Математическое моделирование открытых и закрытых систем

На одном из форумов возник спор, какие системы лучше открытые или закрытые, пришлось написать математические модели систем и сравнить их поведение в зависимости от нагрузки. Интуитивно я понимал, что открытые системы не должны уступать закрытым, но эксперимент всегда лучше интуиции.

Модель написана в MS Excel, для открытия кликните по картинке (справа), при открытии файла разрешите выполнение макросов (расчеты выполняются в MS VBasic). Изначально публикация этой модели не предполагалась, поэтому она написана «на скорую руку», но при желании разобраться можно. В файле два листа:

·        «Schem» - расчет параметров теплоносителя на входе и выходе систем теплоснабжения и соотношения эффективности схем теплоснабжения в заданной точке;

·        «SchTabl» - расчет соотношения эффективности схем теплоснабжения в расчетном диапазоне температур наружного воздуха. Результаты расчетов выводятся на 6 диаграммах. Еще одна диаграмма предназначена для визуализации результатов расчета по произвольному параметру.

Цифры слева от схемы показывают параметры теплоносителя в тепловой сети, справа – во внутренней системе теплоснабжения здания.

Обозначения и размерность величин:

«m1» - масса теплоносителя, прошедшего через подающий трубопровод, [т];

«m2» - масса теплоносителя, прошедшего через обратный трубопровод, [т];

«mcw» - масса теплоносителя, прошедшего через трубопровод холодной воды, [т];

«mhw» - масса теплоносителя, прошедшего через трубопровод горячей воды (ГВС), [т];

«t1» - температура теплоносителя в подающем трубопроводе, [°С];

«t2» - температура теплоносителя в обратном трубопроводе, [°С];

«tcw» - температура холодной воды, [°С];

«thw» - температура горячей воды (ГВС), [°С];

«qo» - тепловая энергия, использованная в системах отопления и вентиляции здания, [Гкал].

Описание схем

На всех схемах подразумевается, что источник и тепловые сети находятся слева, а теплопотребляющие установки потребителя находятся справа, Стрелки показывают направление движения теплоносителя. Красным цветом обозначен подающий трубопровод, синим – обратный трубопровод, сиреневым цветом обозначен подающий трубопровод ГВС, зеленым цветом обозначен трубопровод (холодной) водопроводной воды питьевого качества.

[Базовая схема] - открытая система теплоснабжения, с непосредственным присоединением нагрузки отопления, вентиляции и ГВС. Согласование температурных графиков (наружной) тепловой сети и (внутренней) системы теплопотребления осуществляется чугунным элеватором. Регулирование температуры ГВС осуществляется регулятором прямого действия, отбор теплоносителя на нужды горячего водоснабжения – непосредственно из тепловой сети. Строго говоря, возможны варианты, но не о них речь.

[з1с.t2] - закрытая система теплоснабжения с независимым присоединением нагрузки отопления, вентиляции и ГВС. Согласование температурных графиков (наружной) тепловой сети и (внутренней) системы теплопотребления осуществляется автоматикой регулирования. Нагрев воды на нужды горячего водоснабжения осуществляется в теплообменном аппарате  по одноступенчатой схеме. Теплоноситель в первичном контуре теплообменного аппарата ГВС охлаждается до температуры обратной сетевой воды.

[з1с.tcw] - закрытая система теплоснабжения с независимым присоединением нагрузки отопления, вентиляции и ГВС. Согласование температурных графиков (наружной) тепловой сети и (внутренней) системы теплопотребления осуществляется автоматикой регулирования. Нагрев воды на нужды горячего водоснабжения осуществляется в теплообменном аппарате  по одноступенчатой схеме. Теплоноситель в первичном контуре теплообменного аппарата ГВС охлаждается до температуры водопроводной воды.

[з2ступ] - закрытая система теплоснабжения с независимым присоединением нагрузки отопления, вентиляции и ГВС. Согласование температурных графиков (наружной) тепловой сети и (внутренней) системы теплопотребления осуществляется автоматикой регулирования. Нагрев воды на нужды горячего водоснабжения осуществляется в дух теплообменных аппаратах  (по двухступенчатой схеме). Водопроводная вода в теплообменном аппарате первой ступени нагревается до температуры обратной сетевой воды, а в теплообменном аппарате второй ступени до температуры ГВС.

 [От+т/н] - открытая система теплоснабжения, с непосредственным присоединением нагрузки отопления, вентиляции и ГВС. Согласование температурных графиков (наружной) тепловой сети и (внутренней) системы теплопотребления осуществляется чугунным элеватором. Регулирование температуры ГВС осуществляется регулятором прямого действия, отбор теплоносителя на нужды горячего водоснабжения – непосредственно из тепловой сети. Тепловой насос передает тепловую энергию от теплоносителя, возвращаемого на источник теплоснабжения, теплоносителю, подаваемому в систему отопления и вентиляции здания. Здесь тоже возможны варианты, но не о них речь. Я отдаю себе отчет в том, что идея «нашпиговать» подвалы жилых зданий тепловыми насосами, мягко говоря, экстравагантна, но надо было как-то уровнять аппаратное обеспечение открытых и закрытых систем. Согласитесь, что сравнивать чугунный элеватор с ворохом теплообменных аппаратов, насосов и автоматики несколько не честно.

Как пользоваться листом: «Schem»

В таблице, под кнопкой: «Расчет», задать исходные параметры, нажать на кнопку: «Расчет». Результаты расчета находятся в колонках справа и слева от схем.

Как пользоваться листом: «SchTabl»

В таблице «Нагрузка» задать исходные значения параметров.

Задать производительность теплового насоса в %.

В таблице «График регулир.температуры т/носителя» задать исходные значения.

Нажать на кнопку: «Созд.Табл.», результаты расчета появятся в таблицах (на этом же листе) и на диаграммах.

Примечания

Изначально не предполагалось массовое использование этой модели. Мне нужны были картинки для аргументированного разговора о сравнении эффективности систем теплоснабжения, потому особо не старался. Алгоритм достаточно прост, при желании можно написать лучше. Главное заключается в том, что открытые системы теплоснабжения имеют свои преимущества, которые надо использовать на практике и получить реальную экономию энергоресурсов.



С.И.Черноморченко, Август 2012г.

Вернуться на главную страницу Открыть сайт Черноморченко С.И. Вернуться в раздел

Счетчик посещений Counter.CO.KZ