книги / Решение частных задач оптимизации для инженерных систем зданий

3.3.5. Тестирование математической модели здания (сооружения) и анализ результатов

Используя математическую модель программного комплекса IOSO, рассчитали жилое многоэтажное здание. Данная математическая модель может применяться для разных городов и зданий в РФ, для этого изменяются управляемые и неуправляемые параметры.

Математическая модель рассчитана при следующих входных параметрах:

V – объем здания от 100 до 10 000 м3; a – поправочный коэффициент, 0,95;

tв – расчетная усредненная температура воздуха в помещениях здания, 18 °С;

k1 – коэффициент инфильтрации, 1,05;

tс – расчетная температура наружного воздуха за отопительный период, –5,9 °С;

k2 – коэффициент, учитывающий поправку для зданий барачного типа и сборно-щитовых домов, от 0 до 2;

k3 – коэффициент, учитывающий поправку на вновь построенные здания, от 0 до 2;

z – фактическая продолжительность отопительного периода в отчетном базовом году, 245 сут;

tн – нормативная средняя температура наружного воздуха за учетный период (отопительный период, месяц), °С, принята для г. Перми;

Т – среднегодовой тариф тепловой энергии, 1200 руб. за 1 Гкал;

Zкап – капитальные затраты на реализацию энергосберегающего мероприятия, от 5 000 до 100 000 руб.;

Эгод – годовая экономия от реализации энергосберегающего мероприятия, от 5 000 до 10 000 руб.

В табл. 5 приведены входные параметры и ограничения на параметры процесса.

61

62

В табл. 6 приведены выходные параметры и ограничения на параметры процесса.

Алгоритм: Максимальное время решения задачи: 100 дней, 0 ч, 0 мин Максимальное количество итераций: 1500

Точность решения задачи: 0 Точность соблюдения ограничений: 0

Заданное количество Парето-оптимальных решений: 20

Значимость:

В результате решения математической модели найдены оптимальные параметры для реализации энергосберегающих мероприятий.

63

На рис. 19 показаны зависимости срока окупаемости от годовой экономии энергосберегающего мероприятия.

Рис. 19. Зависимости срока окупаемости от годовой экономии энергосберегающего мероприятия

На рис. 20 представлены зависимости срока окупаемости от коэффициента, учитывающего поправку для ветхих зданий.

Рис. 20. Зависимости срока окупаемости от коэффициента, учитывающего поправку для ветхих зданий

На рис. 21 представлены зависимости срока окупаемости от коэффициента, учитывающего энергосберегающие мероприятия Эгод.

64

Рис. 21. Зависимости срока окупаемости от коэффициента, учитывающего энергосберегающие мероприятия Эгод

На рис. 22 показаны зависимости срока окупаемости от капитальных затрат на внедрение энергосберегающего меприятия.

Рис. 22. Зависимости срока окупаемости от капитальных затрат на внедрение энергосберегающего меприятия

На рис. 23 показаны зависимости срока окупаемости от кубатуры объекта.

65

Рис. 23. Зависимости срока окупаемости от кубатуры объекта

На рис. 24 показаны зависимости срока окупаемости от удельного потребления тепловой энергии.

Рис. 24. Зависимости срока окупаемости от удельного потребления тепловой энергии

На рис. 25 показаны зависимости срока окупаемости от годовых затрат на отопление.

66

Рис. 25. Зависимости срока окупаемости от годовых затрат на отопление

На рис. 26 представлены зависимости срока окупаемости от удельного потребления тепловой энергии зданием.

Рис. 26. Зависимости срока окупаемости от удельного потребления тепловой энергии зданием

На рис. 27 показаны зависимости экономии от реализации энергосберегающего мероприятия от годовых затрат на отопление.

67

Рис. 27. Зависимости экономии от реализации энергосберегающего мероприятия от годовых затрат на отопление

68

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Повышение энергетической эффективности работы инженерных систем зданий и сооружений, снижение потребления энергоресурсов за счет оптимизации их работы, внедрение энергосберегающих технологий и оптимизации конструктивных элементов инженерных систем актуально, что подтверждено Федеральным законом «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности» от 23.11.2009 № ФЗ-261.

Вкачестве прикладной задачи совершенствования инженерных систем зданий рассмотрен пример оптимизации работы системы воздушного отопления здания, теплообменного аппарата системы воздушного отопления здания и основного теплоотдающего элемента данного теплообменного аппарата (ребра).

Входе проведения автором многочисленных энергетических обследований зданий, анализа российского и международного опыта в области проведения энергетических обследований, аналитического обзора современной научно-технической и нормативной документации, методической литературы определены критерии, управляемые и неуправляемые параметры, граничные условия, влияющие на энергоресурсоэффективность инженерных систем.

Нахождение оптимальных управляемых параметров инженерных систем зданий возможно с помощью разработанного автором комплексного метода исследований, основанного на решении задач многокритериальной многопараметрической оптимизации с введением эмпирически полученных данных.

При разработке математических моделей инженерных систем зданий (системы отопления теплообменного аппарата, системы воздушного отопления, ребра теплоотдающего элемента) применены основные уравнения тепломассообмена.

Решение задач оптимизации проведено с помощью метода нелинейной оптимизации в расчетно-программных комплексах IOZO, Generalized Reduced Gradient (GRG2).

69

В исследованиях решается задача совершенствования инженерных систем зданий и сооружений с целью повышения эффективности работы (в том числе систем воздушного отопления, теплообменных аппаратов для данных систем и его элементов) за счет оптимизации их параметров и конструктивных элементов.

Для достижения данной цели автором поставлены и решены следующие задачи:

–разработана математическая модель многокритериальной задачи оптимизации процесса теплообмена на оребренных теплообменных поверхностях аппаратов;

–разработана математическая модель многокритериальной задачи оптимизации конструкции теплообменных аппаратов;

–разработана математическая модель многокритериальной задачи оптимизации системы воздушного отопления здания;

–определены закономерности процесса теплообмена с получением обобщающих зависимостей распределения температуры на теплоотдающей поверхности теплообменного аппарата системы воздушного отопления зданий при работе в течение отопительного периода с использованием разработанных математических моделей;

–проведено сравнение полученных результатов с результатами по известным теоретическим зависимостям;

–снижена металлоемкость теплообменного аппарата и оптимизированы его теплотехнические характеристики.

Научная новизна работы состоит:

–в разработке нового комплексного метода исследований, ос-

нованного на решении задач многокритериальной оптимизации с введением обобщенных зависимостей, полученных на основе эмпирических данных;

–получении функциональных зависимостей параметров процессов на теплообменных поверхностях и оптимальных геометрических параметров теплообменного аппарата;

–разработке научно обоснованной методики оценки применения энергосберегающих мероприятий при энергетических обследо-

70