ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Энергетический кризис, который стал причиной многих негативных явлений в экономике Украины, особенно заострился в последние годы. Отсутствие альтернативных источников энергоснабжения, в первую очередь нефти и газа, привел к возникновению зависимости от традиционных поставщиков. Увеличение цены на импортированные энергоносители обусловливает необходимость активизации работы по энергосбережению.

Решение проблем повышения энергоэффективности хозяйственного комплекса - стратегическая задача города Донецка[6]. Высокая энергоемкость отраслей экономики приводит к снижению конкурентоспособности отечественной продукции, увеличению ее стоимости, неэффективной деятельности значительного количества хозяйствующих субъектов

Проводя энергетическое обследование абонентов в системе ЖКХ, необходимо обращать внимание на распределение тепловых потоков объекта. Для энергетических компаний, которые занимаются вопросами производства, потребления и сбережения энергии, создание новых технологий и инновационных решений крайне необходимо для развития бизнеса. Передовые научные и инженерные достижения во многих дисциплинах и отраслях стимулируют поиск новых источников энергии, более эффективных продуктов и процессов для устойчивого развития и соответствия более жестким требованиям экологической безопасности.

Для энергетических компаний, которые занимаются вопросами производства, потребления и сбережения энергии, создание новых технологий и инновационных решений крайне необходимо для развития бизнеса. Передовые научные и инженерные достижения во многих дисциплинах и отраслях стимулируют поиск новых источников энергии, более эффективных продуктов и процессов для устойчивого развития и соответствия более жестким требованиям экологической безопасности.

1. Актуальность темы

Энергетическое обследование (энергоаудит) проводится с целью оценки эффективности использования предприятиями или организациями топливно-энергетических ресурсов, определения резервов экономии ТЭР и выработки экономически обоснованных мер по снижению затрат на топливо- и энерго- обеспечение.[21]

В последнее время возникла необходимость совершенствования инструментальных обследований с целью сокращения трудозатрат путём изменения времени проведения полного обследования от начальных замеров до разработки рекомендаций и экономии тепловой и электрической энергии.

Для этого предложено внедрить прогнозирование нерациональных потерь тепла на обследуемых объектах путём применения известной модели - "Моделирование теплового состояния помещения при различных системах отопления с применением программного комплекса ANSYS", разработанной организацией ЗАО "КАДФЕМ Си-Ай-Эс"[7]

2. Цель и задачи исследования, планируемые результаты

Цель: провести энергетическое обследование организаций бюджетной сферы г.Донецка: ОШ №66, ОШ №67, ОШ №74, ОШ №105 и ДДУ №288[29] .

Экономический потенциал повышения энергоэффективности в бюджетных организациях в плане использования тепловой и электрической энергии составляет 18% и 10% соответственно.

Предлагается ввести в штат группы аудиторов автоматизированное, мобильное рабочее место аудитора[1],[4],[5] , которое включает в себя аппаратные средства в следующем составе:

  1. Мобильное рабочее место энергоаудитора на базе "Notebooke", предназначенное для предварительной экспресс-обработки и анализа полученной в результате инструментальных замеров информации непосредственно на предприятии или организации где проводится энергоаудит.
  2. Стационарное место энергоаудитора на базе ПК, оснащенного принтером и сканером, включающее полное программно-методическое обеспечение АРМ.

Для достижения экономического эффекта от внедрения данного проекта требуется приобретение лицензионного программного обеспечения компании ANSYS, а именно их продукта - ANSYS FLUENT.

3. Анализ нормативно-правовой базы Украины

Реализации стратегической цели - создание конкурентоспособной экономики Украины и обеспечения высокого уровня жизни граждан требует активного использования научного потенциала государства в создании новейших энергосберегающих техники и технологий, внедрения реально работающих экономических моделей развития энергоэффективной экономики и на их основе, высвобождение творческого потенциала работников предприятий к высвобождению потенциала энергосбережения во всех отраслях экономики Украины. По состоянию на сегодняшний день законодательство в сфере эффективного использования энергетических ресурсов достаточно несовершенным. Для реализации создания правовых оснований для обеспечения соответствующего уровня энергоэффективности во всех отраслях общественного производства начиная с января 2007 Управлением нормативно-правового обеспечения энергоэффективности осуществлялась работа по подготовке и сопровождению 125 проектов нормативно-правовых актов, а также был согласован и предоставлены замечания до 100 проектов нормативно- правовых актов. Таким образом, обеспечение правового регулирования отношений в сфере энергоэффективности и внедрения механизмов государственного регулирования в этой сфере на протяжении последних лет осуществлялось в основном через принятие подзаконных нормативно-правовых актов: указы Президента Украины, постановлений и распоряжений Правительства и приказов Госкомэнергосбережения.

