе теплоносителя через прибор). Характер из-
изменения динамических параметров по остальным каналам воз-
воздействий аналогичен. Линейный закон изменения динамических
параметров отопительного прибора в зависимости от числа сек-
секций позволяет легко определить величины К, т3 и Т для отопи-
отопительного прибора, состоящего из любого числа секций при из-
известных параметрах одной секции. Для этого необходимо опре-
определяемый динамический параметр одной секции умножить на
тангенс угла наклона соответствующей прямой и на число сек-
секций. Нужно отметить, что тангенс угла наклона зависит от рас-
расхода теплоносителя через отопительный прибор.
На рис. 5.8,6 показано изменение динамических параметров
радиатора М-140 в зависимости от перепада температур тепло-
теплоносителя. Приведенные графические зависимости позволяют
определить динамические параметры радиатора М-140, состоя-
состоящего из любого числа секций, при любом расходе теплоносителя
по известному перепаду его температур,
114

6 в 10 72 74 75 18 20 22 24 2В
At,°C
Рис. 5 8. Изменение динамических параметров радиатора М-140 в зависимости
и —от числа секции (i\t = var, O = const): 1 — K. = f(n); 2 — T3 = f(n); 5 — Г/() б
перепада температур теплоносителя [D — van F —var). / — K = f (Д<)'. 2—ti = /
/(я); б —от
Трубопроводы систем отопления по конструкции отличаются
только поверхностью нагрева, которая зависит от диаметра
трубы и ее длины. Характер изменения динамических парамет-
параметров трубопроводов систем отопления различных длин и диамет-
диаметров аналогичен характеру изменения динамических параметров
отопительных приборов в зависимости от поверхности нагрева.
Динамические свойства системы отопления рассмотрим на
примере двухтрубной системы отопления с нижней разводкой
и однотрубной вертикальной системы с осевыми замыкающими
участками и верхней разводкой. В качестве отопительных при-
приборов рассмотрены чугунные радиаторы М-140. Расчетные па-
параметры системы отопления соответствуют рядовой секции зда-
здания серии П-49П.
На первом этапе имеет смысл рассмотреть схему присоеди-
присоединения системы отопления без подмешивания обратной воды. Это
позволит сделать вывод о динамических свойствах собственно
системы отопления.
В табл. 5.13 приведены динамические параметры кривой
разгона температуры теплоносителя в различных точках си-
115

Таблица 6.13. Динамические параметры систем отопления при схеме
присоединения без подмешивания обратной воды
Тип системы отопления
Двухтрубная
Однотрубная
Двухтрубная
Однотрубная
Однотрубная
Двухтрубная
Место определения
переходного процесса
Перед первым отопи-
отопительным прибором по
ходу теплоносителя
То же
Перед последним ото-
отопительным прибором по
ходу теплоносителя
То же
На выходе системы
отопления
То же
т, мин
0,26
1,66
8,0
10,0
12,0
16,0
К
0,99
0,97
0,74
0.6S
0,65
0,55
Г, мин
0,19
1,3
67,0
18,0
22,0
16,0
стемы отопления при возмущении по температуре теплоносителя
на абонентском вводе. При возмущении по расходу величина
транспортного запаздывания будет равна нулю, а величина
постоянной времени для каждой из рассматриваемых точек —
соответствовать значениям, приведенным в табл. 5.13.
Анализ приведенных зависимостей показывает, что тепло-
инерционные свойства систем отопления вносят существенную
поправку в закон изменения температуры теплоносителя перед
отопительным прибором, что, в свою очередь, оказывает влия-
влияние на динамические свойства помещений по каналам регули-
регулирующих воздействий. Степень этого влияния зависит от типа
системы отопления.
При применении двухтрубных систем отопления закон изме-
изменения температуры теплоносителя перед отопительным прибо-
прибором определяется теплоинерционными свойствами только раз-
разводящих трубопроводов систем отопления, а при применении
однотрубных систем отопления, кроме того, и типом отопитель-
отопительных приборов. Максимальную поправку к величине постоянной
времени отапливаемого помещения по каналу регулирующего
воздействия вносят однотрубные горизонтальные проточные си-
системы. Изменение постоянной времени помещения здания се-
серии П-49-А2 при применении даже таких малоинерционных ото-
отопительных приборов, как чугунный радиатор М-140, может со-
составлять 10 % и более.
Присоединение систем отопления к тепловой сети через эле-
элеватор или насос приводит к увеличению времени переходного
процесса температуры теплоносителя перед, отопительными при-
приборами за счет влияния изменяющейся температуры обратной
воды. Величина постоянной времени кривой разгона увеличи-
увеличивается с увеличением коэффициента смешения и в пределе
стремится к величине постоянной времени системы отопления
с независимым присоединением (и = оо). На рис. 5.9 в каче-
116

Рис. 5.9. Кривые разгона темпе-
температуры теплоносителя перед по-
последним отопительным прибо-
прибором при возмущении по темпе-
температуре сетевой воды на або-
абонентском вводе
/—система отопления присоеди
нена без подмешивания (и=0)
2—элеваторное или насосное при
соединение системы отопления
(и=3); 3 — независимая схема при-
присоединения (и = оо)
20
стве примера приведены разгонные кривые температуры тепло-
теплоносителя перед последним отопительным прибором однотрубной
системы отопления при различных схемах присоединения
(и = О, и = 3, и = со). Сопоставление этих кривых показы-
показывает, что при переходе от схемы присоединения без подмешива-
подмешивания к независимой схеме присоединения величина постоянной
времени увеличивается в 3 раза.
§ 5.5. Динамические характеристики теплообменных
аппаратов и котельных установок
С точки зрения исследования динамических характеристик
применяемые в системах теплоснабжения теплообменные аппа-
аппараты могут быть разделены на три группы.
В первой группе рассматривается движение по каналу одной
жидкости, при этом тепловой поток вдоль повернхости нагрева
считается заданным (радиационные поверхности нагрева кот-
котла). Ко второй группе относятся теплообменные устройства
с постоянной но длине температурой греющего теплоносителя
(пароводяные подогреватели), а к третьей — устройства с пере-
переменной по длине температурой греющего и нагреваемого тепло-
теплоносителей (водоводяные подогреватели, калориферы, конвектив-
конвективные поверхности нагрева котла).
Теплообмен с однофазным потоком теплоносителя является
одним из важнейших физических процессов в теплоэнергетике.
Вопросы автоматизации тепловых энергетических объектов не
могут быть успешно решены без исчерпывающих сведений о ди-
динамических особенностях теплообменных систем с однофазным
потоком. Естественно, что интерес к проблемам нестационарного
теплообмена рос прямо пропорционально внедрению автоматики
в энергетику. Начиная с появления первых, основополагающих
в этой области работ — П. Профоса и Я. Тахакаси за рубежом,
А. А. Арманда и А. А. Таля в СССР —литература по динамике
теплообмена неуклонно пополнялась, и сейчас библиография,
посвященная этому вопросу, весьма внушительна. Едва ли есть
117

необходимость останавливаться на разборе отдельных работ,
тем более что подход к решению задач в большинстве из них
одинаков. Теплообменные устройства состоят, по крайней мере,
из трех взаимосвязанных подсистем — двух движущихся тепло-
теплоносителей и оболочки между ними, которая пропускает теплоту.
Характер взаимодействия с окружающей средой зависит от
свойств системы и задается в виде граничных условий. Каждая
из рассматриваемых подсистем является трехмерной. Уравне-
Уравнения, описывающие динамику процесса, как правило, нелинейны,
а аналитическое решение их в общем виде невозможно, поэтому
для их решения вводятся упрощения, направленные на исклю-
исключение отдельных связей, накладываемых уравнениями и крае-
краевыми условиями.
Общепринятыми, как показали экспериментальные исследо-
исследования, и вполне оправданными для теплообменных аппаратов
являются следующие упрощения: отказ от рассмотрения сопут-
сопутствующих (перекрестных) процессов; пренебрежение членом,
определяющим кинетическую энергию потока; замена ме-
механизма вязкого трения в уравнении движения эмпирической
зависимостью, учитывающей сопротивление движению в ка-
каналах.
Дальнейшим упрощением уравнений, принятым подавляю-
подавляющим большинством авторов, является отказ от рассмотрения
реальной трехмерности потока. Движение и теплоносителя, и
охлаждаемой среды принимается как одномерное. При этом
жидкости рассматриваются как гомогенные. Единственная из
пространственных координат ориентирована в направлении дви-
движения центра масс жидкости.
Подробный анализ работ, посвященных исследованию неста-
нестационарных процессов теплообмена, выполнен Е. П. Серовым и
Б. П. Корольковым.
При проведении аналитического исследования динамики
рассматриваемых элементов системы теплоснабжения, на наш
взгляд, целесообразно использовать результаты математиче-
математического описания динамических свойств, предложенных А. А. Та-
лем, Б. П. Корольковым, В. М. Рущинским.
При выводе передаточных функций радиационных теплооб-
теплообменных устройств с независимым обогревом E.12) предпола-
предполагается, что:
тепловой поток по длине участка постоянен;
в переходном режиме изменение давления рабочей среды
и ее массовый расход постоянны по длине;
температура металла по радиусу трубы постоянна;
теплосодержание среды является линейной функцией темпе-
температуры и давления на участке.
Как видно из структурной схемы теплообменного устройства
с независимым обогревом, приведенной на рис. 5. 10, входными
параметрами являются температура (t'A и расход (DA среды
118

Рис. 5.10. Структурные схемы
а — радиационного теплообменника;
б — парожидкостного теплообменника;
в — водо-воднного теплообменника, ка-
калорифера
на входе в участок, подвод теплоты к поверхности нагрева (q),
а выходной — температура среды на выходе из участка (/").
Передаточные функции по всем каналам связи, полученные
в результате решения системы дифференциальных уравнений
E.12), приведены в табл. 5.14.
Допущения, принимаемые при написании исходных уравне-
уравнений E.13) и их решений, аналогичны допущениям, принимаемым
для радиационных теплообменников. Входными параметрами
парожидкостных теплообменников (рис. 5.10) являются темпе-
температура (t'2) и расход (ZJ) греющего теплоносителя, темпера-
температура (/{) и расход (DJ нагреваемого теплоносителя на входе
в теплообменник, а выходным — температура нагреваемого теп-
теплоносителя на выходе из теплообменника (/,'). Результаты ре-
решения сведены в табл. 5.14.
Анализ обшего случая обмена теплотой между двумя пото-
потоками значительно сложнее, чем для частных случаев независи-
независимого обогрева и обогрева при постоянном значении температуры
одной из жидкостей. Даже без учета (как это делается в боль-
большинстве работ) влияния теплоемкости кожуха и потерь тепла
через него решению, при условии несжимаемости обеих жидкос-
жидкостей, подлежит система трех дифференциальных уравнений в час-
частных производных.
Для случая теплоемкой разделяющей стенки (Япоп = °о,
Япрод = 0) решение удается получить только в области изобра-
изображений по Лапласу. Дж. Ризика рассматривал теплообмен между
двумя потоками газа и упростил задачу отказом от учета эф-
эффекта аккумуляции тепла в газах. Его передаточные функции
хотя и проще, чем получаемые в общем случае, но все же пере-
переход от них к временным характеристикам затруднителен.
Переходная характеристика является наиболее желатель-
желательным итогом решения исходной системы дифференциальных урав-
уравнений, поэтому, стремясь получить временные зависимости для
теплообменников типа «Труба в трубэ», многие авторы делают
119

Таблица 5.14. Передаточные функции теплообменных аппаратов и котельных установок
Элемент системы
Радиационные по-
поверхности нагрева кот-
котла
Пароводяные подо-
подогреватели
Канал воздействия
Температура теплоно-
теплоносителя на выходе по тем-
температуре теплоносителя
на входе
То же, по тепловому
потоку
То же, по расходу теп-
теплоносителя
Температура теплоно-
теплоносителя на выходе по тем-
температуре теплоносителя
на входе
То же, по температуре
греющего теплоносителя
Передаточные функции
//
Дг, \р)
ы\ (р)
X ТтР\\2 E-73)
w шл At"{p)
Wn{p) д?(р)
= Ц-rV — W2s(p)] E.74)
а*р + 1
Г27(р) Д<Г(Р)
Wi7(P> AD,(p)
ъг ОЯГ + 1 х
а4р" + р
Х[1-^25(Р)] E.75)
//
4^28 (Р) 7 — е X
А^| (р)
X е-"' T^P+J^ E.76)
дС(р)
^29 (р)= д77гР7 =
Коэффициенты передаточных функций
m, mc-cc
а-ъ = а СрС ;
oi — ¦-, ¦¦'¦¦.
ttlc.Cc -\- ffl-\C\
П%сСс -f" ttl\C\
_ _. а3а4Г2
1 * T2-l'
Г2 = eaj
m, a,/7,
1 "T* Ct2i 2
_ т^СхШсСс .

Водоводяные подо-
подогреватели, калорифе-
калориферы, конвективные по-
поверхности нагрева кот-
котла
То же, по расходу теп-
теплоносителя
То же, по расходу
греющего теплоносителя
Температура нагревае-
нагреваемой среды по температу-
температуре на выходе
X [1 - «^28 (р)] E.77)
Л t" (P)
ДО, (р)
»4A +bsp)
¦X
b\P2 + Ьгр + b3
XU-W2S(p)) E.78)
(p) =
At" (p)
AD2 (p)
b\P2 + b2p
-X
E.79)
Ьг = 4^7 (тсСс ¦
г,/ <Э/,
a,f,D2 dx
0,8
mccc
65 =
i = 0,2
dx
а3-
T2-l '
T2 = e

Продолжение табл. 5.14
Элемент системы
Канал воздействия
Передаточные функции
Коэффициенты передаточных функций
Водоводяные подо-
подогреватели, калорифе-
калориферы, конвективные по-
поверхности нагрева кот-
котла
Температура нагревае-
нагреваемой среды по температу-
температуре греющего теплоноси-
теплоносителя
То же, по расходу на-
нагреваемой среды
То же, по расходу
греющего теплоносителя
Температура греющего
теплоносителя на выходе
по температуре на входе
То же, по температуре
нагреваемой среды
То же, по расходу
греющего теплоносителя
То же, по расходу на-
нагреваемой среды
(р) =
AlP3 + А2р2 + Агр +
E.81)
Dh
K32(p)
Dzo
E.82)
— Кзз (P)
E.83)
(P) =
C\P
Л,р3
Аър
E.84)
(P) = -j^- K33 (р) E.S5)
(Р) E.SS)
(p) =
D,
¦ K37 (p) E.87)
А3 = [ацA +а2) +
+ aifl4 + ^1 а3 +
+ [а, A + с2) + а2] а6 +
+ 2а5 + а4 + а, + а.,;
Л4 = [fli A + а2) + а2] а3 + а,
5, = а,а4а6;
В2 = а, КО +а2) +
+ а4а3 + а*];
B3 = fli [азA +а2) + 1]
с, = «304^5;
а2)
: = " : ", =
з = ,.;  = —V1-;
Ого'" 2 ctioJ11

различные упрощающие предпосылки. Наиболее часто встреча-
встречается отказ от учета влияния на переходный процесс тепловой
аккумуляции в разделяющей стенке. Введение такого рода упро-
упрощающих предпосылок существенно сказывается на точности по-
получаемых результатов.
Сопоставление результатов аналитического исследования
распределенной и сосредоточенной модели теплообменника типа
«Труба в трубе» показывает, что точность результатов решения
для распределенной модели при принимаемых упрощениях не
превышает точности результатов решения для сосредоточенной
модели. Поэтому при аналитическом исследовании динамики
водоводяиых теплообменников и калориферов они считались со-
сосредоточенными по длине. Это существенно упрощает процесс по-
получения передаточных функций и дальнейшее их использование.
Для этого случая принимаются следующие допущения:
температура металла труб по радиусу постоянна;
теплообмен между наружной стенкой и окружающей средой
отсутствует;
теплосодержание среды является линейной функцией темпе-
температуры;
давление среды в стационарном и нестационарном режимах
постоянно.
Входными параметрами (см. рис. 5.10.) являются темпера-
температуры (t'v t'2) и расходы (Z),, А,) теплоносителей на входе в тепло-
обменное устройство, а выходными — температуры теплоноси-
теплоносителей на выходе (t", ("у Результаты решения систем диф-
дифференциальных уравнений E.14.) приведены в табл. 5.14.
§ 5.6. Динамические свойства совокупностей элементов
систем теплоснабжения
Основные задачи качественного экономичного теплоснабже-
теплоснабжения, требующие для своего решения знания динамических
свойств, по своему характеру могут быть подразделены на две
группы.
К первой группе относятся задачи, связанные с автоматиза-
автоматизацией процессов отпуска теплоты (центральное, групповое мест-
местное позонное, индивидуальное регулирование, регулирование
температуры воды на горячее водоснабжение и др.).
Ко второй группе относятся задачи, связанные с режимными
расчетами:
температурный режим помещений при аварийных ситуациях
в системе теплоснабжения;
программный отпуск теплоты;
возможность участия ТЭЦ в покрытии пиковых электриче-
электрических нагрузок;
режимы отпуска теплоты от ТЭЦ и районных котельных;
123

влияние работы установок горячего водоснабжения и вен-
вентиляции на температурный режим в отапливаемых помещениях
и др.
Нужно отметить, что все перечисленные задачи являются со-
составной частью наиболее общей задачи — создание автоматизи-
автоматизированной системы управления теплоснабжением.
Независимо от характера решаемой задачи исследованию
подвергается в первую очередь вопрос о влиянии тех или иных
мероприятий по системе теплоснабжения на температурный ре-
режим в отапливаемых помещениях.
Анализ структурной схемы (см. рис. 5.2) показал, что прак-
практически все возмущения, действующие на систему теплоснабже-
теплоснабжения, оказывают влияние на закон изменения теплопотерь (тепло-
поступлений). Степень этого влияния зависит от возмущающего
фактора, места приложения возмущения и схемного решения
того или иного участка системы.
Основными узловыми точками системы теплоснабжения, в
которых при возмущающих воздействиях происходит, а при уп-
управляющих воздействиях может и должно происходить измене-
изменение параметров теплоносителя, являются: трубопровод перед
отопительным прибором, абонентский ввод, тепловой пункт,
ТЭЦ или котельная.
Таким образом, для решения поставленных выше задач не-
необходимо знание динамических свойств изменения температу-
температуры воздуха в помещении по различным каналам возмущающих
и управляющих воздействий системы теплоснабжения.
Целью настоящего параграфа является выявление влияния
теплоинерционных свойств различных элементов системы тепло-
теплоснабжения на температурный режим в отапливаемых помеще-
помещениях. Количественную оценку этого влияния рассмотрим на при-
примере трех различных помещений: трехкомнатных квартир ря-
рядовой и торцевой секции среднего этажа здания П-49П, поме-
помещения здания П-49-А2.
Динамические характеристики совокупностей элементов сис-
системы теплоснабжения определяются для скачкообразного изме-
изменения во времени возмущающего сигнала (температуры наруж-
наружного воздуха, скорости ветра, интенсивности солнечного облуче-
облучения бытовых тепловыделений, температуры и расхода теплоноси-
теплоносителя в различных точках системы теплоснабжения). Это позво-
позволяет сравнивать динамические параметры разгонных кривых
между собой.
Динамические свойства совокупности элементов помещение —
отопительный прибор рассмотрим на примере перечисленных
выше помещений и конвектора, чугунного радиатора, бетонной
отопительной панели в различных сочетаниях. Сравнение раз-
разгонных характеристик (рис. 5.11) температуры воздуха в раз-
различных помещениях при возмущениях по скорости ветра и, бы-
бытовым тепловыделением фбыт, температуре tT и расходе тепло-
124

20 40 60 SO 100
Hue. 5.11. Разгонные кривые температуры воздуха в помещении по различным
каналам возмущающих воздействий
а — помещение здания типа II-49-A2; б — квартиры здания типа П-49П; / — рядовой секции;
// — торцевой секции; / — при возмущениях С<5ЫТ. I, tm. D (при применении конвекторов
радиаторов); 2—при возмущениях t , D (при применении бетонных отопительных пане-
панелей); 3 — при возмущении ч; 4 — при возмущении ta
носителя D при применении малоинерционных отопительных
приборов показывает, что они отличаются только коэффициен-
коэффициентами передачи, а значения постоянной времени одинаково и
равно постоянной времени кривой разгона собственно помещения
(кривые 1).
Это совпадение можно объяснить тем, что доля теплопотерь
через теплоемкие ограждения при возмущении скоростью ветра
несоизмеримо мала по сравнению с долей теплопотерь через
нетеплоемкие ограждения, а теплоинерционные свойства чугун-
чугунного радиатора и конвектора несоизмеримо малы по сравнению
с теплоинерционными свойствами рассматриваемых помещений.
Различие в переходных характеристиках наблюдается при
возмущении по температуре наружного воздуха tn (кривые 4),
интенсивности солнечного облучения / (кривые 3), температуре
и расходе теплоносителя при применении инерционных отопи-
125

тельных приборов (кривые 2). Это различие объясняется теп-
лоинерционными свойствами наружных, а для возмущения по
интенсивности солнечного облучения и внутренних теплоем-
теплоемких ограждений, отопительных приборов и увеличивается с уве-
увеличением отношения площади наружных теплоемких огражде-
ограждений к площади окон, с увеличением теплоинерционных свойств
ограждающих конструкций и отопительных приборов и с умень-
уменьшением теплоинерционных свойств всего помещения. Так, по-
постоянная времени кривой разгона температуры воздуха в поме-
помещении здания II-49-A2 при возмущении по температуре наруж-
наружного воздуха увеличивается на 30%, при возмущении по ин-
интенсивности солнечного облучения — на 22 %, а при возмущении
но температуре и скорости теплоносителя — на 12% по срав-
сравнению с постоянной времени кривой разгона собственно поме-
помещения.
В рассматриваемых примерах коэффициенты передаточных
функций рассчитаны для значения температуры наружного воз-
воздуха + 10°С. Как уже отмечалось, динамические параметры по-
помещения по различным каналам воздействий изменяются в те-
течение отопительного сезона. В табл. 5.15 в качестве примера
приведены значения динамических параметров по различным
каналам воздействий при различных начальных метеорологиче-
метеорологических условиях для трехкомнатной квартиры восьмого этажа ря-
Таблица 5.15. Изменение динамических параметров помещения в течение
отопительного сезона
Возмущение
Скорость ветра
Температура наружного
воздуха
Интенсивность солнечно-
солнечного облучения
Бытовые тепловыделения
Температура теплоносите-
теплоносителя
Расход теплоносителя
Динами-
Динамические
параметры
к °с
м/с
Т, ч
К
Т, ч
°Г
К
' Вт/м2
Т, ч
°С
К
К' Вт
Т, ч
К
Т,ч
к °с
*' кг/ч
Т, ч
Температура наружного
+ 10
0,885
140
1,08
152
0,0069
146
0,0135
140
0,27
144
0,0785
144
0
1,62
154
1,19
166
0,0086
160
0,0149
154
0,297
158
0,173
158
-10
2,56
168
1,335
180
0,0086
174
0,0167
168
0,333
172
0,31
172
воздуха t
-20
4,05
194
1,55
206
0,01
200
0,020
194
0,379
198
0,5
198
-26
5,1
215
1,67
227
0,01
221
0,021
215
0,42
219
0,61
219
126

довой секции здания серии П-49П. Нужно отметить, что стати-
статическая характеристика по регулирующему воздействию расхо-
расходом теплоносителя через отопительный прибор линеаризована
в зоне расчетного расхода при отклонениях ±0,3DpaC4..
Сопоставление данных табл. 5.15 показывает, что соотноше-
соотношение между динамическими параметрами помещения по разным
каналам воздействия при различных метеорологических усло-
условиях остается неизменным.
При изменении параметров теплоносителя на абонентском
вводе, тепловом пункте, ТЭЦ или котельной в формировании
закона теплопоступлешш участвуют соответственно системы
отопления, виутриквартальные и магистральные тепловые сети.
Как уже отмечалось в § 5.4, системы отопления могут уве-
увеличивать постоянную времени переходного процесса темпера-
температуры воздуха в помещении при изменении температуры тепло-
теплоносителя на абонентском вводе на 10 % и более в зависимости
от типа системы отопления.
Теплоинерционные свойства трубопроводов систем тепло-
теплоснабжения проявляются только при изменении температуры теп-
теплоносителя и зависят от длины и диаметра труб. На рис. 5.12
приведены переходные процессы температуры воздуха в поме-
помещении при изменении температуры теплоносителя на централь-
центральном тепловом пункте и на ТЭЦ. Как видно, величины транс-
транспортного запаздывания и постоянной времени изменяются в
значительных пределах под влиянием теплоинерционных свойств
трубопроводов.
До настоящего времени рассматривались переходные про-
процессы температуры воздуха в отапливаемых помещениях при
однократном ступенчатом изменении возмущающего сигнала.
Интерес представляют переходные процессы при реальных воз-
возмущающих воздействиях. В качестве примера рассмотрим влия-
влияние переменных режимов работы установок горячего водоснаб-
водоснабжения на изменение температуры воздуха в отапливаемых по-
помещениях.
Неравномерность расхода теплоты на отопление в течение
суток, вызванная влиянием переменных режимов работы уста-
установок горячего водоснабжения, зависит от типа системы тепло-
теплоснабжения (открытая, закрытая), характера тепловой нагрузки,
схемы теплового ввода, его автоматизации, режима отпуска
теплоты и наличия аккумуляторов. Все эти факторы учиты-
учитываются при расчете параметров теплоносителя, подаваемого на
тепловой пункт. Одним из основных требований, предъявляемых
к этим расчетам, является равенство фактического количества
теплоты на отопление за сутки расчетному. При этом допускает-
допускается отклонение от расчетных расходов теплоты в отдельные пе-
периоды суток. Характер изменения теплопоступлений определяет-
определяется суточной неравномерностью нагрузки горячего водоснабже-
водоснабжения. Для жилых районов г. Москвы может быть использован
127

Рис 5.12. Кривые разгона температуры воздуха в помещениях при возмуще-
возмущении по температуре теплоносителя
а — помещение здания II-49-A3; б — трехкомнатные квартиры торцевой и рядовой секций
здания П-49П; / — перед отопительным прибором; 2 — на тепловом пункте; 3 — на ТЭЦ
следующий график расхода теплоты на горячее водоснабжение:
6ч — 0, 10ч — Qip, 4ч— 1,3Q?P, 4ч — 2,2Qfp. Периодичность из-
изменения теплопоступлений в здания будет аналогична. Вели-
Величина отклонения расхода теплоты на отопление от расчет-
расчетного определяется конструкцией и схемой теплофикационного
ввода.
На рис. 5.13 показано изменение температуры воздуха в трех-
трехкомнатной квартире торцевой секции верхнего этажа здания се-
серии П-49П при двухступенчатой последовательной схеме при-
присоединения системы горячего водоснабжения. При соответствии
расчетного графика температур теплоносителя требуемому
(в рассматриваемом примере принимался повышенный график
температур, рассчитанный для р = 0,3) и высокой наружной
температуре изменение температуры воздуха в помещении не
превышает 0,35 °С. При низких наружных температурах измене-
изменения температуры воздуха в отапливаемых помещениях увеличи-
128

18,5
18
Ц5
П
У
1,09
0,92
V
21
20,5
20
19,5
19
18,5
18
16
20
L
24
•.CO
jip
8 12 16 20 24
. 6 16 20 24'
t.4
m ^
\
\
\
\
12
16
20
24
Рис. 5.13. Изменение температуры воздуха в помещении под влиянием пере-
переменных режимов работы установки горячего водоснабжения
а — р=0,3, iH=0 °С; б — 0=0,4, tn 26° Ci у — отношение фактического расхода тепла
на отопление к требуемому расходу
ваются и могут составлять значительную величину. В рассмат-
рассматриваемом примере максимальное изменение температуры воз-
воздуха составляет 2,3 °С. Нужно отметить, что средняя темпера-
температура воздуха в помещении, рассчитанная по формулам статики
0вРР), отличается от действительной средней (среднеинтеграль-
ной) температуры (^вР')- Это различие увеличивается с увеличе-
увеличением амплитуды колебаний температуры воздуха в по-
помещении.
Результаты исследований показывают, что скорость измене-
изменения температуры воздуха в отапливаемых помещениях при из-
изменении параметров теплоносителя определяется теплоинер-
ционными свойствами как собственно помещения, так и эле-
элементов систем теплоснабжения, расположенных по тракту пере-
б Зак. 230
129

дачи теплоносителя от места приложения воздействия до рас-
рассматриваемого помещения. Наиболее безынерционным управ-
управляющим (возмущающим) воздействием является изменение рас-
расхода теплоносителя, так как при этом воздействии отсутствует
транспортное запаздывание, а изолированные трубопроводы не
участвуют в формировании закона теплопоступлений в поме-
помещения.
При решении практических задач степень влияния тепло-
инерционных свойств элементов системы теплоснабжения на
температурный режим в отапливаемых помещениях может при-
приближенно оцениваться отношением суммы динамических пара-
параметров (постоянной времени и транспортного запаздывания)
кривой разгона теплопоступлений к величине постоянной вре-
времени собственно помещения. Пренебрежение теплоинерцион-
ными свойствами отдельных элементов системы или их сово-
совокупностей по тракту передачи теплоносителя прн величине от-
отношения меньше 0,03 приводит к погрешности в определении
величины постоянной времени, не превышающей 5 %.
Теплоинерционные свойства наружных нетеплоемких ограж-
ограждений, водо-водяных и парожидкостных теплообменников, водо-
водогрейных котлов и узлов смешения несоизмеримо малы по срав-
сравнению с остальными элементами. Поэтому при расчете динами-
динамических параметров совокупностей элементов системы теплоснаб-
теплоснабжения они могут учитываться только своими коэффициентами
передачи. Однако при решении вопросов автоматизации, когда
эти элементы охватываются обратной связью или их передаточ-
передаточные функции закладываются в модель (для окон), необходимо
учитывать все динамические параметры.
Как уже отмечалось, одной из основных задач, для решения
которой необходимо располагать знанием динамических свойств
объекта, является анализ и синтез систем автоматического ре-
регулирования. Процесс построения систем автоматического регу-
регулирования предполагает выбор информационной схемы системы,
определение закона формирования регулятором регулирующих
воздействий и расчет параметров настройки регулятора с целью
обеспечения требуемого качества процесса регулирования (мак-
(максимальное отклонение регулируемой величины, время регулиро-
регулирования, остаточное отклонение регулируемой величины, колеба-
колебательность процесса).
Методы анализа и синтеза систем автоматического регули-
регулирования широко освещены в отечественной литературе. При
этом наибольшее практическое применение получили частотные
методы анализа динамических свойств систем регулирования
[58].

