ДонНТУ   Портал магістрів

Пожидаєв Антон Володимирович

Фізико-металургійний факультет

Кафедра промислової теплоенергетики

Спеціальність Енергетичний менеджмент

Використання компьютерного моделювання для прогнозування можливих ситуацій по виявленню нераціональних витрат при обстеженні організацій бюджетної сфери

Науковий керівник: д.т.н., проф. Саф'янц Сергій Матвійович

Резюме Біографія Реферат

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

• Вступ
• 1. Актуальність теми
• 2. Ціль і завдання магістерської роботи
• 3. Аналіз нормативно-правової бази України
• 4. Огляд досліджень і розробок по темі магістерської роботи
• 4.1 Огляд результатів моделювання
• 4.2 Математичний опис k-e моделі турбулентності теплових потоків
• 4.3 Основні висновки отримані при аналізі документального й інструментального обстеження
• Висновки
• Перелік посилань

Вступ

Енергетична криза, яка стала причиною багатьох негативних явищ в економіці України, особливо загострився в останні роки. Відсутність альтернативних джерел енергопостачання, у першу чергу нафти й газу, привів до виникнення залежності від традиційних постачальників. Збільшення ціни на імпортовані енергоносії обумовлює необхідність активізації роботи з енергозбереження

Вирішення проблем підвищення энергоэффективности господарського комплексу - стратегічне завдання міста Донецька.[6]. Висока енергоємність галузей економіки приводить до зниження конкурентоспроможності вітчизняної продукції, збільшенню її вартості, неефективної діяльності значної кількості господарюючих суб'єктів.

Проводячи енергетичне обстеження абонентів у системі ЖКГ, необхідно звертати увагу на розподіл теплових потоків об'єкта. Для енергетичних компаній, які займаються питаннями виробництва, споживання й заощадження енергії, створення нових технологій і інноваційних розв'язків конче потрібно для розвитку бізнесу. Передові наукові й інженерні досягнення в багатьох дисциплінах і галузях стимулюють пошук нових джерел енергії, більш ефективних продуктів і процесів для сталого розвитку й відповідності більш твердим вимогам екологічної безпеки.

1. Актуальність теми

Енергетичне обстеження (энергоаудит) проводиться з метою оцінки ефективності використання підприємствами або організаціями паливно-енергетичних ресурсів, визначення резервів економії ТЭР і вироблення економічно обґрунтованих заходів щодо зниження витрат на паливо- і энерго- забезпечення.[21]

Останнім часом виникла необхідність удосконалювання інструментальних обстежень із метою скорочення працезатрат шляхом зміни часу проведення повного обстеження від початкових вимірів до розробки рекомендацій і економії теплової й електричної енергії.

Для цього запропоновано впровадити прогнозування нераціональних втрат тепла на обстежуваних об'єктах шляхом застосування відомої моделі - "Моделювання теплового стану приміщення при різних системах опалення із застосуванням програмного комплексу ANSYS", розробленою організацією ЗАТ "КАДФЕМ Си-Ай- Эс"[7]

2. Ціль і завдання магістерської роботи

Ціль: провести енергетичне обстеження організацій бюджетної сфери м.Донецька: ОШ №66, ОШ №67, ОШ №74, ОШ №105 и ДДУ №288[29] .

Економічний потенціал підвищення энергоэффективности в бюджетних організаціях у плані використання теплової й електричної енергії становить 18% і 10% відповідно.

Запропоновано ввести в штат групи аудиторів автоматизоване, мобільне робоче місце аудитора, яке містить у собі апаратні засоби в наступному складі[1],[4],[5]:

1. Мобільне робоче місце энергоаудитора на базі "Notebooke", призначене для попередньої експрес-обробки й аналізу отриманої в результаті інструментальних вимірів інформації безпосередньо на підприємстві або організації де проводиться энергоаудит.
2. Стаціонарне місце энергоаудитора на базі ПК, оснащеного принтером і сканером програмно-методичне забезпечення, що включає повне, АРМ.

Для досягнення економічного ефекту від впровадження даного проекту потрібне придбання ліцензійного програмного забезпечення компанії ANSYS, а саме їхнього продукту - ANSYS FLUENT.

3. Аналіз нормативно-правової бази України

Реалізації стратегічної мети - створення конкурентоспроможної економіки України та забезпечення високого рівня життя громадян потребує активного використання наукового потенціалу держави в створенні новітніх енергозберігаючих техніки і технологій, впровадження реально працюючих економічних моделей розвитку енергоефективної економіки та на їх основі, вивільнення творчого потенціалу працівників підприємств до вивільнення потенціалу енергозбереження у всіх галузях економіки України. Станом на сьогоднішній день законодавство в сфері ефективного використання енергетичних ресурсів досить недосконалим. Для реалізації створення правових підстав для забезпечення відповідного рівня енергоефективності в усіх галузях суспільного виробництва починаючи з січня 2007 Управлінням нормативно-правового забезпечення енергоефективності здійснювалась робота з підготовки і супроводу 125 проектів нормативно-правових актів, а також був погоджений і надані зауваження до 100 проектів нормативно- правових актів. Таким чином, забезпечення правового регулювання відносин у сфері енергоефективності та впровадження механізмів державного регулювання у цій сфері протягом останніх років здійснювалося в основному через прийняття підзаконних нормативно-правових актів: укази Президента України, постанов та розпоряджень Уряду та наказів Держкоменергозбереження.