На сегодня в сфере эффективного использования энергетических ресурсов действуют около 200 нормативно-правовых актов, система стандартов и значительное количество нормативно-методических документов.[2]

Эти акты и документы путем прямого или косвенного правового воздействия на отношения в сфере эффективного использования энергетических ресурсов позволили создать структуру государственного управления и контроля в сфере эффективного использования энергетических ресурсов, внедрить систему нормирования топливно-энергетических ресурсов, понятие энергетического аудита, систему государственной экспертизы по энергосбережению и национальных стандартов по энергосбережению, установить санкции за нарушение законодательства в сфере энергосбережения. Однако, следует заметить, что несмотря на проводимую в течение последнего десятилетия работу по созданию правовой базы энергосбережения, на сегодня основным законом, регулирующим отношения в сфере энергоэффективности в Украине остается Закон Украины "Об энергосбережении". Определяющим недостатком действующего этого закона является отсутствие четко определенных методов правового регулирования в сфере энергоэффективности и средств его внедрения.[3]

4. Обзор исследований и разработок по теме магистерской работы

Теплопотери помещений в жилых и гражданских зданиях складываются из теплопотерь через ограждающие конструкции (стены, окна, полы, перекрытия) и расходов теплоты на нагрев воздуха, инфильтрующегося в помещения через неплотности в ограждающих конструкциях.

4.1 Обзор результатов моделирования

Входящие параметры данной системы можно разделить на:

  1. геометрические (размер помещения, оконных проёмов, вентиляционных отверстий);
  2. климатические (температура окружающего воздуха, расход воздуха(0,018кг/c));
  3. параметры теплоносителя(вид, температура на входе);
  4. термические параметры(термическое сопротивление, коэффициенты тепловосприятия и теплоотдачи).

Согласно исходным данных об объекте было выполнено[30] : построение геометрических моделей помещений( рис.1); создание расчётной сетки; получены среднеобъёмные температуры помещений, на основании которых можно судить о сходимости полученных результатов с инструментальными замерами(рис.2); появилась возможность определения температуры воздуха, на поверхности в любой точке помещения - для это достаточно ввода координат точки X, Y, Z (рис.3); визуализация потока температурных полей, полей скоростей и давлений; графическое представление распределения температуры помещения по высоте от уровня пола; распределение температур по выбранным контурам в разрезе помещения.

Геометрия комнаты

Рисунок 1 – Геометрия комнаты

Среднеобъёмная температура помещения

Рисунок 2 – Среднеобъёмная температура помещения

Температуры воздуха, на поверхности точке помещения (1,5м, 1,5м, 1,5м)

Рисунок 3 –Температуры воздуха, на поверхности точке помещения (1,5м, 1,5м, 1,5м)

4.2 Математическое описание k-e модели турбулентности тепловых потоков

В настоящий момент создано большое количество разнообразных моделей для расчёта турбулентных течений. Они отличаются друг от друга сложностью решения и точностью описания течения.

Модели турбулентности непосредственно в Ansys Fluent:

  1. Однопараметрическая модель Spalart-Allmaras;
  2. Двухпараметрические модели RNG , Realizable;
  3. Модель V2F;
  4. Модели крупных вихрей LES;
  5. k-e модели турбулентности

Семейство k-e моделей относится к двух параметрическим моделям турбулентности и представлено стандартной k-e моделью, ее квадратичной и низкорейнольдсовой модификациями. Это семейство моделей давно и широко используется для самых разных классов задач. K-e модели отличаются работоспособностью, экономичностью и приемлемой точностью. Традиционно считается, что стандартная k-e модель турбулентности Лаундера Соплдинга обеспечивает хорошие результаты при моделировании течений с малыми градиентами и с использованием расчетной сетки, разрешающей только логарифмический подслой (с большими значениями параметра y+), низкорейнольдсовая AKN k-e модель обычно применяется на сетках, разрешающих вязкий подслой.

