?

Log in

No account? Create an account

Лучше быть, чем слыть...

Пространственно-временное моделирование тепловых режимов зданий и сооружений
nidogop
          Бурное развитие вычислительной техники, информационных технологий  наложило отпечаток на буквально все стороны нашей жизни. Не стала исключением и  сфера энергосбережения и энергоэффективности. Анализ  энергетических балансов зданий и сооружений, проводимый с помощью пространственно-временного моделирования позволяет выявлять существенный  потенциал энергосбережения. Такие резервы , заложенные в инженерные системы зданий не обнаруживаются при обычных методах расчета энергетических балансов.

Появление и развитие методики пространственно-временного моделированиястало возможным благодаря тому, что с помощью современных вычислительных средств появилась возможность  выполнять огромные объемы вычислений не затрачивая на этот процесс какой-либо серьезной трудоемкости и времени. Иными словами, теперь можно, считать не единичные энергетические ба лансы, а сотни тысяч и миллионы  балансов, точно учитывая не только внешние метеорологические условия-температуру, влажность, скорость и направление ветра, положение солнца по отношению к объекту, положение объекта по отношению к другим зданиям, но и внутренние нагрузки по циклограммам работы оборудования, расписаниям посещений людей и т.д. для каждого помещения, строительного объема.

Ценность результатов моделирования в том, что полученная картина энергетических балансов позволяет избежать  парадигмы наихудшего варианта при проектировании инженерных систем зданий, когда не учитываются возможности сочетания факторов   и принимается, что все они одновременно принимают наихудшее значение, несмотря на то, что вероятность такого сочетания на длительном промежутке времени стремится к 0.

Так, например, известно, что наиболее низкие температуры воздуха в зимний период достигаются под утро, в период стояния антициклона, при ясном небе и практическом безветрии. Небольшие скорости  ветра обуславливают снижение коэффициента теплоотдачи с наружных поверхностей здания. А, при традиционном  проектировании принимается сочетание предельно низких температур и предельно высокого коэффициента теплоотдачи.

Парадигма наихудшего варианта приводит в 100% случаев к созданию инженерных систем повышенной размерности, т.е. рассчитанных на невероятное сочетание факторов, и, потому имеющая избыточные запасы мощности, вероятность использования которых равна 0.Это ведет к росту затрат на инженерное оборудование в ходе строительства объекта и избыточными расходам на эксплуатацию. Кроме того, инженерные системы вынуждены работать в нерасчетном режиме пониженной мощности, что в ряде случаев ведет к сверхнормативным потерям энергии.

Применение пространственно-временного моделирования на этапе разработки проектной документации позволяет скорректировать проектные решения, причем, точно указывается где, в каких помещениях есть избыточность и что можно скорректировать. Наличие модели позволяет проигрывать варианты мер и получать сведения об эффективности того, или иного мероприятия.

Если при проектировании пространственно-временное моделирование не применялось, то оно может проводиться на этапе экспертизы проекта и выявлять те самые узкие места с точки зрения энергетической эффективности проекта.

На этапе строительства объектов моделирование позволяет оценить достаточность, или избыточность технических условий на подключение к централизованным сетям, соответственно снизить затраты на ТУ до необходимого уровня.

Для существующих объектов проведение пространственно- временного моделирования также очень полезно и нужно, так как, помимо заложенных при проектировании запасов мощностей инженерных систем, на этом этапе жизненного цикла объекта, происходят различные изменения внутри здания-перепланировки, изменение назначения  помещений, смена технологического и инженерного оборудования. На практике такие изменения проводятся с недостаточным вниманием к энергетическим аспектам. Это ведет к еще большим отклонениям режимов работы инженерных систем от оптимальных.

На действующих объектах проводится инструментальная проверка соответствия математической модели и реально существующего объекта. Созданная таким образом, модель, скорректированная по результатам инструментальных измерений максимально возможно соответствует реальности и позволяет не только выявить запасы, заложенные в решениях инженерных систем, но и проигрывать на ней сценарии действий и мер, направленных на оптимизацию энергосистем и энергосбережение.

Перспективно  использование модели в режиме реального времени. В этом случае, модель дает норму потребления энергии объектом в зависимости от складывающегося в текущий момент времени сочетания внешних условий и внутренних факторов. Появляется, отсутствующий в настоящее время, горизонт-какое потребление энергии в данный момент нормально, и где в пространстве и времени происходят нарушения энергетических режимов.

Этот аспект особенно важен. поскольку существующее управление  энергосбережением , основанные на применении данных  АСКУЭ лишены главного-с чем сравнивать фактические расходы энергии? Любое программное управление основано на принятии решения на базе анализа отклонений  фактического состояния объекта управления от заданного программой. Сегодня управление энергоснабжением не предусматривает такого сравнения, если и разрабатываются нормы энергопотребления, то делается это только на базе фактических данных.

Отсутствие базы для сравнения при принятии энергосберегающих решений, как технических, так и организационных, приводит к выработке мер на интуитивном уровне, «от достигнутого»  и препятствует выявлению значительной части потенциала энергосбережения.

