Способ управления процессом теплоснабжения

 

Изобретение относится к промышленному теплоснабжению и может быть использовано теплоснабжающими предприятиями, жилищно-коммунальными службами муниципальных образований. Регулируют количество тепла, вырабатываемого источником теплоснабжения. Для этого для заданной территории заранее определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема единицы отопления, с учетом этих данных на карту территории наносят изолинии количества тепла, потребного на отопление, после чего выявляют привязку положения конкретных единиц отопления между соседними упомянутыми изолиниями и посредством интерполяции, например, линейной определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема, конкретной единицы отопления. После этого с учетом площадей конкретных единиц отопления определяют потребности в тепле каждой из них и задают расход топлива в целом источника теплоснабжения. Кроме того, изолинии количества тепла, потребного на отопление, строят для трех типов отопительных сезонов - холодной, нормальной и теплой зимы, отслеживают динамику изменения температур в пределах территории, по которой отбирают для использования карту с изолиниями соответствующего типа отопительного сезона. Технический результат - повышение экономичности расходования топлива и рабочего ресурса теплопроизводящего оборудования. 5 ил.

Изобретение относится к промышленному теплоснабжению и может быть использовано теплоснабжающими предприятиями, жилищно-коммунальными службами муниципальных образований в качестве средства решения широкого круга задач - оптимизации расходования топлива в отопительный период, обеспечения комфортных тепловых условий для населения региона и принятия других управленческих решений, не имеющих прямого отношения к технологическим аспектам задачи теплоснабжения.

Известен способ управления процессом теплоснабжения, включающий передачу тепла посредством теплоносителя, который подводят к единице отопления с последующим регулированием количества передаваемого единице теплоснабжения посредством соответствующего изменения ее теплотехнических характеристик (см. а.с. СССР 1449776 и 1449777, кл. F 24 D 5/04, 1989).

Недостаток этого технического решения - его неэкономичность, поскольку избыточное тепло, доставленное на объект, попросту теряется (если речь идет о жилых помещениях - за счет сброса тепла в атмосферу при более интенсивном проветривании помещений или за счет соответствующей работы кондиционирующих средств; если речь идет о производственных помещениях, то при несоответствии тепловых параметров технически обоснованным эффект будет тот же - безвозвратная потеря излишков тепла).

Известен также способ управления процессом теплоснабжения, включающий передачу тепла посредством теплоносителя от внешних источников который, подводят к единицам отопления с регулированием количества поставляемого тепла в зависимости от климатических параметров местности (см. а.с. СССР 1481568, кл. F 24 D 19/10, 1989).

Недостаток этого решения - недостаточная его эффективность при больших масштабах систем теплоснабжения, работающих на больших территориях, например на уровне муниципальных образований, и объединяющих по несколько теплоснабжающих предприятий.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, выражается в обеспечении возможности работы эффективного управления работой процесса теплоснабжения больших территорий.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в обеспечении возможности прогнозирования потребностей источников теплоснабжения в топливе и на этой основе устойчивого снабжения теплом больших территорий, кроме того, повышается экономичность расходования топлива и рабочего ресурса теплопроизводящего оборудования, а также попутно решается целый ряд задач социально-экономического характера.

Для решения поставленной задачи способ управления процессом теплоснабжения, включающий передачу тепла посредством теплоносителя, который подводят к единицам отопления от внешних источников с регулированием количества поставляемого тепла в зависимости от климатических параметров местности, отличается тем, что регулируют количество тепла, вырабатываемого источником теплоснабжения, для чего для заданной территории заранее определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема единицы отопления, с учетом этих данных на карту территории наносят изолинии количества тепла, потребного на отопление, после чего выявляют привязку положения конкретных единиц отопления между соседними упомянутыми изолиниями и посредством интерполяции, например, линейной определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема конкретной единицы отопления, после чего с учетом площадей конкретных единиц отопления определяют потребности в тепле каждой из них и задают расход топлива в целом источника теплоснабжения, кроме того, изолинии количества тепла, потребного на отопление, строят для трех типов отопительных сезонов - холодной, нормальной и теплой зимы, отслеживают динамику изменения температур в пределах территории, по которой отбирают для использования карту с изолиниями соответствующего типа отопительного сезона.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи: Признак. . . "регулируют количество тепла, вырабатываемого источником теплоснабжения" исключает возможность пережига топлива, его неоправданного расхода при положительных отклонениях температур.

Признаки. . . "для заданной территории заранее определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема единицы отопления, с учетом этих данных на карту территории наносят изолинии количества тепла, потребного на отопление, после чего выявляют привязку положения конкретных единиц отопления между соседними упомянутыми изолиниями и посредством интерполяции, например, линейной определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема конкретной единицы отопления" обеспечивают возможность оперативного контроля состояния теплоснабжения на больших территориях.

