Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
Кондиционирование Вентиляция Сантехника Отопление
СОК СОК
Главное меню
Главная
Новости
СОК онлайн
Рубрики
О журнале
Медиаплан
Реклама
Реклама на сайте
Выставки
Семинары
Контакты
Поиск
Форум
Библиотека
Фотогалерея
Рубрики
Сантехника
Отопление
Кондиционирование
Вентиляция
Энергосбережение
Нормативная База
Объекты
Рекомендуем
Кондиционеры, вентиляция, тепловые насосы.
Системы воздушного отопления
Кондиционеры Daikin
Aqua-Term 2013
c-o-k.ru
Тепловые насосы, Телпый пол и Воздушные фильтры
Top100+ :: Teplo.com

Модель кондиционируемого помещения при нестационарных тепловлажностных нагрузках Версия для печати Отправить на e-mail
23.05.2006
Владимир Вычужанин,


Обеспечение тепловлажностного комфорта в кондиционируемых помещениях зависит от максимального учета характера теплоизбытков (теплопотерь) и влагоизбытков. Для помещений судов теплоизбытки летом равны теплопритокам в них. В зимнее время года в помещениях наблюдаются теплопритоки, но в некоторых из них, насыщенных оборудованием, — теплоизбытки. С изменением параметров наружного воздуха изменяются и теплоизбытки (теплопотери).

Теплоизбытки (теплопотери) и влагоизбытки в обитаемых судовых помещениях определяются внешними и внутренними тепловлажностными нагрузками. Они представляют собой динамический комплекс природных, бытовых и производственных воздействующих факторов, параметры которых могут достигать экстремальных значений.

Внешние нагрузки определяются переменными гидрометеорологическими условиями района плавания судов. В разное время года температура наружного воздуха может изменяться от +45 °С до -50 °С. Влагосодержание в 1 кг воздуха изменяется от 24…26 до 0,1…0,5 г. Температура наружного воздуха, непрерывно изменяясь, претерпевает сезонные, суточные, а также более короткие по продолжительности колебания. В условиях переменных тепловлажностных нагрузок существенно изменяется интенсивность солнечной радиации. В результате облучаемая поверхность нагревается сильнее, чем окружающий воздух. Величина нагрева поверхности зависит от времени года и суток, ориентации судовых ограждений по сторонам света, географической широты, состояния атмосферы. Если учесть, что суда представляют большие металлические сооружения с высокой теплопроводностью, то становится ясно, насколько велико влияние внешних условий на формирование микроклимата в обитаемых помещениях судов.

К внутренним нагрузкам относятся тепловлажностные выделения оборудования и людей. При этом помимо температуры и относительной влажности воздуха его подвижность в помещении также оказывает тепловое воздействие на человека. Известно, что подвижность воздуха усиливает конвекцию и ускоряет испарения с поверхности кожи человека.

Для описания статических и динамических характеристиккондиционируемого помещения применяют методы, использующие уравнения тепловлажностного баланса на основе средних значений входных и выходных параметров. Динамические характеристики кондиционируемого помещения обычно описываются с помощью дифференциальных уравнений в частных производных с допущениями, что по всему объему помещения происходит достаточно хорошее перемешивание воздуха, а само помещение рассматривается как объект с сосредоточенными параметрами.

Подобный подход оправдан стремлением привести математическую модель рассматриваемого звена системы автоматического управления (САУ) к виду, пригодному для дальнейших исследований системы комфортного кондиционирования воздуха (СККВ) в целом. Следует учитывать, что математическая модель обслуживаемого помещения разрабатывается в целях дальнейшего анализа САУ, а не для исследования, например, воздушного режима в нем. Анализ литературных источников показал, что существующие динамические модели кондиционируемого помещения обладают большим числом исходных упрощений, что ограничивает области использования таких моделей при разработке САУ СККВ. В частности, не учитывается подвижность воздуха в помещении, а также способ его подачи через воздухораспределитель.

При разработке достоверной модели кондиционируемого помещения как многопараметрического объекта регулирования необходимо выявить максимально необходимое для создания САУ число внутренних связей объекта. В первую очередь следует определить количественные характеристики, связывающие температуру, относительную влажность и подвижность воздуха, а также выявить основные параметры помещения, характеризующие его в переходных процессах. Кроме того, при разработке САУ необходимо исследование нестационарных тепловлажностных процессов в кондиционируемом помещении. Учет нестационарного характера внешних и внутренних тепловлажностных нагрузок на кондиционируемое помещение позволяет синтезировать энергоэффективную САУ СККВ.