Cтандартная k-e модель модель, обычно восстанавливает реалистичную картину потока. Используется для анализа турбулентных потоков в трубах и каналах. Модели турбулентности RNG, NKE, GIR и SZL управляют "чрезмерной турбулентностью" заданием поправок к Cµ. Поправки задаются в соответствии с локальным коэффициентом напряжения.

Cµ, C1, C2, SCTK и SCTD являются константами стандартной k-e модели, определяемые следующим образом:

  1. Cµ - константа k-e модели турбулентности, которая используется для обновления турбулентной вязкости.
  2. C1 - константа k-e модели турбулентности.
  3. C2 - константа k-e модели турбулентности.
  4. SCTK - Число Шмидта для кинетической модели турбулентности.
  5. Число Шмидта для коэффициента диссипации кинетической энергии.

4.3 Основные выводы полученные при анализе документального и инструментального обследования

По результатам анализа полученных данных при построении математической модели стало возможным сделать прогноз распределения тепловых потоков на исследуемом объекте, распределение температур, давлений и скоростей воздуха. Все эти данные позволяют определить тепловые потери и соответствие параметров данного объекта с условиями климатического комфорта. .

На обследуемом объекте наблюдается: недоотпуск тепловой энергии на всех обследованных объектах, что приводит к нарушению температурного режима в помещениях; недостаток полученного тепла от отопительных приборов компенсируется завышенным расходом электроэнергии при включении электрообогревателей..

При несоответствии микроклимата нормам необходимо разработать соответствующие энергосберегающие мероприятия.

Выводы

Использование компьютерной модели необходимо для анализа и выбора оптимальных энергосберегающих мероприятий по результатом инструментальных обследований. Инструменты инженерного моделирования помогают решать широкий спектр задач.

Выбор темы исследования обусловлен тем, что цены на топливо постоянно возрастают (в основном это природный газ, который поставляется в Украину из России), что остро ставит проблему экономного расходования энергоресурсов.

Поэтому вопрос о получении таких данных является весьма актуальным и требует внимания.

Внедрение автоматизированного рабочего места приводит к сокращению работ по обследованию и ускоряет процесс внедрения энергосберегающих мероприятий, что позволяет сэкономить 120,5 тыс. грн./объект или в масштабах города 603 тыс. грн., в том числе[36] :

  1. 302 тыс. грн. по котельным, подающим тепло на объекты обследования; .
  2. 190,7 тыс. грн. непосредственно на обследуемых объектах;
  3. 110 тыс. грн. на предприятии, которое проводит обследование.

На момент написания данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение - декабрь 2012 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список источников