Признаки. . . "после чего с учетом площадей конкретных единиц отопления определяют потребности в тепле каждой из них и задают расход топлива в целом источника теплоснабжения". .. обеспечивают возможность оперативного определения требуемого расхода топлива для каждого теплоисточника.

Признаки. .. "изолинии количества тепла, потребного на отопление, строят для трех типов отопительных сезонов - холодной, нормальной и теплой зимы, отслеживают динамику изменения температур в пределах территории, по которой отбирают для использования карту с изолиниями соответствующего типа отопительного сезона"... обеспечивают возможность точного определения требуемого расхода топлива для каждого теплоисточника за счет более полного соответствия задаваемого режима работы теплоисточника реальным параметрам.

На фиг. 1 показана карта с изолиниями потребного количества тепла за отопительный период; на фиг.2 - карта с изолиниями потребного количества тепла на 1 м² за отопительный период; на фиг.3 - карта с изолиниями расхода натурального топлива; на фиг.4 показан график потребного количества тепла на отопление в январе при температурных аномалиях средней за месяц температуры воздуха; на фиг.5 показана зависимость расхода топлива для выработки тепла на отопление при температурных аномалиях в январе.

В основе предлагаемого способа лежит технология оценки территории по отопительным нагрузкам жилых и общественных зданий на основе специальных географических карт. Расчетная часть работы базируется на известных - существующих и ныне действующих нормативных документах (СНиП 2.04.05 - 91. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Нормы проектирования. - М.: ЦИПТ. 1991. /Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2000, - 72 с.; СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофизика - М. : Стройиздат. 1988, - 136 с. /Госстрой России. М.: ГУП ЦПП. 1999; СНиП 2.08.01 - 85. Жилые здания. ЦИТП Госстроя СССР. 1986. - 14 с. /Госстрой России. М.: ГУП ЦПП, 2000, - 14 с.; СНиП 11-3 - 79. Строительная теплотехника. Госстрой СССР М.: ЦИТП Госстроя СССР. 1986. /Госстрой России. - М.: ГУП ЦПП, 1999, - 29 с.), методических указаниях которые применяются для определения количества тепла на отопление, расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку тепла (Методические указания по определению расходов топлива, электроэнергии и воды на выработку тепла отопительными котельными коммунальных теплоэнергетических предприятий. М. , 1994, - 92 с.) и нормативов потребности в тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий (Реформа ЖКХ. Методические рекомендации по формированию нормативов потребления услуг жилищно-коммунального хозяйства. (Утверждены приказом Минэкономики России от 06.05.1999, 240)).

Расчетный математический аппарат базируется на математическом выражении где Q_o - расход тепла на отопление здания, Гкал; - проектная тепловая нагрузка на отопление здания, Гкал/ч; - усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемого помещения по типовому проекту,^oС; t_вн - то же для конкретного здания,^oС; - расчетная температура наружного воздуха для отопления по типовому проекту,^oС; t_p.o - то же для конкретного здания,^oС.

При расчетах используют два методических приема: "типовое здание" и "модельное здание". Прием "типовое здание" позволяет выполнить оценку в связи с видом постройки, по группе однотипных домов в связи с их этажностью, для определения непосредственно годового расхода тепла на отопление 1 м² общей площади жилых зданий. Прием "модельное здание" позволяет оценить годовой расход тепла на отопление в целом здания (жилой дом, детский сад, учебное заведение, магазин и др.) в связи с их внешним строительным объемом (предусматривается использование и метода "контрольное здание" через сравнение полученных данных расхода тепла между "модельным зданием" и проектным, а также нового метода "эффективные температуры" с непосредственным применением показателей по ветровым нагрузкам). В региональном аспекте предлагаемый способ предназначен для использования в рамках территорий субъектов федерации: край (область), республика и их объединений (федеральный округ). В связи с тем, что территории края (области) занимают большую площадь, отопительные нагрузки предлагается оценивать с помощью географических карт. Каждая карта представляет собой географическую основу с осями координат, на которой в изолиниях приводятся значения картографируемых параметров. Карты строятся по двум типам масштабов. В географической системе мер - в градусах и минутах и в метрической системе мер - в километрах. В географической системе мер информация снимается непосредственно по координатам пункта (точке). В метрической системе - традиционно для географических карт. Картографируются следующие параметры: климатические показатели, необходимые для расчетов; количество потребного тепла на отопление за год (отопительный период) и на 1 м² общей площади жилых и общественных зданий; количество потребного условного (натурального) топлива, необходимого для выработки данного количества тепла, и их стоимость; нормативы потребности в теплоэнергии на отопление жилых зданий (Гкал в год на 1 человека).

Основная единица оценки - удельная единица отопления - тип здания по виду застройки и отдельные здания.