Глава VI
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ
РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
§ 6.1. Математическое моделирование в системах
теплоснабжения
В предыдущей главе приведены методы и результаты мате-
математического анализа динамических характеристик системы цен-
централизованного теплоснабжения. Сущность примененного в ней
подхода состоит в том, что СЦТ рассматривается как совокуп-
совокупность различного рода теплообменных устройств, функциональ-
функционально объединенных в единую систему генерации, транспорта, рас-
распределения и потребления теплоты. Указанные теплообменные
устройства различаются по характеру входных и выходных воз-
воздействий, видам теплоносителя и конструктивному исполнению.
Рассмотрение элементов системы как теплообменных
устройств с распределенными параметрами позволило получить
дифференциальные уравнения, описывающие процессы неста-
нестационарного теплообмена в этих системах.
Дальнейший процесс изучения динамических свойств элемен-
элементов системы сводится к интегрированию указанных уравнений
с использованием преобразования Лапласа и аппроксимации
полученных выражений более простыми дробно-рациональными
функциями.
Для составления математической модели системы теплоснаб-
теплоснабжения в целом используются известные из теории линейных си-
систем автоматического регулирования правила сложения и умно-
умножения передаточных функций соответственно параллельных и
последовательно включенных звеньев и др.
С целью упрощения структуры математической модели при-
применяются известные методы эквивалентирования гидравличе-
гидравлических цепей.
Количественная оценка нестационарных режимов в системе
достигается путем решения полученных уравнений на ЭВМ для
различных вариантов конструкций элементов и схем тепловых
сетей.
Адекватность математической модели системы (или ее от-
отдельных элементов) устанавливается путем проведения экспе-
экспериментальных исследований и сопоставления их материалов с
результатами аналитических расчетов, выполненных для кон-
конкретных условий проведения эксперимента.
Оценивая рассмотренный выше методический подход, нельзя
не отметить его ограниченные возможности из-за отсутствия
учета стохастического характера процессов, протекающих в си-
системах централизованного теплоснабжения.
б* 131

Кроме того, надо иметь в виду, что сколько-нибудь полный
учет при аналитическом описании системы многообразия дей-
действующих на нее возмущений, свойств распределенности пара-
параметров ее звеньев, сложной иерархии построения неизбежно
приводит к чрезмерному усложнению модели.
При этом сложность решения систем дифференциальных
уравнений, составляющих основу такой модели, никак не оправ-
оправдывается для условий оперативного управления ввиду недоста-
недостаточной полноты и точности исходной информации.
Для построения математической модели функционирования
СЦТ применяется также вероятностно-статистический подход,
сущность которого вкратце сводится к следующему.
После предварительного выбора факторов, определяющих
состояние системы при ее нормальной эксплуатации, проводит-
проводится пассивный эксперимент, предусматривающий непрерывное из-
измерение значений этих факторов в течение определенного пе-
периода времени, разделенного на два этапа.
Путем соответствующей статистической обработки данных,
полученных за первый этап наблюдений, находятся уравнения
множественной регрессии, устанавливающие зависимость управ-
управляющих воздействий от возмущений и времени при заданном
характере изменения регулируемых величин.
Адекватность математической модели проверяется на вто-
втором этапе эксперимента сопоставлением прогнозируемых значе-
значений параметров (определенных из указанных уравнений) с фак-
фактически измеренными величинами.
При всех положительных качествах рассмотренного выше ве-
вероятностного подхода к описанию системы теплоснабжения
нельзя не отметить и его недостатки.
Такой подход неизбежно вызывает необходимость выполне-
выполнения значительного объема натурных экспериментов на каждом
конкретном объекте для отыскания соответствующих статисти-
статистических зависимостей, ограничивает возможности распростране-
распространения полученных результатов на условия, отличные от тех, при
которых проводился эксперимент.
Его применение (без сочетания с аналитическими методами)
не позволяет использовать знания и представления о физической
природе исследуемого объекта, сужает возможности учета об-
обширного опыта, полученного на основе ранее выполненных мно-
многочисленных исследований и изучения практики эксплуатации
систем теплоснабжения и отопления.
В связи с этим представляется целесообразным применение
для математического описания рассматриваемых систем так на-
называемого структурно-вероятностного метода, основанного на
комбинировании аналитического (детерминированного) и ве-
вероятностно-статистического подходов.
Особенность этого метода заключается в том, что вид (струк-
(структура) исходных уравнений, определяющих параметры функцио-
132

нирования СЦТ, принимается на основе математического ана-
анализа физических процессов, протекающих в этих системах.
Некоторые из коэффициентов, входящих в эти уравнения, мо-
могут определяться путем соответствующих расчетов, а некото-
некоторые — на основе натурного эксперимента, проводимого с целью
идентификации объекта. В процессе оперативного управления
значения рассматриваемых коэффициентов могут корректиро-
корректироваться на основе поступающей информации о фактическом теп-
тепловом состоянии СЦТ.
В практике теплоснабжения и отопления известны также
методы управления, особенность которых заключается в том, что
во время эксплуатации системы не только корректируются чис-
численные значения коэффициентов, входящих в математическую
модель, но и осуществляется процедура адаптации самой струк-
структуры модели [42,84]. Описание различных математических мо-
моделей управления приводится ниже.
§ 6.2. Аналитические модели нестационарных тепловых
процессов в отапливаемых помещениях
Решение проблемы моделирования тепловых режимов поме-
помещений осуществляется по нескольким направлениям. Большое
развитие получили методы физического моделирования, электро-
электроаналогии и гидроаналогии. Такие подходы особенно удобны для
расчета отдельных элементов систем теплоснабжения. Приме-
Применение же их в условиях АСУ ТП часто вызывает трудности реа-
реализации в комплексной модели системы.
АСУ ТП предполагает единый подход ко всем элементам си-
системы теплоснабжения, который может быть реализован на циф-
цифровых и управляющих машинах с помощью методов математи-
математического моделирования [28,70]. Математические модели обла-
обладают значительной широтой применения и разнообразием [8,28,
66, 81]. Выбору таких моделей для элементов систем теплоснаб-
теплоснабжения посвящены работы [1, 2, 61].
Математическое описание может иметь различный вид, на-
например, интегральное уравнение [81], передаточная функция
[28, 81], ряд Вольтерра [81], дифференциальное и разностное
уравнения [28, 81], регрессионное уравнение [53], модель в
пространстве состояний и др.
Особенно широкое распространение получили математиче-
математические модели, основанные на теории теплопроводности. Имеется
множество работ и монографий, посвященных решению тех или
иных задач теплопроводности [2,9, 10].
Однако АСУ ТП теплоснабжения выдвигает особые требова-
требования к математическим моделям тепловых процессов в помеще-
помещениях. Так, рассматриваемые модели должны быть легко реали-
реализуемы на ЭВМ, причем в режиме реального времени, т. е. время
для получения управляющего воздействия должно быть ?начи-
133

тельно меньше интервала между последовательными сигналами.
Модели должны быть пригодны для работы в оперативном ре-
режиме, не усложняться при получении новой информации о регу-
регулируемом объекте.
Рассматриваемые ранее решения систем уравнений, описы-
описывающих нестационарный теплообмен в отапливаемых помеще-
помещениях, не всегда пригодны для таких целей, так как окончатель-
окончательные выражения получаются весьма громоздкими. Кроме того,
применение рядов Фурье для аппроксимации возмущений при-
приводит к усложнению решений при получении новой информации
о возмущающих воздействиях.
Преодолеть эти трудности, как показано в работе [2], мож-
можно с помощью представления возмущений сплайнами, однако
полученное решение и в этом случае обладает рядом недостат-
недостатков. Так, ряд теплофизических параметров, требуемых для ре-
решения, известен с некоторой погрешностью. В результате окон-
окончательное численное решение является приближенным.
Кроме того, для улучшения сходимости алгоритма, приведен-
приведенного в работе [2], приходится применять более сложные раз-
разностные методы. Так, значительное ускорение расчетов происхо-
происходит при решении уравнения теплового баланса с помощью
улучшенного многошагового метода четвертого порядка типа
«предсказание — коррекция» (предсказание по Адамсу — Баш-
форту с коррекцией по Адамсу — Мултону и модификацией)'.
С целью упрощения дальнейшего изложения введем обозна-
обозначения. Уравнение теплового баланса из работы [2] перепишем
в виде
^р- = I [т. tB (т)]; fn =! [nh, tB (nh)]. F.1)
Предсказание по Адамсу-Башфорту вычисляется следующим
образом:
Сед [(я + 1) A] = tB (nh) + Jj. E5fn - 69fn_, + 37/„_2 - 9/n_3) A;
СЛ K« + 0 A] = Сед К» + 1) A] + Цг [CPP (nh) - Сед (nh)];
*»од = I [nh, <вмод (nh)\; t«°™ \(n + 1) A] = tB (nh) + JL (9ft$ + 19fn -
Для обеспечения устойчивости разностной схемы рассматри-
рассматриваются два различных шага дискретизации: шаг h — для аппрок-
аппроксимации возмущений сплайнами и шаг h/N — для решения диф-
дифференциального уравнения теплового баланса в помещении.
Рассмотрим подробнее решение дифференциального уравне-
уравнения теплового баланса с помощью приведенного выше разност-
134

- 'не/ (Т)] - ^ ^./О,,/ [/„ (Т) - tBc/ (T)]},
ного метода:
где t в(т) —осредненная по всему объему помещения температура внутреннего
воздуха; tn(i) —- температура наружного воздуха; «„„/, аНс/, ав; — коэффи-
коэффициенты теплопередачи внутренней, наружной поверхностей /-й наружной стены
и поверхности /-й внутренней стены соответственно; с — удельная теплоем-
теплоемкость воздуха (объемная); V — объем воздуха в помещении; Ко— коэффи-
коэффициент теплопередачи через окна; Fo— площадь окон; /•"„;, FBf— площади у'-й
наружной и у-й внутренней стен соответственно; /,,с/, /вс/ — температуры вну-
внутренних поверхностей /-й наружной и /-й внутренней стен соответственно;
Си(т) —коэффициент инфильтрации, равный U(x)c, где U(z) —объем инфиль-
трационного воздуха; <?(т) —теплота, подведенная в помещение в единицу вре-
времени.
Для расчетов с шагом h/N требуется вычислить значение
правой части дифференциального уравнения F.1) в узлах, не
совпадающих с узлами сплайна. Рассмотрим промежуточный
узел, расположенный между л-м и (п-\-\) узлами основной
сетки, для случая аппроксимации сплайнами 1-й степени. Тогда
правая часть F.1) будет вычисляться следующим образом:
K°+ с"т т-+с«[(га + п h] ж] Ь»{nh) ^w1 +
A]-Jr-fB {nh + -^-)] + q (nh)
+q{(n+X)h\
'«с/ K« + 1 > Al ^
+ <„[(»+!) A] ?f-A*Sc/ (A) " '. («A + -f
Необходимо рассмотреть особо вычисления /Нс/(т), ^вс/(т)
при т = nA + i/i/N. С этой целью обратимся к следующим фор-
формулам:
С/ ("А1 = A<^ (лА) + h ? ^В1.Д^С/ [(» - / + 1) А];
п+1
CV К» + 1) А] = МЦ, [(л + 1) А] + А 2 'в^в=/ К» - ' + 2) А]; F.2)
С/ [(я + О А] = МЦ [(« + 1) ft] + Л X Utbtltl К" ~ ' + 2) А],
135

откуда получим
С/ К» + 1) А] = С, К" + 1) Л] + А<в (п+1) А/»с/ (А).
На основании приведенных выше формул получим путем ли-
линейной интерполяции значение температуры внутренней стены
в узлах nh + ih/N:
С/ («Л) UN - i)/N] + {tnBC, [(л + 1) А] + hts (nh + ihJN) AtBacl (A)} i/lf.
Аналогичную формулу можно записать для наружной стены.
Рассмотрим особенности реализации этого алгоритма при
аппроксимации температур сплайнами 3-й степени. В качестве
аппроксимации возьмем локально аппроксимирующиеся сплайны
вида
tn (
tnH (х) = А ? tHtB3 [%-(t- 2) А]; /» (т) = Л ? taiB3 [т - (i - 2) Л]. F.8)
(-0 1=0
В отличие от сплайнов 1-й степени, где значения /в(т) и
tl(x) в заданном узле определялись одним из значений tBi, tur
i=\, ..., п, в случае сплайнов 3-й степени значения сплай"
нов F.3) в узлах определяются тремя из значений tBi, tHi,
i= 1 п.
Запишем аналоги формул F.2) для сплайнов 3-й степени:
tnacl(т) = Л^/ М+л! tHi Мпяс1 [х - (/ -2) Л] +
1-0
+ htHn Д/»с/ [т - (п - 1) Л] + л? <Bi ДС/ It - (/ - 2) А] +
г-о
+ «впД<„вс/[т-(п-1)А]. F.4)
Значение С/ при х = nh определяется значениями не только
tan, ^H(n-i). fan. *B(i-i). но и /„(n+i). ^в(«+!)• Последние полагаются
равными /н„, /в„; они же порождают третье, и последнее, сла-
слагаемое в правой части F.4).
Аналогично получим для внутренних стен
<&/ <т> = д'вс/ (t) + А 2) tat At°BCl [т - (t - 2) h] + Мвп ht\cl [x - (n - 1) A].
По аналогии со сплайнами 1-й степени вычислим значения
температур стен в узлах вида nh -f- ih/N:
С/ ("л> = А^всУ/ («А) +¦* Z <¦« А'ас/ Кя - / + 2) А] + А^В„Д^С/ (Л);
(-0
rt+1
я + 1) А] = ДЭД [(п + 1) Л] + Л ^ *В,Д^С/ \(п - I + 3) Л] +
<вс/ Кя + 1) А] = ДСу К» + 1) Л] + Л ? /.jA/^c/ К» - i + 3) А] + А^Д^ BЛ).
136

Из двух последних формул получим
CV К" + О А] = С/ К» + О А] + Л/„ („+1) [д/;с/ BА) + д&, (А)] -
Отсюда путем линейной интерполяции получим тем-пературу
, . ih .
стены в узлах nh + -тт-.
4/ («Л> (JT~) + {'"с/ К» + 1) А] + Ч («А + -$-) X
X [А/;с/ BА) + Д/Вс/ (А)] - htR («А) Д^с/ BА)} -jL.
Аналогичные формулы можно получить для наружных стен.
Таким образом, правая часть уравнения теплового баланса в
узлах nh + -^- будет вычисляться следующим образом:
,Ко + Си (яА) N~l + Си [(я + 1) А] -^-] X
X [<„ (яА) Jy~/ + f. [(я + 1) А] -1- -
(яА) -^=i- + «7 К» + 1) А] -?¦ + Y, fB/aB/ [С/ («А)
+ С/ К« + 1) A] -L + t. (nh + if-) [Д/Ввс/ BА) + Д^ввс/ (Л)] -L- -
- /. (яА) Д<в/ BА) -L-tB (nh + -^-)] + ? FH/aHB/ X
X [С/ («А) ^ + С/ К» + О А] ТГ +
+ <в ("А + -^-) Л [ДС/ BА) + Д<вс/ (A)] -L -
- tB (nh) Mlcl BА) ? + [<н (яА) ^i Л + *н [(п + 1) А] Щ X
X [Д<ннс/ BА) + Д/Sc/ (А)]^- - А/в (яА) Д/»с/ BА) -L -
+?)]}. F-5)
В выражении F.5) величина Ся(пК) определяется на основа-
основании известной методики
Си = (AoGoF0 + 0,6 2 0/?) св,
где /10 — поправочный коэффициент, учитывающий нагревание инфильтрую-
щего воздуха в межстекольном пространстве окон (балконных дверей); FB,
^—расчетные плошади окон (балконных дверей) и других наружных ограж-
ограждений соответственно, м2; Go, О — количество воздуха, поступающего путем
137

инфильтрации через 1 м2 площади окон (балконных дверей) и других наруж-
наружных огражденией соответственно, кг/(ч-м2):
Go - (ДрJ/3/Я „; G = Лр/#н;
RH — сопротивление воздухопрошщанию, Па2/3-м-г/кг; Др— разность давле-
давления у наружной и внутренней поверхностей ограждающих конструкций;
Др = g [(Я - Л) (рн _ рв) + 0,0БрХ (сн - с3) к - (рв _ Рд)];
Я, Л — высота над поверхностью земли верхней точки здания и центра рас-
рассматриваемого элемента ограждений соответственно, м; рв, рн — плотность на-
наружного и внутреннего воздуха соответственно, кг/м3; va — скорость ветра,
м/с; k — относительное динамическое давление ветра, учитывающее изменение
его величины в зависимости от высоты и типа местности; с, с3 — аэродина-
аэродинамические коэффициенты для наветренной и заветренной поверхностей зданий
соответственно; рв, Рд — давление воздуха в здании при балансе и дебалансе
вентиляционного воздуха соответственно (при естественной вентиляции рв —
-Рд = 0).
Приведенные выше формулы позволяют получить устойчи-
устойчивый алгоритм для расчета внутренней температуры воздуха в
помещении. Примеры расчетов внутренней температуры с ис-
использованием сплайнов приведены в работе [2].
§ 6.3. Вероятностно-статистическое описание режимов
систем теплоснабжения и отопления
Как следует из общих требований, изложенных выше, мо-
модели управления тепловыми и гидравлическими процессами в
элементах систем теплоснабжения и отопления должны в наи-
наибольшей степени соответствовать характеристикам объекта и
быть более простыми. Многие возмущающие воздействия в си-
системах теплоснабжения носят вероятностный характер за счет
как неоднозначности исходной информации, так и стохастиче-
стохастической природы некоторых тепловых возмущений. Поэтому созда-
создаваемые математические модели в той или другой степени долж-
должны использовать экспериментальные данные и строиться на
основе вероятностно-статистических методов.
Рассматриваемый подход при исследовании тепловых и гид-
гидравлических процессов в энергетических и санитарно-техниче-
ских системах в последнее время находит все большее приме-
применение [1, 12,45].
Большинство вероятностно-статистических методов построе-
построения модели объекта по экспериментальным данным сводится к
минимизации некоторой величины, как правило, — это некото-
некоторая сумма квадратов.. Процессы теплообмена в зданиях и соору-
сооружениях описываются с достаточной точностью системой линей-
линейных дифференциальных уравнений, поэтому в рассматриваемом
круге задач находят большее применение методы построения ли-
линейных как параметрических, так и непараметрических моделей.
Параметрические методы являются, вообще говоря, более
эффективными по сравнению с непараметрическими (например,
188

с обычным спектральным анализом), поскольку при этом оцени-
оценивается меньшее число параметров. С другой стороны, парамет-
параметрические модели описывают более узкий класс процессов, а их
применение требует более полной априорной информации об
изучаемых процессах.
Параметрическое представление объекта предполагает, что
связь между входом и выходом известна:
y(t) — ](x(t), di, d2 dn).
Неизвестны лишь некоторые параметры d\, ..., dn, которые тре-
требуется оценить по экспериментальным данным.
Для оценивания этих величин используются различные ста-
статистические методы: метод максимального правдоподобия, ме-
метод наименьших квадратов, регрессионный анализ и др.
Одной из непараметрических моделей является форма пред-
представления взаимосвязи входной переменной x(t) и выходной
y(t) в виде интегрального уравнения:
h (т) х (t — т) dr.
о
Зная функции x{t), y(t), требуется определить импульсную
переходную функцию Л(т).
Для получения устойчивого решения используются различные
методы: аппроксимация решения h(x) ортогональными функ-
функциями, регуляризация некорректно поставленной задачи.
Непараметрическая модель, приведенная выше, может быть
обобщена на нелинейный случай. Используя ряды Вольтерра,
ядра которых представляют собой весовые функции высших по-
порядков, можно получить описание нелинейного объекта, допу-
допускающее ясную физическую интерпретацию. Этот метод имеет
большое достоинство, связанное с тем, что нелинейная система
рассматривается как непосредственное обобщение линейного
случая, хотя сам объект может существенно отличаться от ли-
линейного.
Задача регрессионного анализа сводится к получению мате-
математической модели, проверке адекватности и к оценке влияния
каждого фактора. Регрессионный анализ базируется на следую-
следующих предпосылках.
1. Входные переменные {х,} могут иметь произвольное рас-
распределение, но для каждого фиксированного значения этих ве-
величин выходная случайная величина у имеет нормальное рас-
распределение.
2. При условии однородности дисперсии выходной величины,
т. е. если производить многократные повторные наблюдения вы-
выходной величины у, ее дисперсия не будет зависеть от набора
значений входных переменных.
139

3. Входные переменные {л:,} измеряются с малой ошибкой по
сравнению с ошибкой выходной переменной.
Последнее требование практически всегда выполнимо, так
как ошибка выходной переменной, помимо ошибки измерения,
зависит от независимых переменных, которые не доступны из-
измерению (старение агрегата, изменение в составе отдельных ма-
материалов и т. д.).
В случае невыполнения первого и (или) второго требований
следует преобразовать выходную переменную у так, чтобы но-
новая величина уже удовлетворяла этим требованиям.
При исследовании теплоэнергетических процессов часто при-
приходится использовать экспериментальный материал, полученный
в условиях, которые не были специальным образом выбраны ис-
исследователями.
Регрессионный анализ данных нормальной эксплуатации об-
обладает рядом свойств, которые ограничивают сферу его приме-
применения в задачах оптимизации и управления сложными техноло-
технологическими объектами.
1. Поскольку пассивное наблюдение за ходом процесса про-
проводится в режиме нормальной работы, то режимные параметры
меняются в небольших пределах и, следовательно, слишком узок
интервал изменения независимых переменных. В результате соз-
создается ситуация, при которой данные, подлежащие обработке,
фактически собраны в одной точке. При этом вся математиче-
математическая модель описывается уравнением у* —у и данные нормаль-
нормальной работы представляют собой случайный разброс вокруг сред-
среднего значения.
2. При пассивном эксперименте трудно оценить его ошибку
и, следовательно, нельзя достаточно строго проверить гипотезу
об адекватности представления результатов эксперимента вы-
выбранной моделью.
3. Независимые переменные попарно коррелируемы, что не
дает возможности правильно интерпретировать полученные ре-
результаты. Регрессионный коэффициент не показывает степень
влияния независимой переменной на выход, а характеризует
степень суммарного воздействия всех коррелированных с ним
переменных. Вследствие этого выбрасывание хотя бы одного не-
незначимого фактора из модели резко меняет не только значения
остальных ее коэффициентов, но даже их знаки.
4. Вследствие коррелированности переменных затруднена
процедура проверки коэффициентов на значимость. Оценка зна-
значимости отдельных, сильно коррелированных коэффициентов
часто дает незначимое отклонение коэффициента от нуля. Бы-
Бывают даже случаи, когда все коэффициенты оказываются не-
незначимыми, а в целом уравнение регрессии дает значимое умень-
уменьшение остаточной дисперсии.
б. Значительная корреляция между переменными приводит
к тому, что матрица (ХТХ) будет иметь несколько «почти ли-
140

нейно зависимых» столбцов и будет «почти вырождена». Это
означает, что матрица нормальных уравнений плохо обуслов-
обусловлена, что, в свою очередь, приводит к неустойчивым, а иногда
вследствие этого даже к абсурдным решениям.
6. Как правило, независимые переменные имеют узкие ин-
интервалы варьирования. Это приводит к тому, что точность по-
получаемой модели быстро убывает при удалении от центра экспе-
эксперимента. Кроме того, в силу коррелированности факторов паде-
падение точности модели в различных направлениях различно.
Приведенные выше рассуждения хорошо иллюстрируются на
примерах, отмеченных в работах [8, 65], и достаточно наглядно
демонстрируют трудности интерпретации результатов пассив-
пассивного эксперимента и использования построенных на его основе
моделей для управления.
Все же часто имеют место ситуации, когда необходимо изу-
изучить процесс и найти пути для его оптимизации, а осуществить
активный эксперимент, нужный для построения модели, не пред-
представляется возможным.
Следует ли в этой ситуации отказаться от использования
данных режима нормальной эксплуатации, которые уже имеют-
имеются? Ясно, что за неимением лучшего исследователь вынужден
использовать этот материал. Возникает необходимость поиска
путей, которые позволили бы, опираясь на данные пассивного
эксперимента, получать надежные результаты и заключения от-
относительно объекта исследования по статистической модели, по-
построенной на этом материале.
Рассмотрим два таких пути.
1. Построение таких критериев поиска оптимума, которые
учитывали бы стохастический характер регрессионных моделей,
т. е. коррелированность, включающую свойства оценок коэффи-
коэффициентов регрессии, свойства используемого для построения мо-
модели статистического материала, область применения регрес-
регрессионных моделей.
2. Улучшение статистических свойств материала пассивного
эксперимента:
путем добавления специальным образом спланированных
экспериментов;
путем специальной корректировки экспериментальных дан-
данных.
О моделях, построенных по данным пассивного эксперимента,
можно сказать, что они обладают хорошей точностью в усло-
условиях, близких к тем, в которых проводился эксперимент, а при
отклонении от них точность может резко падать. В связи с этим
при подготовке пассивного эксперимента следует предусмотреть
имитацию всех условий функционирования системы, например,
при проведении экспериментальных исследований системы теп-
теплоснабжения целесообразно провести эксперименты как для
различных метеорологических условий (осень — весна, зима),
141

так и в различных режимах работы ТЭЦ или котельной (имита-
(имитация аварий, отключений и пр.).
Особые сложности в использовании моделей, построенных по
данным пассивного эксперимента, возникают в случае управле-
управления процессами в развивающихся системах теплоснабжения.
Например, подключение нового потребителя теплоты приводит
к необходимости сбора нового статистического материала и вы-
выполнения процедур адаптации модели.
В чистом виде активный эксперимент поставить на работаю-
работающей системе теплоснабжения практически невозможно вслед-
вследствие необходимости соблюдения определенных технических тре-
требований, например, температура воздуха в жилых помещениях
должна находиться в требуемых пределах A8—21 °С). Такое
условие затрудняет варьирование другими величинами (темпе-
(температурой и расходом теплоносителя и др.) на отрезке относи-
относительно постоянных внешних метеорологических условий. Однако
на основании теории планирования эксперимента [65] здесь
можно сформулировать некоторые общие рекомендации, позво-
позволяющие улучшить качество построения модели. Так, целесооб-
целесообразно выделить интервалы варьирования параметров, в кото-
которых мы можем их менять по своему усмотрению. Для таких
параметров может быть построен план эксперимента одним из
известных методов [65], например методом случайного баланса
или с помощью таблиц факторного планирования [65].
Другой трудностью активного планирования эксперимента
при нестационарных процессах теплообмена является отсутствие
во многих случаях, особенно для комплексных моделей, точного
их вида. От вида модели и критерия оптимальности зависит
план эксперимента; в рассматриваемом круге задач целью яв-
является не только оценивание неизвестных коэффициентов, но и
подбор оптимальной в некотором смысле структуры модели.
Сравнивая активный и пассивный эксперименты, можно ска-
сказать, что активный эксперимент в лучших случаях для оценива-
оценивания п параметров требует п экспериментов, для пассивного экс-
эксперимента необходимо в 10—15 раз больше экспериментов. Учи-
Учитывая приведенные в [65] рекомендации, эту цифру можно сни-
снизить до 5—7 раз.
Обработка экспериментальных данных как активного, так и
пассивного экспериментов ведется, как правило, на ЭЦВМ, для
чего используются многочисленные программы дисперсионного,
регрессионного и факторного анализа данных. В рассматривае-
рассматриваемом классе задач стандартные процедуры регрессионного ана-
анализа не всегда приемлемы в силу ряда причин. Как правило,
задача состоит не только в оценивании неизвестных коэффи-
коэффициентов, но и в выборе оптимальной в некотором смысле струк-
структуры регрессионного уравнения.
Выбор переменных для введения в регрессионное уравнение
осуществляется на основе статистических критериев согласия
142

Фишера или Стьюдента. Необходимо выбрать такой набор пе-
переменных, ^-критерий для каждой из которых больше задан-
заданного, а оставшиеся переменные имеют меньшие значения. Су-
Существуют различные методы регрессионного анализа и их реа-
реализации на ЭВМ, позволяющие сделать такой выбор.
Приведенные выше методы относятся к классу линейных, од-
однако практические задачи в системах теплоснабжения часто
сводятся к нелинейным процедурам оценивания. К ним же сво-
сводятся процедуры, позволяющие строить оценки при наруше-
нарушениях основных предпосылок регрессионного анализа, например
при отсутствии нормальности остатков или замены критериев
минимума суммы квадратов на какой-либо другой.
Другим важным классом статистических процедур регрес-
регрессионного анализа являются процедуры оценивания с ограниче-
ограничениями. В линейном случае ограничения незначительно услож-
усложняют задачу, но в нелинейном они существенно затрудняют ре-
решения, например, алгоритм, приведенный в [35], может потре-
потребовать перехода к вычислениям с двойной точностью из-за на-
накопления ошибок в промежуточных вычислениях.
Данный класс задач характеризуется наличием близких друг
другу переменных, например величин, рассматриваемых с вре-
временными задержками; такие переменные со статистической точ-
точки зрения являются мультиколлинеарными, т. е. определитель
корреляционной матрицы таких переменных близок к нулю.
Регрессионный анализ таких экспериментальных данных свя-
связан с определенными трудностями, в связи с чем возникает за-
задача составления устойчиво работающих программ обработки
мультиколлинеарных переменных или программ выявления
мультиколлинеарности до проведения регрессионного ана-
анализа.
Особенности использования вероятностно-статистических ме-
методов в энергетических системах приведены в ряде работ
[12, 51]. Алгоритмы и программы, учитывающие изложенные
выше особенности, имеются в составе следующих работ [ 12, 73,
81, 87]. Однако многие проблемы применения вероятностно-ста-
вероятностно-статистических методов в задачах управления системами тепло-
теплоснабжения еще не решены и требуют разработки специальных
методов.
§ 6.4. Модели управления в системах теплоснабжения
с использованием адаптивного подхода
Рассматриваемые выше различные методы моделирования в
автоматизированных системах теплоснабжения предполагают
относительную неизменность характеристик их элементов. Но
так как любая функционирующая система находится в той или
иной мере в процессе развития и реконструкции, а некоторые
ИЗ

свойства объекта регулирования за счет старения, износа и за-
зарастания трубопроводов с течением времени меняются, возни-
возникает необходимость корректировки модели в процессе эксплуа-
эксплуатации. Таким образом, часто оказывается недостаточно по-
построить модель, ее необходимо подстраивать к конкретному,
текущему состоянию объекта регулирования. Такой подход мо-
может быть реализован с помощью методов адаптивного управле-
управления [81].
Динамические свойства некоторых элементов систем тепло-
теплоснабжения определяются факторами, доступными прямому изме-
измерению (температура, давление и т. п.). Если известно, как дол-
должен настраиваться регулятор в зависимости от этих факторов,
можно применять прямой метод настройки или адаптацию по
разомкнутому циклу. В этой схеме адаптации сигналы обратной
связи, идущие от замкнутого контура управления к регулятору,
отсутствуют.
Однако рассматриваемый подход целесообразно применять
только для тех элементов системы теплоснабжения, которые не
подвержены случайным возмущениям, а их параметры точно из-
известны. В качестве таких элементов могут выступать отдельные
подсистемы теплоснабжения.
В случае регулирования внутренней температуры в здании
необходима настройка модели с обратной связью или адапта-
адаптация по замкнутому циклу. Здесь обратной связью может быть
внутренняя температура. Однако ее измерение связано с рядом
трудностей, например выбором представительных помещений,
учетом радиационной составляющей и др. Кроме того, требуется
оперативно передавать величину внутренней температуры на
автоматизированный диспетчерский пункт с устройством линий
связи и соответствующих приборов.
Другим параметром, способным выступать в роли обратной
связи, является температура обратного теплоносителя, например
на выходе из абонентского ввода. Эта температура легко изме-
измеряется и содержит в себе в интегрированном виде информацию
о работе системы отопления здания в целом.
При адаптивном управлении основное внимание уделяется
методам текущей идентификации в реальном времени. Разра-
Разработан ряд рекуррентных алгоритмов идентификации, среди ко-
которых можно отметить следующие.
Рекуррентный метод наименьших квадратов. Применим при
малых отношениях интенсивности шума к полезному сигналу,
в противном случае дает сильно смещенные оценки параметров.
Отличается надежной сходимостью оценок. Требует относитель-
относительно небольшого объема вычислений.
Обобщенный рекуррентный метод наименьших квадратов.
Если справедлива модель шума, то он применим при более вы-
высоких отношениях шума к сигналу. На начальном этапе оценки
сходятся медленно. Иногда наблюдается расходимость оценок.

Требует несколько большего объема вычислений по сравнению
с предыдущим методом.
Рекуррентный метод вспомогательных переменных. Обеспе-
Обеспечивает достаточно высокую точность оценок параметров. Для
ускорения сходимости на начальном этапе рекомендуется ис-
использовать первый метод. Объем вычислений больше по сравне-
сравнению с первым методом.
Рекуррентный метод максимального правдоподобия. Если
справедлива модель шума, то он обеспечивает высокую точность
оценок параметров. На начальном этапе оценки сходятся мед-
медленно. Расходимость наблюдается реже, чем во втором методе.
Требует большего объема вычислений, чем все предыдущие ме-
методы.
Метод стохастической аппроксимации. Приемлемая точность
оценок достигается лишь при очень большом числе измерений.
Сходимость определяется выбором параметра а. Объем вычис-
вычислений невелик.
При небольшой продолжительности измерений и шуме высо-
высокой интенсивности все методы, исключая последний, обеспечи-
обеспечивают примерно одинаковое качество оценок параметров. Ввиду
этого предпочтение обычно отдают первому, поскольку он проще
других методов идентификации и гарантирует надежную сходи-
сходимость оценок.
Как известно, при достаточно точном расчете фактической
температуры воздуха в отапливаемых помещениях возможны
определение относительных расходов теплоты на отопление, а
также количественная корректировка тепловых режимов в зда-
здании. В главе IV приведены структурные зависимости для прог-
прогноза внутренней температуры в виде
0,6 (т3 + т2) - (а - -|-) [(т, - т2) G]m,
где а, Ь, т — некоторые коэффициенты; G — расход теплоносителя в системе
отопления.
Значения коэффициентов a, b, m для каждой системы инди-
индивидуальны, и поэтому их точное определение целесообразно про-
проводить экспериментально. Кроме того, указанные величины со
временем изменяются и требуется их корректировка, т. е. адап-
адаптация модели.
При наличии обратной связи, например при измерении внут-
внутренней температуры воздуха в отапливаемом здании, построе-
построение алгоритма для определения коэффициентов a, b и т упро-
упрощается.
Оценивание на основе статистической информации об изме-
изменении величин ta, %г, т3, G может быть произведено с помощью
145

нелинейных регрессионных методов, например на основе алго-
алгоритма Марквардта.
Оценки, близкие к оптимальным, можно получить, считая
величину Га—7})~г постоянной. В этом случае /пил опре-
определяются по методу наименьших квадратов. Затем, считая т
уже известным, таким же образом получаем оценки для а и Ь.
При относительно небольших изменениях расходов (G « const),
и среднесуточных значениях
т,= 88,06; 88,33; 87,68; 86,71; 87,5 91,12;
Т2 = 64,08; 64,29; 63,20; 63,08; 62,85; 65 31;
Q = 2,136; 2,169; 2,115; 2,093; 2,136; 2,22;
/в = 20,55; 20,5; 20,25; 20,30; 20,50; 20,54
оцениваются величины: т = 0,90088, г = 27,9479 и прогнозные
значения tB = 20,7; 20,17; 20,53; 19,81; 20,87.
Адаптация коэффициентов а, Ъ, т может быть проведена
с использованием формул D.52), D.53), что связано с привлече-
привлечением значительно более сложных методов оценивания; она
предъявляет особые требования к планированию эксперимен-
экспериментов.
Оценивание a, b, m в этом случае требует изменения тг, т3, G
в различных диапазонах, привлечения методов решения некор-
некорректно поставленных задач, тщательного изучения качества по-
полученных оценок. Вместе с тем применение рассматриваемого
подхода позволяет для адаптивных процедур исключить изме-
измерение tB.
§ 6.5. Комбинированные модели и их построение
Как статистические, так и аналитические модели обладают,
как было указано ранее, рядом недостатков. Попытка устранить
их приводит к созданию комбинированных моделей, сочетаю-
сочетающих в себе черты аналитических и статистических. Структура
модели, как правило, определяется из аналитических соображе-
соображений. Некоторые коэффициенты такой модели, а чаще всего —
их совокупностей, которые неизвестны или трудно определяются
по аналитическим формулам, оцениваются с использованием
экспериментальных данных, при этом объем экспериментальных
исследований значительно сокращается в связи с известной
структурой модели.
Рассмотрим подробнее аналитическую модель теплового ре-
режима помещения, описываемую уравнениями F.1), F.2). Для
упрощения воспользуемся разностной формулой первого по'
146

рядка:
-J- ('в [(я + 1) А] - <в («А)} = -4-1-7 (ля) -
„ (яА)] [*в («А) - *н («А)] - X Л„«н
- ДС/ ("Л) - А Е '.А/ К» ~ ' + 1) Л] -
(=1
п
( = 1
откуда получим
'в [(я 4
-1)Я] = /В('
i
п
1 = 1
выражение для /в[(/г+ 1)Л]:
,А)"
нв/^
[(л-1)А]Аг
В[(л-2)А]-
+ tH (яА>
А
Vc
А
il_Arfo/fo + cH(nA)+ E^7
i 1
h Z ^/«нв/Д'нс/ BА) + A ? FB/
" ГЛ Z ^/«нв/Д'нс/ (ЗА) + A 2 '
L / /
. \p ь Л-Г Inh) 4- A V F <t
L /
з/Д^вс/ (A)l j +
ав,Д^с/ BАI +
J
W«b/A'bc/ CAI + • •
Д^нс/(АI +
J
+ /н [(я - 1) А] -?- X ^„/«„в/Д^с/ BА) + • • ¦ + A- q (яА) +
+ Z F*i*u*№li ("л) + Е ^/«в/Д'вс'/ ("А). F 7)
/ /
Из выражения F.21) видно, что (в[(п -\- 1)А] является ли-
линейной функцией от величин tB{nh), Ca{nh), tB[(n—\)h],
ta[(n-2)h] tn(nh), /Н[(я-1)А], tH[(n-2)h], ..., q(nh).
Последние два слагаемых в оперативном режиме можно не учи-
учитывать, так как они обусловлены влиянием начальных условий.
Формулу F.21) можно переписать следующим образом
*в [(я + 1) Л] = 6,/в (ял) + Мв (яА) Си (яЛ) + Мв [(я - 1) А] +
+ V. Кя " 2) А] + ... + bn+ltB (Л) + bn+2tH (яА) + ... + b2n+lts (A) +
+ 62п+2<7 (яА). F.8)
Равенство F.22) можно рассматривать как регрессионное
уравнение, коэффициенты которого 6, необходимо оценивать по
экспериментальным данным. Некоторые из них могут быть опре-
147