На сьогодні у сфері ефективного використання енергетичних ресурсів діють близько 200 нормативно-правових актів, система стандартів та значна кількість нормативно-методичних документів.[2]

Ці акти та документи шляхом прямого або непрямого правового впливу на відносини у сфері ефективного використання енергетичних ресурсів дозволили створити структуру державного управління і контролю в сфері ефективного використання енергетичних ресурсів, впровадити систему нормування паливно-енергетичних ресурсів, поняття енергетичного аудиту, систему державної експертизи з енергозбереження та національних стандартів з енергозбереження, встановити санкції за порушення законодавства у сфері енергозбереження. Однак, слід зауважити, що незважаючи на проведену протягом останнього десятиліття роботу зі створення правової бази енергозбереження, на сьогодні основним законом, що регулює відносини у сфері енергоефективності в Україні залишається Закон України "Про енергозбереження". Визначальним недоліком чинного цього закону є відсутність чітко визначених методів правового регулювання у сфері енергоефективності та засобів його впровадження.[3]

4. Огляд досліджень і розробок по темі магістерської роботи

Тепловтрати приміщень у житлових і цивільних будинках складаються з тепловтрат через конструкції, що обгороджують (стіни, вікна, підлоги, перекриття) і витрат теплоти на нагрівання повітря, инфильтрующегося в приміщення через нещільності в конструкціях, що обгороджують.

4.1 Огляд результатів моделювання

Вхідні параметри даної системи можна розділити на:

1. геометричні (розмір приміщення, віконних прорізів, вентиляційних отворів);
2. кліматичні (температура навколишнього повітря, витрата повітря(0,018кг/c));
3. параметри теплоносія(вид, температура на вході);
4. термічні параметри(термічний опір, коефіцієнти тепловосприятия й тепловіддачі).

Згідно вихідним даних про об'єкт було виконане[30] : побудова геометричних моделей приміщень( мал.1); створення розрахункової сітки; отримані среднеобъемные температури приміщень, на підставі яких можна судити про збіжність отриманих результатів з інструментальними вимірами(мал.2); з'явилася можливість визначення температури повітря, на поверхні в будь-якій крапці приміщення - для це досить уведення координат крапки X, Y, Z (мал.3); візуалізація потоку температурних полів, полів швидкостей і тисків; графічна вистава розподілу температури приміщення по висоті від рівня підлоги; розподіл температур по обраних контурах у розрізі приміщення.

4.2 Математичний опис k-e моделі турбулентності теплових потоків

У даний момент створена велика кількість різноманітних моделей для розрахунків турбулентних плинів. Вони відрізняються друг від друга складністю розв'язку й точністю опису плину.

Моделі турбулентності безпосередньо в Ansys Fluent:

1. Однопараметрична модель Spalart-Allmaras;
2. Двухпараметрические моделіRNG , Realizable;
3. Модель V2F;
4. Моделі великих вихрів LES;
5. k-e моделі турбулентності

Сімейство k-e моделей ставиться до двох параметричним моделям турбулентності й презентовано стандартної k-e моделлю, її квадратичної й низкорейнольдсовой модифікаціями. Це сімейство моделей давно й широко використовується для самих різних класів завдань. K-e моделі відрізняються працездатністю, економічністю й прийнятною точністю. Традиційно вважається, що стандартна k-e модель турбулентності Лаундера Соплдинга забезпечує гарні результати при моделюванні плинів з малими градієнтами й з використанням розрахункової сітки, що дозволяє тільки логарифмічний підшар (з більшими значеннями параметра y+), низкорейнольдсовая AKN k-e модель звичайно застосовується на сітках, що дозволяють грузлий підшар.

Cтандартная k-e модель модель, звичайно відновлює реалістичну картину потоку. Використовується для аналізу турбулентних потоків у трубах і каналах. Моделі турбулентності RNG, NKE, GІR і SZL управляють "надмірною турбулентністю" завданням виправлень до Cµ. Виправлення задаються відповідно до локального коефіцієнта напруги.

Cµ, C1, C2, SCTK і SCTD є константами стандартної k-e моделі, обумовлені в такий спосіб:

1. Cµ - константа k-e моделі турбулентності, яка використовується для відновлення турбулентної в'язкості.
2. C1 - константа k-e моделі турбулентності.
3. C2 - константа k-e моделі турбулентності.
4. SCTK - Число Шмидта для кінетичної моделі турбулентності.
5. Число Шмидта для коефіцієнта диссипации кінетичної енергії.