Климатологические данные для расчета отопительных нагрузок принимают, используя СНиП Строительная климатология и геофизика, Научно-прикладной справочник по климату СССР. Серия 3. Многолетние данные. Часть 1-6. Вып.26. Приморский край. Л.: Гидрометеоиздат, 1988, - 416 с., исходя из санитарно-гигиенических и энергосберегающих условий. В расчетах участвуют средние многолетние значения температуры воздуха за отопительный период, продолжительность отопительного периода и другие, а также их значения с учетом межгодовой динамики.

Карты собираются в Атлас: "Оценка территории по отопительным нагрузкам" для применения, как в целом, так и по разделам или отдельными картами. К настоящей заявке прилагаются образцы таких карт, построенные применительно к территории Приморского края. Атлас территории Приморского края состоит из следующих разделов: Раздел I. Климатические показатели. Содержит следующие карты. Карта 1 - "Расчетная температура самой холодной пятидневки", карта 2 - "Продолжительность отопительного периода", 3 - "Расчетная зимняя вентиляционная температура", 4 - "Средняя температура воздуха за отопительный период". Всего 4 карты (атлас построен в расчете на угли марки "БК" и топочный мазут М-100). Карты этого раздела выполнены непосредственной интерполяцией в поле точек по данным (СНиП 2.01.01 - 82. Строительная климатология и геофизика - М.: Стройиздат. 1988, - 136 с. /Госстрой России. М.: ГУП ЦПП. 1999; Справочник по климату СССР. Вып.26. Приморский край. Часть II. Температура воздуха и почвы. Л.: Гидрометеоиздат. 1966; Справочник по климату СССР. Вып. 25. Хабаровский край и Амурская область. Часть II. Температура воздуха и почвы. Л. : Гидрометеоиздат, 1965, - 312 с.) с коррективами, вносимыми по данным Научно-прикладного справочника по климату СССР (Серия 3. Многолетние данные. Часть 1-6. Вып.26. Приморский край. Л.: Гидрометеоиздат, 1988, - 416 с.).

Раздел II. Виды застройки жилых зданий (этажность). Годовой расход теплоты на отопление 1 м² площади жилых зданий Q-од, кв. м. (Гкал) определяется по формуле (2):
Q_год/м ²=g•n•24•10^-6•(t_вн-t_ср.о)/(t_вн-t_р.о),
где g - максимальный часовой расход тепла на отопление 1 м² общей площади жилых зданий, Ккал/час;
n - продолжительность отопительного периода, сутки;
24 - продолжительность работы системы отопления в сутки, час;
t_вн - расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий,^oС;
t_cp.o - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, ^oС;
t_p.о - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, ^oС.

Раздел III. Модельное здание. Расчетная нагрузка здания на отопление (Q_o) вычислялась по формуле (3):
Q₀=1•V_н•q₀•n•24•(t_вн-t_р.о)•10^-6,
где 1 - поправочный коэффициент;
V_н - наружный строительный объем здания, м³;
q_o - удельная отопительная характеристика здания;
n - продолжительность отопительного периода, сутки;
24 - продолжительность работы системы отопления в сутки, час;
t_вн - расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий,^oС;
t_p.o - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,^oС.

В рамках этих разделов определялось количество тепла, потребного на отопление (в удельных единицах отопления), Гкал, за месяц, квартал, зиму, отопительный период, год на уровне климатических норм средних многолетних значений по типовым и индивидуальным проектам зданий, например карта количества тепла, потребного на отопление одноэтажного здания деревянной постройки; карта количества потребного тепла на отопление двухэтажного жилого дома при наружном объеме 6600 м³. Возможно картографирование и температурных аномалий (холодная или теплая зима) для целей отопления и т. п.

Разделы содержат также карты количества необходимого условного и натурального топлива и их стоимости в денежном эквиваленте, необходимой для обеспечения потребного количества тепла.

Раздел IV. Нормативы потребности теплоэнергии на отопление, Гкал, количество условного и натурального топлива на ее выработку и денежных средств, руб. и условные единицы в год на 1 человека, исходя из норм жилищной обеспеченности (м² общей площади на 1 человека).

Для свертывания информации и оперативного получения нужной карты проведена их буквенно-цифровая индексация (номенклатура. Название раздела имеет цифровой индекс: 2 - карты по виду застройки жилых зданий (этажность), потребление на 1 м²; 3 - карты "Модельное здание"; 4 - карты "Нормативы потребления теплоэнергии, топлива и денежных средств (на 1 человека)".

Добавление буквенного индекса (большая буква) определяет конкретный вид застройки: А - одноэтажные деревянные здания; Б - двухэтажные деревянные здания; В - 3-4-этажные каменные; Г - 5-9-этажные; Д - 10-12-этажные.