Разрабатываемая модель кондиционируемого помещения судна как объекта регулирования по температуре и относительной влажности должна описывать прежде всего связи параметров по каналам: температура приточного воздуха (ТП) — температура воздуха в помещении (ТУ); относительная влажность приточного воздуха (ϕП) — относительная влажность воздуха в помещении (ϕУ). При выводе управления модели, описывающего динамические свойства помещения по каналу температура приточного воздуха — температура воздуха в помещении использовалось уравнение теплового баланса для помещения в условиях хорошего перемешивания воздуха. Само помещение рассматривалось как объект с сосредоточенными параметрами.

Исходное уравнение теплового баланса для помещения имеет вид:
Image
где QИЗБ — общие теплоизбытки в помещении;
M — масса воздуха в помещении;
GП — расход приточного воздуха;
cB — удельная теплоемкость воздуха.

Общие теплоизбытки QИЗБ в уравнении (1) определяются следующим образом по формуле:
Image
где QОГР — суммарные теплопритоки через наружные ограждения:
Image
QОГР.Н , QОГР.В — тепловые потоки через изолированные наружные и внутренние поверхности ограждений помещения;
QОСТ — тепловой поток через иллюминаторы);
QВН — суммарные внутренние теплопритоки:
Image
QЯЛ — теплопритоки от людей с учетом их физической деятельности;
QОСВ — теплопритоки от освещения;
QОБОР — теплопритоки от оборудования;
QСКР — скрытые теплопритоки);
QИНФ — тепло, вносимое воздухом при инфильтрации.

После соответствующих подстановок в уравнение (1) компонентов QИЗБ, а также конструктивных и теплотехнических характеристик помещения (при малых отношениях измененных параметров) уравнение переходного процесса с использованием преобразования Лапласа имеет следующий вид:
Image
где n — число иллюминаторов в каюте;
nЛ — число человек в каюте;
, ’P — коэффициенты поглощения наружным ограждением и остеклением;
— коэффициент пропускания солнечной радиации;
NОСВ, QОБОР — мощность источников освещения и оборудования;
qЯЛ, gЛ — тепло и влаговыделения одним человеком;
М — масса воздуха в помещении;
MИНФ — масса воздуха, проникающая в кондиционируемое помещение при открывании двери и через щели.

Уравнение (3), пригодное для реализации динамической модели помещения, после соответствующих преобразований имеет следующий вид:
Image
где WT1...WT18(P) — передаточные функции, параметры которых приведены в таблице.
Image
В таблице переменные параметры передаточных функций WT2(P), WT3(P), WT4(P), WT6(P), WT8(P), WT17(P) и
WT18(P) определяются в зависимости от изменяющейся величины подвижности воздуха в помещении и способа его подачи в помещение.

При выводе уравнения модели, описывающего динамические свойства помещения по каналу, относительная влажность приточного воздуха — относительная влажность воздуха в помещении использовалось уравнение материального баланса (баланса влаги) в помещении:
Image
где dП, dУ, dK — влагосодержание приточного воздуха, воздуха в помещении и инфильтрующего воздуха соответственно.

Используя преобразование Лапласа, уравнение (4) было приведено к следующему виду:
Image
Уравнение (5) после соответствующих преобразований имеет следующий вид:
Image
где WВ1(P)…WВ7(P) — передаточные функции.

Полученные уравнения (4) и (7) являются уравнениями математической модели кондиционируемого помещения судна как объекта регулирования. Разработанная структурная схема кондиционируемого помещения как объекта регулирования по температуре и относительной влажности воздуха приведена на рис. 1. На основе уравнений (4) и (7) была разработана модель помещения, пригодная для исследования его динамических свойств в MATLAB 6.5 — Simulink.
Image
Результаты моделирования помещения в Simulink при ступенчатом характере возмущающих воздействий по каналам ТП — ТУ и ϕП — ϕУ для скоростей воздуха в помещении B = 1–0,1 м/с…5–0,5 м/с при отрывных струях подаваемого воздуха через воздухораспределитель приведены на рис. 2 и 3. При моделировании использовались коэффициенты передачи и постоянные времени соответствующих передаточных функций, значения которых приведены в таблице. Полученные характеристики отражают переходной процесс в помещении при изменениях параметров ТП и ϕП.
Image
Анализ результатов исследования показал, что математическое описание и полученные на его основе кривые переходных процессов по каналам ТП — ТУ и ϕП — ϕУ с достаточной для проектирования САУ точностью отражают реальные процессы, происходящие в кондиционируемом помещении судна. Это позволяет использовать модель кондиционируемого помещения для разработки САУ СККВ при нестационарных тепловлажностных нагрузках, что позволит обеспечить комфортный микроклимат воздушной среды в каютах согласно действующим нормативным положениям.

Последнее обновление ( 21.09.2006 )
 
< Пред.   След. >

Будем благодарны, если воспользуетесь одной из этих кнопок: