Автореферат диссертации (Автоматизация многофакторного перспективного моделирования проектных решений систем солнечного теплоснабжения гражданских зданий)

2Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательномучреждениивысшегообразования«НациональныйисследовательскийМосковскийгосударственный строительный университет» (НИУ МГСУ)Научный руководитель:кандидат технических наук, доцентКитайцева Елена ХалиловнаОфициальные оппоненты:Чулков Георгий Олеговичдоктор технических наук, профессор, Обществосограниченнойответственностью(ООО)«Научно-проектный центр «Развитие города»,ведущий научный сотрудникКулакова Виктория Викторовнакандидаттехническихнаук,Обществосограниченной ответственностью (ООО) «ПИКПроект», ведущий конструктор-проектировщикВедущая организация:ФГБОУ ВО «Воронежский государственныйтехнический университет»Защита состоится «22» ноября 2018 г.

в 12:00 (по местному времени) на заседаниидиссертационного совета Д212.138.01, созданного на базе ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» по адресу:129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д.26, 9 студия «Открытая сеть».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Национальныйисследовательский Московский государственный строительный университет» и на сайтеwww.mgsu.ruАвтореферат разослан «____»______________ 2018 г.Ученый секретарьдиссертационного советаЕкатерина Николаевна Куликова3ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы исследования.

Система теплоснабжения является элементомсовременныхжилыхиобщественныхзданий.Обеспечение нагрузкина системутеплоснабжения осуществляется, как правило, централизованным способом с применениемтрадиционных энергетических ресурсов. Недостатком данного способа энергоснабженияявляетсяисчерпаемостьтрадиционныхресурсовинанесениесущественноговредаокружающей среде.

Применение альтернативных источников энергии позволяет решить обепроблемы. Кроме того, использование альтернативных источников энергии создает условия дляобеспечения автономности потребителя от централизованных энергосетей.Использование энергии солнечных лучей для теплоснабжения гражданских зданийприменимо для большей части территории России. Дальневосточный, Сибирский, большаячасть Приволжского, Южный и Северокавказский округа обладают достаточно высокимуровнем радиационных ресурсов, что указывает на целесообразность применения данногоспособа энергоснабжения в упомянутых регионах.В гражданских и производственных зданиях значительно отличаются режимы и объемыпотребления тепловой энергии и требуютсяразные подходы к проектированию системтеплоснабжения.

В СП 41-101-95 "Проектирование тепловых пунктов" не рекомендуетсятеплоснабжение производственных зданий от ЦТП, обсуживающих гражданские.Однозначный подход к проектированию систем солнечного теплоснабжения (ССТ) насегодняшний день отсутствует. Нормативную базу проектирования установок солнечногогорячеговодоснабжениясоставляютВСН52-86«Установкисолнечногогорячеговодоснабжения» и ГОСТ Р «Теплоснабжение зданий. Методика расчета энергопотребности иэффективности системы теплогенерации с солнечными установками». Область примененияданных норм проектирования охватывает установки солнечного горячего водоснабжения наоснове плоских солнечных коллекторов.

Методика расчета в ВСН более подробнаиосуществляется по часовым суммам прямой и рассеянной солнечной радиации и температуренаружного воздуха, значение которых определяют по «Справочнику по климату СССР», расходгорячей воды принимается по суточным нормам потребления в соответствии с СНиП 2.04.0185.Солнечные водонагревательные установки могут работать на основе не только плоских,но и трубчатых вакуумных коллекторов. По назначению данные системы могут быть системамиГВС, отопления, холодоснабжения или комбинированными.

Кроме того, гелиоустановки невсегда являются водонагревателями, т.к. в них могут применяться воздушные коллекторы,галечные аккумуляторы теплоты и т.д. Однако проектирование таких гелиоустановок ненормировано.4При проектировании ССТ используются математические модели разной степенидетализации, при которой некоторыми параметрами системы пренебрегают. С одной стороныобщепринято учитывать тепловые потери коллектора, его угол наклона и ориентацию посторонам света, с другой стороны не все авторы учитывают тепловые потери в трубопроводахили неравномерность потребления; некоторые авторы не учитывают потребление совсем.Также отсутствует единый подход к определению временного интервала, на которыйпроизводится моделирование.

Как правило, расчет производится по среднемесячным значениямсолнечной радиации, однако существуют модели, использующие и среднегодовые значения, исуточные. Применение укрупненных показателей не позволяет оценить момент времени, вкоторый система может не обеспечить потребителя необходимым количеством теплоты.