Неоспорима роль мотивации персонала  организаций к энергосбережению. Но, каждый раз, когда поднимается вопрос о стимулировании людей- встает  во  весь рост проблема-«Сэкономили энергию -по отношению к чему? Тепло-по отношению к соответствующему периоду прошлого года? Так, зима стоит  теплее! За что вас поощрять?» А появление модели дает ответ на вопрос-что есть норма энергопотребления в данный конкретный период времени с учетом многих факторов. Делается реальной оценка деятельности персонала по расходованию энергии.

Интересным  видится применение модели для оперативного управления энергоснабжением, например, для корректировки температурного графика отопительной воды в зависимости от внутренних тепловыделений. Это весьма актуально для помещений со значительными изменениями внутреннего тепловыделения-производственных цехов, поскольку ведет к значительному сбережению энергии.

Покажем конкретный пример применения пространственно-временного моделирования.

Элитная новостройка почти в центре Москвы.50 000 квадратных метров жилой площади, 50000 квадратных метров нежилой площади-подземные парковки, офисы ,торговые и рекреационные площади. Чуть более 300 квартир от 1 до 8 комнат. Технические условия на подключение одного дома к сетям впечатляют 13 гКал/час тепловой мощности,11 мегаватт электрической. Средней руки заводик.

Из электронной документации извлечены необходимые геометрические размеры, мощности  отопительного, вентиляционного, электрического  оборудования, расходы воздуха. Для моделирования использованы метеоданные по г.Москве за 12 лет-с 1999 по 2011 год.

Моделирование проведено для 50-ти квартир.Ниже приведена планировка фрагмента 2-го этажа, состоящего из трех квартир.Две из них по планировке мало отличаются от квартир массовой застройки. Третья-4-х комнатная, с 3 санузлами, гардеробной и виражами, существенно отличается от других квартир .

Результаты моделирования представлены на диаграмме 1

Как следует из приведенной диаграммы, для квартир 1 и 2, чья планировка соответствует типовой, проектные решения практически точно подтверждаются результатами пространственно-временного моделирования. А в квартире 3, имеющей нетиповое решение (3 санузла, витражи), проектная мощность отопительных приборов, почти в вдвое превышает  модельные значения тепловых потерь.

Результаты моделирования  50-ти квартир со 2-го, по 10 этажи приведены на диаграмме 2.

Из диаграммы видно, что имеются как квартиры с удовлетворительным совпадением результатов моделирования с проектными решениями по существующей нормативной базе, так и многочисленные «элитные» квартиры с архитектурными «изысками», для которых СНИП не дает определенного и однозначного ответа на вопрос-как правильно рассчитать  тепловые потери и подобрать отопительные приборы. В таких квартирах запасы мощности превышают разумные пределы, и, именно эти помещения  будут в процессе эксплуатации дома  точками нерационального расхода энергии.Суммарные цифры  избыточных мощностей выглядят так- установлено конвекторов общей мощностью 488 квт, пиковая мощность тепловых потерь составит 382 квт, а с вероятностью 0,98 не превысит 279 квт. В результате моделирования определены помещения, где расходование энергии будет наиболее расточительным и нужно принимать корректирующие проект меры.

Нелишне напомнить, что накопленные по всем помещениям избыточные мощности  привели к неоправданному гипертрофированию центрального теплового пункта и, раздуванию технических условий на подключение, росту  эксплуатационных расходов .

Учет реальных метеоусловий, розы ветров, влияния солнца позволяет почувствовать насколько это важно на примере совершенно одинаковых квартир, имеющих разную ориентацию по сторонам света.

Можно упомянуть и пример моделирования производственного цеха площадью около 20000 кв.м. высотой 12-15 м, оснащенного светоаэрационными фонарями с реально действующим производством. Моделирование показало, что здание имеет средние тепло вые потери за отопительный период в  3 раза ниже, чем суммарный объем энергии в отопительной воде, паре и электроэнергии, которые оно потребляет за тот же период. Причиной являлся неконтролируемый воздухообмен с инфильтрацией воздуха через светоаэрационные фонари.(Определение величины инфильтрации-это, вообще, головная боль любого проектировщика).

Также не последнюю роль играет высота помещения и отсутствие каких-либо средств утилизации вторичного тепла. Фактически, здание может практически отапливаться тепловыми потерями парового оборудования, работающего круглосуточно и круглогодично. Избыточные затраты на отопление превышают  5 млн. руб в год.

По существу, мы предлагаем не только инновационную методику, но и новую услугу по защите интересов инвестора или собственника объекта от  невольных, или намеренных действий проектировщиков, поставщиков оборудования и подрядчиков. Ведь ни для кого не секрет, что  завышение объема инженерных систем с целью получения дополнительного дохода от установки оборудования повышенной мощности с более дорогим монтажом, наладкой и эксплуатацией является прямым интересом поставщиков оборудования и монтажников, которые  предпринимают совместные усилия в этом направлении при реализации проекта.

Мы уверены, что пройдет время и наш подход к анализу энергетического обеспечения объектов  станет стандартом в отрасли. И с помощью этого метода мы сможем последовательно и целенаправленно сокращать  расходы энергии, повышая энергетическую эффективность зданий, сооружений, энергетических установок, сложных технических изделий и других объектов, при этом хорошо контролируя ситуацию в финансовом и технологическом планах.