§ 7. Условия инвариантности систем теплоснабжения по отношению к возмущающим воздействиям

Для обеспечения стабилизации температурного режима отапливаемых помещений при изменении температуры наружного воздуха и других переменных факторов требуется соблюдение условия инвариантности системы теплоснабжения по отношению к внешним возмущениям.

Математически это условие выражается следующим образом:

где Wynp — передаточная функция по управляющему воздействию;

Wstnv — то же по возмущающему воздействию.

Расшифровывая значения указанных передаточных функций, можно получить:

где WT. и — передаточная функция теплового источника — от расхода топлива к температуре (расходу) теплоносителя; N — передаточная функция системы теплоснабжения — от температуры (расхода) теплоносителя на входе в систему к количеству тепла, передаваемого воздуху отапливаемого помещения; комп — передаточная функция регулятора с соответствующим компенсирующим устройством;

Wu, W& — передаточные функции теплоемких и нетеплоемких ограждающих конструкций — от изменения метеорологических условий к количеству тепла, теряемого отапливаемыми помещениями. Структурная схема объекта, отвечающая уравнению (25), приведена на рис. 14.

Рис. 14. Схема компенсации возмущения а системе теплоснабжения

Величины транспортного и емкостного запаздывания при переносе тепла от источника (котельная, ТЭЦ) до различных отапливаемых помещений имеют неодинаковые значения. В связи с этим передаточные функции системы по управляющему воздействию для различных помещений не равны друг другу. Также неодинаковые значения имеют передаточные функции различных помещений по каналам быстрых и медленных тепловых потерь (WB и WM).

Поэтому условия инвариантности при центральном регулировании отпуска тепла строго могут быть выполнены только для какого-то условного, обобщенного потребителя, который рассматривается как эквивалентный («представительный») абонент. Нарушения температурного режима у потребителей, статические и динамические характеристики которых отличаются от характеристик рассматриваемого представительного абонента, можно предотвратить при дополнении центрального регулирования расхода тепла местным и индивидуальным регулированием.

Из уравнения (25) определяется требуемая передаточная функция регулятора с компенсирующим устройством:

Для оценки влияния динамических характеристик отапливаемых помещений и систем теплоснабжения на температуры внутреннего воздуха были проведены теоретические исследования, некоторые результаты которых показаны на рис. 15.

Рис. 15. Графики изменения температуры воздуха в отапливаемых помещениях при централизованном теплоснабжении /, 2 — кривые разгона температуры воздуха в помещениях; /', 2' — кривые изменения температуры в помещении при регулировании по текущему значению наружной температуры; Vt2" — тоже, при регулировании с учетом быстрых и медленных тепловых потерь

Расчеты выполнены для системы централизованного теплоснабжения от 3-й ГЭС Ленэнерго для «представительных» потребителей с условиями компенсации возмущений, удовлетворяющими уравнению (25). Передаточные функции системы теплоснабжения по управляющему воздействию приняты по экспериментальным данным В. П. Назарова.

Расчеты выполнены для помещений с двумя типами теплоемких наружных ограждений: кирпичными стенами в 2,5 кирпича и керамзитобетонными панелями толщиной 0,3 м.

Динамические характеристики этих ограждений взяты по данным М. В. Шаприцкой [46]. Передаточные функции отапливаемых помещений с указанными ограждениями приняты по результатам исследований В. М. Галтыхина.

Построение кривых переходного процесса осуществлено с использованием метода Дюамеля, заключающегося в аппроксимации входного воздействия сложной формы рядом последовательно нанесенных скачкообразных возмущений.

В том случае, когда после возмущения, вызванного изменением метеорологических условий, регулирование (компенсирующее воздействие) не осуществляется, температура воздуха изменяется по кривым разгона 1 и 2 отапливаемых помещений. Кривые /' и 2' характеризуют изменение температуры в помещении при регулировании по текущему значению наружной температуры (метеорологических условий). Сопоставление температурного режима помещений со стенами в 2,5 кирпича.

С керамзитобетонными стенами показывает, что во втором случае благодаря меньшей массивности ограждений возвращение регулируемого параметра к заданному значению происходит значительно быстрее. Однако и в том и в другом случае переходный процесс длится десятки часов, а максимальное отклонение температуры достигает 25 — 42%.

Анализ динамики температурного режима при осуществлении регулирования по быстрым и медленным тепловым потерям (кривые /" и 2") свидетельствует о принципиальном отличии характера переходного процесса от рассмотренного ранее. Из рисунка видно, что в этом случае, в отличие от предыдущего, во время переходного процесса знак отклонения внутренней температуры не меняется. Длительность процесса оказалась значительно меньше и составила 8 ч. При этом она не зависит от теплоемкости ограждающих конструкций (поскольку компенсация влияния медленных тепловых потерь заложена в закон управления автоматизированным отпуском тепла) и определяется только динамическими характеристиками систем теплоснабжения по управляющему воздействию.

При осуществлении автоматического управления подачей тепла по уравнению (27), т. е. с учетом передаточных функций как по возмущающему, так и по управляющему воздействию, Д/в = 0 и кривые внутренней температуры 1" и 2" совпадают с осью абсцисс.

Для учета динамических характеристик системы по управляющему воздействию регулирование должно осуществляться по прогнозируемым метеорологическим параметрам.