делены с достаточной точностью и без применения регрессион-
регрессионных методов, например Ь2п+2 = h/Vc. Для построения таких рег-
регрессионных уравнений применяются методы наименьших квад-
квадратов с ограничениями.
Таким образом, отталкиваясь от аналитической формулы,
мы получаем структуру модели, которая уточняется с исполь-
использованием статистической информации, причем оценивание целе-
целесообразно сочетать с проверкой гипотез о равенстве нулю неко-
некоторых коэффициентов уравнения F.22), что, в свою очередь, ве-
ведет к упрощению исходной модели.
Некоторые аналитические модели обладают высокой слож-
сложностью и громоздкостью, что затрудняет их применение на прак-
практике. Использование методов математического моделирования
позволяет получить упрощенные модели, близкие к исходным.
Так, по аналитической модели вычисляются значения выходных
переменных при заданных значениях входных, которые меняют-
меняются в достаточно широких пределах и тем самым имитируют
работу системы в режиме нормальной эксплуатации. Рассчи-
Рассчитанные величины являются как бы экспериментальными дан-
данными, но не снятыми с реального объекта, а полученными в ре-
результате численного эксперимента. Этот числовой материал об-
обрабатывается статистическими методами, в результате чего по-
получается модель, приемлемая по своей сложности для практи-
практического использования. Ее адекватность может быть хорошо
проверена опять же с помощью аналитической модели, по кото-
которой рассчитываются новые выходные переменные, используемые
для проверки модели. Математические модели, построенные ана-
аналитическими или статистическими методами, могут иметь коэф-
коэффициенты, изменяющиеся во времени. Для управления тепло-
тепловыми процессами с помощью таких моделей их необходимо по-
постоянно подстраивать (адаптировать) к реальным условиям.
Такой подход, как отмечалось выше, предполагает наличие об-
обратной связи, с помощью которой осуществляется подстройка
модели.
Глава VII
ИНДИВИДУАЛЬНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ
РЕГУЛИРОВАНИЕ РАСХОДА ТЕПЛОТЫ
§ 7.1. Основные особенности индивидуального
автоматического регулирования
Индивидуальное регулирование теплоотдачи нагревательных
приборов, дополняющее центральное и местное регулирование,
позволяет учитывать специфические условия различных помеще-
помещений, дает возможность потребителю самому устанавливать не-
148

Таблица 7.1. Основные факторы, вызывающие необходимость индивидуального
управления отпуском теплоты
Классы факторов
Возмущающие воз-
воздействия на температу-
температуру воздуха в отапли-
отапливаемых помещениях
Несоответствие ста-
статических и динамиче-
динамических характеристик
отапливаемых помеще-
помещений режиму подачи
теплоты в здание
Дефекты и неточно-
неточности расчета систем ото-
отопления, монтажная и
эксплуатационная ре-
регулировка
Возможность измене-
изменения температуры в по-
помещении по желанию
потребителей
Факторы
1. Бытовые и технологические тепловыделения
2. Воздействие солнечной радиации
3. Влияние ветра и фильтрации наружного
воздуха под действием теплового напора
1. Несоответствие фактических тепловых по-
потерь помещений (в статике) проектным по-
потерям теплоты
2. Неодинаковая теплоаккумулирующая спо-
способность различных помещений
3. Неодинаковые соотношения быстрых и мед-
медленных тепловых потерь в различных поме-
помещениях
1. Несоответствие площади поверхности на-
нагревательных приборов требуемой
2. Несоблюдение (по отдельным приборам)
требуемых температур и расходов воды
1. Неодинаковые комфортные температуры
воздуха для разных людей и различных ус-
условии их пребывания в помещениях (лег-
(легкая и тяжелая работа, отдых, сон)
2. Различные технологические требования в
зданиях производственного назначения
обходимую температуру в помещении в соответствии с индиви-
индивидуальными запросами.
Индивидуальное регулирование может осуществляться с по-
помощью как ручных кранов, так и автоматических регуляторов.
Применение автоматических регуляторов позволяет наиболее
успешно решать задачу обеспечения требуемого температурного
режима в каждом отдельном помещении.
Перечень основных факторов, вызывающих необходимость
индивидуального управления отпуском теплоты, приведен в
табл. 7.1.
Научно-исследовательские работы по индивидуальному авто-
автоматическому регулированию в системах центрального водяного
отопления были начаты в нашей стране в 1955—1956 гг. Рас-
Рассматривая перспективы повышения качества и экономичности
теплоснабжения, акад. Л. А. Мелентьев уже в то время отмечал
несовершенство существующей «карточной» системы распреде-
распределения тепловой энергии, основанной на подаче каждому потре-
потребителю заранее лимитированного количества теплоты. По анало-
аналогии с системами электро-, газо- и водоснабжения он указывал
на необходимость обеспечить такое распределение тепловой
энергии, при котором каждый абонент будет отбирать из сети
нужное ему количество теплоты для создания в отапливаемых
149

помещениях желаемых температурных условий в пределах зоны
теплового комфорта.
Реализация такой системы распределения тепловой энергии
возможна только при массовом применении индивидуальных ав-
автоматических регуляторов теплоотдачи нагревательных прибо-
приборов.
Теоретические исследования теплового и гидравлического ре-
режимов систем водяного отопления, оборудованных устройствами
индивидуального автоматического регулирования, впервые были
выполнены проф. В. Я. Хасилевым, который установил, что тра-
традиционные отечественные системы отопления с элеваторным
присоединением к тепловой сети в этих условиях работают
устойчиво.
Детальные исследования теплового режима зданий при ин-
индивидуальном автоматическом регулировании теплоотдачи на-
нагревательных приборов были выполнены В. Я. Грислисом в
1955—1957 гг. Эти исследования показали, что применение про-
простейших двухпозиционных терморегуляторов в состоянии обес-
обеспечить требуемые температурные условия в отапливаемых по-
помещениях.
Широкая экспериментальная проверка применения индиви-
индивидуального автоматического регулирования в жилых многоквар-
многоквартирных зданиях в нашей стране впервые была проведена в
Ленинграде в 1957—1959 гг. ЛНИИ Академии коммунального
хозяйства с участием целого ряда организаций: Физико-энерге-
Физико-энергетического института АН Латвийской ССР, Ленинградского ин-
инженерно-экономического института, Союзтехэнерго (б. треста
ОРГРЭС), Белорусского политехнического института и др.
В результате этого эксперимента были установлены основ-
основные особенности функционирования автоматизированных систем
водяного отопления, разработаны рекомендации по их монтажу
и эксплуатации, сфрмулированы требования к комнатным авто-
автоматическим терморегуляторам.
Большие работы по созданию отечественных конструкций
индивидуальных терморегуляторов были выполнены Орловским
производственным объединением «Промприбор». Эксплуатацион-
Эксплуатационные испытания терморегуляторов, разработанных этим пред-
предприятием, выполненные в 1982—1984 гг., показали их высокую
эффективность и надежность [36].
В ряде случаев вместо установки терморегуляторов у нагре-
нагревательных приборов систем водяного отопления оказывается це-
целесообразным применение комнатных электрических доводчи-
доводчиков с автоматическими регуляторами температуры воздуха. Си-
Система водяного отопления при этом может рассчитываться на
базовую нагрузку, соответствующую пониженной расчетной тем-
температуре внутреннего воздуха (например, 12СС). Пиковые рас-
расходы теплоты покрываются с помощью электрических доводчи-
доводчиков, которые позволяют также регулировать внутреннюю темпе-
150

ратуру в помещениях по желанию потребителей. Эксперимен-
Экспериментальные исследования таких систем были выполнены во Влади-
Владивостоке в 1969—1971 гг. Дальневосточным политехническим ин-
институтом Г. Р. Грейнером и В. Ф. Слоневским.
Как показывает зарубежный опыт, применение индивиду-
индивидуальных терморегуляторов весьма эффективно в системах воз-
воздушного отопления и в водо-воздушных системах с1 вентилятор-
вентиляторными подоконными доводчиками [89]. Важное эксплуатацион-
эксплуатационное преимущество индивидуального терморегулирования в этих
системах заключается в быстром изменении температуры в по-
помещении при изменении величины настройки (задания) при-
прибора.
§ 7.2. Типы индивидуальных терморегуляторов
В отечественной и зарубежной практике получили примене-
применение различные типы индивидуальных терморегуляторов: пря-
прямого и непрямого действия, стабилизирующие и программные,
дистанционные и недистанционные (камерные), с манометриче-
манометрическими, механическими и электрическими чувствительными эле-
элементами, с исполнительными механизмами двухпозиционного и
непрерывного действия.
Классификация индивидуальных регуляторов температуры,
разработанная С. П. Петровым в Орловском ПО «Промпри-
бор», представлена на рис. 7.1.
Из регуляторов непрямого действия следует отметить двух-
позиционные приборы Физико-энергетического института (ФЭИ)
АН Латвийской ССР. Термореле 6 электромеханического регу-
регулятора (рис. 7.2) состоит из двух контактных биметаллических
пластин 4, воспринимающих как отклонения температуры воз-
воздуха от заданного уровня, так и скорость ее изменения, в ре-
результате чего достигается повышенная точность регулирования.
Пределы настройки температуры осуществляют задатчиком 5 —
от 15 до 25 °С.
Исполнительный орган 9 регулятора для однотрубной си-
системы включает железный сердечник 8, латунный шток с кону-
конусообразным наконечником и полушаровым клапаном из нержа-
нержавеющей стали 10, электромагнитную катушку 7 и корпус //.
Исполнительный орган регулятора для двухтрубной системы от-
отличается от указанной конструкции по способу выполнения за-
запорного устройства (малый диаметр проходного отверстия, ко-
коническая форма клапана).
Прибор питается от осветительной сети через блок питания
/, состоящий из понизительного трансформатора 2 на 220/36 В
и селенового выпрямителя 3.
При повышении температуры воздуха в помещении сверх
заданного значения термореле замыкает электрическую цепь,
сердечник втягивается, клапан прижимается к седлу и вентиль
закрывается. При размыкании контактов термореле сердеченик
161

прямо so
действия
непрямого
действия
Функциональное
назначение
стабилизирующие
программные
Расположение
чувствитель-
чувствительного элемента
Индивидуальные
регуляторы
температуры
Гидравлическое
сопротивление
малое
1
1
3
"В
Исполнительный
механизм
1
§1
I8
«5
I*
fl
Рис. 7.1. Классификация индивидуальных автоматических регуляторов темие-
туры

Рис. 7.2. Принципиальная
схема индивидуального
автоматического регуля-
регулятора физико-энергетиче-
физико-энергетического института АН Лат-
Латвийской ССР
11 10
Технические характеристики электромеханических
терморегуляторов ФЭИ АН Латвийской ССР
Нерегулируемый дифференциал термореле (зона нечувстви-
нечувствительности), °С 0,5—1,0
Диапазон регулирования температуры (пределы настройки),
°С 15—25
Постоянная времени термореле при свободной конвекции
воздуха, Сс 450
Потребляемая активная мощность, Вт 2,5
Показатели клапана для однотрубной системы:
диаметр условного прохода, мм 20
диаметр отверстия клапана, мм 18
расход воды через клапан при перепаде давлений 0,1 кПа,
л/ч ПО
перепад давлений, при котором гарантируется срабатывание
клапана, кПа, не более 1,0
Показатели клапана для двухтрубной системы:
диаметр условного прохода, мм 15
диаметр" отверстия клапана, мм 4 и 5,5
расход воды через клапан при перепаде давлений 10 кПа,
л/ч 30 и 60
перепад давлений, при котором гарантируется срабатывание
клапана, кПа, не более 5и9
надает под действием собственной массы и открывает проход
воды.
Орловским ПО Промприбор (Л. Ф. Куклик, С. П. Петров)
разработаны индивидуальные камерные терморегуляторы пря-
прямого действия для однотрубных и двухтрубных систем водяного
отопления, а также для водовоздушных систем кондиционирова-
кондиционирования воздуха.
На рис. 7.3 приведена конструктивная схема регулятора, соз-
созданного этим предприятием и предназначенного для систем во-
водяного отопления с одноместным присоединением нагреватель-
нагревательны* приборов.
Принцип действия термочувствительного устройства регуля-
регулятора основан на изменении объема заполнителя (смесь цере-
церезина и алюминиевой пудры) при превращении его из твердого
153

Рис. 7.3. Конструк-
Конструктивная схема ре-
регулятора прямого
действия ПОПром-
прибор (г. Орел)
в пастообразное состояние
в диапазоне регулируемых
температур.
Как видно из рис. 7.3, ре-
регулятор состоит из термоси-
термосистемы /, в которой установ-
установлен датчик температуры с
твердым наполнителем 2,
усилие от которого переда-
передается через теплоизолирую-
теплоизолирующую втулку 3 на шток регу-
регулирующего органа 4 и свя-
связанную с ним распредели-
распределительную заслонку 5.
В зависимости от места
положения поворотной за-
заслонки, обусловленного тем-
температурой воздуха в отапливаемом помещении, теплоноситель
поступает либо в канал, ведущий к нагревательному прибору 6,
либо в обводной канал 7. Каналы разделены между собой раз-
разделителем потока 8, установленным в корпусе регулирующего
органа 9.
Технические характеристики камерных терморегуляторов
Орловского ПО Промприбор
Зона нечувствительности, °С 1,0
Диапазон регулирования (настройка может быть ограничена
сверху, снизу или зафиксирована на постоянном значении) . 16—25
Постоянная времени, с 150
Перестановочное усилие, Н 95
Условное давление, МПа 1,6
Диаметры условного прохода:
для однотрубной системы (в том числе с одноместным при-
присоединением), мм 20
для двухтрубной системы, мм 15
Важной конструктивной особенностью разработанных регу-
регуляторов является взаимозаменяемость термосистем без допол-
дополнительной поднастройки, что обеспечивает возможность раздель-
раздельного изготовления, поставки и монтажа термосистем и регули-
регулирующих органов.
§ 7.3. Тепловой режим помещений при индивидуальном
автоматическом регулировании
Расчеты температурного режима помещений при индивиду-
индивидуальном автоматическом регулировании могут быть выполнены
на основе решения уравнений нестационарного теплообмена,
описанных в главе V.
Результаты этих расчетов позволяют определить необходи-
необходимые параметры терморегуляторов для различных условий: для
154

объектов, отличающихся „по тепловой устойчивости помещений,
тепловой емкости нагревательных приборов, характеру возму-
возмущающих воздействий, требуемой точности регулирования и т.д.
При составлении расчетной структурной схемы автоматизи-
автоматизированной системы надо учитывать следующую принципиальную
особенность индивидуального регулирования. Так как темпе-
температура настройки терморегуляторов в различных помещениях
неодинакова, происходит перетекание теплоты через внутрен-
внутренние ограждения зданий. В связи с этим внутренние ограждения
(перегородки, междуэтажные перекрытия) в данном случае сле-
следует рассматривать не только как тепловые емкости, но и как
каналы переноса тепловой энергии. Соответственно должны опи-
описываться и динамические характеристики этих элементов. Как
показали исследования [71], перенос теплоты через внутренние
ограждения существенно снижает потенциально возможную
глубину индивидуального регулирования.
Важным фактором, определяющим эффективность индиви-
индивидуального регулирования, является разность величин теплоот-
теплоотдачи включенного и отключенного нагревательного прибора.
Как показали исследования, выполненные во ВНИИГСе
Ю.И.Савенковым [76], вид системы отопления, схема подклю-
подключения нагревательных приборов, диаметр трубопроводов, плот-
плотность запирания регулирующего органа в значительной мере
влияют на величину остаточной теплоотдачи.
На рис. 7.4 приведены данные об остаточной теплоотдаче
проточно-регулируемых этажестояков вертикальных однотруб-
однотрубных систем отопления из унифицированных элементов. Из этих
данных следует, что в традиционных вертикальных однотрубных
Q.Bm
5)
Q,Bm
1600
1200
800
400
360\ '
гР§
к
1
J
WA
у
4
у/
/а
Ш
/У
'.-¦
/
f/
.-•—
:
-25
-20
-.15
0
40
60
80
ДЬ°С
1600
1200
800
400
360
.n
8
——
-*
OfTn
.20
-•
-25
20
'15
'10
40
60
80
At,°C
Рис. 7.4. Зависимость изменения теплоотдачи проточно-регулируемых этаже-
этажестояков от температурного напора при включенном и выключенном (пунк-
(пунктир) приборе для различных схем движения теплоносителя
о — сверху вниз; б — снизу вверх
155

б)
Рис. 7.5. Схемы регули-
регулируемых узлов одномест-
одноместного присоединения си-
систем отопления
а — для горизонтальной и б—
вертикальной систем: /—
разводящий трубопровод;
2 — регулирующий орган;
3 — присоединительный па-
патрубок; 4 — разделительная
диафрагма; 5 — направляю-
направляющая планка; 6 — нагрева-
нагревательный прибор; б — опуск-
опускной стояк; в — подъемный
стояк
системах отопления остаточная теплоотдача весьма существенна
и достигает 30—50 % при d = 20 и 25 мм.
Наибольшая глубина регулирования обеспечивается в систе-
системах водяного отопления с одноместным присоединением нагре-
нагревательных приборов. Схема регулируемого узла одноместного
присоединения, разработанного во ВНИИГСе А. С. Шутовым
[80] для горизонтальных и вертикальных систем отопления,
приведена на рис. 7.5.
Наглядное представление о температурном режиме помеще-
помещений при индивидуальном автоматическом регулировании (в по-
помещениях установлены двухпозиционные регуляторы ФЭИ АН
Латв. ССР) дают графики (рис. 7.6), на которых показаны
температуры внутреннего воздуха U, температуры поверхности
нагревательных приборов /Пр и периоды их работы. Из графиков
видно, что до включения автоматики диапазон колебаний внут-
внутренней температуры составлял примерно 4—5°С, при этом мак-
максимальные значения температур достигали 24 °С. Широкие пре-
пределы колебаний внутренних температур были обусловлены зна-
значительным перегревом помещений и их интенсивным проветри-
проветриванием с целью понижения этой температуры. После включения
автоматики температура внутреннего воздуха понизилась при-
примерно на 2°С, а диапазон колебаний сократился до ±1°С
О влиянии автоматики на температурный режим помещений
можно судить также по данным табл. 7.2, в которой приведены
результаты термографирования в жилом здании,
156

22/Т 23/1 24/Т
6 12 182461218246 1218 24 В 121824 6 12 IB246 1218 24 6 121824 6 12 1824 6 1218246 1218
1/X1I 2 2/ХП 3/Х1Г 4/ХП 5/X1I 6/XII 7/XU 8/X1I 9/ХП 10/Xll
'-np
50
АО
JO
20
к 25
Понеделшш\вторник \ Среда Четберг \Пятница
\8ocKpi
Л Вторник] Среда
_6 121824 6 12 18 24 612 18 24 6 12 18246 121824 6 121824 6 12 18 24
~i
и пнищ и и in и 11 hi и 111111 j i м и i iii i ni 111 in i
Рис. 7.6. Показатели температурного режима помещений при двухпозиционном
регулировании
а —помещение № 1; б — помещение № 2; / — периоды работы нагревательного при-
прибора; 2 — температура поверхности нагревательного прибора; 3 — температура воз-
воздуха' в помещении; 4 — момент включения автоматики
Как видно из таблицы, включение автоматики привело к рез-
резкому снижению температуры воздуха в помещениях почти на
3°С. Столь значительное снижение внутренней температуры
объясняется тем, что индивидуальные терморегуляторы устра-
устраняют перетопы, связанные с бытовыми тепловыделениями и про-
прочими переменными факторами, которые не могут быть учтены
на других уровнях управления.
Многочисленные экспериментальные исследования, прово-
проводившиеся как в СССР, так и за рубежом [82,90], показали, что
экономия теплоты за счет индивидуального автоматического ре-
регулирования составляет не менее 10—15 %.
Таблица 7.2. Среднесуточные температуры воздуха в жилых помещениях
с действующей и отключенной автоматикой
Режим работы
Среднесуточная наружная тем-
температура, СС
Температура воздуха в помеще-
помещениях, °С
Средние значения
Терморегуляторы
отключены
1,6
22,8
23,4
23,7
23,0
-0,4
22,2
22,9
23,5
23,5
23,1
1,8
22,8
22,7
24,7
23,0
Терморегуляторы
работают
1,9
20,9
19,4
20,5
20,2
0,1
20,6
18,6
20,4
19,5
20,3
2,1
21,5
20,4
29,9
20,7
157

Таблица 7.3. Экономия теплоты в системе отопления за счет работы
индивидуальных терморегуляторов
Месяц
Декабрь
Январь
Февраль
Март-
Апрель
Период
наблюдений,
дней
29
31
28
31
7
Среднее
количество
отключенных
приборов. %
52,2
37,7
42,8
47,0
47,7
Экономия
теплоты на
объекте, %
11,2
8,4
9,5
10,0
10,5
В качестве примера в табл. 7.3 приведены данные о факти-
фактически наблюдавшемся на опытном объекте г. Ленинграда, обо-
оборудованном индивидуальными терморегуляторами двухпозицион-
ного действия, количестве одновременно отключенных нагрева-
нагревательных приборов, а также о размерах экономии теплоты.
Необходимо отметить, что значительная экономия теплоты
при рассматриваемом методе регулирования имела место, не-
несмотря на то что потребителям предоставлялась возможность
индивидуальной настройки терморегуляторов в широких преде-
пределах. Так, при проведении массовых обследований B67 помеще-
помещений) в одном из автоматизированных жилых зданий были вы-
выявлены значения температур настройки.
В обследованном здании жилые комнаты имели южную и се-
северную ориентацию. Как правило, в помещениях, расположен-
расположенных на северной стороне, наблюдались более высокие темпера-
температуры настройки. Из помещений с температурой настройки
свыше 22 °С около 70% оказались ориентированными на север.
С 1976 по 1982 гг. в г. Клингентале (ГДР) был построен ряд
жилых домов с двухтрубными системами отопления, оборудо-
оборудованными индивидуальными терморегуляторами предприятия
MAW (ГДР), а также типа ТВ-1 (ЧССР).
Длительные эксплуатационные наблюдения показали, что ин-
индивидуальное автоматическое регулирование позволило полу-
получить экономию теплоты около 17%. За счет работы комнатных
терморегуляторов внутренняя температура снизилась в среднем
с 23 до 20 °С [90].
§ 7.4. Тепловой и гидравлический режимы
автоматизированных систем отопления
Исследования показали, что системы отопления, оборудован-
оборудованные индивидуальными автоматическими регуляторами, рабе*-1
тают устойчиво.
Особенности теплового и гидравлического режимов опреде^
ляются типом системы отопления, способом ее присоединения
158

к тепловой сети и методом автоматического регулирования (не-
(непрерывное, двухпозиционное).
Режим автоматизированных систем при наиболее распро-
распространенной в наией стране элеваторной схеме присоединения
к тепловой сети характеризуется повышением температур обрат-
обратной воды и отсутствием влияния автоматики на расход воды из
тепловой сети.
С увеличением количества отключенных приборов (при двух-
позиционном регулировании) или степени прикрытия регули-
регулирующих органов (при применении приборов непрерывного дей-
действия) коэффициент смешения элеватора уменьшается.
В однотрубных системах отопления уменьшение коэффи-
коэффициента смешения происходит в основном за счет снижения ве-
величины гравитационного давления. Гидравлическое сопротивле-
сопротивление однотрубных систем (при соответствующем подборе харак-
характеристик регулирующих органов) может сохраняться в процессе
индивидуального регулирования практически неизменным.
В двухтрубных системах коэффициент смешения уменьшает-
уменьшается вследствие роста гидравлического сопротивления системы при
отключении отдельных приборов или при частичном прикрытии
регулирующих органов. Однако при полном отключении даже
75—80 % нагревательных приборов элеватор еще продолжает
устойчиво работать.
Определение основных показателей теплового и гидравличе-
гидравлического режимов систем отопления (в статике) может произво-
производиться по формулам, приведенным ниже.
1. Присоединение к тепловой сети непосредственное, регули-
регулирование двухпозиционное:
коэффициент расхода воды в двухтрубной системе
cv = / (mf); G.1)
температура воды после системы
xaJi — rtif @,5/i — tB)
Ux = xac + 0,5mf ; G-2)
коэффициент расхода воды в однотрубной проточной системе
отопления
х = хнас д/ 1 + 0,6Лэ (/, - t2x) 1+? . G.3)
2. Присоединение к тепловой сети элеваторное, регулирова-
регулирование двухпозиционное:
коэффициент смешения в двухтрубной системе
- (fc + b) + -\l(sc + bJ + (a- sc) Ec + c) _
FhFc ' G-4)
159

температура воды после системы
t2x = Viij. L G.б)
()
уравнение для определения коэффициента смешения в одно-
однотрубной системе
ScpG2cp A + «)-' - о,з« A + я) А, ( Т\++Ши2х ) ~ 'w
= .2^1 Г 1,95 + 0,85 -?-и2- 1,19 АA + «J1. G.6)
Л L [з /з J
3. Регулирование непрерывное:
коэффициент расхода воды в системе при непосредственном
присоединении
2/Л'тр
Х :
Х= 2 (/, тр+«/"<'+"> б/р-/в):
коэффициент расхода воды при элеваторном присоединении
tJ G-8)
температура воды после двухтрубной системы при непосред-
непосредственном присоединении
hx = U - -j- Л'тр: G-9)
температура воды после однотрубной системы при непосред-
непосредственном присоединении
hx = h - уЫтр, G.10)
температура воды после однотрубной системы при элеваторном
присоединении
tT(l + )At G.11)
В приведенных уравнениях: sc — безразмерная (относительная) характери-
характеристика гидравлического сопротивления системы отопления; х — коэффициент
расхода воды в системе отопления; т.; — отношение поверхности нагрева
включенных приборов ко всей поверхности нагрева; ас — безразмерный коэф-
коэффициент:
0,5 (tlp + t2p)-tB
°с = f -f ;
' lp — Г2р
пэ — количество этажей в здании; h3 — высота этажа, м; #„ — давление, со-
созданное насосом, кПа; Нгр — гравитационное давление (расчетное значение),
кПа; *„ас — коэффициент расхода воды в системе при отсутствии гравитацион-
гравитационного давления; А — численное значение характеристики водоструйного насоса-
элеватора при расчетном режиме; /г//з — отношение выходного сечения сопла
элеватора к сечению цилиндрического участка камеры смешения; и — коэф-
160

Таблица 7.4.
Режим работы однотрубной
регулировании
Месяц
Режим
Количество отключенных приборов,
Температура прямая, °С
Температура после элеватора, СС
Температура обратная, °С
Коэффициент смешения
Расход теплоты системой, %
Приме
работает.
I
0
системы при
Апрель
70,8
47,0
35,4
2,04
100
II
56
71,1
50,5
39,7
1,91
89
двухпозиционном
I
0
Февраль
95,1
66,0
47,4
1,57
100
ч а н и е. Режим I — автоматика отключена, режим II —
II
44
95,3
68,1
50,1
1,52
94
автоматика
фицнент смешения; 7",, tly h — температуры воды в подающей магистрали, на
входе в систему отопления и после системы; Д/с — перепад температур воды
в системе отопления; AT, Д/ — отклонения температур теплоносителя от тре-
требуемых значений; у— коэффициент расхода теплоты в системе отопления,
равный отношению фактической подачи к требуемому расходу теплоты; п —
показатель степени, характеризующий зависимость коэффициента теплопере-
теплопередачи нагревательного прибора от температурного напора (перепада) bt; 6t—
температурный напор: 6^ = 0,5(/i + ^)—U\ a, b, с — безразмерные коэффи-
коэффициенты, зависящие от расчетного коэффициента смешения иР (при ир = 2,2;
а = 31,6; b = 1,83; с = 0,51); величины с индексами «р», «тр», «с», «</»
обозначают следующие режимы: «р» — расчетный; «тр» — требуемый; «л» —
режим при коэффициенте расхода воды в системе х; <ау» — то же, при ко-
коэффициенте расхода теплоты у.
Влияние индивидуального терморегулирования на тепловой
и гидравлический режимы однотрубной системы отопления ил-
иллюстрируется табл. 7.4, в которой приведены экспериментальные
данные о работе системы с действующей и отключенной авто-
автоматикой.
Показатели получены для системы, смонтированной в жи-
жилом здании и оборудованной терморегуляторами типа ФЭИ ЛН
ЛатвССР.
Таблица показывает, что при работе автоматики температура
воды после системы и после элеватора растет. Перепад темпе-
температур в абонентском вводе и расход теплоты соответственно
уменьшаются.
В табл. 7.5 приведены данные о распределении температур
по однотрубному стояку системы с верхним розливом, с замы-
замыкающими участками и установкой терморегуляторов на подвод-
подводках к приборам.
Из таблицы видно, что индивидуальное регулирование в од-
однотрубных системах мало сказывается на температурном ре-
режиме участков стояков, расположенных в верхних этажах, но
существенно влияет на температурный режим нижних участков.
Для оценки режима работы системы отопления при двухпо-
двухпозиционном регулировании теплоотдачи нагревательных приборов
6 Зак. 230
161

Таблица 7.5. Распределение температур по однотрубному стояку при
двухпозиционном регулировании
Режим
I
II
III
Количество отключенных
приборов'
всего
1
4
5
процент от
суммарной
поверхности
нагрева
22,0
53,8
71,5
Температура воды в стояке, "С
по стояку
в среднем
33,0
3775
37,5
верхний
этаж
38,5
41,0
40,0
нижний
этаж
28,0
32,5
35,0
перепад
температур
в стояке
13,5
11,0
9,0
интерес представляют данные (рис. 7.7) об изменении темпера-
температур воды на выходе из стояков однотрубной системы. График
показывает, что вследствие периодических включений и выклю-
выключений нагревательных приборов температура воды после отдель-
отдельных стояков резко менялась. Однако в головных участках си-
системы температурный режим был достаточно стабильным, что
объясняется неодновременным срабатыванием терморегулято-
терморегуляторов, установленных в различных помещениях.
Экспериментальные данные по гидравлическому режиму
двухтрубной системы при индивидуальном регулировании при-
приведены на рис. 7.8, из которого видно, что отключение даже по-
половины нагревательных приборов мало сказывается на гидрав-
гидравлическом сопротивлении системы и на работе водоструйного на-
насоса.
При увеличении количества отключенных приборов свыше
80 % гидравлическое сопротивление системы резко возрастает,
Рис. 7.7. График температур обратной воды по стоякам при работе двухпози-
ционных терморегуляторов:
/ — температура воды, подаваемой в систему отопления; 2 — то же, после системы;
3 — то же, после стояка № 1; 4 — то же, после стояка Nt 2; 5 — то же, после стояка
№ 3; 6 — то же, после стояка Кг 4
162

2,0
Рис. 7.8. График зависимости коэффициента смешения от изменения гидравли-
гидравлического сопротивления двухтрубной системы отопления, обусловленного отклю-
отключением нагревательных приборов при индивидуальном регулировании:
/ — экспериментальные данные о количестве отключенных нагревательных приборов;
2— расчетная зависимость коэффициента смешения от гидравлического сопротивления си-
системы; 3—то же, экспериментальные данные; и—коэффициент смешения; т^~количество
отключенных приборов, %;-y'S/Sp—квадратный корень от относительного изменения
гидравлического сопротивления системы
коэффициент смешения падает и элеватор прекращает инжекти-
инжектировать воду (происходит «срыв подмешивания»).
Однако, если учесть, что часть нагревательных приборов в
здании (на лестничных клетках, в ванных комнатах) не обору-
оборудуется терморегуляторами, становится очевидным, что срыв под-
подмешивания элеватора в реальных условиях эксплуатации не мо-
может иметь места.
Экспериментальные исследования подтвердили, что осуществ-
осуществление индивидуального регулирования в системах с элеватор-
элеваторным присоединением практически не оказывает влияния на рас-
расход воды из тепловой сети. Действительно, даже при выключе-
выключении во время опытов 80 % нагревательных приборов расход
воды из тепловой, сети уменьшился всего на 5%, т. е. почти не
изменился.
В заключение следует отметить, что отечественный и зару-
зарубежный опыт свидетельствуют о высокой эффективности инди-
индивидуального автоматического регулирования теплоотдачи нагре-
нагревательных приборов.
При его применении выравнивается распределение теплоно-
теплоносителя между нагревательными приборами в соответствии с
фактической потребностью в теплоте отдельных помещений и
обеспечивается полезное использование скрытых теплоизбытков
в тепловом балансе зданий.
Вместе с тем оснащение зданий индивидуальными терморе-
терморегуляторами в силу целого ряда факторов не исключает необхо-
6* 163

10 20 JO <Ю 50 60
mf,%
Рис. 7.9. График зависимости
расхода теплоты в системе
от количества отключенных на-
нагревательных приборов
' —3 — номера опытных объектов;
Q — расход теплоты в системе, %;
тс —количество отключенных при-
приборов, %
димости осуществления управления на более высоких иерархи-
иерархических уровнях.
Для иллюстрации сказанного на рис. 7.9 приведены получен-
полученные на трех автоматизированных объектах экспериментальные
зависимости расхода теплоты в системе отопления от количе-
количества отключенных нагревательных приборов. Из рисунка видно,
что при выключении 50 % приборов расход теплоты на опытных
объектах снижался на 9—18 %• Вместе с тем результаты теоре-
теоретических расчетов, подтвержденные экспериментальными иссле-
исследованиями, дают основание считать, что отключение половины
нагревательных приборов может происходить при превышении
подачи теплоты над потребностью на 20—50%. Сопоставление
этих цифр свидетельствует о том, что система индивидуального
автоматического регулирования не в сосоянии полностью отра-
отработать возмущение по подаче теплоты.
Сочетание индивидуального регулирования с местным авто-
автоматическим регулированием на вводе в здание или групповым
регулированием в ЦТП дает возможность создать оптимальные
условия функционирования системы отопления при работе ком-
комнатных терморегуляторов.
Так, установка местного регулятора расхода теплоты на вводе
в здание (или в ЦТП) позволяет предотвратить рост температур
обратной воды, характерный для условий индивидуального тер-
терморегулирования, и, таким образом, получить дополнительную
экономию тепловой энергии.
Регулирование давления в автоматизированной двухтрубной
системе отопления [86] позволяет избежать роста перепада дав-
давлений перед регулирующими органами индивидуальных термо-
терморегуляторов, гарантировать их надежную работу и обеспечить
дополнительную экономию электроэнергии на перемещение теп-
теплоносителя по системе.

Глава VIII
ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ СТУПЕНИ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ РАСХОДОМ ТЕПЛОТЫ
§ 8.1. Характеристика промежуточных ступеней
управления
Как было сказано в главе I, в системах централизованного
теплоснабжения необходимо иметь несколько иерархических
уровней — ступеней управления: центральное, промежуточное и
индивидуальное. К промежуточным ступеням управления можно
отнести районное, групповое, местное и позонное (иофасадное)
(см. табл. 1.2).
Различные ступени управления, составляющие единую си-
систему АСУ ТП теплоснабжения, нельзя рассматривать изолиро-
изолированно друг от друга. Работа всех ступеней подчинена решению
общей задачи — обеспечению высокого качества, надежности и
экономичности теплоснабжения. Наряду с этим каждая из сту-
ступеней выполняет свои специфические, отличные от других функ-
функции.
Основные факторы, вызывающие необходимость промежуточ-
промежуточных ступеней управления, приведены в табл. 8.1. Влияние этих
факторов приводит к несоответствию между значениями пара-
параметров, устанавливаемых на источнике тепловой энергии (ТЭЦ,
районная котельная), и теми значениями, которые необходимо
поддерживать в месте нахождения данной ступени управления.
В связи с этим функциональные задачи, решаемые в автомати-
автоматизированных СЦТ каждой из промежуточных ступеней управле-
управления, заключаются прежде всего в корректировке режимов от-
отпуска теплоты, устанавливаемых предыдущими ступенями, с
учетом особенностей объекта, охватываемого данной ступенью.
Работы по автоматизации абонентских вводов были начаты
в нашей стране еще в довоенные годы. В то время в тресте
ОРГРЭС (ныне Союзтехэнерго) под руководством инж.
П. М. Брика был разработан метод автоматических периодиче-
периодических отключений подачи теплоты на отопление. Регулирование
предполагалось вести по температуре среды, заполняющей «изо-
«изотермический ящик», находящийся снаружи здания.
В конце 40-х годов в тепловой сети Мосэнерго на ряде або-
абонентских вводов были установлены регуляторы местных про-
пропусков, отключающие подачу теплоты в систему отопления при
превышении внутренней температуры в двух из трех контроль-
контрольных помещениях здания [52].
Ряд важных работ по созданию способов, технологических
схем и технических средств автоматизации абонентских вводов
был выполнен в ФЭИ АН ЛатвССР, Челябинском нолитехниче-
165

Таблица 8.1. Основные факторы, вызывающие необходимость
промежуточных ступеней управления
Классы факторов
Факторы
Несоответствие требований
к режимам функционирования
теплового источника, тепло-
тепловых сетей и потребителей теп-
теплоты
Неоднородный характер и
режим теплопотребления
Несоответствие статиче-
статических характеристик систем
отопления режиму централь-
центрального регулирования расхода
теплоты
Неодинаковые динамиче-
динамические характеристики отапли-
отапливаемых зданий, абонентских
систем отопления и участков
тепловой сети до данного по-
потребителя
Неодинаковые величины
внешних возмущений
Влияние возмущений на ре-
регулирующую величину (тем-
(температуру и расход теплоноси-
теплоносителя), действующих между
источником теплоты и данной
ступенью управления
1. Резкопеременный характер теплопо-
теплопотребления
2. Недопустимость частых и резких из-
изменений режимов работы теплосило-
теплосилового оборудования ТЭЦ и районных
котельных
3. Зависимость режима работы ТЭЦ от
режима электроэнергетической систе-
системы
1. Невозможность осуществления цен-
центрального регулирования по отопи-
отопительному графику во всем диапазоне
тепловых нагрузок
2. Различные оптимальные режимы про-
программного отпуска теплоты для зда-
зданий разного назначения (жилые, об-
общественные, промышленные здания)
1. Неодинаковые расчетные значения
температур воздуха в отапливаемых
зданиях (жилые дома, школы, дет-
детские сады, больницы, магазины, про-
промышленные здания и пр.)
2. Неодинаковые значения расчетных
температур наружного воздуха (зда-
(здания различной массивности)
3. Несоответствие поверхности нагрева
приборов, установленных в здании
4. Неодинаковое охлаждение воды в
трубопроводах при транспорте тепло-
теплоносителя до различных зданий
1. Разная тепловая устойчивость зданий
2. Неодинаковые динамические характе-
характеристики систем отопления (конвек-
торных, радиаторных, панельно-лучп-
стых)
3. Разные величины транспортного за-
запаздывания в тепловой сети (до дан-
данного здания)
1. Неодинаковые значения температур
наружного воздуха в различных точ-
точках района теплоснабжения
2. Различное воздействие солнечной ра-
радиации и ветра
1. Работа установок с технологической
нагрузкой и горячего водоснабжения
2. Работа установок приточной вентиля-
вентиляции и кондиционирования воздуха
3. Переключения в тепловой сети
166

ском институте и Челябинскгражданпроекте, ЛНИИ Академии
коммунального хозяйства, МНИИ ТЭП, Мосжилниипроекте,
ВНПЙГСе, Московском энергетическом институте, ЦНИИЭП
инженерного оборудования, Таллинском политехническом ин-
институте и в других организациях.
Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф. Э. Дзер-
Дзержинского, Академией коммунального хозяйства (АКХ) им.
К. Д- Памфилова, Мосжилниипроектом, Запорожтеплосетыо,
МПИИТЭПом, Ленниипроектом проведены значительные работы
в области автоматизации центральных тепловых пунктбв.
Следует отметить также разработки автоматизированных
контрольно-распределительных пунктов, выполненных в АКХ
(под руководством Н. К- Громова), в Харьковтеплосети, в теп-
теплосети Мосэнерго, во ВНИПИЭнергопроме.
В ряде городов страны (Москва, Челябинск, Запорожье, Сим-
Симферополь, Рига и др.) уже накоплен значительный опыт внед-
внедрения систем локальной автоматизации индивидуальных и цен-
центральных тепловых пунктов, а также контрольно-распредели-
контрольно-распределительных.
В соответствии с Постановлением Совета Министров СССР
от 07.06.79 «О мерах по сокращению потерь тепла в зданиях
жилищно-гражданского и производственного назначения и теп-
тепловых сетях» Министерством приборостроения, средств автома-
автоматизации и систем управления разработана и серийно освоена
достаточно широкая номенклатура приборов и устройств учета,
контроля и регулирования для систем теплоснабжения, в том
числе автоматических регуляторов для центральных и индиви-
индивидуальных тепловых пунктов жилых, общественных и промыш-
промышленных зданий.
Министерством химического и нефтяного машиностроения
СССР разработана и освоена новая регулирующая и запорная
арматура для автоматизации систем теплоснабжения. Министер-
Министерством электронной промышленности СССР освоен выпуск авто-
автоматических регуляторов расхода теплоты для элеваторных або-
абонентских вводов. Госстроем СССР утверждены проектные реше-
решения и нормативные документы по автоматизации тепловых пунк-
пунктов. Тем не менее в отечественных системах теплоснабжения
средства локальной автоматизации на промежуточных ступенях
управления до сих пор повсеместного применения не получили.
§ 8.2. Методы автоматического управления
Автоматическое управление отпуском теплоты на рассматри-
рассматриваемых объектах может производиться по отклонению регули-
регулируемой величины, по возмущению и путем комбинирования этих
методов [19, 70, 84, 86].
В первом случае датчики, замеряющие температуру внутрен-
внутреннего воздуха, устанавливаются в одном или нескольких отап-
167

ливаемых помещениях и приводят в действие регулятор при
отклонении этой температуры от установленного значения. Для
осуществления программного регулирования датчики обору-
оборудуются специальным устройством, связанным с часовым меха-
механизмом.
При регулировании по возмущению датчики устанавливают-
устанавливаются снаружи здания и замеряют значения метеорологических па-
параметров. Использование этого метода требует соблюдения усло-
условия инвариантности объекта теплоснабжения (системы отопле-
отопления) по отношению к внешним возмущениям.
Математически это условие выражается следующим обра-
образом [91]:
Ц7упр = Ч7ВОЗМ, (8.1)
где И7упр — передаточная функция по управляющему воздействию; П^озм — то
же, по возмущающему воздействию.
Расшифровывая значения указанных передаточных функ-
функций, можно получить [91]'
W6.
(8.2)
где (Уснет — передаточная функция объекта теплоснабжения, охватываемого
данной ступенью управления, от температуры (расхода) теплоносителя на вы-
выходе из узла управления к количеству теплоты, передаваемой воздуху отапли-
отапливаемого помещнеия; WKOMn — передаточная функция регулятора с соответ-
соответствующим компенсирующим устройством; Wu, W& — передаточные функции
теплоемких и нетеплоемких наружных ограждений — от изменения метеороло-
метеорологических условий к количеству теплоты, теряемой отапливаемыми помеще-
помещениями.
Схема компенсации возмущений, отвечающая уравнению
(8.2), приведена на рис. 8.1.
Достоинство автоматического управления по отклонению за-
заключается в том, что регулятор учитывает всю совокупность
факторов, влияющих на температурный режим отапливаемых
помещений, и выполняет свою задачу независимо от причин,
"I
Рис. 8.1. Схема компен-
компенсации возмущений в си-
системе теплоснабжения
(отопления)
168

вызвавших отклонение внутренней температуры. Эксплуата-
Эксплуатационные изменения статических и динамических характеристик
объекта практически не сказываются на качестве регулирова-
регулирования. Недостатки этого метода заключаются в следующем.
В современных многоэтажных зданиях даже при хорошо от-
отрегулированной системе отопления наблюдается значительный
разброс температур воздуха в отапливаемых помещениях, на-
намного превышающий допустимую точность регулирования.
В связи с этим выбор представительных помещений с целью све-
сведения к минимуму влияния случайных, локальных факторов на
процесс управления представляет большие трудности. Увеличе-
Увеличение же с этой целью общего количества датчиков — контроль-
контрольных помещений приводит к удорожанию автоматики, усложне-
усложнению ее обслуживания и снижению надежности.
Система автоматического управления по отклонению внут-
внутренней температуры обладает неблагоприятными динамическими
характеристиками, поскольку замкнутый контур регулирования
содержит в данном случае звено с большой инерционностью —
отапливаемое здание.
В случае охвата ступенью управления целого ряда зданий
(ЦТП, КРП) негативное влияние указанных обстоятельств
(разброс температур в помещениях, большая инерционность кон-
контура регулирования) при регулировании по отклонению еще
более возрастает.
Достоинство автоматического управления по возмущению
состоит в том, что оно производится по основным факторам,
определяющим режим теплопотребления зданий (температура
наружного воздуха, скорость ветра, солнечная радиация). Влия-
Влияние локальных, случайных факторов на температуру воздуха в
том или ином помещении на процесс управления исключается.
При управлении по возмущению система обладает хорошими
динамическими свойствами, так как в контур регулирования не
входит отапливаемое помещение. При этом регулятор начинает
выполнять свою задачу еще до того, как возмущающее воздей-
воздействие проникло в отапливаемое помещение и вызвало в нем от-
отклонение регулируемой величины — температуры воздуха — от
заданного значения.
Недостаток этого метода заключается в том, что регулятор
реагирует только на те возмущения, которые оцениваются со-
соответствующими датчиками и заложены в закон управления.
Учитывая многообразие возмущений, действующих в системе
теплоснабжения, и особенности этой системы как объекта управ-
управления, становятся очевидными те трудности принципиального
характера, которые возникают при применении рассматривае-
рассматриваемого метода управления.
Необходимо отметить, что автоматическая разомкнутая си-
система управления по возмущению в «чистом» виде не получила
применения в практике теплоснабжения и отопления.
169

Наиболее распространенная схема управления по возмуще-
возмущению предусматривает наличие обратной связи по параметру
теплоносителя в тепловом пункте. В связи с этим система управ-
управления оказывается частично замкнутой (по регулирующему па-
параметру) и в ее контур включается источник теплоты, тепловые
сети, а при установке датчика температуры на обратном тру-
трубопроводе— и система отопления. Таким образом, создается
принципиальная возможность исключить влияние случайных от-
отклонений режима работы тепловой сети на тепловой режим
здания.
Рассматриваемая схема реализует следующий закон управ-
управления:
U = F (В), (8.3)
где П — параметр обратной связи; В — внешние возмущения, заложенные в
закон управления.
В качестве обратной связи П в различных схемах автомати-
автоматизации систем теплоснабжения и отопления используются темпе-
температура воды на входе в пункт управления, температура обрат-
обратной воды, полусуммы температур прямой и обратной воды, рас-
расход воды, температура и расход воды.
Во многих существующих системах автоматизации для
оценки внешних возмущений используются датчики темпера-
температуры наружного воздуха. Величина сигнала от этого датчика
сравнивается с температурой теплоносителя, которая должна
быть равна температуре по отопительному графику, заложен-
заложенному в закон управления. Преимуществом такой системы яв-
является простота схемной реализации, а недостатком — отсут-
отсутствие учета при управлении других метеорологических факторов
(кроме наружной температуры), а также динамических свойств
объекта.
Для формирования сигнала, характеризующего величину
внешних возмущений В, могут применяться физические и мате-
математические модели.
В первом случае используется датчик, обеспечивающий комп-
комплексный учет метеорологических параметров (температуры на-
наружного воздуха, скорости ветра, солнечной радиации), дей-
действующих на здание или его зону (фасад). Такого рода датчик
должен представлять собой физическую модель, теплофизиче-
ские характеристики которой подобны теплофизическим харак-
характеристикам здания (или его зоны) по всем каналам передачи
внешних возмущений [70].
Во втором случае параметры внешней среды замеряются с
помощью стандартных метеорологических датчиков. Получен-
Полученная от этих датчиков информация поступает на вычислительное
устройство, которое в зависимости от замеренных величин, вре-
времени суток, дня недели, а также других факторов рассчитывает
в соответствии с программой, построенной для эталонной мо-
170

дели здания, требуемое значение параметра П3. Значение П3
сравнивается с фактически замеренным значением параметра
Пф, в результате чего регулятор вырабатывает соответствующее
корректирующее воздействие.
Как уже отмечалось, наряду с регулированием по отклоне-
отклонению и по возмущению находят применение системы комбиниро-
комбинированного управления. Один из вариантов системы комбиниро-
комбинированного управления, при котором часть отопительного сезона
регулирование отпуска теплоты производится по отклонению, а
часть — по возмущению, описан в § 8.3.
Следует отметить, что системы адаптивного управления, ко-
которым в последнее время в отопительной технике уделяется все
большее внимание, также основываются на совместном исполь-
использовании принципов управления по возмущению и по отклоне-
отклонению. Особенность этих систем состоит в том, что математиче-
математическая эталонная модель здания, по которой определяется вели-
величина управляющего воздействия, не является жестко детерми-
детерминированной, а корректируется в процессе эксплуатации в соот-
соответствии с информацией о фактическом тепловом состоянии
объекта.
§ 8.3. Местное автоматическое регулирование расхода
теплоть!
Количественная оценка несоответствия между значениями
параметров теплоносителя в тепловой сети и теми параметрами,
которые требуется поддерживать в абонентских вводах, может
быть выполнена с использованием величин, приведенных в
табл. 8.2.
Помимо общего размера нарушений подачи теплоты, при
оценке температурного режима помещений должны быть при-
приняты во внимание длительность нарушения режима и динами-
динамические характеристики (теплоустойчивость) отапливаемых по-
помещений (см. § 2.1 и 2.2).
Кроме того, необходимо учитывать, что отклонения парамет-
параметров теплоносителя в существующих системах отопления, за ис-
исключением бифилярных систем, вызывают непропорциональное
изменение теплоотдачи нагревательных приборов, расположен-
расположенных в различных этажах.
В качестве показателя, дающего представление о непропор-
непропорциональности в изменении расходов теплоты, может быть при-
принят коэффициент
Р = A ~ ttnlnVO - »). (8-8)
где (/«ни — коэффициент расхода теплоты в приборах отстающего этажа.
Во избежание разрегулировки системы отопления и сохране-
сохранения пропорционального распределения теплоты между нагре-
нагревательными приборами при местном автоматическом регулиро-
171

Таблица 8.2. Статические зависимости между параметрами теплоносителя
в тепловой сети и коэффициентом расхода теплоты в абонентском вводе
Характер нарушения
режима
Способ присоеди-
присоединения систем
отопления
Зависимости между параметрами
Нарушение ги-
гидравлического
режима
Отклонение
температуры
теплоносителя
Непосредствен-
Непосредственное
С подмешива-
подмешиванием
Непосредствен-
Непосредственное
С подмешива-
подмешиванием
Цтр-</'+" U'tp-'
(8.4)
у AT (l+2«)
2A
0,5
+ и
(8.5)
0,5(/ Д/тр (8.6)
(8.7)
Примечание: j, x — коэффициенты расхода теплоты и воды из тепловой
сети, равные отношению фактического расхода к требуемому расходу; АУтр,
Л?тр — требуемые перепады температур воды в тепловой сети и в системе отопле-
отопления ; 6<тр — требуемый температурный перепад между нагревательным прибором и
воздухом помещения; Д7\ Д? — отклонения температур теплоносителя в системе отоп-
отопления и тепловой сети от требуемых значений; я—показатель, характеризующий
зависимость коэффициента теплопередачи нагревательного прибора от темпера-
температурного напора.
вании последнее должно производиться по качественно-количе-
качественно-количественному графику.
Как показали исследования В. 1\. Дюскина и Е. А. Белин-
кого, указанная зависимость имеет вид:
*опт = ф
(8.9)
где jw — коэффициент расхода воды в системе по оптимальному графику ка-
качественно-количественного регулирования; ф — коэффициент отпуска теплоты,
равный отношению расхода теплоты, требуемого в данным момент времени,
к расчетному расходу; т — показатель степени: m=l/(l+n) (для верти-
вертикальных однотрубных систем отопления т = 0,75).
Используя зависимости табл. 8.2 и формулу (8.9), можно
определить:
нарушения режимов работы систем отопления при отсут-
отсутствии автоматического регулирования в абонентских вводах или
при несовершенстве этого регулирования;
172

CHCT
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 X
Рис. 8.2. Зависимости и = f(x) и хСист = F(x), при которых обеспечивается
пропорциональное распределение теплоты между нагревательными приборами
/—q, = 0,-_1; 2 —(f = o,(i; J — <r=— 1.0.
необходимую глубину (диапазон) регулирования в автома-
автоматизированных абонентских вводах;
необходимый закон изменения расходов воды в системе отоп-
отопления при местном автоматическом регулировании расхода теп-
теплоты, обеспечивающий пропорциональное изменение теплоот-
теплоотдачи нагревательных приборов, т. е. исключающий разрегули-
разрегулировку систем отопления (рис. 8.2).
Из рисунка видно, что с увеличением расхода воды из теп-
тепловой сети х коэффициент смешения и должен уменьшаться,
а расход воды в системе отопления л'СИст увеличиваться.
На характер зависимостей u = f(x) и xcncT = F(x) коэффи-
коэффициент отпуска теплоты ср практически не влияет.
Таким образом, регулирование отопительной нагрузки при
зависимом присоединении местных систем следует производить
путем одновременного изменения расхода воды из тепловой сети
и коэффициента смешения.
В табл. 8.3 и на рис. 8.3 приведены требуемые значения коэф-
коэффициентов смешения в абонентских вводах при несоответствии
Таблица 8.3. Необходимые значения коэффициентов смешения
в абонентских вводах зданий с различными расчетными внутренними
температурами
Температура
наружного
воздуха, °С
-30
+ 10
Расчетные
внутренние
температуры. °С
16—22
16
18
20
22
Коэффициент
отпуска теплоты
1,00
0,13
0,17
0,20
0,23
Коэффициент
смешения
2,2
4,2
2,2
1,0
0,2
173

7,0
0,9
2,2
Тв
1,0
L
-
-у
i И
i I
м
20 40 60 SO 700 720 Ъ,Ч
Рис. 8.3. Показатели ре-
режима работы абонент-
абонентских пподов после скач-
скачкообразного понижения
наружной температуры
(Aif = М/Мр = 0,3) при
различных динамических
характеристиках отапли-
отапливаемых зданий и тепло-
тепловой сети
а — здание с отношением
медленных тепловых по-
потерь к общим теплопоте-
рям ф = 0,2; центральное
регулирование ориентирует-
ориентируется на здания с <р = 0,5;
б — здание с <р = 0,8; цен-
центральное регулирование
ориентируется на здания с
Ф — 0,5; в — здание имеет
сгены п 1,5 кирпича; цен-
центральное регулирование
ориентируется на здания со
стенами в 2,5 кирпича; г —
транспортное запаздывание
в тепловой сети A_=64 ;
центральное регулирование
транспортного запаздыва-
запаздывания не учитывает; у — ко-
коэффициент расхода тепло-
теплоты при отсутствии местного
автоматического регулирова-
регулирования; и — требуемый коэф-
коэффициент смешения в або-
абонентском вводе для предот-
предотвращения отклонений в по-
подаче теплоты
статических и динамических характеристик местных систем ха-
характеристикам, на которые ориентируется режим работы тепло-
тепловой сети.
Приведенные данные показывают, что коэффициенты смеше-
смешения в ряде случаев необходимо изменять в зависимости от теп-
тепловой нагрузки — коэффициента отпуска теплоты (в частности,
когда расчетные температуры воздуха в здании отличаются от
температур, заложенных в основу графика центрального регу-
регулирования).
Коэффициенты смешения должны также меняться в дина-
динамике во время переходного процесса (например, для зданий,
где толщина стены или соотношение быстрых и медленных теп-
лопотерь отличаются от значений, на которые ориентируется
режим работы тепловой сети).
На рис. 8.4 показаны различные технологические схемы ав-
автоматического регулирования в абонентских вводах.
Схема с непосредственным присоединением (рис. 8.4, а) мо-
может быть применена в тех случаях, когда расчетные темпера-
температуры теплоносителя в тепловой сети в системе отопления совпа-
совпадают. Для предотвращения тепловой разрегулировки (особенно
в многоэтажных зданиях) система отопления должна быть би-
филярной (подробно см. § 8.4).
174

в)
Рис. 8.4. Технологические схемы автома-
автоматического регулирования в абонентских
вводах
а — при непосредственном присоединении си-
систем отопления; б — при обычном элеватор-
элеваторном присоединении систем отопления; в —
при применении регулируемых элеваторов с
дроссельной иглой; г — при применении двух-
сопловых элеваторов; д — при насосном при-
присоединении; е — при последовательной уста-
установке элеватора и насоса; ж— при незави-
независимом присоединении систем отопления
Автоматизация обычной элеваторной схемы (рис. 8.4, б)
была осуществлена Теплосетью Мосэнерго и Физико-энергети-
Физико-энергетическим институтом АН Латвийской ССР. Благодаря своей про-
простоте эта схема получила достаточно широкое распространение
[18,52].
Вместе с тем, как видно из рис. 8.5, режимы регулирования
при рассматриваемой схеме не являются совершенными. Прежде-
всего не достигается сколько-нибудь значительный рост подачи
теплоты в здание (у) при увеличении пропуска воды из тепло-
тепловой сети (х). Так, при коэффициенте смешения и = 2,2 увеличе-
увеличение расхода воды из тепловой сети в 2 раза приводит к росту
коэффициента расхода теплоты у всего немногим более чем на
30%- Непрерывное регулирование по этой схеме связано с не-
неизбежным нарушением пропорционального распределения теп-
теплоты между нагревательными приборами системы отопления.
В качестве примера можно привести показатели режима при
уменьшении расхода воды из сети на 50%. Для предотвраще-
предотвращения разрегулировки в системе отопления коэффициент смешения
должен составлять и = 3,8, а коэффициент расхода воды в си-
системе отопления лгсист = 0,90. Фактические показатели соста-
составили: « = 2,2; л:сист = 0,5.
Двухпозиционное регулирование по этой схеме также вызы-
вызывает тепловую разрегулировку системы отопления: при перио-
периодических отключениях системы отдаленные (по ходу воды) при-
175

О 0,4 0,8 1,2 1,6 ас
О
ос
Рис. 8.5. Показатели теплового (а) и гидравлического (и) режимом абонент-
абонентского ввода с элеваторным узлом смешения при местном количественном ре-
регулировании расхода теплоты
1 - требуемые значения параметров; 2 — параметры, обеспечиваемые при данной схеме
регулирования
боры получают в среднем за сутки меньшее количество теплоты,
чем расположенные близко. С повышением частоты отключений
размер тепловой разрегулировки увеличивается. Поэтому режим
местных автоматических пропусков допустим только для усло-
условий малопротяженных систем отполения (с небольшой разни-
разницей в величинах транспортного запаздывания для «головных»
и «хвостовых» нагревательных приборов) и для затрубленного
регулирования, при котором отключения системы происходят не
часто (период между отключениями намного больше транспорт-
транспортного запаздывания).
Устранить отмеченные недостатки местного автоматического
регулирования в абонентских вводах позволяют регулируемые
элеваторы, которые в отличие от элеваторов традиционной кон-
конструкции функционируют с переменным коэффициентом смеше-
смешения (рис. 8.4,в).
В нашей стране изготавливаются регулируемые элеваторы
конструкций Мосспецпромпроекта, Орловского ПО Промприбор,
АКХ им. К. Д. Памфилова. Наибольшее распространение полу-
получили гидроэлеваторы конструкции ЦНИИ «Электроника» типов
«Электроника Р-1М1» и «Электроника Р-1П1». Как и устрой-
устройства фирмы «Бельц-автоматик» (ФРГ), все перечисленные гид-
гидроэлеваторы снабжены регулировочной дроссельной иглой, пе-
перемещающейся внутри рабочего сопла. При этом изменяется
площадь выходного сечения сопла, а следовательно, и расход
сетевой воды, протекающей через сопло. Одновременно изме-
изменяется и коэффициент инжекции (см. рис. 8.6). Основным недо-
недостатком рассматриваемых регулируемых элеваторов является
наличие у них подвижных элементов, что усложняет конструк-
конструкцию ц снижает эксплуатационную надежность.
176

Рис. 8.6. Конструктиипая схема электронного регулятора отопления «Элек-
«Электропика Р-1М1»
/ — электронный блок; 2 — исполнительный механизм; 3 — уплотнителышй узел; 4 —
гидроэлеватор; 5 — сопло; 6 — регулирующий шток с наконечником (иглой)
В отличие от элеваторов с дроссельной иглой двухсопловые
регулируемые элеваторы, разработанные ВНИИГСом и Таллин-
Таллинским политехническим институтом, не имеют подвижных элемен-
элементов и в основном сохраняют конструкцию элеваторов серийного
производства.
Технологическая схема абонентского ввода с двухсопловым
элеватором приведена на рис. 8.4, г, а общий вид регулируе-
регулируемого элеваторного узла — на рис. 8.7. Как видно из рисунка,
двухсопловой элеватор состоит из базового элеватора обычной
конструкции и сборного соплового устройства, которое представ-
представляет собой насадку, собираемую из унифицированных деталей,
и содержит два расположенных одно в другом сопла. Регули-
Регулируемый элеваторный узел состоит из двухсоплового элеватора,
регулирующего органа и байпаса для подключения внутрен-
внутреннего сопла к подающему трубопроводу
тепловой сети [23].
Регулируемый элеваторный узел
может работать в одном из двух режи-
режимов— базовом (пониженном) или рас-
расчетном. В базовом режиме регулирую-
регулирующий орган закрыт и подача сетевой
воды в камеру смешения осуществ-
осуществляется только через внутреннее сопло,
Рис. 8.7. Общий вид регулируемого элеваторного узла с двухсопловым элева-
элеватором
/--базовый элеватор; 2 — сборное сопловое устройство; 3 — ниппель (вкладыш); 4 —
тройник углопой; ! — тройник; 6 — трубопровод-байпас; 7 — регулирующий вентиль
177

Рис. 8.8. Показатели ре-
режима работы абонентско-
абонентского ввода с насосным уз-
узлом смешения
/ — требуемые значения па-
параметров; 2 — то же, фак-
фактические
0,8 1,0 1,2 7,4 1,6 X
входное отверстие которого пропускает 25—30 % расчетного
расхода сетевой воды. Коэффициент смешения при этом оказы-
оказывается достаточно высоким (« = 4 ч- 5), в связи с чем в системе
отопления сохраняется устойчивая циркуляция при пониженной
температуре теплоносителя, оС.
В расчетном режиме регулирующий орган открывается и в
работу включается наружное сопло. В результате расход воды
из тепловой сети на отопление здания восстанавливается до рас-
расчетного количества, а температура воды в системе отопления
возрастает [96]. „
Необходимо отметить, что| при применении двухсопловых эле-
элеваторов автоматика абонентского ввода оказывается проще по
сравнению с обычной элеваторной схемой, а также_с[-регулируе-
мым элеватором с дроссельной иглой. Объясняется это тем, что
рассматриваемая схема удачно сочетается с использованием
Т??4Й>олее дешевых и надежных устройств двухпозициопного ре-
регулирования.
Серийное производство двухсопловых элеваторов организо-
организовано в 1984 г. на Сантехзаводе № 3 треста «Востоксантехмон-
таж» Минмонтажспецстроя СССР.
Результаты экспериментальных исследований режима ра-
работы автоматизированного абонентского ввода с насосным
узлом смешения (рис. 8.4, д) приведены на рис. 8.8. Из рисунка
видно, что при этой технологической схеме изменение расхода
воды в системе отопления хскст и коэффициента смешения и
близко соответствуют требуемым режимам. Так, в диапазоне из-
изменений расхода воды из тепловой сети 0,5 ^ х ^ 1,5 разница
между фактически полученными и оптимальными значениями
#сист и и составила менее 5 %.
В нормальных условиях эксплуатации схема обеспечивает
хорошие показатели теплового и гидравлического режимов си-
системы отопления. Достоинство ее заключается в том, что при
полном отключении подачи теплоносителя из тепловой сети в
аварийных ситуациях благодаря работе насоса в системе сохра-
сохраняется нормальная циркуляция воды. В связи с этим удлиняет-
J78

ся время сохранения приемлемых температурных условий в
отапливаемых помещениях и уменьшается опасность выхода си-
системы из строя вследствие замерзания воды в трубах.
Рассматриваемая схема может успешно применяться в тех
случаях, когда из-за недостаточного перепада давлений на теп-
тепловом вводе элеватор не в состоянии обеспечить циркуляцию в
системе отопления.
Следует отметить, что автоматизированные абонентские вво-
вводы с насосным узлом смешения получили широкое распростра-
распространение в зарубежной практике [33]. Их применение в СССР
сдерживалось из-за отсутствия массового производства бесшум-
бесшумных циркуляционных насосов, выпуск которых в настоящее вре-
время освоен заводом «Молдавгидромаш».
Недостаток схемы с насосным узлом смешения заключается
в возможности резких нарушений нормального теплоснабжения
здания при остановке циркуляционного насоса или неисправ-
неисправности регулятора.
Этого недостатка лишена схема, показанная на рис. 8.4,E,
особенность которой заключается в последовательной работе
двух смесительных устройств: насоса и элеватора.
Некоторые показатели гидравлического режима абонентского
ввода при указанной схеме приведены в табл. 8.4, из которой
видно, что включение насоса на перемычке вызывает существен-
существенное повышёТп7ё~'коэф'фтд№снта сяешеиня"~и усиление циркуляцитт"
-в—спстеме~*~оТо"ттения. Расход воды из тепловой сети при'этоST
"~сокраТцаёТсТ1. " '""
* Расчеты показали, что путем подбора комбинаций характе-
характеристик водоструйного и'центробежного насосов оказывается воз-
^дггСТжны>Гобеспечение при этой схеме оптимального режима ра-
боты систем отопления"в широком диапазоне местного регулиро-
регулирования тепловой нагрузки. "~~ ~
' На рис. 8.4, ж приведена схема с независимым присоедине-
присоединением абонентских установок к тепловой сети. Ее достоинство
заключается в гибкости управления режимом и повышенной на-
Таблпца 8.4. Показатели гидравлического режима абонентского ввода
с элеватором и насосом на перемычке
Режим
Режим расчетный. Насос отключен (Днас =
= 0)
Насос включен. Напор насоса равен расчетно-
расчетному гидравлическому сопротивлению системы
Насос включен. Напор насоса равен удвоенному
расчетному гидравлическому сопротивлению си-
системы (ДЯнас = 2Д/Ус„ст)
X
1,0
0,90
0,835
и
1,4
2,6
3,55
•*сист
1,0
1,35
1,58
179

e e l< »
I* If I! t
Рис. 8.9. Общий вид автоматизированного теплового пункта, изготавливаемого
Комбинатом технического оборудования зданий (ГДР)
дежности в связи с гидравлической изоляцией систем отопления
от тепловой сети.
Следует отметить, что схемы с независимым присоединением
наиболее распространены за рубежом.
Для иллюстрации на рис. 8.9 показан общий вид автомати-
автоматизированного теплового пункта полной заводской готовности, из-
изготавливаемого в ГДР Комбинатом технического оборудования
зданий [78].
Для местного автоматического регулирования применяются
различные типы регуляторов: прямого и непрямого действия,
с манометрическими и электрическими приборами, с исполни-
исполнительными механизмами непрерывного и двухпозиционного дей-
действия, с регулированием по отклонению, возмущению и путем
сочетания этих методов, осуществляющие пропорциональный и
изодромный законы регулирования, с постоянной и переменной
структурой (адаптивные) и т. д.
На рис. 8.10 показана принципиальная схема системы ком-
комбинированного управления, реализованной на регуляторах пря-
прямого действия и разработанной И. С. Сергеевым в Смоленском
НИИ Техноприборе (г. Смоленск) и Белорусском политехниче-
политехническом институте [43].
180

Особенность этой системы состоит в том, что при низких и
среднезимних температурах наружного воздуха, когда тепловой
источник отпускает теплоту в здание по отопительному темпера-
температурному графику, автоматическое регулирование производится
по отклонению внутренней температуры в представительных по-
помещениях, воспринимаемой датчиками /.
При положительных температурах наружного воздуха ниже
точки срезки температурного графика, когда отпуск теплоты в
тепловую сеть производится при постоянной температуре, опре-
определяемой условиями горячего водоснабжения, регулирование
производится по возмущению — изменению температуры наруж-
наружного воздуха, воспринимаемому датчиком 2. Включение в ра-
работу датчика 2 осуществляется с помощью разделительного
сильфона 3.
С целью упрощения эксплуатации автоматики и снижения
ее стоимости во ВНИИГСе В. Г. Драчневым и в КиевЗНИИЭПе
разработана система централизованного управления работой
абонентских вводов. Главными особенностями этой системы яв-
являются:
размещение аппаратуры управления в общем для группы
автоматизированных абонентских вводов пункте управления;
централизованное телемеханическое управление рабочими
органами регуляторов отопления из группового пункта управ-
управления;
использование в качестве линий связи между групповым
пунктом управления и абонентскими вводами свободных нар
Рис. 8.10. Схема комбинированного автоматического управления отпуском
теплоты на отопление зданий
' — датчик температуры воздуха в помещении; 2 — датчик температуры наружного
воздуха; з,— разделительное устройство; 4 — задатчик; 5 — исполнительный механизм-
о — регулирующий орган ' '
181

городской телефонной сети, образующих физическую цепь про-
произвольной структуры;
В системе ВНИИГС на абонентских вводах предусматри-
предусматривается установка только рабочих органов-регуляторов (регули-
(регулирующих вентилей с электромеханическим приводом), а само ре-
регулирование осуществляется путем поддержания соотношения:
температура теплоносителя в общем для группы обслуживаемых
зданий обратном трубопроводе теплосети — температура наруж-
наружного воздуха.
Система КиевЗНИИЭП предполагает дополнительное разме-
размещение на абонентских вводах зданий датчиков температуры
теплоносителя в системе отопления, циклический опрос этих
датчиков и регулирование режима отопления каждого здания
в отдельности, осуществляемое по методу поочередного опроса
абонентских вводов.
В этой системе использована телемеханическая аппаратура
с последовательным разделением каналов связи, а само регули-
регулирование производится путем поддержания заданного соотноше-
соотношения: температура теплоносителя в системе отопления отдельного
здания — температура наружного воздуха.
§ 8.4. Позонное автоматическое регулирование
расхода теплоты
Позонное деление систем отопления может быть пофасадным
(вертикальным) или поэтажным (горизонтальным). В зданиях
большой строительной ширины возможно также выделение
внешних — периметральных (подверженных влиянию метеофак-
метеофакторов) и внутренних зон [89]. Выбор того или иного вида зони-
зонирования либо применение на объекте общего регулирования без
деления систем отопления на зоны определяется назначением
здания, его высотой, объемом и конструктивно-планировочными
особенностями, местными метеорологическими условиями, а
также тепловым режимом внутри здания.
Позонное автоматическое регулирование позволяет учиты-
учитывать неодинаковые воздействия условий погоды, наружной тем-
температуры, ветра, солнечной радиации на различные зоны зда-
здания по высоте и по странам света (фасадам).
Из двух видов зонирования в отечественной практике более
широкое применение получило пофасадное деление систем и со-
соответственно пофасадное автоматическое регулирование. Иссле-
Исследования показали [63, 90], что пофасадное регулирование целе-
целесообразно для зданий как повышенной, так и средней этаж-
этажности, особенно расположенных «в раскрытых» кварталах но-
новой застройки. В первую очередь его следует применять в кли-
климатических районах со значительными скоростями ветра и боль-
большим количеством солнечных дней в течение отопительного се-
182

зона, так как оно позволяет существенно улучшить микрокли-
микроклимат в отапливаемых помещениях и получить в отдельные ме-
месяцы экономию теплоты до 15—20 %.
О высокой эффективности рассматриваемого способа регули-
регулирования свидетельствуют результаты длительных эксплуата-
эксплуатационных исследований, выполненных под руководством
В. П. Туркина в жилых домах г. Челябинска. В качестве при-
примера на рис. 8.11 приведены показатели теплового режима зда-
здания, оборудованного бифилярной панельной системой отопления
с автоматическим пофасадным регулированием. Из рисунка вид-
видно, что южный фасад здания потреблял значительно меньше
тепловой энергии по сравнению с северным. Экономия теплоты
за счет пофасадного регулирования составила за отопительный
сезон 1980—1981 гг. 17,4%.
К этому следует добавить, что пофасадное деление систем
отопления зданий типовых серий технических трудностей не вы-
вызывает и требует сравнительно небольших дополнительных ка-
капитальных затрат.
Горизонтальное деление системы отопления находит в отече-
отечественной практике значительно меньшее применение. Очевидно,
его целесообразно использовать в высотных зданиях (более
16—20 этажей), где по условиям эксплуатации инженерного обо-
оборудования требуется устройство одного или нескольких специ-
специальных технических этажей. Деление систем отопления на зоны
в этих условиях позволяет резко уменьшить вертикальную теп-
тепловую разрегулировку, а также снизить величины статического
давления в системе отопления.
Горизонтальное деление систем отопления на зоны может
оказаться целесообразным также и в менее высоких зданиях,
но при условии оборудования их горизонтальными системами
отопления.
Позонное регулирование, так же как и местное, может осу-
осуществляться по отклонению внутренней температуры в отапли-
отапливаемых помещениях, по возмущению и путем совместного ис-
использования обоих методов.
Однако, в отличие от местного регулирования в здании в
целом, которое может производиться по основному фактору,
определяющему режим теплопотребления, — изменению темпе-
температуры наружного воздуха с учетом инерционности ограждаю-
ограждающих конструкций, позонное (пофасадное) регулирование обяза-
обязательно предусматривает учет влияния ветра и солнечной радиа-
радиации.
На рис. 8.12 приведена принципиальная технологическая схе-
схема пофасадного управления температурным режимом жилых
зданий, разработанная Челябинским политехническим институ-
институтом (ЧПИ) и Челябинскгражданпроектом. Система предназна-
предназначена для применения в бифилярных системах отопления, допу-
допускающих глубокое количественное регулирование [63].
}83

О) tH,°C
-18
\::-32
5) Q,k
90
70
50
30
10
/
I
J>V-g Wg м
t@
Lj
ч
ст.
/С
/¦
.—
Г?
п
Ч
••*
И
—j
Л
у/
1"
^—-
|л|
I I
/ fl
л I
I
At—-
\
\
h
i
j
1
1
\T
\
\
—Ix
Регулятор настроен на 20
80
40
20
...
.^
у
***
*-*
4*
"S.
7,7
45
0,7
0,5
0,3
0,1
>
! \
\
л
1
Г
/
\
/
N
л
\
^*>
/"
^>
ч^>
,/
у.
">.
/
У*
\
/
е)
у
J\
\
J
I
щ
i
||
Г
)
\\
.->
ч
к
1
\,
\,
—
-\
V.
/
/
«
t
\
у13
12
Q,kBt
180
140
100
60
20
О 4 8 12 16 20244 8 12 16 20244 8 12 16 20244 в 12 162024
10.02.82 1102,82 12,02,82 13,02.32
Рмс. 8.11. Показатели теплового режима здания, оборудованного бифилярной
панельной системой отопления с автоматическим пофасадным регулированием:
а — температуры наружного воздуха и скорости ветра; б —тепловая энергия, посту-
поступающая в помещение через остекления от солнечной радиации; в— температура воз-
воздуха в помещениях; г — температура теплоносителя; 5 — расходы воды; е — расходы
тепловой энергии; / — температура наружного воздуха; 2 — скорость и направление
ветра; 3 — поступление тепла за счет солнечной радиации по южному фасаду; 4 —
то же по северному; 5 — температура внутреннего воздуха в помещениях, ориенти-
ориентированных на юг; 6 — то же, на север; 7 — температура воды, поступающей в систему
отопления; в — температура обратной воды южного фасада; 9 — то же, северного; 10 —
расход воды южного фасада; II —то же, северного; 12 — расход тепла на отопление
южного фасада; 13 — то же, северного

Рис. 8.12. Принципиальная технологическая схема автоматического регулиро-
регулирования систем отопления, разработанная Челябинским политехническим инсти-
институтом
/_ регулятор температуры теплоносителя на ТЭЦ; 2 — регулятор расхода теплоты;
3 — датчик температуры теплоносителя; 4 — датчик температуры наружного воздуха;
5 — ппфасадный регулятор расхода теплоты; 6 — датчик температуры внутреннего воз-
воздуха; 7 — изменение уставки по команде от ЭВМ пли диспетчера энергосистемы
Управление отпуском теплоты — трехступенчатое: I сту-
ступень—на ТЭЦ, II —в ЦТП, III —в ИТП. Принцип работы си-
системы автоматического регулирования в индивидуальных тепло-
тепловых пунктах (абонентских вводах)—по отклонению. Датчики
температуры устанавливаются в жилых помещениях. Их общее
количество зависит от числа комнат, расположенных вдоль дан-
данного фасада (в реальных проектах закладывалось до 12 датчи-
датчиков). Датчики — полупроводниковые, соединены последователь-
последовательно. Сигналы от них поступают на электронный регулятор, при-
приводящий в действие регулирующий орган роторного типа.
Как видно из рис. 8.12, количественное пофасадное регули-
регулирование по отклонению, реализованное в рассматриваемой схе-
схеме, дополняет и корректирует автоматическое регулирование на
предыдущей ступени — в ЦТП, осуществляемое по возмущению
(изменению температуры наружного воздуха).
Система пофасадного регулирования- по возмущению разра-
разработана Физико-энергетическим институтом АН Латвийской ССР.
Комплексный учет наружных тепловых воздействий (темпера-
(температуры наружного воздуха, скорости ветра, интенсивности солнеч-
солнечной радиации) производится специальным датчиком, созданным
этим институтом. В зависимости от величины сигнала, посту-
поступающего от датчика, в системе отопления поддерживается соот-
соответствующая температура теплоносителя. Регулирование им-
импульсное, с помощью электромагнитного клапана. Рассматри-
Рассматриваемая система прошла длительную эксплуатационную про-
проверку в ряде жилых домов г. Риги.
Необходимо отметить, что для пофасадного автоматического
регулирования могут быть также использованы системы с цен-
централизованным измерением параметров наружных тепловых воз-
Действий (рис. 8.13). Датчики погоды (температуры наружного
185

Рис. 8.13. Схема системы пофасадного управления с централизованным изме-
измерением параметров наружных тепловых воздействии
/, //—зоны здания: / — метеорологический пункт; 2 — датчики наружных тепловых
воздействии; 3 — управляющий комплекс; 4 — регуляторы; 5 — регулирующие органы с
исполнительными механизмами
воздуха, силы ветра, солнечной радиации) устанавливаются в
этом случае в специальном метеорологическом пункте, общем
для микрорайона. Для учета неодинакового влияния погоды на
различно ориентированные зоны зданий в метеорологическом
пункте устанавливается несколько групп датчиков в соответ-
соответствии с ориентацией по странам света фасадов отапливаемых
зданий. Сигналы от метеопуикта, а также от датчиков темпера-
температуры теплоносителя в системах отопления, обслуживающих зоны
здания, поступают на управляющий вычислительный комплекс,
где в соответствии с заданным алгоритмом формируются управ-
управляющие воздействия, которые подаются на исполнительные ме-
механизмы, установленные в абонентских вводах зданий [70].
§ 8.5. Групповое автоматическое регулирование
расхода теплоты (в центральных тепловых пунктах)
Схема присоединения абонентских установок через централь-
центральные тепловые пункты (ЦТП) наибольшее распространение по-
получила в крупных закрытых системах теплоснабжения. В ЦТП
устанавливаются подогреватели горячего водоснабжения, устрой-
устройства водоподготовки, циркуляционные насосы. Подогреватели
включаются по последовательной (двухступенчатой) либо сме-
смешанной схеме. Общая тепловая нагрузка, приходящаяся на один
ЦТП, обычно составляет 2—10 МВт.
Сооружение ЦТП приводит к разделению тепловых сетей на
внешние — двухтрубные и внутриквартальные (как правило, че-
тырехтрубные). Следует отметить, что исследования, выполнен-
выполненные Челябинским политехническим институтом, показывают це-
целесообразность сооружения (в определенных условиях,) трех-
трехтрубных внутриквартальных тепловых сетей: двух подающих
трубопроводов для отопления и горячего водоснабжения и од-
одного общего обратного трубопровода.
За последние годы центральные тепловые пункты стали при-
применяться и в открытых системах теплоснабжения. В этом случае
о ЦТП устанавливаются смесительные узлы горячего водосиаб-
186

жения и циркуляционные насосы, а при независимом присоеди-
присоединении систем отопления также водоводяные подогреватели.
Рациональные методы автоматического регулирования в
ЦТП и в абонентских вводах должны выбираться в первую оче-
очередь в зависимости от назначения и характеристик присоеди-
присоединенных зданий. При застройке зданиями с примерно одинако-
одинаковыми характеристиками целесообразно средства автоматиче-
автоматического регулирования сосредоточить в основном в ЦТП и управ-
управлять из него отпуском теплоты по возмущению (изменения по-
погодных условий, переменная нагрузка горячего водоснабжения,
нарушения гидравлических режимов тепловой сети). В случае
застройки зданиями с резко различными характеристиками
предпочтительно средства автоматического регулирования от-
отпуска теплоты на отопление размещать в абонентских вводах,
а в ЦТП сохранять узел управления горячим водоснабже-
водоснабжением.
В том случае, когда в тепловом районе, снабжаемом от ЦТП,
наряду с однотипными зданиями имеется несколько зданий, от-
отличающихся по назначению, по этажности и т. д., может ока-
оказаться целесообразным «смешанный» вариант управления.
В ЦТП устанавливается регулятор отпуска теплоты однотип-
однотипным зданиям, а режим отопления остальных зданий регулирует-
регулируется автоматическими приборами, смонтированными в индивиду-
индивидуальных тепловых пунктах.
В зависимости от местных условий возможны и другие ва-
варианты. Например, регулятор отпуска теплоты устанавливается
в ЦТП, а исполнительные механизмы и датчики температуры
теплоносителя — в абонентских вводах. Как было показано в
§ 8.4, при таком способе управления, несмотря на относительно
высокую степень централизации, возможно осуществление по-
фасадпого регулирования систем отопления.
Следует также отметить, что подключение зданий через ЦТП
в крупных системах теплоснабжения повышает управляемость
и надежность систем, облегчает возможность согласования (со-
(сопряжения) работы автономных регуляторов с управлением от
центрального диспетчерского пункта АСУ ТП теплоснабжения.
Как уже отмечалось (см. § 8.1), в отечественной практике
нашли применение несколько систем автоматизации ЦТП.
В большинстве систем в качестве регулируемого параметра при-
принята температура теплоносителя (или разность температур), а
в системе ВТИ — Мосжилниипроект — расход сетевой воды.
В ряде систем предусмотрено ограничение максимального рас-
расхода воды из сети при пиковых нагрузках горячего водоснаб-
водоснабжения.
Обоснование и разработка скоординированного отпуска теп-
тепловой энергии, предусматривающего понижение подачи теплоты
на отопление (перевод системы на пониженный температурный
график), в периоды прохождения максимума горячего водопот-
187

•\1ступень гл.
Рис. 8.14. Схемы автома-
автоматизации ЦТП с использо-
использованием регулятора Т-48
а — при установке циркуля-
циркуляционных насосов на обрат-
обратном трубопроводе; б —
фрагмент схемы при уста-
установке насосов на подающем
трубопроводе; в — фрагмент
схемы при независимом
присоединении квартальных
тепловых сетей; / — цирку-
циркуляционный насос; 2 — водо-
водонагреватель горячего водо-
водоснабжения; 3 — задвижка;
4 — обратный клапан; 5 —
термометр сопротивления;
6 — гидроэлеватор; 7 — во-
водонагреватель отопления;
РТ —регулятор температу-
температуры; РД — регулятор давле-
давления; ДР — датчик расхода;
ЭКМ — электроконтактный
манометр; Ю — клапан ре-
регулятора расхода теплоты
на отопление; БУ — блок
управления; ДРД — диффе-
дифференциальное реле давления
К1
•——@f<
ребления выполнены Т. А. А. Кыйвом в Таллинском политехни-
политехническом институте.
На рис. 8.14 приведена схема автоматизации ЦТП, разрабо-
разработанная МНИИТЭПом совместно с СКБприбор ПО «Промпри-
бор» (Орел). Для регулирования расхода теплоты в системах
отопления применен регулятор Т-48, созданный этим СКВ и из-
изготавливаемый Могилев-Подольским приборостроительным заво-
заводом [19].
Прибор построен по блочно-модульному принципу, позво-
позволяющему выпускать его в различных модификациях. Четыре
модификации предусматривают регулирование температурных
параметров теплоносителя, а одна (выполненная по заданию
Челябинскгражданпроекта) — температуру внутреннего воздуха.
Регулирование температуры теплоносителя (или разности
температур в подающем и обратном трубопроводах внутриквар-
талыюй сети) производится в зависимости от температуры на-
наружного воздуха по отопительному графику.
Для учета дополнительных факторов, влияющих на тепло-,
вой режим зданий, в двух модификациях предусмотрена коррек-
коррекция графика отпуска теплоты при отклонениях температуры
воздуха в контрольных помещениях от заданного значения. Сте-
Степень коррекции зависит от знака отклонения: при повышении
температуры внутреннего воздуха она значительно больше, чем
при снижении. Обоснование неодинаковой чувствительности си-
системы автоматического регулирования к перетопу и к недогреву
188

помещений, а также к выбору контрольных помещений разра-
разработано МНИИТЭПом [20].
С помощью специальной приставки (реле времени) прибор
Т-48 позволяет осуществлять программное снижение темпера-
температуры воздуха в нерабочее время и в ночные часы.
Приведенные на рис. 8.14 схемы автоматизации ЦТП выпол-
выполнены в трех вариантах, область применения которых опреде-
определяется режимом давлений в тепловой сети. При располагаемом
напоре на вводе в ЦТП менее 0,4 МПа и давлении в подающем
трубопроводе тепловой сети на 0,3 МПа больше статического
давления системы отопления самого высокого здания, подклю-
подключенного к данному ЦТП, применяется схема с насосами на об-
обратном трубопроводе тепловой сети (вариант А).
При располагаемом напоре на вводе в ЦТП менее 0,4 МПа
и давлении в подающем трубопроводе менее чем 0,3 МПа, пре-
превышающем статическое давление системы отопления здания, ре-
рекомендуется схема с насосами на подающем трубопроводе теп-
тепловой сети (вариант Б). Если при этом давление в обратном
трубопроводе будет больше, чем допускает механическая проч-
прочность системы, применяется независимое присоединение (ва-
(вариант В).
Система автоматизации работает следующим образом. При
изменении температуры наружного воздуха регулятор Т48-1 че-
через блок управления БУ с помощью исполнительного механиз-
механизма К1 изменяет расход воды из тепловой сети таким образом,
чтобы температурный перепад во внутриквартальной тепловой
сети (или температура теплоносителя) соответствовали задан-
заданному отопительному графику.
Давление в подающем трубопроводе поддерживается по-
постоянным с помощью регулятора РД.
Регулятор температуры РТ, изменяя расход сетевой воды
в подогревателе г. в. II ступени, стабилизирует температуру воды
в системе горячего водоснабжения.
В заключение следует отметить, что, как показали исследо-
исследования, выполненные В. С. Фаликовым в АКХ им. К. Д. Памфи-
Памфилова, применение смешанной схемы присоединения подогрева-
подогревателей горячего водоснабжения в сочетании с регулирующим
смесительным устройством, обеспечивающим качественно-коли-
качественно-количественное регулирование во внутриквартальных тепловых се-
сетях, приводит к значительному уменьшению расчетного расхода
воды в ЦТП. Этот расход при использовании аккумулирующей
способности зданий может не превышать значений расчетного
расхода воды при последовательной схеме.
С целью снижения расчетного расхода воды при смешанной
схеме может оказаться целесообразным применение в ЦТП ак-
аккумуляторов горячей воды, которые одновременно могут снаб-
снабжаться устройством для ее деаэрации.
189

§ 8.6. Районное автоматическое регулирование расхода
теплоты
Значительное увеличение размеров и усложнение схем теп-
тепловых сетей, усложнение условий их эксплуатации выдвинули
необходимость создания в крупных системах теплоснабжения
промежуточных узлов управления — контрольно-распределитель-
контрольно-распределительных пунктов (КРП), с помощью которых происходит разделе-
разделение тепловых сетей на магистральные и распределительные (см.
§ 1-3).
Оптимальная тепловая мощность КРП, обеспечивающего
теплоснабжение 1—2 жилых микрорайонов или промышленных
объектов, колеблется в пределах 25—60 МВт. Каждый КРП
присоединяется к кольцевой магистральной сети в точке уста-
установки на ней секционирующих задвижек (см. рис. 1.3), что обес-
обеспечивает непрерывную подачу теплоносителя при повреждениях
(или необходимости ремонта) любого участка магистрали.
Распределительные сети за КРП могут быть двух-трех — или
четырехтрубными. В последнем случае КРП принимают схему
современных центральных тепловых пунктов — ЦТП. Как было
показано Н. К. Громовым, ЦТП может рассматриваться как ча-
частный случай КРП. При этом" укрупнение ЦТП до 25—50 МВт,
является более экономичным решением как по капиталовложе-
капиталовложениям, так и по эксплуатационным затратам.
Независимо от схемы распределительных сетей схема КРП
(рис. 8.15) предусматривает установку смесительных насосов,
регуляторов температуры и давления, приборов учета теплоты,
контроля параметров и защиты.
Управление приборами и оборудованием, установленными
в КРП, целесообразно осуществлять из центрального диспет-
диспетчерского пункта системы теплоснабжения, оснащенного ЭВМ.
Разработанные схемы КРП позволяют:
обеспечить полноценное резервирование потребителей без
Рис. 8.15. Схема кон-
трольно-распределитель-
трольно-распределительного пункта
/ — задвижки с электропри-
электроприводом; 2—насосы; 3 — об-
обратные клапаны; 4 — грязе-
грязевик; 5 — регулятор темпе-
температуры; 6 — регулятор дав-
давления; 7 — реле утечки; 8 —
диафрагмы к расходомерам;
9 — регулятор давления;
10 — от управляющего вы-
вычислительного комплекса в
центральном диспетчерском
пункте

увеличения диаметров основных магистралей (за счет повыше-
повышения температуры воды, подаваемой от ТЭЦ или котельной);
принять более простые схемы присоединения здании к рас-
распределительным тепловым сетям;
устанавливать рабочее давление в распределительных сетях
меньшее, чем в магистральных, и поддерживать его на опти-
оптимальном уровне;
регулировать (автоматически по условиям погоды, по коман-
команде диспетчера или ЭВМ) температуру воды в распределитель-
распределительной сети в соответствии с действительной потребностью данной
группы потребителей или возможностями источника теплоснаб-
теплоснабжения в данное время;
переключать К.РП на автономную работу распределительных
сетей при повреждениях в магистральных сетях [18,72].
Наличие КРП позволяет ослабить тесную зависимость ре-
режима распределительных сетей и местных тепловых пунктов от
режима магистральных сетей. Режим распределительных сетей
и тепловых пунктов может в этом случае исходить нз интересов
экономичного потребления тепловой энергии, а режим ТЭЦ (ко-
(котельных)— из интересов экономичной выработки тепловой энер-
энергии и транспорта ее по магистральным тепловым сетям.
Глава IX
РЕЖИМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА
ТЕПЛОТЫ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
§ 9.1. Особенности центрального регулирования
в автоматизированных системах теплоснабжения
В автоматизированных системах теплоснабжения с местным
«активным» регулированием отопительной нагрузки у потреби-
потребителей функции центрального регулирования существенно отли-
отличаются от тех функций, которые оно выполняет в неавтомати-
неавтоматизированных системах.
Наличие местных систем автоматического регулирования,
обеспечивающих подачу теплоты абонентским установкам в со-
соответствии с их потребностями, в сочетании с использованием
управляющих вычислительных комплексов, открывает широкие
возможности для совершенствования центрального регулирова-
регулирования, для оптимизации тепловых и гидравлических режимов теп-
тепловых сетей.
Основное назначение центрального регулирования в этих
условиях заключается в обеспечении высокого качества и иа-
191

дежности теплоснабжения с минимальными затратами на про-
производство п транспорт тепловой энергии.
Для достижения высокого качества теплоснабжения в авто-
автоматизированных СЦТ параметры теплоносителя на выходе из
теплового источника должны полдерживаться в процессе опера-
оперативного управления на таком уровне, при котором местные ре-
регуляторы у потребителей в состоянии устойчиво функциониро-
функционировать в диапазонах настройки, обеспечивающих требуемые зна-
значения регулируемых параметров (комфортные температуры воз-
воздуха в отапливаемых помещениях, температуры воды в систе-
системах горячего водоснабжения в соответствии с санитарными нор-
нормами и т. д.).
Для достижения высокой надежности теплоснабжения значе-
значения параметров теплоносителя, устанавливаемые при централь-
центральном регулировании, а также темпы их изменения должны быть
такими, чтобы' опасность отказов при эксплуатации системы
была сведена к минимуму (из-за возможного опорожнения или
раздавливания систем отопления, температурных механических
перенапряжений трубопроводов тепловой сети, нестационарных
тепловых режимов, которые могут привести к поломкам тепло-
теплосилового оборудования и др.).
Минимизация затрат на производство и транспорт тепловой
энергии в системе централизованного теплоснабжения, с уче-
учетом ее взаимосвязей с электроэнергетической системой, яв-
является главной целью (критерием) оптимизации тепловых и
гидравлических режимов при центральном автоматизированном
регулировании отпуска теплоты (см. табл. 1.3).
Условия достижения высокого качества и надежности теп-
теплоснабжения при построении математической модели оптимиза-
оптимизации центрального регулирования могут рассматриваться как тех-
технологические ограничения.
При разработке режимов центрального регулирования в ав-
автоматизированных системах теплоснабжения надо учитывать,
что благодаря работе местных автоматических регуляторов каж-
каждый потребитель отбирает из тепловой сети такое количество
теплоты, которое требуется для его нормального функциониро-
функционирования. При этом (из условия теплового баланса) размер от-
отпуска теплоты от теплового источника за определенный период
времени будет отличаться от общего теплопотребления присо-
присоединенных зданий на величину потерь в тепловых сетях, а так-
также на количество теплоты, аккумулированной за этот период
в зданиях и в тепловой сети. ;
Разумное использование теилоаккумулирующей способности
зданий и тепловой сети позволяет отказаться от строгой синхро-
синхронизации тепловых режимов, устанавливаемых различными сту-
ступенями управления, и устранить противоречия, возникающие
из-за существенно отличных требований, предъявляемых к ре-
192

жиму теплоисточника и к местному автоматическому регулиро-
регулированию расхода теплоты.
В связи с тем, что количество отпускаемой тепловой энергии
определяется как температурой теплоносителя, так и перепа-
перепадом давлений (расходом воды) в тепловой сети, автоматизиро-
автоматизированная система управления отпуском теплоты должна состоять
из двух взаимосвязанных подсистем: управления температурным
режимом и управления гидравлическим режимом тепловой
сети.
Практическая безынерционность системы по гидравлическому
тракту и практическая несжимаемость воды обусловливают син-
синхронное слежение на тепловом источнике за гидравлическим
режимом абонентских установок: в каждый момент времени рас-
расход воды на выходе из ТЭЦ (котельной) равен суммарному
расходу воды (за вычетом утечек из сети), потребляемому або-
абонентами. В условиях местного количественного регулирования
в абонентских вводах это предопределяет необходимость цен-
центрального качественно-количественного регулирования расхода
теплоты.
Значительные же временные запаздывания по тракту пере-
передачи температуры вызывают необходимость вести управление
температурными режимами с упреждением.
Как уже отмечалось, одной из основных задач центрального
регулирования в автоматизированных системах теплоснабжения
является минимизация себестоимости производства и транспорта
теплоты. Это достигается, с одной стороны, путем оптимизации
отпуска тепловой энергии (в течение года, отопительного се-
сезона, недели, суток), а с другой —путем оптимизации сочета-
сочетаний температур и расходов сетевой воды для каждой величины
отпуска теплоты.
При отыскании оптимальных сочетаний температур и расхо-
расходов сетевой воды (другими словами, при построении оптималь-
оптимального графика центрального регулирования) следует учитывать,
что при теплоснабжении от ТЭЦ значения температур сетевой
воды взаимосвязаны с размером выработки электроэнергии по
теплофикационному циклу: с понижением указанных значений
выработка электроэнергии на базе теплофикационных отборов
турбин увеличивается. В автоматизированных системах тепло-
теплоснабжения от котельных этот фактор, естественно, не имеет
места и на первый план выдвигается задача минимизации за-
затрат электрической и тепловой энергии на транспорт теплоно-
теплоносителя по тепловым сетям.
При выборе режимов центрального регулирования необхо-
необходимо также иметь в виду, что интенсивность наружной коррозии
трубопроводов тепловых сетей, а следовательно, и их срок служ-
службы, существенно зависят от температурного режима. При по-
повышении температур воды в тепловой сети до 100 °С и более ин-
интенсивность наружной коррозии резко уменьшается благодаря
1/а7 Зак. 230 JQ3

испарению влаги из слоя теплоизоляции, примыкающего к стен-
стенке трубы.
Из изложенного следует, что отыскание оптимального ре-
режима центрального управления в автоматизированных системах
теплоснабжения представляет собой сложную задачу, решение
которой не может быть однозначным для разных систем тепло-
теплоснабжения.
§ 9.2. Оценка полноты и качества исходной информации
При решении задач управления технологическими процес-
процессами в системах теплоснабжения и отопления важно оценить
полноту и качество исходной информации, шаг квантования не-
непрерывных сигналов. Перечень необходимой информации здесь
существенно зависит от степени и вида автоматизации.
Основной особенностью центрального регулирования в СЦТ,
не оснащенных устройствами местного автоматического регули-
регулирования, является необходимость ориентации на наиболее не-
неблагополучную, но достаточно представительную группу зда-
зданий. Неизбежный перерасход теплоты в этом случае частично
устраняется дополнительным местным регулированием. Степень
совершенства конкретного местного регулирования определяет
перерасход теплоты. При наличии комплексной автоматики из-
избыточность подачи теплоты практически отсутствует и регули-
регулирование параметров осуществляется по среднему потребителю.
[42,69].
В получении полной информации о главном регулируемом
параметре — температуре внутреннего воздуха — существуют
принципиальные трудности. Поэтому в специальной литературе
имеется большое число публикаций о выборе контролируемых
параметров и способах регулирования. Анализ преимуществ и
недостатков автоматизации при использовании ta для регули-
регулирования системы отопления выполнен в ЦНИИЭП инженерного
оборудования А. 3. Ивянским и И. Б. Павлиновой.
Они, помимо известных недостатков, отмечают возникающий
перерасход теплоты, исключение возможности индивидуального
регулирования, отсутствие стимулирования жильцов в сокра-
сокращении теплопотерь. Регулирование по возмущению более слож-
сложно и менее точно. Однако такая система позволяет в широком
диапазоне осуществлять индивидуальное регулирование.
Задачу регулирования систем отопления можно разбить на
две части. В первой основным является определение фактиче-
фактических и нормируемых расходов теплоты на отопление, создание
условий стимулирования сокращения теплопотерь. Во второй
части определяющим служит обеспечение температурных усло-
условий не ниже нормируемых. С этих позиций идеальным может
быть автоматизированное обеспечение в каждом отапливаемом
помещении индивидуального переменного графика температуры
194

внутреннего воздуха с информацией потребителей и расчетной
организации о теплозатратах и стоимости израсходованной теп-
тепловой энергии. Такая система учитывала бы тепловыделения,
коэффициент использования помещений и позволяла бы выяв-
выявлять резервы экономии тепловой энергии. Естественно, что соз-
создать такую систему достаточно сложно, поэтому следует искать
альтернативные решения.
Ввиду того что центральное регулирование осуществляется
с определенной избыточностью и ставит задачу рационального
распределения теплоносителя по потребителям для достижения
требуемых параметров внутреннего воздуха в помещениях, не-
необходимо иметь информацию о качестве соблюдения теплового
режима.
Как известно, на тепловом вводе прямому измерению под-
поддаются температуры прямой и обратной воды, расход воды или
перепад давлений. Здесь существует корреляционная зависи-
зависимость между рассматриваемыми величинами.
Как отмечает А. П. Сафонов, на тепловой баланс зданий
влияет большое число случайных и преимущественно независи-
независимых факторов. По существу, в условиях эксплуатации тепловая
сеть с потребителями является вероятностной системой, и точно
учесть влияние на тепловой баланс зданий всех факторов.за-
факторов.затруднительно. Однако обратная вода в интегрированной форме
несет отмеченную информацию и может быть критерием оценки
теплового режима зданий и параметром для адаптации моделей
управления режимами.
Проведенные численные эксперименты позволяют сделать вы-
вывод о том, что такой подход перспективен. Вместе с тем системы
вентиляции, горячего водоснабжения, тепловые сети снижают
достоверность информации при измерениях непосредственно в
котельных. Поэтому в автоматизированных системах теплоснаб-
теплоснабжения сведения о параметрах -ti, тг, G(AP) на тепловых вводах
могут дать достаточно полную информацию как по относитель-
относительному расходу теплоты, так и по тепловому режиму. На осно-
основании полученных данных можно осуществлять регулирование
тепловых и гидравлических режимов тепловых сетей с адапта-
адаптацией моделей управления.
В связи со значительным запаздыванием по каналу управле-
управления необходима упреждающая информация метеопараметров,
нагрузки горячего водоснабжения, теплового состояния района
и т. п.. Такого типа задачи по прогнозу рассматривались в ра-
работах С. И. Быкова, А. И. Быковой, А. С. Чистовича, И. М. Ми-
хайленко и др. Качество исходной информации, ее обработка
может оцениваться с помощью методов, изложенных в главе VI.
Как известно, непрерывные сигналы обычно имеют лучшие
характеристики, чем дискретные, поэтому с целью более каче-
качественного управления такт квантования следует выбирать как
можно меньшим. С другой стороны, большой поток информации
7>7* 195

приводит к увеличению времени обработки и иным затратам.
При выборе такта квантования, помимо требуемого качества
управления, необходимо учитывать следующие факторы: дина-
динамику элементов системы теплоснабжения, спектры возмущения,
особенности исполнительных устройств, свойства измерительных
приборов, вычислительные затраты, используемую модель объ-
объекта.
На выбор такта квантования существенное влияние оказы-
оказывает динамика объекта управления, поскольку она определяет
как структуру передаточной функции, так и ее постоянную вре-
времени. В связи с этим такт квантования является функцией вре-
времени задержки, чистого запаздывания и т. д. Как правило, чем
больше постоянная времени, тем больше такт квантования.
Таким образом, шаг квантования выбирается на основании
большого числа требований, многие из которых оказываются
противоречивыми. Кроме того, для упрощения структуры про-
программного обеспечения часто приходится выбирать один и тот
же такт квантования в различных контурах управления. Обос-
Обоснование выбора такта квантования для различных' случаев при-
приведено в работах [30,81].
Точность расчета корреляционных характеристик определяет-
определяется длительностью интервала наблюдения Т, максимальным вре-
временем корреляции ттах, шагом квантования по времени At и чис-
числом ординат корреляционных функций, определяемых на интер-
интервале 0 ^ т ^ Ттах. Под максимальным временем корреляции
обычно понимается такое т, начиная с которого будет выпол-
выполняться неравенство
| R (т) | < 0,05. (9.1)
Общую схему определения корреляционных характеристик
можно представить в следующем виде:
центрируются реализации исследуемых процессов;
производится предварительный частотный анализ, в резуль-
результате которого приближенно оценивается высшая fmax и низшая
fmin гармоники в исследуемых сигналах;
из соотношения Ттах ^ 1 : /min определяется максимальное
время корреляции;
в соответствии с требуемой точностью вычисляется интервал
для расчета корреляционной функции; так, с целью достижения
точности в 2 % для центрированных реализаций случайного
процесса должно соблюдаться соотношение
Т « 16ттах; (9.2)
на основании теоремы Котельникова выбирается шаг кван-
квантования по времени:
196

При построении моделей управления для систем теплоснаб-
теплоснабжения, их адаптации в процессе эксплуатации с целью получе-
получения полной и качественной информации можно рекомендовать
следующие правила:
диапазон изменения параметров должен соответствовать их
предельным значениям;
параметры, поддерживаемые, как правило, постоянными (^в),
следует либо искусственно изменять, либо рассматривать в виде
градиента с варьируемыми другими параметрами (например,
при выборе числа и формы представления параметров целе-
целесообразно исходить из известных структурных зависимостей мо-
моделей управления.
§ 9.3. Прогнозирование тепловых и гидравлических
нагрузок в системах теплоснабжения
Как известно, качественное управление тепловыми и гидрав-
гидравлическими процессами в системах теплоснабжения оказывается
возможным лишь при достаточно точных моделях прогноза и
регулирования.
В настоящее время в водяных системах централизованного
теплоснабжения применяется центральное регулирование от-
отпуска теплоты в зависимости от температуры наружного воз-
воздуха. При его построении практически не учитывается влияние
изменения скорости ветра на теплоотдачу наружных огражде-
ограждений и на инфильтрацию воздуха, внутренние тепловыделения
и др.
Кроме того, в реальных условиях имеют место отклонения от
расчетного графика, обусловленные многими трудно учитывае-
учитываемыми факторами, и его изменения носят вероятностный харак-
характер. Результаты многочисленных исследований позволяют сде-
сделать вывод о необходимости при построении' систем АСУ ТП
отпуска теплоты учета расхождения между расчетным и реали-
реализуемым температурными графиками тепловых сетей.
Выше отмечалась необходимость упреждающего изменения
температурного графика, что, в свою очередь, требует прогноза
метеоусловий, нагрузки горячего водоснабжения, теплового со-
состояния района и др.
Вопросы прогнозирования параметров применительно к конк-
конкретным задачам теплоснабжения рассмотрены в ряде работ
[4, 42, 51, 69]. Необходимо отметить, что основными уравне-
уравнениями, следующими из задач теплоснабжения, являются выра-
выражения взаимосвязи средневзвешенной температуры воздуха в
отапливаемых зданиях с параметрами тепловых сетей и внеш-
внешними метеоусловиями.
197