  1. http://www.tusur.ru/filearchive/reports-magazine/2010-2-1/293.pdf.
  2. Сборник правил и нормативно-технических документов по котлонадзору / Сост. А.А. Тихомиров.-М: Машиностроение,1993.-542 c.
  3. Указатель руководящих документов Минэнерго СССР, действие которых распространяется на водогрейные котлы ТЭЦ и районные водогрейные котельные предприятий тепловых сетей (По состоянию на 01,07.90): РД 34.01.201-90: Электронная библиотека.-М,1990
  4. http://www.nice.nnov.ru/Ru/equip/arm.htm
  5. http://www.energosovet.ru/stat240.html
  6. СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ ГОРОДА ДОНЕЦКА НА ПЕРИОД ДО 2020 ГОДА/ Сост. Национальная академия наук Украины.-Монография/НАН Украины, Донецк,2008-308 стр.
  7. http://www.emt.ru/
  8. http://www.cadfem-cis.ru/
  9. Муста Л.Г. Математические модели переноса тепла при экранировании внутренней поверхности однослойных и трехслойных строительных конструкций // НТВ СПбГПУ. - 2009. - №4. - С. 187-191.
  10. Муста Л.Г. Моделирование теплового режима помещений и строительных конструкций // Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: Межвуз. Темат. Сб. тр. / СПбГАСУ, - СПб., 2003. - вып. 9. - С. 124-128.
  11. 2. Горелов М. В., Данилов О. Л. Особенности расшифровки тепловизионных изображений при определении тепловых потерь ограждающими конструкциями зданий// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 12 Межд. научно-техн. конф. студ. и асп.-М.: Издательство МЭИ. -2006. -Т. 2.-С. 446-447.
  12. Фокин К. Ф. Строительная теплофизика ограждающих частей зданий / К. Ф. Фокин – М.: Стройиздат, 1973. 287 c.
  13. Теплоснабжение / А. А. Ионин, Б. М. Хлыбов, В. Н. Братенков, Е. Н.Терлецкая. – М.: Стройиздат, 1982, 336 c.
  14. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети / Е. Я. Соколов – М.: Издательство МЭИ, 2001. – 472 c.
  15. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – М.: Стройиздат, 1999.
  16. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Стройиздат, 1997.
  17. Сканави А. Н. Отопление / А. Н. Сканави. – М.: Строиздат, 1988. ? 416 c.
  18. Богословский В. Н. Тепловой режим здания / В. Н. Богословский –М.: Высшая школа, 1979, 246 с.
  19. Богословский В. Н. Отопление и вентиляция / В. Н. Богословский, В. П. Щеглов, Н. Н. Разумов – М.: Стройиздат, 1980. ? 295 с.
  20. Исаченко В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С.Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981. ? 416 c.
  21. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита)бюджетных учреждений / Вагин Г. Я., Дудникова Л. В., Зенютич Е.А. и др. – Н.Новгород.: НГТУ; НИЦЭ, 2003, 228 с.
  22. Мухачев Г. А. Термодинамика и теплопередача / Г. А. Мухачев, В. К. Щукин – М.: Высшая школа, 1991. ? 480 c.
  23. Введение в ANSYS: прочностной и тепловой анализ А.С. Шалумов, А.С. Ваченко, О.А. Фадеев, Д.В. Багаев 2002
  24. Тепломассообмен. Учебное пособие для вузов. Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев, 2005
  25. Основы энергосбережения в вопросах теплообмена. В.М. Фокин, Г.П. Бойков, Ю.В. Видин, 2005
  26. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети.-2-е изд., перераб. и доп.-М: Стройиздат,1977.-304 c
  27. Правильникова В.В. Разработка математической модели энер-гопотребления вуза // Первый шаг в науку - 2010 : сборник материалов VII Междунар. форума студенческой и учащейся молоде-жи, 2010, г. Минск. - Мн.: "Четыре четверти", 2010. - 608 с.; - С. 527-529.
  28. Дилигенский Н.В., Немченко В.И., Посашков М.В. Системный анализ и оптимизация проектных решений энергоснабжения жилого здания в современных строительных технологиях. // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - Самара: 2010 - т. 12, №4(3), - С. 553-557.
  29. Отчёт о проведении энергоаудита организаций бюджетной сферы г.Донецка
  30. Ansys, Inc, Учебное пособие.
  31. Ладыженская О.А. Краевые задачи математической физики.-М.: Наука, 1973.- 334с.
  32. Launder B.E., SpaldingD.B. The numerical computation of turbulent flow Computer metods in applied mechanicsand engineering, vol. 3,№2, 1974, pp. 269-288.
  33. Jones V.P., Launder B.E. The prediction of laminarization with a 2 equation model of turbulence. International Journal of Hiat and mass transfer, vol 15, pp 301-314.
  34. Champarnaud J.-M. Split and minimizing: Brzozowski's algorithm / J.-M. Champarnaud, A. Khorsi, T. Paranthoen // Prague Stringology Conference. – Prague, 2002. – pp. 96-104.
  35. 6. Р.Маргинузи, А. Поллард Исследование применимости различных моделей турбулентности для расчета турбулентных течений в трубах. Часть 11. Алгебpаические модели для напряжений и k-e-модели // Аэрокосмическая техника № 9,1990 с. 43-53.
  36. 4. Плакида Е.М. Методические указания по разработке бизнес-плана реконструкции теплоэнергетического агрегата для студентов специальности 7.000005 "Энергетический менеджмент". - Донецк, ДонНТУ, 2010 - 60с.
  37. Горохов М.Ю., Малеев В.В. Бизнес-планирование и инвестиционный анализ. - М.: Издательство "Филин", 1998. - 208с.
  38. 3. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине "Энергетический аудит", А.Л. Попов, к.т.н., доц. ; С.М. Сафьянц, д.т.н., проф.; Е.К. Сафонова, к.т.н., доц. ; Д.Л. Безбородов, асс; 2008 г., 48с.