По разделу 3 - "Модельное здание" - А - жилой дом; Б - детский сад; В -учебное заведение (общеобразовательные школы, техникумы, вузы), Г - магазин, Д - больница, Е - административное здание, Ж - здание индивидуальной постройки и т.д. Карты атласа строятся лишь по одному виду модельного здания: жилой дом с наружным строительным объемом 6600 м³.

Соответственно индексируются карты и по разделу IV.

Например, 4А2 - карты нормативов потребления теплоэнергии для одноэтажного деревянного здания, 4А3 - жилого дома и т.п.

Буквенным индексом русского алфавита (большая буква) кодируются типы застройки и количество потребного тепла. Так, индекс 3А карты показывает, что на ней изображено годовое количество потребного тепла на отопление. Арабскими цифрами показаны карты количества тепла по месяцам и кварталам года. Например, 2Б₁₀; 2Б₁, 2Б_10-12 - карты количества тепла, необходимого на отопление 1 м² двухэтажных жилых зданий деревянной постройки за октябрь, январь и 4 квартал соответственно. Буквенный индекс (малая буква) придается картам по количеству топлива, необходимого для выработки тепла (a - условное, в и с - натуральное, уголь БК и топочный мазут М-100 соответственно). Например, 2Бв3 - количество угля, необходимого для отопления 1 м² двухэтажного жилого здания в марте, 3ас2 - мазута в феврале для отопления жилого дома и т.д.

Двойная большая буква индекса и следующая за ней малая указывают на серию карт по стоимости топлива, при этом в скобках () приводится стоимость в условных единицах. - 3АА(в)1 - стоимость угля, необходимого для отопления жилого дома с наружным объемом 6600 м³ в январе, руб.

Общее количество карт Атласа по разделам II-IV составит 1040 штук:
- по разделу II имеется карта годового количества тепла на 1 м² за отопительный период, карты за октябрь-апрель, карты за квартал; карты количества условного топлива за год (отопительный период), карты по месяцам (октябрь-апрель 10-4 месяцы), карты за 2 квартала; карты по стоимости топлива. Получается 10 карт по теплу, 10 - по условному топливу, 10 - по углю, 10 - по мазуту, 10 - по стоимости в рублях, 10 - по стоимости в у.е. Всего 80 карт, каждая по 5 видам застройки (1-, 2-, 3-4-, 5-9-, 10-12-этажные здания), всего 400 карт.

- по разделу III имеется 80 карт количества тепла, потребного на отопление по общей жилой площади и 80 карт - на 1 м², всего 160 карт.

- по разделу IV имеется 80 карт (нормативы на модельное здание "жилой дом") и 400 карт (нормативы по виду застройки зданий). Всего 480 карт.

Карты строят и используют в масштабе реального времени с применением их электронной версии и Интернет-технологии. Далее работу осуществляют с конкретными единицами отопления - выявляют известными методами их местоположение на карте между соседними изолиниями количества тепла, потребного на отопление, после чего посредством интерполяции, например, линейной определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема конкретной единицы отопления (с учетом вида застройки, к которому она относится), выявляют размерные характеристики здания (площадь или объем), после чего с учетом размеров (площадей или объемов) конкретных единиц отопления определяют потребности в тепле каждой из них. Эту работу проделывают для всех единиц отопления, снабжаемых от данного источника тепла, тем самым задают расход топлива в целом источника теплоснабжения. Кроме того, известными методами (по данным метеонаблюдений) отслеживают динамику изменения температур в пределах контролируемой территории, по которой определяют тип отопительного сезона и тем самым параметры рабочей карты, по которой определяют необходимые параметры работы теплоисточника или теплоисточников, задействованных на данной территории, и режим работы по их обеспечению топливом или режим расхода топлива.

Формула изобретения

Способ управления процессом теплоснабжения, включающий передачу тепла посредством теплоносителя, который подводят к единицам отопления от внешних источников с регулированием количества поставляемого тепла, в зависимости от климатических параметров местности, отличающийся тем, что регулируют количество тепла, вырабатываемого источником теплоснабжения, для чего для заданной территории заранее определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема единицы отопления, с учетом этих данных на карту территории наносят изолинии количества тепла, потребного на отопление, после чего выявляют привязку положения конкретных единиц отопления между соседними упомянутыми изолиниями и посредством интерполяции, например линейной, определяют количество тепла, потребного для оптимального теплоснабжения единицы площади и (или) объема, конкретной единицы отопления, после чего с учетом площадей конкретных единиц отопления определяют потребности в тепле каждой из них и задают расход топлива в целом источника теплоснабжения, кроме того, изолинии количества тепла, потребного на отопление, строят для трех типов отопительных сезонов - холодной, нормальной и теплой зимы, отслеживают динамику изменения температур в пределах территории, по которой отбирают для использования карту с изолиниями соответствующего типа отопительного сезона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5