Основные взаимосвязи на определенных участках в парамет-
параметрической форме можно выразить в виде:
/. = 0,5 (т, - т2) - rQm;
is = Q ~jr - e + /„; (9.3)
tB = ат2 — 6т3 — с;
Q = (т3 — т2) G = (т3 — т2) Ц® V^gAtf,
где все обозначения приведены в главе IV.
Выражение (9.3) позволяет составить систему уравнений
вида
<V3l--Ч,т,,=/-Q? + С, <9-4>
решение которой, по данным пассивного эксперимента и мето-
методик главы VI, позволяет определить г, tB и, как следствие, фак-
фактические значения Qp, q0V и др.
Если в автоматизированной теплоснабжающей системе изме-
измеряются величины тз, т2, G(AP) на тепловых вводах, то рассмат-
рассматриваемая система уравнений дает возможность оценить тепло-
тепловой режим зданий, выявить потребителя с неблагоприятными
параметрами, определить задачи текущей корректировки режи-
режимов, оптимизировать температуру подаваемой в тепловую сеть
воды.
Система уравнений (9.4) с учетом факторов, влияющих на
эффективную наружную температуру, может быть представлена
в виде
t, (n) = t0 + ? attu (n - 0 + S btQ (n - i) +
i=0 «=0
к, k,
+ X cl4 (n -0+? dtv (n - i). (9.5)
(=0 1=0
Здесь неизвестными являются коэффициенты ^о, сц, bt, с,-, di, ki.
В качестве примера рассмотрим их вычисление для параметров,
приведенных на рис. 9.1.
Предварительный статистический анализ экспериментальных
данных производится с целью определения величин пи п2, пг, м
в уравнении (9.5) путем вычисления по известным формулам
[86] выборочных средних величин, среднеквадратичных откло-
отклонений, коэффициентов авто- и взаимной корреляции переменных.
Изменение выборочных коэффициентов взаимной корреля-
корреляции с увеличением задержки показано на рис. 9.2. Из графи-
графиков видно, что для начального уравнения можно считать по-
порядки пи п2, п3, п4 не превышающими 10.
Оценка неизвестных коэффициентов t0, at, bu Ci, di и выбор
из них наиболее значимых производится на основе специаль-
специального алгоритма.
193

/С
л
Л L
12
72
24
2J
22
20
/Л
>
v/
V
/ ^
/
1
V
V
ч
ч
у
f
j
it
\
s
/
>
A 8 12 16 20 24 4 S 72 76 20 24 4
Рис. 9.1. Характер изменения метеопараметров
'в~средневзвешенная температура внутреннего воздуха здания; <н —температура наруж-
наружного воздуха; v — скорость ветра; Q —расход теплоносителя при заданной постоянной
температуре; /—интенсивность солнечной радиации

1
с
-1
-"
s
1
¦
2 J
4
^.—-^
^ d
1 i I
4 5 6
_—-^
I_
7
1
8
1
4
9
Рис. 9.2. Выборочные ко-
коэффициенты взаимной
корреляции R(k)
1 — коэффициент взаимной
корреляции между темпе-
температурой внутреннего возду-
воздуха н температурой наруж-
наружного воздуха; 2 — то же.
между температурой внут-
внутреннего воздуха и количе-
количеством теплоты, подаваемым
в здание в час; 3 — то же,
между температурой внут-
внутреннего воздуха и интен-
интенсивностью солнечной радиа-
радиации; 4 — то же. между
температурой внутреннего
воздуха и скоростью ветра;
к — дискретные моменты
времени
Исходные данные обычно разбиваются на две части: обучаю-
обучающую выборку а — Ь, по которой производится построение мо-
модели, и вторую — проверочную b — с, на основании которой оце-
оценивается адекватность модели.
По данным, приведенным на рис. 9.1, были вычислены выбо-
выборочные величины для tB, t,,, Q, q, v (табл. 9.1) и с помощью ша-
шагового регрессионного метода получена следующая модель:
tB (я) = b0 + bxq (п) + b2t,, (ft - 5) + b3Q (n - 7) +
+ btq (n - 4) + bbv (n - 1) + е„, (9.6)
где 6о = 14,19, а значения коэффициентов /;,-, i = 1, 2, 3, 4, 5 приведены в
табл. 9.2.
Таблица 9.1. Значения коэффициентов
ВЕаборочпые величины
Средние
Среднеквадратичные
'в
18,8
1,188
U1
1,62
Q
1374,8
26,36
я
1,97
5,48
0,28
0,63
Таблица 9.2. Значения коэффициента
0,030
0,555
0,003
0,023
—0,569
Стандартная ошибка
0,005
0,020
0v001
0,005
0,048
Частный ^-критерий
34,24
784,40
7,46
18,48
139,00
200

Рис. 9.3. Гистограмма эмпирического распределения отклонения температуры
внутреннего воздуха Дт от ее среднего значения
Для проверки гипотезы о нормальности распределения остат-
остатков ъп применяется критерий Колмогорова-Смирнова, по кото-
которому с надежностью 95 % эта гипотеза принимается. Гисто-
Гистограммы теоретического и эмпирического распределений приве-
приведены на рис. 9.3 и 9.4.
Некоррелируемость остатков проверяется путем вычисления
отношения Дарбина — Ватсона [81] и первого нециклического
коэффициента автокорреляции остатков — г. В данном случае
численное значение критерия Дарбина—Ватсона равно 2,14 и
Рис. 9.4. Гистограмма нормального распределения отклонения температуры
внутреннего воздуха Лт от ее среднего значения
8 Зак. 230 201

попадает в 95%-ную область принятия гипотезы о некоррели-
некоррелированности остатков; значение коэффициента г = —0,08 говорит
об отсутствии корреляции остатков.
Для оценки качества модели были вычислены следующие
величины: множественный коэффициент корреляции отклика с
переменными, вошедшими в модель @,939), и стандартное от-
отклонение остатков (S = 0,299, а в процентах от среднего откли-
отклика 5 =1,58%).
Таким образом, на основе вычисленных статистик можно
сделать вывод о правильности исходных предположений регрес-
регрессионного анализа.
Для оценки качества прогнозов /„, полученных с помощью
уравнения (9.4), требуется построить доверительный интервал
для условного математического ожидания tB при данных q{n),
Мл-5), Q(n-7), q(n-4), v(n-l).
Обозначим:
Хп = [1, q (n). tH (я - 5), Q (п - 7), q(n- 4), V (п - 1)]т;
в = (ь0, Ь\, ь2, ь3, bt, 65)T;
Прогноз внутренной температуры в некоторый момент h на
основе известного вектора Хп вычисляется по формуле
7в(п) = ХтпВ, доверительный интервал для этой оценки
t (n)±t[(N-k-l), (l-a/2)]St
(я)-
где п (Af — k — 1), (l — у J —значения распределения Стьюдента; N— k —
— 1 — число степеней свободы; а — уровень значимости; k — число независи-
независимых переменных в уравнении (в данном случае k = 5); S t ^ — стандартная
ошибка прогноза
Из того, что S не зависят от Хп, видно, что качество про-
прогноза определяется величиной VХт„ (Хтх) Хп, которая не за-
зависит от п, а лишь от значений элементов векторов Хп.
Условия применимости построенной модели для прогнозиро-
прогнозирования внутренней температуры определяются величиной стан-
стандартной ошибки прогноза S<B(nj. Если вектор Хп близок к век-
векторам, составляющим матрицу исходных данных X, с помощью
которой были вычислены оценки регрессионных коэффициентов,
то стандартная ошибка прогноза будет мала. Иначе говоря, при
режимах работы, близких к нормальным, качество модели ока-
оказывается удовлетворительным.
В аналогичной постановке была рассмотрена задача построе-
построения статистической модели теплового ввода в режиме нормаль:
ной эксплуатации,
20?

Экспериментальные данные были заимствованы из работы
[29]. Рассматривался опытный абонентский ввод, расположен-
расположенный в подвале 5-этажного 60-квартирного дома и снабжающий
его теплом для нужд отопления и горячего водоснабжения. По
проекту расчетная тепловая нагрузка отопления Qo= 17,4 мВт.
Система отопления — однотрубная с замыкающими участками
с верхней разводкой. Максимальная нагрузка горячего водо-
водоснабжения по проекту Qr. „. = 20,4 мВт.
Измерялись также температуры в отапливаемых помещениях,
для чего в шести квартирах были установлены термографы с
суточной и недельной шкалами.
Общее количество замеров равнялось 90, интервал между
ними составлял 15 мин. В качестве выходных переменных были
ПРИНЯТЫ t\, Qr, T2.
В результате обработки экспериментальных данных, приве-
приведенных на рис. 9.5, по методике [1] были получены следующие
регрессионные уравнения:
т2 (т) = 335,95 + 1,985*2 (т) + 1,629*2 (т — 4) — 0,605Q0 (т — 1) —
- 0,524Q0 (т - 5) — 0,786Q0 (т — 6) — 0,72Q0 (т — 8); (9.7)
т, (т) = 373,24 + 1,304*2 (т — I) — 0,635Q0 (т - 2) - 0,546Q0 (т - 5) —
- 0, 358QO (т - 6) - 0,674Q0 (т — 8) - O,423Qo (т - 10); (9.8)
Qr (т) = -70,4 - 4,853*2 (т) - 3,057*2 (т — 4) + l,485Q0 (т — 1) +
+ l,393Q0 (т - 5) + l,575Q0 (т — 6) + l,213Q0 (т — 8) + 0,844Q0 (т - 10). (9.9)
Результаты прогнозирования с помощью приведенных выше
уравнений показаны на рис. 9.6.
Для внедрения в систему теплоснабжения г. Ленинграда
АСУ ТП было признано целесообразным отработать многие
практические и теоретические вопросы в экспериментальном
районе. В качестве опытного для первоочередного внедрения
АСУ ТП теплоснабжения был выбран район, характерный для
существующей уже застройки города новыми крупнопанельными
зданиями серии 1ЛГ-600А с тепловыми сетями, построенными в
последние годы. Натурный эксперимент, проведенный в опытном
районе, предусматривал определение параметров системы тепло-
теплоснабжения в режиме функционирования.
В результате обработки экспериментальных данных и рас-
расчетов на ЭВМ по изложенной в работе [1] и в главе VI мето-
методике для опытного жилого здания получены уравнения:
'в (п) = 26,6087 — 0,1101581 *„ (я) — 0,05654483*„ (я — 6) +
+ 0,004925687*н (я) о (я) sin а (я) — 0,008177448*„ (я — 8) X
X v (я — 8) sin а (п — 8) — 0,01467519*н (я) о (я) cos а (я) +
+ 0,01596819*„ (я — 4) v (я — 4) cos а (я — 4) + 0,4924384/? (я — 6) +
+ 0,4535953/? (я - 10) - 0,005620506Оц (я - 2) [т1к (я - 2) - т2к (я - 2)] X
X 0,0036190830ц (я — 6) [т,к (п — 6) — т2к (я — 6)].
т, (я) = -78,1 + 0,151*„ (л — 6) о (я — 6) cos а (я — 6) +
+ 3,0,72/? (я - 10) + 12,299 л/Р1к (п — 4) — Р2К (я — 4) + 0,933т,к (и) —
— 0,296т2к (я — 2) — 0.515т2к (я - 6) + 0,454т2„ (я - 10).
«• 203

Обработка результатов экспе-
эксперимента на ЭВМ показала, что
натурные испытания системы теп-
теплоснабжения проведены кор-
корректно, о чем свидетельствует до-
достаточно высокая доля объяс-
объясненной вариации (порядка 90 %).
Разработанные модели прогноза
параметров tB, ti позволяют в ок-
окрестностях рассмотренных значе-
значений достаточно точно прогно-
прогнозировать указанные парамет-
параметры и, в конечном счете, повы-
повысить качество управления режи-
режимами.
Прогнозирование внутренней
температуры с помощью выраже-
выражения D.55) осуществлялось по
экспериментальным данным, по-
полученным А. Н. Мелентьевым для
административного здания.
В результате статистической
обработки данных (т.ч,Т2, G) в со-
соответствии с выражением D.51)
получено уравнение D.55) в
виде
-0,611 (Тз - T2)°'772Ga772, (9.10)
где G — расход теплоносителя в системе
отопления, м3/ч.
Условием применения уравне-
уравнения (9.10) является относитель-
относительная гладкость кривых изменения
параметров т3, т2, О. В табл. 9.3
представлены результаты расчета
и эксперимента.
Применение выражения (9.10)
к часовому срезу параметров при
резком их изменении не дает хо-
хороших результатов. Так, резкое
изменение расхода в 3 ч ночи
с целью надтопа не воздействует
на величины т3, тг, U, и расчет
по формуле (9.10) приводит к не-
неверному результату.
V
>
/
i
>
<
т
д.
\
/
т
V
1
)
>
<
У
X.
<^<
ч <-
с
7
\
S
*>
^6
V
I
ч
J
Q О С5 СЭ Q Q
О ОД Ю ^- СЧ
204

72 13 -74 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 8 7 8 9 1" И
Часы суток
Рис. 9.5. Экспериментальные данные работы теплового ввода [29]

Vе
«2
40
29
18
I
/
T2
I A '
I
A/4
f ~ A
A
A '
A
A
A
A
— i . i '
A J
_|
/
\ r A
\
24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Часы суток
Рис. 9.6. Прогнозные значения температуры обратной воды
Вместе с тем, относительно плавное изменение параметров в
вечерние часы (среднее значение за период с 17.00 до 19.00) —
Тз==67°С, т2 = 50,5оС, G= 13,95 м3/ч — приводит к значению
/в = 20,3°С при средневзвешенной температуре воздуха в отап-
Таблица 9.3. Результаты расчета и эксперимента
тз,°С
т„ °С
G, м3/ч
'в, °С
^эксп/>расч
'в /*в
Время, ч
-11,6
54
34
4,9
19,0
-12,0
52
32
6,1
18,4
— 13,5
52
30
4,7
18,0
— 14,8
51
30
6,5
17,6
-14,0
53
30
4,8
17,3
-15,2
55
31
6,1
17,0
— 16,3
55
31
4,7
16,9
Средние значения 17,72/17,74
20
21
22
23
24
1
2
— 17,6
71
33
14
16,8
—
3
206

ливаемых помещениях, по данным двадцати термографов,
;в = 20,5°С.
Таким образом, выражение (9.10) позволяет определять зна-
значения средневзвешенных температур внутреннего воздуха в
отапливаемых помещениях за определенные промежутки вре-
времени при имеющихся замерах т3, т2, G или ДР.
§ 9.4. Особенности управления тепловыми режимами
в аварийных условиях
Одной из основных функций АСУ ТП теплоснабжения яв-
является управление тепловыми режимами в экстремальных усло-
условиях, при дефиците вырабатываемой теплоты. Здесь возникают
задачи оперативного обнаружения аварий, отключения участков
теплосети, перевода на пониженное снабжение тепловой энер-
энергией с учетом ранжирования потребителей.
Задачи обнаружений аварий являются достаточно сложной
подсистемой АСУ ТП, разрабатываемой многим числом специа-
специалистов. Комплекс специальных алгоритмов и моделей для этих
целей разработан II. И. Горской. При аварийных ситуациях
возникает последующая задача минимизации подачи теплоты и
поддержания необходимых температур внутри помещений.
Опыт отопительного периода 1978/79 года, характеризую-
характеризующегося длительным стоянием низких температур, показал, что
причиной многих аварий в системах была недостаточная ква-
квалификация обслуживающего персонала. Хаотичное вмешатель-
вмешательство в тепловой и гидравлический режимы систем теплоснабже-
теплоснабжения, в конечном счете, привело к размораживанию отопитель-
отопительных приборов в одних и к завышению температуры внутреннего
воздуха в других зданиях.
Рассмотрим следующую задачу. В момент времени т0 необхо-
необходимо минимизировать подачу теплоты таким образом, чтобы tB
не опускалось ниже tB. пред- Обычно в этом случае относительное
количество минимально подаваемой теплоты оценивается фор-
формулой
— 'в. пред — 'н
Здесь переход от tB до U. пред будет осуществляться постепенно
в течение более 40 ч {рис. 9.7,а). При этом будет-наблюдаться
определенный перерасход тепловой энергии.
Из экономических соображений можно отключить подачу
теплоты на некоторый промежуток времени, а затем перейти на
подачу в размере Qn. Из графика на рис. 9.7,6 следует, что в
этом случае на определенном промежутке, после включения
Qn. tB > /в. пред. Как показали расчеты, время снижения тс =
^ Ti—то зависит от теплофизических характеристик здания,
207

</ч
7
—1
1
2
3
4
5
_i
6
_j
7
8
Э 70 5
7 72
•
7J
i.
74
i
15
i
7/
i
75T,
1 2 3 4 5 6 7 в 9 10 11 12 12 П 15 16 17 18 19х,ч
В)
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
17825
14490
1 2 3 4 5 6 .7 В 9 10 11 12 13 14 15 16 Т,ч
8 9 10 11 12 13 14 15 16 Х,ч

б)
t,°c
18 —
11 -
16 ¦
15 ¦
74 -
13 ¦
12 ¦
11 -
10-
1 2 J 4 5 5 7 5 Э 10 V 12 13 П 15 16 17 18 19
Рис. 9.7. Изменение параметров при переходе на пониженный расход теплоты
при условии: температура наружного воздуха tn = —25 "С, коэффициент ин-
инфильтрации Си = 50
а — скачкообразный переход; б — переход с помощью пропуска; в — переход с мини-
минимизацией количества подаваемой теплоты
температуры наружного воздуха, силы ветра и других показа-
показателей и колеблется в пределах от 1 до 10 ч и более. Однако и
при таком режиме подача теплоты не будет минимизирована.
При переходе на пониженный график температур возможно
отключение подачи теплоты на промежуток, соответствующий
снижению температуры до U. пред. Далее подачу теплоты необ-
необходимо постепенно увеличивать до Qn (рис. 9.7,в). По сравне-
сравнению с обычным методом регулирования такой подход позволит
сократить расходы теплоты для рассматриваемого примера на
28%, что эквивалентно работе системы в течение 5,4 ч.
Для инженерных расчетов рассматриваемых задач обычно
используется методика, изложенная Е. Я. Соколовым в работе
[56]. Некоторая модификация метода применительно к про-
программному отпуску теплоты разработана в работе [74]. Для бо-
более точных расчетов возможно использование расчетных выра-
выражений [2], а также методики, изложенной в главе VI, позво-
позволяющей оптимизировать подачу теплоты, прогнозировать изме-
изменение температуры внутреннего воздуха в экстремальных усло-
условиях.
209

Глава X
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕМ
§ 10.1. Общие сведения
Современный уровень развития теплоснабжения городов ха-
характеризуется непрерывным ростом объемов производства теп-
тепловой энергии в соответствии с возрастающими потребностями
населения и народного хозяйства. Общая годовая выработка
теплоты в СССР превышает 11 млрд. ГДж, из которых более
70 % вырабатывается централизованными источниками. Расход
топлива на цели теплоснабжения составляет около 30 % всего
добываемого в стране твердого и газообразного топлива.
Наряду с общим значительным ростом теплового потребле-
потребления городов (ориентировочно около 70 % за последнее десяти-
десятилетие) наметилась устойчивая тенденция концентрации тепло-
тепловых нагрузок.
Интенсивная централизация теплоснабжения привела к воз-
возникновению мощных теплоснабжающих комплексов, эффектив-
эффективное управление которыми возможно лишь при широком исполь-
использовании современных экономико-математических методов и
средств вычислительной техники путем создания автоматизиро-
автоматизированных систем управления. Это подтверждается практическим
опытом применения вычислительной техники в управлении круп-
крупными системами теплоснабжения. Например, задачи выбора
оптимальных схем и режимов работы систем теплоснабжения,
определения рациональных вариантов развития и резервирова-
резервирования тепловых сетей, составления программы испытаний и на-
наладки гидравлических режимов принципиально не могли бы
быть решены применительно к мощным системам теплоснабже-
теплоснабжения без средств вычислительной техники. Теоретические основы
использования вычислительной техники в управлении тепло-
теплоснабжением заложены в работах Сибирского энергетического
института АН СССР, Академии коммунального хозяйства им.
К- Д. Памфилова, Главной геофизической обсерватории им.
Воейкова, Всесоюзного теплотехнического института им.
Ф. Э. Дзержинского и других организаций.
На первом этапе внимание специалистов было сосредото-
чено на создании специализированных вычислительных
устройств, которые учитывали технологические особенности си-
систем теплоснабжения и позволяли осуществлять управление по
более сложным алгоритмам, чем серийно выпускаемые регуляг
торы. Эти устройства, как правило, имели жесткую структуру И
210

обеспечивали решение вполне определенного круга задач.
В дальнейшем интенсивное развитие вычислительной техники,
позволяющей резко увеличивать Число контролируемых и регу-
регулируемых параметров, реализовать любые алгоритмы управле-
управления и быстро перестраиваться на новые алгоритмы, учитывать
при управлении не только текущее состояние объекта, но и его
предысторию, — привело к созданию автоматизированных си-
систем управления. При этом начались работы в области созда-
создания как АСУ технологическими процессами, так и автоматизи-
автоматизированных систем организационно-экономического управления
теплоснабжением. Основополагающие принципы создания авто-
автоматизированных систем управления, в равной степени примени-
применимые для всех отраслей народного хозяйства, сформулированы
академиком В. М. Глушковым [15]. Практический опыт созда-
создания автоматизированных систем управления показал, что от-
отступление от этих принципов усложняет процесс разработки
АСУ, снижает их эффективность, а зачастую просто дискредити-
дискредитирует идею создания АСУ. Поэтому кратко напомним основное
существо этих принципов.
Принцип новых задач состоит в том, чтобы не просто пере-
перекладывать на ЭВМ существующие сложившиеся процессы уп-
управления, а выявлять и включать в состав АСУ новые задачи,
которые принципиально не могут решаться при отсутствии ЭВМ.
Например, разработка оптимального план-графика ремонта обо-
оборудования систем теплоснабжения, автоматическое обнаруже-
обнаружение мест аварий в тепловых сетях, оптимизация температурного
и гидравлического режимов.
Принцип системного подхода к проектированию АСУ заклю-
заключается во всестороннем изучении и анализе автоматизируемого
объекта, включающих вопросы технического, технологического,
организационного, экономического, социального и правового ха-
характера. Например, насколько бы хорошо не был оптимизиро-
оптимизирован отпуск тепловой энергии, позволяющий обеспечивать суще-
существенную экономию топлива, при существующих методах пла-
планирования и стимулирования такая оптимизация не может
успешно применяться.
Принцип первого руководителя состоит в том, что заказ, раз-
разработка и внедрение АСУ должны осуществляться под непосред-
непосредственным руководством руководителя автоматизируемого объ-
объекта.
Принцип максимально разумной типизации проектных реше-
решений предполагает возможность широкого тиражирования проект-
проектных решений, что особенно применительно к отраслям город-
городского хозяйства, включая теплоснабжение, имеющим множество
однотипных объектов. Вместе с тем, несмотря на множествен-
множественность объектов теплоснабжения, они имеют различия в орга-
организации технологического процесса (например, открытые или
закрытые системы, системы от ТЭЦ или от котельных], поэтому
211

типовые проектные решения должны предусматривать несколь-
несколько типовых рабочих программ на одну и ту же задачу.
Принцип непрерывного развития системы заключается в
обеспечении возможности развития автоматизированной си-
системы, вызванном присоединением новых потребителей, вводом
новых источников тепловой энергии, увеличением размеров
предприятия и т. д.
Принцип единой информационной базы предполагает одно-
однократный ввод информации, необходимой для решения всех авто-
автоматизируемых задач, т. е. должно быть исключено дублиро-
дублирование вводимой в систему информации.
Принцип комплексности автоматизируемых задач состоит в
том, чтобы при определении состава автоматизируемых задач
учитывать информационные связи между ними. Дело в том, что
большинство задач управления органически связано и автома-
автоматизироваться должен весь комплекс задач, ориентированных на
достижение какой-либо цели. Этим обеспечивается минимизация
ввода и вывода информации. Раздельное решение задач суще-
существенно снижает эффективность АСУ. Зачастую нарушение
именно этого принципа является основной причиной недостаточ-
недостаточной эффективности создаваемых систем.
Эти принципы, как уже отмечалось, применимы для любых
объектов. При создании АСУ теплоснабжением, кроме того,
должны учитываться следующие особенности:
неразрывность процессов выработки, транспорта и распреде-
распределения тепловой энергии, стохастический характер теплопотреб-
ления;
организационная разобщенность в эксплуатации систем теп-
теплоснабжения;
рассредоточенность объекта по территории города;
большое количество локальных систем теплоснабжения и их
органическая технологическая взаимосвязанность;
высокая стоимость основных фондов, разветвленное сетевое
хозяйство и ущерб, наносимый народному хозяйству вследствие
повреждений;
значительный объем потребления топливно-энергетических
ресурсов;
народнохозяйственная и социальная важность экономии топ-
топливно-энергетических ресурсов и улучшения качества тепло-
теплоснабжения.
Эти особенности выдвигают в число первоочередных про-
проблем методические вопросы совершенствования организации
управления теплоснабжением, формирования организационной
и функциональной структуры АСУ, определения состава авто-
автоматизируемых задач и комплекса технических средств, а также
оценку эффективности создаваемых АСУ.

§ 10.2. Автоматизированные системы
организационно-экономического управления
теплоснабжением
Структура комплекса автоматизированных систем управле-
управления теплоснабжением (рис. 10.1) включает следующие уровни:
республику, регион, город (предприятие).
На уровне республики автоматизация процессов управления
теплоснабжением осуществляется в составе подотраслевой под-
подсистемы «Энергетическое хозяйство» отраслевой автоматизиро-
автоматизированной системы управления жилищно-коммунальным хозяй-
хозяйством.
На уровне региона (АССР, край, область) создаются терри-
территориально-отраслевая автоматизированная система управления
(ТОАСУ) жилищно-коммунальным хозяйством, базирующаяся
на региональном органе управления (министерство, краевое, об-
областное управление), и подотраслевая автоматизированная си-
система управления, базирующаяся в зависимости от принятой
организации управления на региональных подотраслевых объ-
объединениях (АСУО) или управлениях (АСУУ).
Функции управления, реализуемые АСУО, распространяются
на подразделения, входящие в состав объединения. В отличие
от АСУО функции, реализуемые АСУУ, ограничены только зада-
задачами управления подотраслью в целом, так как подчиненные
региональному управлению предприятия обладают хозяйствен-
хозяйственной самостоятельностью и функции организационного управле-
управления реализуются соответствующими АСУП.
. На уровне города для предприятий, лишенных юридической
и хозяйственной самостоятельности, создаются автоматизирован-
автоматизированные системы организационно-технологического управления
(АСОТУ), призванные обеспечить оперативное управление про-
производственными процессами на предприятиях, входящих в со-
состав объединений. Для предприятий, обладающих юридической
и хозяйственной самостоятельностью, создаются автоматизиро-
автоматизированные системы управления предприятием (АСУП) и автомати-
автоматизированные системы управления технологическими процессами
теплоснабжения (АСУТП).
Технической базой систем организационно-экономического
управления в зависимости от объема решаемых задач могут
быть самостоятельные вычислительные центры, кустовые вычис-
вычислительные центры областного управления жилищно-коммуналь-
жилищно-коммунального хозяйства или региональные вычислительные центры кол-
коллективного пользования. Процесс взаимодействия внутри систем
может осуществляться с использованием кустовых или индиви-
индивидуальных информационных пунктов связи в зависимости от
вида системы и используемого вычислительного центра. При
наличии в объединении или управлении собственного вычисли-
вычислительного центра или при использовании ВЦКП создаются инди-
213

Подсистема
, Энергетическое
хозяйство "
ACOTY
Общеотрасле
вые подсис-
подсистемы
АСУ теплоэнергети-
теплоэнергетических объединений
(управлений)
Рис. 10.1. Структура комплекса АСУ теплоэнергетическим хозяйством

видуальные информационные пункты связи, а при использова-
использовании вычислительного центра областного управления жилищно-
коммунального хозяйства процесс взаимодействия осуществляет-
осуществляется через кустовые информационные пункты связи, создаваемые
в рамках ТО АСУ.
Совместное функционирование и развитие взаимодействую-
взаимодействующих в процессе управления систем требует: обеспечения общ-
общности методологии построения систем и решения однотипных
задач (методическая совместимость); согласованности разра-
разработки, внедрения и развития сопрягающихся систем (подсистем)
по уровням, исполнителям, периодичности и срокам взаимного
обмена данными (организационная совместимость); единства ин-
информационных языков и их структурных элементов, унификации
показателей и форм их представления (информационная совме-
совместимость); совместимости технических средств обработки и пе-
передачи информации, единства технологии информационно вы-
вычислительных процессов, основанной на унификации операцион-
операционных систем и программных модулей (техническая и программно-
математическая совместимость); сопрягаемости структурных
элементов систем в функциональном и организационном аспек-
аспектах (структурная совместимость); единства правовых основ раз-
разработки и функционирования АСУ теплоэнергетического хозяй-
хозяйства (правовая совместимость). Определяющую роль в обеспе-
обеспечении эффективного функционирования АСУ теплоснабжением
играет методическая совместимость.
Успех разработки и внедрения любой автоматизированной
системы управления в значительной степени определяется тем,
насколько глубоко изучили создатели системы объект автома-
автоматизации, правильно ли они понимают цели управления,, соответ-
соответствуют ли их представления о механизме функционирования
объекта реальной действительности.
Если создание АСУ ТП, как правило, принципиально невоз-
невозможно без предварительного детального моделирования авто-
автоматизируемого технологического процесса, то АСУ организа-
организационно-экономическим управлением очень часто разрабатывают-
разрабатываются при отсутствии соответствующих моделей. В результате такая
система представляет собой не что иное, как комплекс слабо
связанных автоматизированных локальных задач, не обладаю-
обладающих необходимыми системными свойствами.
Разработка большинства АСУ идет, к сожалению, именно по
такому пути. Это приводит к целому ряду недостатков в их
организации и функционировании, заложенному еще на этапе
проектирования, и, в конечном счете, существенно снижает эф-
эффективность создаваемых АСУ ЖКХ.
Одной из основных причин такого положения является слож-
сложность, а зачастую и практическая невозможность применения
классических методов моделирования к анализу и синтезу си-
систем организационно-экономического типа. В связи с этим по-
213

является необходимость в разработке специальных методов мо-
моделирования, позволяющих решать ряд проблем, возникающих
в процессе создания АСУ: вскрывать закономерности в развитии
и функционировании автоматизируемого объекта; выявлять не-
недостатки существующей системы управления и организации про-
производства и определять основные направления ее совершенство-
совершенствования; определять степень полноты решаемых задач и допол-
дополнять их до объективно-необходимого уровня; устанавливать
взаимосвязи задач управления, последовательность их решения,
распределение по функциям, целям и органам управления, обес-
обеспечивать рациональное взаимодействие решаемых задач; обос-
обосновывать необходимость создания АСУ, определять ее функцио-
функциональную структуру, рациональное информационное обеспечение
и т.д.
Этим требованиям удовлетворяют экономико-организацион-
экономико-организационные модели, в которых идентифицируются следующие элемен-
элементы: объекты систем теплоснабжения (источники теплоты, тепло-
тепловые сети, тепловые пункты, потребители теплоты); производ-
производственные функции (развитие, сохранение, функционирование,
обеспечение и обслуживание производства); виды работ (новое
строительство, текущий и капитальный ремонты, ведение режи-
режимов, обеспечение ресурсами и т. д.); цели развития и функцио-
функционирования теплоснабжения; производственные и управленче-
управленческие подразделения, предприятия и организации; функции управ-
управления (планирование, контроль, учет, анализ, регулирование,
нормирование); управленческие задачи; технико-экономические
показатели.
Все эти элементы в процессе развития и функционирования
теплоэнергетического хозяйства связаны между собой системой
отношений, выявление и описание которых является предметом
моделирования. Большая размерность задачи вызывает необхо-
необходимость применения формализованных методов, в частности ме-
методов матричного моделирования. Эти модели, отличающиеся
простотой и наглядностью, являются практически единственно
возможным инструментом, позволяющим провести системное ис-
исследование организационно-экономических систем с целью их
изучения, анализа и проектирования.
Структура обобщенной матричной модели организации про-
процессов управления приведена на рис. 10.2. В первом квадранте
модели отражаются все задачи и показатели, которые разраба-
разрабатываются в рассматриваемом органе управления (предприятии,
подразделении). Он имеет шахматную композицию, т. е. оди-
одинаковые наименования по строкам и столбцам. Этот квадрант
характеризует взаимосвязи между задачами (показателями).
Столбцы содержат сведения о том, какие задачи (показатели)
используются для решения других задач, а строки, — сколько
раз и для решения каких задач используются показатели, раз-
разработанные на основании решения данной задачи. Итоговые ре-
216

Наименование
задач
Наименование
показателей
Цели (подразделения)
Итоговый
столбец
I квадрант
II кбадрант
Ш кбадрант
IV кбадрант
Рис. 10.2. Структура обобщенной матричной модели
зультаты первого характеризуют по столбцу количество задач
(показателей), используемых для решения задач данного столб-
столбца, а по строке — степень использования результатов решения
данной задачи в решении других задач.
Второй квадрант характеризует отношения между задачами
и целями. Элементы строк показывают, на достижение каких
целей направлено решение каждой задачи, а столбцов — на ос-
основании какой совокупности задач обеспечивается достижение
определенной цели. Третий квадрант описывает распределение
задач по функциям управления, а четвертый характеризует
взаимоотношения между целями и функциями управления.
При расположении по столбцам второго квадранта и стро-
строкам третьего квадранта соответственно наименований органов
(подразделений) потребителей и поставщиков информации эти
квадранты будут характеризовать информационное взаимодей-
взаимодействие рассматриваемого органа управления с другими, а четвер-
четвертый квадрант — взаимодействие сторонних органов между со-
собой. При последовательной замене элементов столбцов и строк
второго и третьего квадрантов эти квадранты будут характери-
характеризовать отношения между целями, функциями и органами управ-
управления.
Рассмотренные модели в силу объективного характера опи-
описанных выше элементов являются по существу нормативными
моделями организации процессов управления. Поэтому их ис-
использование эффективно на этапах как анализа, так и синтеза
систем управления. Например, на основе такого функционально-
Целевого анализа синтезирована наиболее рациональная функ-
функциональная структура АСУ теплоснабжением, определен комп-
комплекс автоматизируемых задач и последовательность их разра-
7 Зак. 230 217