Приналичии такого состояния системы можно говорить о её неавтономности.В большинстве моделей расчет производится на нормативные значения потреблениягорячей воды (либо на расчетную тепловую нагрузку здания). Однако данный подход негативноотражается на точности и степени приближенности к реальности моделирования работысистемы.

В связи с этим необходимо учитывать как неравномерность суточного потреблениягорячей воды в системах ГВС, так и неравномерность суточной тепловой нагрузки здания.На основе вышеизложенного, актуальность темы исследования заключается внеобходимости разработки единого и исчерпывающего подхода к проектированию ССТ, аименно методического, математического и информационного обеспечения автоматизациипроектирования ССТ.Степень разработанности темы исследования.Исследованиями в области математического моделирования ССТ многие годы с разнойстепенью детализации занимались как отечественные (Бутузов В.А., Бастрон А.В, Судаев Е.М.,Трошкина Г.Н, Карташев А.Л., Рабинович М.Д., Ферт А.Р., Попель О.С. и др.), так изарубежные (A.V.

daRosa, W.A.Beckman, S.A.Klein, J.A.Duffie и др.) исследователи. Однаковопрос влияния параметров системы и их сочетаний на точность математической модели, атакже нахождения условий обеспеченности потребителя остаются недостаточно изученными.Целью диссертационного исследования является разработка системы автоматизациимногофакторного перспективного моделирования проектных решений систем солнечноготеплоснабжения гражданских зданий.Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:1.Провести анализ современных и перспективных ССТ гражданских зданий.2.Провести анализ объектов, процессов и результатов автоматизации проектированияССТ гражданских.53.Разработать многофакторную математическую модель работы ССТ гражданскихзданий, учитывающую, в том числе, режим потребления тепловой энергии, тепловые потериэлементов, зависимость параметров оборудования, теплоносителя и воды от температуры.4.РазработатьметодикуповышенияэффективностипроектныхрешенийССТгражданских зданий.5.быструюРазработать алгоритм численного моделирования, обеспечивающий устойчивую исходимостьитерационногопроцессаприавтоматизациимногофакторногоперспективного моделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.6.Установить необходимый и достаточный временной интервал, определяющий модельклиматических условий и нагрузки на систему при автоматизации многофакторногоперспективного моделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.7.Выявить и систематизировать факторы и их взаимодействия по значимости влиянияна точность многофакторного перспективного моделирования проектных решений ССТгражданских зданий.8.Разработать систему автоматизации многофакторного перспективного моделированияпроектных решений ССТ гражданских зданий.9.Провести практическую апробацию предложенных решений.10.

Определить перспективные направления дальнейших исследований в рамкахобозначенной предметной области.Объектом диссертационного исследования являются современные и перспективныесистемы солнечного теплоснабжения гражданских зданий.Предметом диссертационного исследования являются объекты, процессы и результатыавтоматизации проектирования систем солнечного теплоснабжения гражданских зданий.Научно-техническая гипотеза состоит в возможности повышения эффективностиавтоматизации проектирования систем солнечного теплоснабжения гражданских зданий наоснове многофакторного перспективного моделирования их проектных решений.Теоретической и методологической основой диссертационного исследования являютсятруды российских и зарубежных авторов, базирующиеся как на основе натурных, так ичисленных экспериментов, проводимых с различной степенью детализации, а такжесуществующая нормативная база проектирования ССТ.Научная новизна диссертации:1.Разработана система автоматизации многофакторного перспективного моделированияпроектных решений ССТ гражданских зданий.62.Разработана многофакторная математическая модель работы ССТ гражданскихзданий, учитывающая, в том числе, режим потребления тепловой энергии, тепловые потериэлементов, зависимость параметров оборудования, теплоносителя и воды от температуры.3.РазработанаметодикаповышенияэффективностипроектныхрешенийССТгражданских зданий.4.быструюРазработан алгоритм численного моделирования, обеспечивающий устойчивую исходимостьитерационногопроцессаприавтоматизациимногофакторногоперспективного моделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.5.Установлен необходимый и достаточный временной интервал, определяющий модельклиматических условий и нагрузки на систему при автоматизации многофакторногоперспективного моделирования проектных решений ССТ гражданских зданий.6.Выявлены и систематизированы факторы и их взаимодействия по значимости влиянияна точность многофакторного перспективного моделирования проектных решений ССТгражданских зданий.ТеоретическаяматематическаязначимостьмодельработырезультатовССТ,работы.учитывающаяРазработананаиболеемногофакторнаязначимыепараметры,позволяющая определять состояние системы в указанный момент времени, также методикаповышения эффективности проектных решений ССТ гражданских зданий.Методология и методы исследования.