Функции
ип'равле-
ния
Прогнози-
Прогнозирование
Планиро-
Планирование
Учет и
контроль
Анализ
Регулиро-
Регулирование
ЖиеР°~
Подсистемы управления
разби-
разбитием
Ж
Ш
Ш
у/А
У//А
основным
прошбод-
ством
У/////
технически
эксплуата-
эксплуатацией ОСПЯ-
ОСПЯНЫХ фон-
фондов
ш
ш
ш
У/////,
матери-
альт-met
ничестми
ресурсами
ш
ж
УМ,
У////,
W//<
сринан-
сооыми
ресурсами
Ж
Ж
ж
У////,
УЖ
У////,
кадрами
'I//JA
Y/.1/A
реализа-
реализацией про-
продукции
УЖ
У/А/А
WAA/,
/УУУа
'////А
произбодстбенно-
хозяйстЬенной дея-
тельностьюфбодноЯ)
7/AAA//AA/Z
'AllAAAAAMi
VMZ/jL/JZ/u
'JJAIA/J1/^
Рис. 10.3. Функциональная структура автоматизированной системы организа-
организационно-экономического управления теплоснабжением
ботки. Весьма перспективным является использование рассмот-
рассмотренных моделей для синтеза базы данных при организации ин-
интегрированной обработки информации.
Учитывая важность вопроса выбора рациональной функцио-
функциональной структуры АСУ, остановимся на нем несколько подроб-
подробней. На рис. 10.3 приведена функциональная структура ЛСУ теп-
теплоснабжением, которая, на наш взгляд, должна применяться на
всех уровнях управления. Подсистемы выделяются в соответ-
соответствии с основными производственными функциями. При этом в
состав каждой из подсистем включаются задачи по всем функ-
функциям правления. В результате получается, по существу, норма-
нормативная модель системы управления, охватывающая все объек-
объективно необходимые комплексы задач. При такой структуризации
система включает 48 комплексов задач, каждый из которых на-
направлен на реализацию одной из функций управления по одной
из подсистем (планирование развития, анализ технической экс-
эксплуатации основных фондов и т. д.).
Для сравнения на сетку предлагаемой функциональной струк-
структуры нанесены комплексы задач, которые включаются в подси-
подсистемы, принятые в соответствии с действующими руководящими
методическими материалами по созданию АСУ (заштрихован-
(заштрихованная площадь). При сравнении этих двух функциональных струк-
структур оказывается следующее.
Во-первых, при принятом подходе отдельные комплексы за-
задач выпадают из поля зрения разработчиков; так, при создании
ЛСУ задачи прогнозирования и нормирования рассматриваются
в ограниченной степени. А если такие задачи и ставятся, то
разработчики испытывают большие трудности по их включению
в ту или иную подсистему. Так, в настоящее время актуальным
и эффективным является автоматизация комплекса задач по
нормированию расхода топливно-энергетических ресурсов. Но
218

при принятой функциональной структуре непонятно, в составе
какой из подсистем эти задачи должны решаться.
Во-вторых, при принятом подходе по целому ряду комплек-
комплексов задач в состав АСУ включается лишь около 50 % объек-
объективно необходимых задач. Так, задачи, включаемые в под-
подсистемы технико-экономического планирования, бухгалтерского
учета, статистической отчетности, анализа хозяйственной дея-
деятельности и оперативного управления, не исчерпывают всего
множества объективно необходимых задач по реализации функ-
функций планирования, контроля, учета, анализа и регулирования.
В-третьих, появляется неоднозначность толкования состава
отдельных подсистем. Например, задачи, связанные с анализом
технической эксплуатации основных фондов, с использованием
различных видов ресурсов при принятой структуризации систем,
могут включаться либо в подсистему анализа хозяйственной
деятельности, либо в соответствующую производственную под-
подсистему (управление технической эксплуатацией основных фон-
фондов, управление материально-техническим снабжением и т. д.).
Кроме того, предлагаемая функциональная структура вы-
выгодно отличается от принятой еще и тем, что объединение задач
п комплексы и подсистемы происходит с максимальным учетом
их информационной взаимосвязи и целевой направленности в
рамках достижения общих целей развития и функционирования
автоматизируемого объекта (табл. 10.1).
Анализ процессов управления теплоэнергетическим хозяйст-
хозяйством показывает, что рассматриваемая функциональная струк-
структура применима для создания АСУ организационно-экономиче-
организационно-экономического управления на любом уровне (министерство, регион, го-
город, предприятие). Но отличие в функциональных структурах
систем управления различного уровня будет заключаться в со-
составах задач и их содержательных постановках. Например, пла-
планирование удельной нормы расхода топлива заключается в ра-
расчете этого показателя: на уровне министерства — для каждого
региона, на уровне региона в составе АСУО или АСУУ — для
каждого подразделения, подчиненного объединению (управле-
(управлению), а на уровне предприятия — для каждой котельной. Со-
Совершенно естественно, что наибольший объем автоматизируе-
автоматизируемых задач имеется при создании АСУО и АСУП. При этом в
функциональной структуре АСУ предприятия или объединения,
учитывая специфические особенности технологии теплоснабже-
теплоснабжения, управление основной деятельностью должно подразделять-
подразделяться на три подсистемы управления:
выработкой тепловой энергии;
транспортом и распределением тепловой энергии;
выработкой, транспортом и распределением тепловой
энергии.
В первую подсистему включаются специфические задачи по
управлению работой котельного оборудования, во вторую — за-
7* 210

Таблица 10.1. Цели функционирования подсистем АСУ теплоснабжением
Подсистема управления
Развитием
Основной деятель-
деятельностью (выработкой,
транспортом и распре-
распределением тепловой
энергии)
Технической эксплуа-
эксплуатацией основных фон-
фондов
Материально-техни-
Материально-техническими ресурсами
Финансовыми ресур-
ресурсами
Реализацией тепло-
тепловой энергии
Кадрами
Производственно-хо-
Производственно-хозяйственной деятель-
деятельностью предприятия
(сводная)
Основные подцели функционирования тепло-
теплоэнергетических предприятии
Обеспечение планомерного развития центра-
централизованного теплоснабжения города и произ-
производственно-технической базы предприятия путем
внедрения достижений науки и техники, прием-
приемки на баланс ведомственных объектов, строи-
строительства и реконструкции систем теплоснабже-
теплоснабжения
Удовлетворение потребностей населения и
предприятий народного хозяйства в тепловой
энергии в соответствии с санитарно-технически-
ми нормами к правилам
Обеспечение нормативной технической экс-
эксплуатации теплосилового оборудования и тепло-
тепловых сетей
Своевременное и полное удовлетворение по-
потребностей основного и вспомогательного про-
производства в материалах, топливе, технических
средствах и комплектующих изделиях
Обеспечение и распределение денежных
средств, необходимых для достижения технико-
экономических показателей предприятия
Обеспечение экономичного теплопотребления и
своевременных расчетов с потребителями
Подготовка и рациональное использование
кадров, обеспечивающее рациональное сочета-
сочетание целей предприятия и личных целей работаю-
работающих
Обеспечение достижения планируемых значе-
значений технико-экономических показателей и повы-
повышение технико-экономической эффективности
развития и функционирования предприятия
дачи по управлению элементами системы теплоснабжения от
ТЭЦ (магистральные и распределительные сети, тепловые
пункты), а в третью — задачи по управлению системами тепло-
теплоснабжения в целом, включая источник тепловой энергии.
§ 10.3. Автоматизированные системы управления
технологическими процессами теплоснабжения
Структура автоматизированных систем управления техноло-
технологическими процессами теплоснабжения определяется составом
охватываемого автоматизацией оборудования и реализуемыми
системой функциями. В общем технологическом процессе тепло-
теплоснабжения можно выделить три подпроцесса:
выработка и отпуск тепловой энергии;
транспорт и распределение тепловой энергии;
220

потребление тепловой энергии.
Нижней ступенью автоматизации технологического управле-
управления является создание АСУ ТП по отдельным подпроцессам.
При этом основными целями автоматизации является соответ-
соответственно обеспечение:
требуемых параметров теплоносителя на источнике (темпе-
(температуры, расхода, давления) при минимальных расходах топлива,
электроэнергии, химреагентов.
заданных параметров теплоносителя на вводе тепловых
пунктов' при минимальных расходах электроэнергии и тепло-
теплоносителя;
заданного качества теплоснабжения, т. е. требуемых пара-
параметров температуры воздуха в отапливаемых помещениях и
требуемой температуры горячей воды.
Верхней ступенью в иерархии технологического управления
теплоснабжением является создание АСУ ТП, охватывающей
все подпроцессы (выработку, транспорт, распределение и потреб-
потребление тепловой энергии). Целью функционирования такой си-
системы является обеспечение требуемых качества и надежности
теплоснабжения при минимальных затратах ресурсов.
При создании двухуровневой системы, когда в состав АСУ
ТП входят автоматизированные системы нижнего и верхнего
уровня, основным назначением системы верхнего уровня явля-
является координация процессов функционирования систем нижнего
уровня и решение общесистемных задач.
В зависимости от реализуемых функций АСУ ТП теплоснаб-
теплоснабжением могут быть трех видов: информационные, информацион-
информационно-советующие и управляющие.
Информационные АСУ ТП (рис. 10.4, а) являются базовыми
системами технологического управления, так как реализуемые
ими функции входят в состав информационно-советующих и
управляющих АСУ ТП.
Основные функции этих систем состоят в следующем:
контроль параметров технологического процесса, который в
зависимости от степени важности технологического параметра
и вероятности его отклонения может осуществляться путем сиг-
сигнализации, индивидуального контроля, контроля по вызову и
массового контроля;
поддержание технологических параметров на заданном уров-
уровне путем дистанционного или автоматического регулирования;
защита оборудования от аварий;
вычисление комплексных технико-экономических показа-
показателей:
оперативная связь с вышестоящими ступенями управления.
Характерной особенностью этого вида систем является то, что
они реализуют только первую фазу управления с использова-
использованием вычислительной техники — первичную обработку информа-
информации. Анализ поступающей информации, принятие решений и

Упрадляющие
параметры
Объект
управления
Управляемые
параметры _^
Исполнительные механизмы
Дистан-
Дистанционное
управ-
управление
Логичес-
Логическое
управ-
управление
Автома-
Автоматическое
регулиро-
регулирование
Защи-
Защита
Индиви-
дуаль-
дуальный
контроль
Конт-
Контроль
по вы-
вызову
Массо-
Массовый
конт-
контроль
Сигна-
лиза-
лизация
Источники информации
Пульп
Ч правя
ния
ут
управле-
управлеУстройства
отображе-
отображения инфор-
информации
Информация
Рекомендации по
управлению
Вычислитель-
Вычислительный
комплекс
(Диспетчер,
onep.amof-
Т
АСУ высшего
уровня
Упрфляющ,
воЪвействи
ие
ия
Объект
управления
Исполнительные механизмы
Дистан-
Дистанционное
управ -
ление
Логичес-
Логическое уп-
равле-
равление
Автома-
Автоматическое
-регулиро-
-регулирование
Защи-
Защита
Индиви-
Индивидуальный
конт-
контроль
Конт-
Контроль
по вы-
вызову
Массо-
Массовый
конт-
контроль
Сигна-.
лиза- ¦
ция
Источник информации
Пульт
управления
I
Устройства
отображения
информации
Информация
рекомендации
по управлению
(Диспетчер^\
оператор J
Вычислительный
комплекс
АС У высшего
уровня
Задающее управляющее воздействие
Рис. 10.4. Структурные схемы АСУ ТП теплоснабжения
а — информационная
АСУ ТП
II информационно-советующая АСУ ТП; б — управляющая

реализация управляющих воздействий на основе этой информа-
информации осуществляются диспетчером или оператором.
Вычислительный комплекс в этих системах используется
для расчета обобщенных комплексных показателей, дающих
диспетчеру (оператору) дополнительную информацию для ве-
ведения технологического процесса. Например, в АСУ ТП выра-
выработки и отпуска тепловой энергии может производиться опера-
оперативный расчет КПД котла, удельных показателей расхода топ-
топлива и электроэнергии, расходов нодпиточной воды и хим-
химреагентов и т. д.
Структурная схема информационно-советующей АСУ ТП
аналогична информационной АСУ ТП (см. рис. 10.4, а). Но,
кроме функций, реализуемых информационными системами, вы-
вычислительный комплекс осуществляет анализ полученной инфор-
информации и выдачу рекомендаций диспетчеру (оператору) по опти-
оптимальному или рациональному ведению технологического про-
процесса. Принятие решений и их реализация также остаются за
оператором. Качественное отличие систем этого вида от инфор-
информационных состоит в том, что для их создания необходимо
располагать математической моделью объекта и алгоритмами
управления технологическим процессом, которые, как правило,
являются существенно более сложными, чем алгоритмы расчета
обобщенных показателей, и требуют для своей реализации бо-
более мощных средств вычислительной техники.
Вычислительные комплексы в управляющих АСУ ТП
(рис. 10.4,6) осуществляют автоматическое управление техно-
технологическими параметрами путем прямой передачи вырабаты-
вырабатываемого управляющего воздействия на задающее устройство
регулятора или на регулирующий орган. При полной автомати-
автоматизации процессов управления с использованием вычислительной
техники функции диспетчера (оператора) сводятся к контролю
за ходом процесса и работой автоматизированной системы
управления, подмене автоматики в случае ее отказа. В прак-
практике автоматизации технологических процессов теплоснабже-
теплоснабжением такие системы в полном объеме не нашли еще применения.
Создаваемые АСУ ТП теплоснабжения, как правило, реали-
реализуют информационные функции и частично информационно-со-
информационно-советующие и управляющие.
В соответствии с принятой классификацией АСУ ТП тепло-
теплоснабжения по уровням и видам на рис. 10.4—10.8 приведены
функциональные структуры различных систем. Рассмотрим ос-
основные функции, реализуемые вычислительным комплексом, на
примере АСУ ТП выработки и отпуска теплоты (рис. 10.5).
Необходимым условием создания автоматизированной си-
системы управления технологическим процессом выработки и от-
отпуска теплоты является оснащение котельной, кроме общепри-
общепринятых средств контроля, регистрации, регулирования и сигна-
223

Информационно - управляющая АС)/ ТП
I
I
I
1
I.
Информационно-советующая АСУ ТП
Информационная АСУ ТП
Г Обмен данными с вышестоящей А СУ |-
Контроль и учет техно-
технологических и метеороло-
метеорологических показателей
Расчет ТЭП котельной
Рис. 10.5. Функциональная структура
АСУ ТП выработки и отпуска теп-
теплоты
Анализ показателей
Расчет прогноза
теплолотребления
Расчет температурного ирас+
жадного .графиков центрального
регулирования
Расчет распределения наеру*
зок мвтду котлами
Расчет параметров теплоносителя t ^
в тепловой схеме котельной
Расчет расхода топлива по
каждому котлу и режима
работы устройств подачи
топлива
Расчет расходов подпиточнои
воды и химреагентов
Расчет ЬаздёЕрт -
Ьии и управление
регуляторами-
Расчет воздейст-
воздействии и управление
исполнительными
механизмами

лизации, следующими управляющими комплексами и автомати-
автоматическими регуляторами:
температуры сетевой воды в подающем трубопроводе на вы-
выходе из котельной;
перепада давлений сетевой воды на выходе из котельной;
подпитки тепловой сети;
перераспределения сетевой воды и тепловой нагрузки между
котлами;
режимов работы деаэраторов, баков-аккумуляторов, эконо-
экономайзеров и другого оборудования.
Независимо от вида создаваемой системы простейшие функ-
функции преобразования сигналов реализуются на индивидуальных
технических средствах контроля, регистрации и сигнализации.
Более сложные нформационно-вычислительные функции воз-
возлагаются на вычислительный комплекс, который осуществляет
централизованный сбор и первичную обработку информации,
необходимой для решения автоматизируемого комплекса задач
в составе того или иного вида АСУ ТП.
В информационных АСУ ТП решается два комплекса задач:
контроль и учет технологических и метеорологических пока-
показателей;
расчет технико-экономических показателей котельной.
Комплекс задач контроля и учета предназначен для пред-
представления персоналу котельной текущей и отчетной информации
о ходе технологического процесса и состоянии оборудования.
Вычислительный комплекс непрерывно, периодически или по
вызову осуществляет измерение, отображение и регистрацию
значений технологических параметров, их отклонение от заданий
и тенденцию изменения; производит расчет расходов теплоты,
топлива, электроэнергии, химреагентов; учитывает время рабо-
работы оборудования. В состав рассчитываемых технико-экономиче-
технико-экономических показателей входят показатели удельных расходов топ-
топлива, электроэнергии, химреагентов на единицу выработанной
и отпущенной теплоты, КПД котельной и отдельных котлов.
Расчеты ТЭП производятся одновременно с ходом технологи-
технологического процесса на основе данных, получаемых за различные
интервалы времени непосредственно от объекта, или выходных
данных комплекса задач контроля и учета.
При создании информационно-советующих АСУ ТП эти
комплексы задач дополняются аналитическими и режимными
задачами. Основное назначение аналитических задач состоит
в выявлении причин отклонения технологических параметров от
заданных и выработке рекомендаций оператору по устранению
отклонения.
В основе решения режимных задач лежит расчет прогноза
расхода теплоты потребителями, присоединенными к данной
котельной. Эта задача решается вышестоящей системой. По
Данным прогноза теплопотребления, последовательно опреде-
225

ляются температурные и расходные графики центрального ре-
регулирования, оптимальная загрузка котлов, обеспечивающая
максимальный КПД котельной. Производится расчет параме-
параметров теплоносителя в тепловой схеме котельной, расчет расхода
топлива, подпиточной воды и химреагентов. В результате ре-
решения всех этих задач диспетчеру выдаются рекомендации по
ведению режима.
При создании информационно-управляющих АСУ ТП на вы-
вычислительный комплекс дополнительно возлагаются функции
формирования управляющего воздействия на задающие устрой-
устройства регуляторов или непосредственно на исполнительные ме-
механизмы.
По аналогичной схеме формируются АСУ ТП транспорта и
распределения теплоты и АСУ ТП потребления теплоты
(рис. 10.6—10.7). Объектами автоматизации в первом случае
являются тепловые сети от источника теплоты до теплового
пункта (центрального или индивидуального), а в АСУ ТП по-
потребления теплоты — тепловые пункты и абонентские вводы.
При создании двухуровневой системы на АСУ ТП теплоснаб-
теплоснабжения верхнего уровня возлагается решение задач по управле-
управлению системой теплоснабжения в целом, включая котельные, теп-
тепловые сети и потребителей теплоты. При этом в составе инфор-
информационных АСУ ТП (рис. 10.8) с использованием вычислитель-
вычислительной техники производится сводный учет технологических показа-
показателей и расчет технико-экономических показателей по всей си-
системе теплоснабжения. Кроме того, в АСУ этого типа может
производиться расчет плановых удельных норм расхода ресур-
ресурсов (топлива, электроэнергии, воды, тепловых потерь).
В информационно-советующих АСУ осуществляется комп-
комплексный анализ процессов выработки, транспорта и отпуска
теплоты, производится расчет прогнозируемого потребления и
оптимального распределения тепловой нагрузки между источни-
источниками теплоты. На основе этих расчетов формируются задания
по тепловым нагрузкам котельных и определяется оптимальный
маршрут доставки твердого топлива. Одной из основных задач
этого уровня, непосредственно обеспечивающей устойчивую ра-
работу средств автоматики в системах нижнего уровня, а следо-
следовательно, и качество теплоснабжения, является согласование
режимов работы отдельных элементов систем теплоснабжения
(источников теплоты, тепловых сетей и тепловых пунктов)
в нормальных и аварийных режимах.
Развитие информационно-советующей АСУ ТП и перевод ее
в разряд информационно-управляющих может быть осущест-
осуществлен путем автоматического формирования и передачи заданий
системам нижнего уровня по загрузке источников теплоты и
изменению уставок регуляторов.
Процесс функционирования рассмотренных АСУ ТП тепло-
теплоснабжения осуществляется путем взаимодействия средств иы-
226

Информационно - управляющая А О У 777
Информационно -советующая АСУ ТП
Информационная АСУ ТП
I
I,
§1
о
X
Обмен данными с Вышестоящими АСУ
Учет
технологических
показателей
Расчет ТЭП сетей
Рис. 10.6. Функциональная структура
АСУ ТП транспорта и распределения
теплоты
Анализ показателей
работы сети
€•*>
Расчет гидрабличес-
ких ретимое тепловых
сетей при нормальных.
режимах эксплуата-
эксплуатации
Расчет наладки
тепловых сетей
Автоматическое
обнаружение
адарий на сетях
Расчет гидравлических
ретимоВ 0 аварийных
ситуациях
Расчет
оптимальных марш-
маршрутов обходчиков
I
1
1
I
1
о
CD
4
Управление состоя-
состоянием насосных агрега-
агрегатов и электрозад-
электрозадвижек в сооружениях
на сети
Расчет воздействий
на эадатчики регу-
регуляторов давлений
и расхода в соору-
сооружениях на сети

1
о
с
Информационно-управляющая А С У ТП
Информационно- советующая АСУ ТП
Информационная АСУ ТП
7
05мен данными с бышестоящими АСУ
Контроль и учет
технологических
показателей
Расчет ТЭП потре-
потребителей теплоты
Рис. _10.7. Функциональная структура
лоты
I
Анализ пока-
показателей пот-
потребления теп-
теплоты
Расчет режимов
работы потреби-
потребителей (графики
отпуска теплоты
вданиям, парах,
метры настройки
регуляторов и
устрайстб управле-
управления оборудованием)
Расчет режи-
режимов работы
потребителей
д аварийных
ситуациях
1
Расчет
маршрута
O5xOQ4UKOt
18?
it
si
¦S3
-o
Управление состоя-
состоянием насосных агре-
агрегатов и электрозад-
Вижек в тепловых
пунктах
Расчет Воздействий
на вадатчики регу-
регуляторов и исполни -
тельные механизмы

Информационно-управляющая АСУ ТП
Информационно-советующая АСУ
Информационная АСУ ТП
о
$
а
с:
к
рмация с
У
о
1
Рис.
АСУ
ВЯ
i
Сводный учет тех-
технологических пока-
показателей тепло-
теплоснабжения
г
Расчет ТЭП
теплоснабжения
Расчет плановых
удельных норм
расхода ресурсов
777
Обмен данными с вышестоящими АСУ
10.8 Фу
ТП теплое
нкциональная структура
набжения верхнего уров-
—^
>
i
Анализ функционирования
теплоснабжения
Расчет прогноза
теплопотребления
}
.^
*
Расчет оптимального рас-
распределения наерузки меж-
между источниками
Расчет оптимального мар-
маршрута доставки твердого
топлива
Расчет оптимального мар-
маршрута обходчиков домо-
домовых котельных
-4
->¦
If
II
!§'§¦
О.
Согласование режимов работы сис-
систем теплоснабжения в нормальных
и аварийных режимах
i
1
¦—>¦
Формирование
задания ficy
нижнего
уровня

Таблица 10.2. Характеристика автоматизируемых
Перечень задач (программных модулей)
Расчет прогнозируемого теплопо-
требления
Расчет отопительного температур-
температурного графика центрального регулиро-
регулирования отпуска тепловой энергии
Расчет оптимального распределения
тепловой нагрузки между источни-
источниками
Расчет оптимального распределения
тепловой нагрузки между котлами
(для каждой котельной)
Расчет параметров теплоносителя в
тепловой схеме котельной с корректи-
корректировкой суточного графика температу-
температуры воды в подающем трубопроводе
Расчет расхода топлива по каждо-
каждому котлу и рожима работы устройств
подачи и топлива
Расчет расходов подпиточной воды
и химреагентов для водоподготовки
Частота решения
1 раз в 2 ч и по запросу
оператора ЭВМ
1 раз в отопительный се-
сезон и по мере изменения
структуры нагрузки
1 раз в 2 ч и по запросу
оператора ЭВМ
То же
1 раз в 2 ч и по запросу
оператора ЭВМ
То же
1 раз в год и по запросу
оператора ЭВМ
Номера
аналоговых
(а. в) и
дискретных
(д. в) вводов
по табл. 104,
10,5
а. в. 5,8
а. в. 6,9
а. в. 9
а. в. 1,2
а. в. 9
а. в. 7
задач
Перечень выходной информации
Прогнозируемые значе-
значения расходов теплоты (сум-
(суммарные по видам потребле-
потребления) для каждой котельной
Температурные графики
отпуска теплоты по каждой
котельной
Расходы теплоты для каж-
каждого источника. Температур-
Температурный и гидравлический режи-
режимы тепловой сети
Расходы теплоты для каж-
каждого котла
Температура и расходы
теплоносителя на выходе и
в узловых точках котельной
Расход топлива на каж-
каждый котел, давление газа пе-
перед горелками, количество
работающих горелок
Расход подпиточной воды
и химреагентов
Рекомен-
Рекомендуемые
методи-
методические
материалы
по реше-
решению задач
[40]
[29]
[54]
[14]
[56]
[14]
[40]

Расчет плановых технико-экономи-
технико-экономических показателей работы котельных
и тепловых сетей и нормативных теп-
тепловых потерь в сетях
Расчет фактических потребленных
энергоресурсов, тепловых потерь в се-
сетях, технико-экономических показате-
показателей работы котельных и тепловых се-
сете" и анализ их отклонения от пла-
плановых
Расчет гидравлических режимов ра-
работы тепловых сетей и насосных стан-
станций
Расчет нагрузок и режимов рабо-
работы ЦТП
Анализ отклонений параметров ре-
режимов работы от заданных
Анализ срабатывания защитных
средств и блокировки
Контроль параметров режимов ра-
работы ТОУ и состояния его оборудо-
оборудования
Контроль срабатывания защитных
средств и блокировок
Управление включением и отключе-
отключением насосных агрегатов и электроза-
электрозадвижками на сети
i
1 раз в год и по запросу
оператора ЭВМ
1 раз в сутки
1 раз в месяц и по запро-
запросу оператора ЭВМ
1 раз в месяц и по
запросу оператора ЭВМ
1 раз в 2 ч и по запро-
запросу оператора ЭВМ
1 раз в месяц и по за-
запросу оператора ЭВМ
По инициативе програм-
программы с периодичностью
1 раз в 1 ч
При возникновении ава-
аварий и срабатывании за-
защит
По запросу оператора
ЭВМ
а. в. 1—3,4
7-9, 14
а. в. 6,7,
10, 11
1—6, 8, 10. 11
а. в. 1 — 14
д. в. 1—4, 6
д. в. 2—5, 7
а. в. 1 — 14, а
также инфор-
информация от выезд-
выездной оператив-
оперативной бригады
д. в. 1, 4-7
Плановые удельные пока-
показатели и КПД, нормативные
тепловые потери в сетях
Фактические потребленные
энергоресурсы, тепловые по-
потери в сетях, удельные по-
показатели КПД и их откло-
отклонения от плановых
Параметры гидравличе-
гидравлических режимов работы тепло-
тепловых сетей и насосных стан-
станций
Нагрузки и параметры
режима работы
Тенденция изменения па-
параметров
Ведомость учета аварий
и состояний объектов
Измеряемые параметры
сигналов аварий и состоя-
состояния. Фактические графики
отпуска теплоты
Сигналы о срабатывании
защит и блокировоок
Сигналы на управление:
дискретный вывод 1 в
табл. !0.6
[40]
[14, 40]
[67]
[29]
[52]
—
[1]

Перечень задач (программных модулей)
Управление работой оборудования
автоматизированных ЦТП и заданием
их автоматических устройств управ-
управления
Расчет оптимального маршрута до-
доставки твердого топлива котельным
Расчет оптимального маршрута об-
обходчиков оперативной бригады
Отображение и регистрация резуль-
результатов расчетов и логических операций
Подготовка информации и ее обмен
со смежными АСУ ТП и вышестоящи-
вышестоящими АСУ ТП
Рекомендации оператору по веде-
ведению процесса
Частота решения
По запросу оператора
ЭВМ и по температуре
наружного воздуха
По запросу оператора
ЭВМ
То же
По инициативе програм-
программы и по запросу опера-
оператора ЭВМ
По инициативе про-
программ смежных и выше-
вышестоящих АСУ и по запро-
запросу оператора ЭВМ
По инициативе про-
программы и по запросу опе-
оператора ЭВМ
Номера
аналоговых
(а. в) и
дискретных
(д. в) вводов
по табл. 10.4,
10,5
—
—
—
а. в. 1—4,
7—9, 14
—
Продолжение
Перечень выходное информации
Сигналы на управление:
дискретный вывод 2 в
табл. 10.6
Оптимальный маршрут,
количества и средства до-
доставки
Оптимальный маршрут
Отображаемая и регистри-
регистрируемая информация в табл.
10.7
Усредненные за сутки (не-
(неделю, месяц) основные па-
параметры для расчета удель-
удельных показателей, КПД, нор-
нормативные тепловые потери в
сетях
Рекомендации по управле-
управлению технологическим про-
процессом в котельных, тепло-
тепловых сетях, насосных стан-
станциях, ЦТП, по локализации
и устранению аварий
табл. 10.2
Рекомен-
Рекомендуемые
методи-
методические
материалы
по реше-
решению задач
—
—
—
—

формационного программного и технического обеспечения. Эти
вопросы наиболее полно отражены в методических материалах
на создание АСУ ТП теплоснабжением, разработанных в АКХ
им. К. Д. Памфилова [48].
Характеристика рекомендуемых к автоматизации задач, из-
измеряемых и управляющих параметров и отображаемой инфор-
информации приведены в табл. 10.2—10.6.
§ 10.4. Источники и показатели эффективности АСУ
теплоснабжением
Эффективность автоматизированных систем управления теп-
теплоснабжением зависит от размера предприятия, состава экс-
эксплуатируемого оборудования, степени автоматизации процессов
организационного и технологического управления, состава авто-
автоматизируемых задач, применяемых технических средств и опре-
определяется величиной годового экономического эффекта и показа-
показателями социальной эффективности. Социальные последствия
АСУ теплоснабжением заключаются в освобождении обслужи-
обслуживающего персонала от тяжелого однообразного труда, улучше-
улучшении условий труда, изменении характера деятельности и, глав-
главное, в повышении качества теплоснабжения (поддержание тре-
требуемого тмпературного режима в отапливаемых зданиях и тре-
требуемой температуры воды в системе горячего водоснабжения).
Количественная оценка социальной эффективности может
производиться сопоставлением интегральных удельных показа-
показателей отклонений температуры воздуха в отапливаемых поме-
помещениях от заданной (t3) с учетом допустимой точности ее под-
поддержания (как правило, ±1СС):
где Сс, CJ? — интегральные удельные показатели отклонений температуры воз-
воздуха в отапливаемых помещения? соответственно до автоматизации и после
автоматизации; ДСС — социальная эффективность автоматизации.
Интегральные удельные показатели определяются отноше-
отношением величины суммарного за отопительный период отклонения
температуры воздуха от заданной к числу дней отопительного
периода (°С):
п т
[<в (т) - Сз ± 1I idx
i-l О
где tB — температура воздуха в представительном помещении; т = 1, 2, ...
• • • > Т — количество дней отопительного периода; i = 1, 2, ..., п — число
представительных помещений.
В качестве представительных помещений целесообразно рас-
рассматривать угловые помещения верхнего этажа, наиболее уда-
удаленные от источника (ТЭЦ, котельной) зданий. При анализе
233

N5
СО
Таблица 10.3. Характеристика измеряемых параметров с аналоговым вводом
Измеряемый параметр
Температура воды в
подающей линии
Температура воды в
обратной линии
Температура воды на
горячее водоснабжение
Температура воды на
отопление
Температура наруж-
наружного воздуха
Расход сетевой воды
Электрические
характеристики
сигнала
ВхЪднои сиг-
сигнал — изменение
электрического
сопротивления.
Выходной сиг-
сигнал 0—5 мА
То же
Входной сиг-
сигнал — изменение
электрического
сопротивления.
Выходной сиг-
сигнал 0—5 мА
То же
Входной сиг-
сигнал — изменение
индуктивности
или ЭДС. Выход-
Выходной сигнал 0—5мА
Тип датчика
преобразователя
Термометр со-
сопротивления ПТ,
П214
То же
»
Термометр со-
сопротивления ТСП,
ТСМ. Нормирую-
Нормирующие преобразо-
преобразователи ПТ, П214
То же
Дифманометр
ДМ или индук-
индукционный расхо-
дометр ИР. Дат-
Датчики ГСП с уни-
унифицированным
электросигналом
Место съема
сигналов
в технологической
схеме
Котельная, на-
насосная станция,
ЦТП, отдельные
магистральные
камеры
То же
»
ЦТП
Метеопункт
Котельная, на-
насосная станция,
ЦТП, отдельные
магистральные
камеры
Характерные места
расположения
источника сигнала
в технологической
схеме
Подающий тру-
трубопровод тепловой
сети
Т.рубопровод
обратной воды
Подающий тру-
трубопровод на го-
горячее водоснаб-
водоснабжение
Подающий тру-
трубопровод системы
отопления
—
Трубопроводы
сетевой воды (по-
(подающей, обрат-
обратной)
Какой обработке
в системе подвергается.
в каких программных
модулях (ПМ)
используется
ПМ-5,9, 11, 12, 14
ПМ-5, 9, 11, 12, 14
ПМ-9, П. 12, 14
ПМ-9, 11, 12, 14
ПМ-1, 11, 12, 14
ПМ-3, 10, 11, 12, 14

Расход подпиточной
воды
Расход воды на горя-
горячее водоснабжение
Расход газа
Давление воды в по-
подающей линии
Давление воды в об-
обратной линии
Давление воды в си-
системе горячего водо-
водоснабжения
Давление газа перед
котлами
Расход электроэнерг-
гии
Примечания: 1. I
в 1 мин. Допустимое время
'1 о же
»
Входной сиг-
сигнал — измерение
индуктивности.
Выходной сигнал
0—5 мА
То же
>
>
»
Входной сиг-
сигнал — ток, нап-
напряжение. Выход-
Выходной сигнал
0—5 мА
Номера программных ь
отсутствия сигнала в
То же
»
Дифманометр
ДМ. Датчики ГСП
с унифицирован-
унифицированным сигналом
Манометр МЭ Д.
Датчики ГАП с
унифицироваттным
электросигналом
То же
»
>
Датчики ГСП
юдулей (ПМ) соответс
системе —15 мин.
Котельная
Котельная, ЦТП
Котельная
Котельная, на-
насосная станция.
ЦТП, отдельная
магистральная ка-
мбрэ
То же
Котельная, ЦТП
Котельная
Котельная, на-
насосная станция,
ЦТП
твуют табл. 10.3 2. М<
Трубопровод
ПОДПИТОЧНОЙ ВОДЫ
Трубопровод
холодной воды до
водонагревателя
Газовый ввод
Подающий тру-
трубопровод тепло-
тепловой сети
Обратный тру-
трубопровод тепло-
тепловой сети
Трубопроводы
горячего водо-
водоснабжения (по-
(подающий, цирку-
циркуляционный)
Трубопровод
газа
Шкаф учета
электроэнергии,
расходуемой на
агрегаты тепло-
теплоснабжения и на
весь объект
жсимальная частота оп
ПМ-7, 9, 10, 12, 14
ПМ-1, 9, 11, 12; 14
ПМ-3, 4, 6, 9, 12, 14
ПМ-10, 11, 12
ПМ-10, 11, 12, 14
ПМ-12 14
ПМ-12, 14
ПМ-9, 12, 14
роса датчиков — 1 раз

Таблица 10.4. Характеристика измеряемых параметров с дискретным вводом
Измеряемый параметр
Тип датчика
преобразователя
Место съема сигналов
(в технологической схеме)
Характерные места
расположения источника
сигнала в технологической
схеме
В каких программных
модулях используется
Срабатывание АВР
насосов
Состояние насосов
Состояние управляе-
управляемых электрозадвижек
Состояние работы ко-
котельных баз персонала
Затопляемость поме-
помещений
Срабатывание АВР
электропитания объек-
Положение входных
дверей
Манометр ЭКМ-IV,
реле перепада давле-
давлений РКС, магнитные
пускатели
Манометр ЭКМ-IV,
реле перепада давле-
давления РКС
Концевые выключате-
выключатели
Выходное реле авто-
автоматики АМКО
Датчик уровня
РМ-51
Выходное реле
Концевой выключа-
выключатель
• Котельная, насосная
станция, ЦТП
То же
Насосная станция,
отдельные магистраль-
магистральные камеры
Котельная
Насосная станция.
ЦТП, камеры
То же
То же и котельные
без персонала
Электрические щиты
управления
То же
Трубопроводы теп-
тепловой сети
Щит автоматики
Дренажный приямок
Электрические щиты
питания
Входные двери
ПМ-13,15
ПМ-13,14
ПМ-13,14
ПМ-13,14,15
ПМ-14,15
ПМ-13—15
ПМ-14,15

Таблица 10.5. Характеристика управляемых параметров
Измеряемый
параметр
Расход и давле-
давление сетевой воды
Температура и
расход теплоно-
теплоносителя
Примечай!
задания 1—2 мин. 2.
-
Тип исполнительного
элемента (дискретный
вывод)
Пускатели типа ПМЕ
электрозадвижек на се-
сети и реле РПУ-0 для
управления пусковыми
устройствами насосных
агрегатов
Реле РПУ-0 и пуска-
пускатели ПМЕ электроза-
электрозадвижек типа ЗОчЭОббр
в устройстве регулиро-
регулирования расхода тепло-
теплоты ,Г51
1 я: 1. Максимальная частота
Величина
коммутируемого
тока
0,1—0,2 А;
0,03 А
0,03 А;
0,1—0,2 А
включений
Допустимое время отсутствия сигнала на
напря-
напряжения
220 В;
500 Гц
220 В;
50 Гц
исполните
Место установки
исполнительных
в технологи-
технологической цепи
Котельная,
насосные стан-
станции, ЦТП, от-
отдельные каме-
камеры
ЦТП
пьных элементов 1
выходе системы: для п. 1 — 1
Условия выдачи
сигналов
По инициативе
модуля ПМ-22
По инициативе
модулей ПМ-11,
22
эаз в 1 ч и время их р
Упр авление
задатчиком или
исполнительным
элементом
Непосредствен-
Непосредственно
Задатчиком или
непосредственно
аботы по обработке
ЛИН, ДЛЯ П. 2—10 МИН.

to
со
Co
Таблица 10.6. Характеристика отображаемой информации
Отображаемая информация
(индикация параметров,
задание на ведение
технологического процесса,
рекомендации, рапорт
и пр.)
Индикация измеряе-
измеряемых параметров, сиг-
сигналов аварий и состоя-
состояния
Сводки по предприя-
предприятию в целом и каждо-
каждому объекту отпущен-
отпущенных и потребленных
теплоты, топлива, воды,
электроэнергии за сут-
сутки, неделю, месяц
Прогноз теплопотреб-
ления по метеоусло-
метеоусловиям и данным о теп-
тепловом состоянии райо-
района
Наименование
места
отображения
(ЦДП, РДП,
пост
управления
и пр.)
ЦДП И
РДП
ЦДП и
РДП
ЦДП
Способ отображения
информации
я
s
к
Я
етовая индикац
емосхеме
ш х
О Е
_
—
в>
аз
а
О.
ы
гистрация на э
сплея
о s
+
+
+
?ёя
°о g
х о
щ
я д >»
ш?.
о х о
¦СЯ1 «
* 2 $
п-3 с
+
+
Условия выдачи
документов
>,
о
о.
атистика по зап
спетчера
i~ =
+
+
я
gS
арийная ситуац
равляемом обЪ'
а С
—
—
i о.
(СП
«Т11
инициативе Эи
днческий, реглг
нный режимы)
О «J я
= О. 3
—
+
га
п.
0)
3*
||
а я
СО О
«о.
Е с
г»
8 3
S О
я с
о га
Чо г
15
—
Частота связи
диспетчера
с системой
Инициативный
сигнал
1 раз в сутки,
неделю, месяц
В зависимости
от вида и харак-
характеристики тепло-
потребляющих
систем
Программный
модуль по
табл. 10.3
ПМ-12, 14
ПМ-9
ПМ-1

Оперативная реги-
регистрация параметров
Ведомость учета ава-
аварий и состояния объек-
объектов
Ведомость технико-
экономических показа-
показателей
Характеристика ава-
аварийных ситуаций (ме-
(место, время, вид)
Рекомендации по ве-
ведению технологическо-
технологического ' процесса, включая
задание на ведение про-
процесса
Рекомендации по ло-
локализации и устране-
устранению аварий
Гидравлический рас-
расчет тепловой сети, рас-
расчеты температурных
графиков и нагрузок
абонентов
Расчеты оптимально-
оптимального маршрута доставки
твердого топлива ко-
котельным и маршрута
обходчиков
ЦДП и
рдп
ЦДП -
ЦДП
ЦДП и
РДП
ЦДП, РДП
и посты
управления
в крупных
котельных
ЦДП и
РДП
ЦДП
ЦДП
_
—
—
—
—
—
—
—
+
—
+
+
+
—
+
+
+
—
—
+
+
+
+
+
—
—
—
+
_
—
—
—
—
—
—
+
+
+
—
+
+
—
_
—
15
—
15
—
—
—
1 раз в 1 ч и
по запросу дис-
диспетчера
По запросу дис-
диспетчера и когда
общее число ава-
аварий больше за-
заданного количе-
количества
1 раз в сутки
по запросу дис-
диспетчера
Инициативный
сигнал
При возникнове-
возникновении соответствую-
соответствующего возмущения
При возникно-
возникновении аварий
1 раз в сутки
или при аварий-
аварийных ситуациях
По запросам
диспетчера
ПМ-12, 14
То же
ПМ-8, 9
ПМ-14
ПМ-22
ПМ-22
ПМ-2, 3,
10, 11
ПМ-18, 19

функционирования систем теплоснабжения и автоматизирован-
автоматизированных систем управления для выявления причин отклонений не-
необходимо отдельно рассматривать удельные показатели «пере-
«перетопов» (tB (т) > U + 1 °С) и «недотопов» (/в (т) < U — 1 °С).
К сожалению, показатели социальной эффективности не
имеют еще общепринятых способов количественной денежной
оценки, поэтому при оценке эффективности создания АСУ они
должны рассматриваться и учитываться самостоятельно, наряду
с экономическими показателями.
Годовой экономический эффект от внедрения системы пред-
представляет собой суммарную экономию всех видов ресурсов, кото-
которую получают как предприятие, внедрившее АСУ, так и смеж-
смежные предприятия, имеющие с ним производственно-технические
связи:
Э = Э, 01 ЕНК д,
где Эгод — годовая экономия от функционирования АСУ; К& — единовременные
затраты на создание и внедрение АСУ; ЕИ — среднеотраслевой нормативный
коэффициент экономической эффективности капитальных вложений.
Базовым показателем расчета экономической эффективности
АСУ является величина годовой экономии, которая определяет-
определяется приростом прибыли за счет увеличения объема и снижения
себестоимости реализуемой теплоты.
Для предварительной оценки требований к величине годовой
экономии и коэффициентов влияния АСУ на годовой объем реа-
реализуемой теплоты (А) и ее себестоимости (С) при заданных
капитальных затратах на создание АСУ (/(асу) и эксплуата-
эксплуатационных расходах (Сасу ) или для решения обратной задачи —
нахождения предельных величин /Сасу и Сасу при заданных
значениях объема реализуемой теплоты и ее себестоимости в
условиях функционирования АСУ — может быть использована
номограмма (рис. 10.9).
Порядок расчета по номограмме следующий: по заданным
себестоимости теплоты (Ci), коэффициенте увеличения годового
объема реализуемой теплоты (Л'а) и коэффициенте снижения
себестоимости (Хс) в первом квадранте определяется отдельно
относительная экономия (Э) за счет этих факторов; полученные
показатели относительной экономии суммируются и во втором
квадранте по данным об объеме реализуемой теплоты {At)
определяется абсолютная годовая экономия (Э?од) от создания
АСУ; в зависимости от различных соотношений эксплуатацион-
эксплуатационных расходов и капитальных затрат на создание АСУ (Сасу)
в третьем квадранте определяется максимально-возможная ве-
величина капитальных вложений, которая обеспечивает норма-
нормативный коэффициент экономической эффективности капиталь-
капитальных вложений (?н = 0,35).
Решение обратной задачи — определение требований к не-
необходимому изменению результирующих показателей производ-
240

Рис. 10.9. Номограмма для опреде-
определения предельно допустимых за-
затрат на АСУ теплоснабжением
Сь Сг — затраты на 1 руб. реализуемой
теплоты до и после внедрения АСУ;
Ai, Aj—годовой объем реализуемой
теплоты до и после внедрения АСУ;
Кд = т—¦ коэффициент увеличения
годового объема реализуемой теплоты;
/С„=-т^—коэффициент снижения за
с Ci
трат на 1 руб. реализуемой теплоты;
=- САСУ
(jACy=='j^ коэффициент, опреде-
АСУ
ляющий соотношение эксплуатацион-
эксплуатационных расходов АСУ и капитальных вло-
вложений на ее созданиие; Сд^у, КдсУ —
экспуатационные расходы и капиталь-
капитальные вложения на создание АСУ;
Э, Э'—относительная экономия на 1 руб.
реализуемой теплоты и годовая эконо
мия без учета эксплуатационных затрат
1КАСУ,тыс.ру5.
ственно-хозяйственной деятельности предприятия (Да, Д'с) при
заданных капитальных вложениях и эксплуатационных расхо-
расходах на создание и функционирование АСУ начинается с треть-
третьего квадранта. Годовая экономия от внедрения АСУ склады-
складывается из экономии топлива, воды, теплоты, электрической энер-
энергии, затрат труда на эксплуатацию и управление системами
теплоснабжения.
Рассмотрим основные показатели по определению отдельных
составляющих годовой экономии при создании АСУ теплоснаб-
теплоснабжением [47]. Экономия топлива достигается за счет автомати-
автоматизации процессов, разработки научно обоснованных норм расхода
топлива, организации его учета, расчета оптимальных режимов
выработки и отпуска теплоты с учетом рационального распре-
распределения нагрузки между котельными и котлами. Автоматизация
комплексов задач нормирования, планирования и прогнозиро-
прогнозирования обеспечивает экономию топлива в размере 0,15—0,35%,
задач учета и анализа — 0,05—0,15%, а задач оперативного
контроля и управления режимами работы котельных и котлов —
0,2—0,6%- При этом экономия топлива за счет оптимального
распределения нагрузки между котлами составляет
где р — доля экономии топлива за счет оптимизации режимов работы котель-
котельной: р = 0,2 ч- 0,25; Т)^, tj* — соответственно нормативное и усредненное за
год фактические КПД котельной; В* — фактический годовой расход условного
топлива, т/год; / = 1, 2, ..., р — индекс котельной.
241

Экономия воды в основном обеспечивается за счет ведения
оперативного контроля за состоянием тепловой сети и опреде-
определяется через коэффициент влияния АСУ на снижение потерь
воды:
ДОП = aBGy (Vc + Vc. о) Гсез<Эр • Ю,
где а„ — коэффициент влияния АСУ на снижение потерь воды, а = 0,1; Gy —
нормативная величина утечки в сетях и системах отопления в 1 ч: Gy =
= 0,25%; VQ, Vc. о — удельные объемы воды в сетях и системах отопления,
м3-ч/ГДж, ГСез -^ длительность отопительного сезона, ч/г; Qp —расчетная сум-
суммарная тепловая нагрузка системы теплоснабжения, ГДж/ч.
Экономия теплоты, обеспечиваемая комплексом задач учета
потребителей, анализа режимов теплопотребления и их норми-
нормирования, составляет 0,1—0,2%. Более значительной является
экономия, получаемая за счет автоматизации процессов отпуска
теплоты зданиям, оперативного контроля состояния тепловой
сети и поддержания оптимальных режимов ее работы.
Экономия от автоматизации процессов отпуска теплоты зда-
зданиям определяется как суммарная экономия за счет устранения
перегрева в переходный период (AQn), снижения отпуска теп-
теплоты в ночное время (AQh) и снижения перегрева за счет избы-
избыточных теплопоступлений (AQe). Устранение перегрева в пере-
переходный период ориентировочно обеспечивает снижение расхода
теплоты на 10 % от годового расхода на отопление зданий и
определяется расчетным путем:
ср _ ср ^ср _ ,р j- q
ДC = —^^т
где t", <^р — температура наружного воздуха в точке излома графика и
средняя за переходный период, °С; тп. то — температура подающей и обрат-
обратной сетевой воды при /jjp. °C; тс, то—температура подающей и обратной
сетевой воды при расчетной температуре наружного воздуха fp, °С; Гп — дли-
длительность переходного периода, ч; Qo — расчетный расход теплоты на ото-
отопление при /р; ГДж/л; Qp — расчетный годовой расход теплоты на ото-
отопление, ГДж.
Величина экономии за счет снижения отпуска теплоты в ноч-
ночные часы определяется по формуле
а величина экономии за счет перегрева от избыточных тепло-
поступлений — по формуле
где Ки, Кб — коэффициенты, учитывающие, что снижение температуры в ноч-
ночное время и учет тепловыделений при низких температурах наружного воздуха
не производятся; Кы = 0,5 -f- 0,6; /(б = 0,6 -=- 0,7; Д/вн — допустимое снижение
242

температуры воздуха в помещении (/в) в ночные часы, составляющие третью
часть суток, °С; Д/Вб — усредненное за отопительный период превышение /в
сверх нормы от избыточных теплопоступлений, °С; <^р — средняя за отопитель-
отопительный период температура наружного воздуха, °С;
Как правило, tB = 18 °С, Д/вн = 2°С, AU == 1 Ч- 1,5 °С.
Сокращение непроизводительных потерь воды и поддержа-
поддержание оптимальных режимов работы тепловой сети обеспечивает
экономию теплоты в размере
AQC = АОП (т^ - тх) ср + ас (q? - Q*),
где т?р — средняя температура сетевой воды, °С; тх — температура холодной
воды, СС; с — удельная теплоемкость воды: с — 4,19 X Ю~3 ГДж/°С ¦ т".
р — плотность воды при г?р, т/м3; ас — коэффициент влияния АСУ на со-
сокращение расхода сетевой воды: ас = 0,005; Qf, Q{? — фактический и расчет-
расчетный суммарные годовые расходы теплоты, ГДж/год;
Экономия электрической энергии складывается из снижения
затрат электроэнергии на перекачку сетевой воды и на освеще-
освещение помещений телемеханизированных объектов
Wo - W^ 0) 7-0>
где ДОС. a — снижение расхода сетевой воды при автоматизации регулирова-
регулирования, % от расчетного расхода сетевой воды Gp: ДОС а = 5 Ч-6 %; G*, Gp —
фактический и расчетный расходы сетевой воды, т/ч; Кх — усредненный за
год коэффициент холостого хода сетевых насосов, доли единицы; Р? —
расчетный годовой расход электроэнергии на перекачку сетевой воды,
кВт-ч/год; Wo — суммарная электрическая мощность светильников в помеще-
помещениях объектов до внедрения средств автоматики и телемеханики, кВт; Wa. о—
суммарная электрическая мощность дежурного освещения объектов, кВт; То—
среднее число часов отсутствия персонала на телемеханизированных объектах
в течение года.
Экономия затрат труда при создании АСУ обеспечивается за
счет высвобождения эксплуатационного персонала при автома-
автоматизации и диспетчеризации технологических процессов и за счет
снижения трудоемкости обработки информации в условиях
функционирования системы
-Н- ЛГР + а„ЛГм )
rip /
П в
где 3„ — среднемесячная заработная плата одного работника, руб.; ДЧ — ко-
количество высвобождаемых работников в год; ат — коэффициент влияния АСУ
на снижение трудозатрат при проведении аварийно-восстановительных работ:
Кг = 0,5; Га — фактическая средняя продолжительность устранения одной ава-
аварии до внедрения АСУ, ч; п„ — число часов рабочего времени в месяц; Np,
Л'м — количество рабочих и автомашин, участвующих в аварийно-восстанови-
аварийно-восстановительных работах; ак — стоимость 1 маш.-ч работу, руб.; 5а — среднее количе-
количество аварий в год на 1 ГДж/ч суммарной тепловой нагрузки системы тепло-
теплоснабжения; И — объем информации, подлежащей обработке на ЭВМ в усло-
условиях АСУ, знаки; Я, — норма выработки 1 ч ручной обработки информации,
243

знаки; Цр — стоимость 1 ч ручной обработки информации, руб.; Гд — коэффи-
коэффициент, учитывающий сложность обработки информации при необходимости ее
логической проверки и увязки: Г„ = 2.
Автоматизация задач по управлению технической эксплуата-
эксплуатацией основных фондов приводит к сокращению расходов на про-
проведение капитальных и текущих ремонтов в размере до 6 % при
следующем распределении по отдельным автоматизируемым
комплексам задач: учет и анализ технического состояния обору-
оборудования— 1—3 %; планирование и нормирование ремонтных ра-
работ— 0,7—2,5%; управление процессом проведения ремонтных
работ — 0,3—0,5%.
Экономия теплоты за счет сокращения непроизводительных
потерь в сетях (AQc) позволяет, в свою очередь, снизить капи-
капитальные вложения на развитие системы теплоснабжения в раз-
размере
где ф — среднегодовая стоимость основных производственных фондов.
Рассмотренные составляющие экономии учитываются при ра-
расчете технико-экономических показателей на создание АСУ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1, Аверьянов В. К-, Быков С. И. Вероятностно-статистическое описание ре-
режима работы системы теплоснабжения/ /Изв. вузов. Сер. Энергетика. 1979.
№ П. С. 55—60.
2. Аверьянов В К-, Быков С. И. Теплообмен в помещениях при программ-
программном отпуске тепла//ИФЖ 1982. Т. XLIII № 3. С. 406—412.
3. Алберт А. Регрессия, псевдорегрессия и рекуррентное оценивание/Пер,
с англ. М.: Наука, 1977. 224 С.
4. Анапольская Л. Е., Гандин Л. С. Метеорологические факторы тепло-
теплового режима зданий Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 239 С.
5. Аоки М. Введение в методы оптимизации/Пер, с англ. М.: Наука, 1977.
343 С.
6. Банхиди Л. Тепловой микроклимат помещений. М.: Стройиздат, 1981.
247 С.
7. Богословский В. И. Строительная теплофизика. М.: Высш. школа, 1982.
415 С.
8. Бокс Дж., Дженкинс Г. Анализ временных рядов//Прогноз и управле-
управление Вып 1, 2/Пер. с англ. М.: Мир, 1974. 197 С.
- 9. Бородин Ю. П., Бернер М. С., Табунщиков Ю. А., Матросов Ю. А. Ми-
Минимизация расхода энергии на отопление производственных зданий с помощью
измерительно-вычислительных управляющих комплексов//Промышленная энер-
энергетика. 1982. № 4. С. 12—15.
10. Бутковский А. Г. Методы управления системами с распределенными
параметрами. М.: Наука, 1975. 568 С.
11. Василенко В. А. Сплайн-функции: теория, алгоритмы, программы. Но-
Новосибирск: Наука СО АН СССР, 1983. 214 С.
12. Веников В. А. Математические методы и вычислительные машины в
энергетических системах. М.: Энергия, 1975. 214 С.
13. Винфрид Ш. Диспетчерское управление и регулирование крупных си-
систем централизованного теплоснабжения с аккумуляторами тепла. Доклады
V Международной конф. по централизованному теплоснабжению. Секция V.
Вып. I. Киев, 1982. С. 32-43.
14. Волковыский Е. Г., Шустер А. Г. Экономия топлива в котельных уста-
установках. М.: Энергия, 1973. 304 С
15. Глушков В. М Введение в АСУ. Киев: Техника, 1974. 310 С.
16. ГОСТ 12.1.005—76. Воздух рабочей зоны. Общие санитарно-гигиени-
санитарно-гигиенические требования. М., 1976. 32 С.
17. Гримитлин М. И. Распределение воздуха в помещениях. М.: Строй-
Стройиздат, 1982. 164 С.
18. Громов Н. К. О схемах автоматизации абонентских установок крупных
городских систем централизованного теплоснабжения//Водоснабжение и сани-
санитарная техника, 1981 № 12. С. 8—9.
19. Грудзинский М. М. и др. Автоматическое регулирование систем отоп-
отопления с применением регулятора Т-48//Водоснабжение и санитарная техника.
1980. № 1. С. 23—26.
20. Грудзинский М М., Ливчак В. И., Поз М. Я. Отопительно-вентиля-
Ционные системы зданий повышенной этажности. М.: Стройиздат, 1982. 256 С.
21. Губернский Д. Д, Кореневская Е. М. Гигиенические основы кондицио-
кондиционирования микроклимата жилых и общественных зданий. М.: Медицина, 1978.
192 С,
22. Драчнев В. Г. Автоматизированная система централизованного управ-
управления работой тепловых пунктов//Водоснабжение и санитарная техника.
1982, № 11. С. 14-17.
23 Драчнев В. Г., Плеханова В. А. Регулируемые глеваторные узлы для
теплоснабжения промышленных и гражданских зданий//Материалы
«46

краткосрочного семинара: Прогрессивные проектные решения и монтаж сани-
тарно-технического оборудования зданий. Л.: ЛДНТП, 1984. С. 54—58.
24. Егиазаров А. Г. Отопление и вентиляция зданий и сооружений сель-
сельскохозяйственных комплексов. М.: Стройиздат, 1981. 239 С.
25. Ершов А. А. Стабильные методы оценки параметров//Обзор: Авто-
Автоматика и телемеханика. 1978. № 8. С. 66—100.
26. Жандаров А. М. Идентификация и фильтрация измерений состояния
стохастических систем. М.: Наука, 1979. 112 С.
27. Завьялов Ю. С, Квасов Б. И., Мирошниченко В. Л. Методы сплайн-
функции. М.: Наука, 1980. 352 С.
28. Замышляева М. Л. К вопросу об оценке экономической эффективно-
эффективности от использования диспетчерской ЭВМ в системах теплоснабжения//При-
теплоснабжения//Применение вычислительной техники и современных математических методов в
жилищно-коммунальном хозяйстве. М.: ОНТИ АКХ, 1979. С. 25—31. (Сб. на-
учн. трудов АКХ).
29. Зингер Н. М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных
систем. М.: Энергия, 1976. 335 С.
30. Изерман Р. Цифровые системы управления/Пер, с англ. М.: Мир, 1984.
541 С.
31. Ильинский В. М. Строительная теплофизика. М.: Высш. школа, 1974.
317 С.
32. Ионин А. А., ХлыСюв Б. М., Братенков В. Н., Терлецкая Е. II. Тепло-
Теплоснабжение. М.: Стройиздат, 1982. 335 С.
33. Килпинен У. Использование регулируемых циркуляционных насосов в
водяных системах теплоснабжения/Пер, с финск.//Сб. докладов V Междуна-
Международной конф. по централизованному теплоснабжению. Секция V. Вып. I. Киев,
1982. С. 15—23.
34. Кириллов П. Л., Юрьев Ю. С, Бобков В. П. Справочник по тепло-
гидравлическим расчетам. М.: Энергоатомиздат, 1984. 293 С.
35. Корхин А. С. Алгоритм нелинейного регрессионного анализа при апри-
априорных ограничениях на коэффициенты регрессии//Экономика и математические
методы. Т. XIV. Вып. 2. С. 345—356. М., 1978.
36. Куклик Л. Ф., Курбан В. Д., Петров С. П. Индивидуальное регулиро-
регулирование температуры в отапливаемых помещениях//Водоснабжение и санитар-
санитарная техника. 1984. № 8. С. 12—13.
37. Латышенков М. А., Малявина Е. Г., Кувшинов Ю. Я. Методика ин-
инженерного расчета периодических режимов воздушного отопления школьных
зданий//Вопросы теплоснабжения, отопления и вентиляции. М.: 1981.
38. Лоран П.-Ж. Аппроксимация и оптимизация/Пер, с англ. М.: Мир,
1975. 496 С.
39. Мелентьев Л. А. Системные исследования в энергетике. М.: Паука,
1979. 455 С.
40. Методические указания по определению расходов топлива, элнектро-
энергии п воды на выработку тепла отопительными котельными коммунальных
теплоэнергетических предприятй. М.: Стройиздат, 1979. 79 С.
41. Мешалкин Л. Д., Курочкина А. М. Новый подход к параметризации
регрессионных зависимостей/ /Исследования по математической статистике: За-
Записки научных семинаров ЛОМИ Т. 37. Кн. 3. М., 1979. С. 79—86.
42. Михайленко И. М. Структурно-параметрический синтез автоматизиро-
автоматизированных систем отопления. Л., 1982. С. 13—18. (Сб. научн. трудов НИКТИ
МЭСХ НЗ РСФСР).
43. Мухин О. А., Сергеев И. С. Управление микроклиматом зданий по
принципу комбинированного регулирования отпуска тепла//Управление мик-
микроклиматом в обогреваемых зданиях. Челябинск: 1981. С. 34—35.
44. Невский В. В. Принципиальнее решения и расчет систем отопления
зданий промпредприятий, работающих с уменьшенной подачей тепла в нера-
нерабочее время//Проектирование отопительно-вентиляционных систем. Серия V.
Вып. 4, М.: ЦНИИС Госстроя СССР, 1974. С. 3—10.
45. Параев Ю. И. Введение в статистическую динамику процессов управ-
управления и фильтрации. М.: Советское радио, 1976. 184 С.
246

46. Плютинский В. И., Погорелоа В. И. Автоматическое управление и за-
защита теплоэнергетических установок АЭС. М.: Энергоиздат, 1983. 295 С.
47. Рекомендации по оценке экономической эффективности внедрения
средств телемеханики в коммунальную энергетику. М.: ОНТИ АКХ, 1984. 57 С.
48. Рекомендации по составлению технического задания на создание АСУ
ТП городских систем теплоснабжения. М.: ОНТИ АКХ. 1982. 80 С.
49. Руководящие указания по эксплуатации систем автоматизации гидрав-
гидравлических режимов тепловых сетей. М.: МЖКХ РСФСР, 1977. 32 С.
50. Рымкевич А. А., Халамайзер М. Б. Управление системами кондициони-
кондиционирования воздуха. М.; Машиностроение, 1977. 279 С.
51. Савицкий С. К. Инженерные методы идентификации энергетических
объектов. Л.: Энергия, 1978. 70 С.
52. Сафонов А. П. Автоматизация систем централизованного теплоснабже-
теплоснабжения. М.: Энергия, 1974. 272 С.
53. Себор Дж. Линейный регрессионный анализ/Пер, с англ. М.: Мир,
1980. 456 С.
54. Сеннова Е. В., Стенников В. А. Об оптимальном проектировании раз-
развиваемых и реконструируемых теплоснабжающих систем//Теплоэнергетика,
1984. №9. С. 26—30.
55. Сканави А. Н. Конструирование и расчет систем водяного и воздуш-
воздушного отопления зданий. М.: Строийиздат, 1983. 303 С.
56. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергоиздат, 1982.
360 С.
57. Сорокин И. М., Кузнецов А. И., Александров Л. В. Наладка систем
централизованного теплоснабжения: Справочное пособие. М.: Стройиздат,
1979. 223 С.
58. Стефани Е. П. Основы расчета настройки регуляторов теплоэнергети-
теплоэнергетических процессов. М.: Энергия, 1972. 376 С.
59. Стефанов Е. В. Обоснование технологических требований к воздушной
среде производственных помещенй//Повышение эффективности и качества обо-
оборудования систем кондиционирования воздуха промышленных зданий. Л.:
ЛДНТП, 1978. С. 13—18.
60. Строительные нормы и правила. Нормы проектирования. Отопление,
вентиляция и кондиционирование воздуха. СНиП П-33—75. М.: Стройиздат,
1976. 111 С.
61. Темпель Ю. Я. Математическое моделирование нестационарного теп-
теплообмена в системах теплоснабжения. Автоматика, телемеханика и вычисли-
вычислительная техника. Вып. 101. № 6. М.: ОНТИ АКХ, 1972. С. 129—135
(Сб. научн. трудов АКХ).
62. Тетеревников В #., Павлухин Л. В. Зоны условий призводственного
микроклимата в теплый период года и их практическое использование в ин-
инженерных расчетах//Водоснабжение и санитарная техника. 1978. № 6. С. 21 —
25.
63. Туркин В. П. Водяные системы отопления с автоматическим управле-
управлением для жилых и общественных зданий. М.: Стройиздат, 1976. 135 С.
64. Фаенсон А. И. Принципы автоматического контроля аварийных режи-
режимов тепловых сетей. Автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: АКХ им. Памфи-
Памфилова, 1973. 23 С.
65. Федоров В. В. Теория оптимального эксперимента. М.: Наука, 1971.
312 С.
66. Фильтрация и стохастическое управление в динамических систе-
системах/Под ред. К. Т. Леондеса/Пер. с англ. М.: Мир, 1980. 407 С.
67. Хасилев В. Я. и др. Методы и алгоритмы расчета тепловых сетей. М.:
Энергия, 1978. 176 С.
68. Хомутецкий Ю. #., Куксинская Т. В. Комфортный динамический ми-
микроклимат в помещениях//Водоснабжение и санитарная техника. 1979. № 5.
С 22—24.
69. Чиаович А. С. Адаптивная идентификация параметров и прогнозиро-
прогнозирование состояния для автоматизированных систем централизованного тепло-
теплоснабжения. Автореф. дис. ... канд техн. наук. Л.: ЛПИ, 1985. 16 С.
247

70. Чистович С. А Автоматическое регулирование расхода тепла в систе-
системах теплоснабжения и отопления Л.: Стройиздат, 1975 159 С
71. Чистович С. А Гидравлические и тепловые режимы систем централи-
централизованного теплоснабжения. Генеральные докл. на V Международной конф.
по централизованному теплоснабжению. Киев, 1982. С. 32—42.
72. Чистович С. А. Научно-технические задачи автматизации систем тепло-
теплоснабжения//Изв. АН СССР: Энергетика и транспорт. 1984. № 1. С. 99—107
73. Чистович С. А., Быков С. И., Лебедев П. И. Метод учета влияния
инерционности наружных ограждений зданий на режим отпуска теплоты в
условиях АСУ ТП//Идустриальные отопительно-вентиляционные системы и
технология их монтажа. Л., 1983 С. 23—29. (Сб. научн. трудов ВНИИГС).
74. Чистович С. А., Мелентьев А. Н., Шаган И. Б. О внедрении программ-
программного отпуска тепла.//Водоснабжение и санитарная техника. 1974. № 7. С. 25—
28.
75. Чистяков Н. Н., Грудзинский М. М., Ливчак В. И., Прохоров Е. И.
Повышение эффективности работы систем горячего водоснабжения. М.: Строй-
Стройиздат, 1980. 270 С.
76. Шкаликов Г. С, Савенков Ю. И. Результаты испытаний трехходовых
кранов систем центрального водяного отопления. Вып. 40. Л.: Строийиздат,
1975. С 37—45. (Сб. научн. трудов ВНИИГС).
77. Шопенский Л, А., Валов М. И. Методика определения регулирующих
емкостей баков-аккумуляторов для систем ГВ//Теплоснабжение жилых зда-
зданий. М : ЦНИИЭП инженерного оборудования, 1982, С. 80—86.
78. Штробель Б , Шеель Г. Основные направления повышения эффектив-
эффективности инеженерного оборудования зданий и населенных пунктов в ГДР/Пер,
с нем./ /Монтаж вентиляционных и сантехнических устройств. Сер. VI. Вып. 3
М.: ЦБНТИ Мннмонтажспецстроя СССР, 1982. С. 19—21.
79. Шубин Е. П. Основные вопросы проектирования систем теплоснабже-
теплоснабжения горолов М.: Энергия, 1979. 360 С.
80. Шутов А. С Эксплуатационные показатели горизонтальных систем
отопления с одноместным присоединением нагревательных приборов/ /Инду-
/Индустриальные отопительно-вентиляционные и санитарно-технические системы и
технология их монтажа. Л., 1984. С. 32—40. (Сб. научн. трудов ВНИИГС).
81. Эйкхофф П. Современные методы идентификации систем/Пер, с англ.
М.: Мир, 1983 480 С.
82. Bitter H. Raumtemperalurregelung bei Heizanlagen. Heizung, Luftung,
Haustechnik, 1981, Nr. 7, S. 272—276.
83. Crossley A. M. Total energy control systems. Heating and Ventilating
Engineer, 1981, June, p. 12—14.
84. Genath B. Warten auf den adaptiven Regler. Sanitar — Heizungstech-
nik, 1982, Nr. 5, S. 316—318.
85. Hartung H. D., Lossner J., Jcischke H. Einfuhrung der innentempera-
turabhangigen Regelung von Raumheizungsanlagen mit Thermostatventilen.
Stadt und Gebaudetechnik, 1983, Nr. 1, S. 12—15.
86. Hesse W., Martiw D. Fahrweise von Heizungssystemen in Abhangigkeit
von den Wetterelementen. Stadt und Gebaudetechnik, 1984, Nr. 2, S. 18—27.
87. Jennrich R. I. Stepwise Regression.. Statistical Methods for Digital Com-
Computers. «Mathematical Methods for Digital Computers», VIII, 1977.
88. Kalasinsky C, Ferreira F. Design energy efficient buildings with ESP
(Unique features of APEC's new energy simulation program). Heating, Pi-
Piping, Air Conditioning, Oct. 1978, p. 75—81.
89. Maybeck ?., Hallanger E., Wind M. Current U. S. Practice for Design,
Fabrication and Control of Heating. Ventilating and Air Conditioning Sys-
Systems.— U. S./USSR Joint Seminar on Internal Utility Systems in Buildings.
Washington, D. C, p. 28—48.
90. Seel H., Bechtel V. Ergebnisse des Einsatzes der Zonen — und Thermo-
stalrogelung in experimentalen Wohnbauten. Stadt und Gebaudetechnik, 1983,
Nr. 3, S. 70-74.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3
Глава I. ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ И ЦЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИЛ1АМИ РАБО-
РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ 5
Глава II. РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
и отопления :з
Глава III. ВОЗМУЩАЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕ-
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ ij
Глава IV. УПРАВЛЯЮЩИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕ-
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ 60
Глава V. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕ-
ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ II ОТОПЛЕНИЯ 75
Глава VI. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМАМИ РАБО-
РАБОТЫ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 13:
Глава VII. ИНДИВИДУАЛЬНОЕ АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
РАСХОДА ТЕПЛОТЫ 145
Гл а в а VIII. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ СТУПЕНИ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРО-
РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛОТЫ 1G5
Глава IX. РЕЖИМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕПЛО-
ТЕПЛОТЫ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 191
Глава X. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕМ 210
Список литературы 245