4.3 Основні висновки отримані при аналізі документального й інструментального обстеження

За результатами аналізу отриманих даних при побудові математичної моделі стало можливим зробити прогноз розподілу теплових потоків на досліджуваному об'єкті, розподіл температур, тисків і швидкостей повітря. Усі ці дані дозволяють визначити теплові втрати й відповідність параметрів даного об'єкта з умовами кліматичного комфорту.

На обстежуваному об'єкті спостерігається: недовідпустка теплової енергії на всіх обстежених об'єктах, що приводить до порушення температурного режиму в приміщеннях; недолік отриманого тепла від опалювальних приладів компенсується завищеною витратою електроенергії при включенні електрообігрівачів. При невідповідності мікроклімату нормам необхідно розробити відповідні енергозберігаючі заходи.

Висновки

Використання комп'ютерної моделі необхідно для аналізу й вибору оптимальних енергозберігаючих заходів щодо результатом інструментальних обстежень. Інструменти інженерного моделювання допомагають вирішувати широкий спектр завдань.

Вибір теми дослідження обумовлений тим, що ціни на паливо постійно зростають (в основному це природний газ, який поставляється в Україну з Росії), що гостро ставить проблему ощадливої витрати енергоресурсів. Тому питання про одержання таких даних є досить актуальним і вимагає уваги.

Впровадження автоматизованого робочого місця приводить до скорочення робіт з обстеження й прискорює процес впровадження енергозберігаючих заходів, що дозволяє заощадити 120,5 тис. грн./об'єкт або в масштабах міста 603 тис. грн., у тому числі

1. 302 тис. грн. по котельням, що подають тепло на об'єкти обстеження; .
2. 190,7 тис. грн. безпосередньо на обстежуваних об'єктах;
3. 110 тис. грн. на підприємстві, яке проводить обстеження.

На момент написання даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення - грудень 2012 р. Повний текст роботи й матеріали по темі можуть бути отримані в автора або його керівника після зазначеної дати.

Перелік посилань

1. http://www.tusur.ru/filearchive/reports-magazine/2010-2-1/293.pdf.
2. Збірник правил і нормативно-технічних документів по котлонадзору / Сост. А.А. Тихомиров.-М: Машинобудування,1993.-542 c.
3. Покажчик керівних документів Міненерго СРСР, дія яких поширюється на водогрійні казани ТЭЦ і районні водогрійні котельні підприємств теплових мереж (За станом на 01,07.90): РД 34.01.201-90: Електронна бібліотека.-М,1990
4. http://www.nice.nnov.ru/Ru/equip/arm.htm
5. http://www.energosovet.ru/stat240.html
6. СТРАТЕГІЯ РОЗВИТКУ МІСТА ДОНЕЦЬКА НА ПЕРІОД ДО 2020 РОКУ/ Сост. Національна академія наук України.-Монографія/НАН України, Донецьк,2008-308 стор.
7. http://www.emt.ru/
8. http://www.cadfem-cis.ru/
9. Мусту Л.Г. Математичні моделі переносу тепла при екрануванні внутрішньої поверхні одношарових і тришарових будівельних конструкцій // НТВ Спбгпу. - 2009. - №4. - С. 187-191.
10. Мусту Л.Г. Моделювання теплового режиму приміщень і будівельних конструкцій // Математичне моделювання, чисельні методи й комплекси програм: Межвуз. Темат. Сб. тр. / СПБГАСУ, - Спб., 2003. - вип. 9. - С. 124-128
11. Горелов М. В., Данилов О. Л. Особливості розшифрування тепловизионных зображень при визначенні теплових втрат конструкціями, що обгороджують, будинків// Радіоелектроніка, електротехніка й енергетика: Тез. докл. 12 Межд. научно-техн. конф. студ. і асп.-М.: Видавництво МЭИ. -2006. -Т. 2.-С. 446-447.
12. Фокін К. Ф. Будівельна теплофізика частин, що обгороджують, будинків / К. Ф. Фокін - М.: Стройиздат, 1973. 287 c.
13. Теплопостачання / А. А. Ионин, Б. М. Хлыбов, В. Н. Братенков, Е. Н.Терлецкая. - М.: Стройиздат, 1982, 336 c.
14. Соколів Е. Я. Теплофікація й теплові мережі / Е. Я. Соколов - М.: Видавництво МЭИ, 2001. - 472 c.
15. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. – М.: Стройиздат, 1999.
16. Снип 2.04.05-91. Опалення, вентиляція й кондиціювання. - М.: Стройиздат, 1997.
17. Сканави А. Н. Опалення / А. Н. Сканави. - М.: Строиздат, 1988. ? 416 c.
18. Богословський В. Н. Тепловий режим будинку / В. Н. Богословський -М.: Вища школа, 1979, 246 с.
19. Богословський В. Н. Опалення й вентиляція / В. Н. Богословський, В.П. Щеглов, Н. Н. Разумов – М.: Стройиздат, 1980. ? 295
20. Исаченко В. П. Теплопередача / В. П. Исаченко, В. А. Осипова, А. С.Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981. ? 416 c.
21. Методика проведення енергетичних обстежень (энергоаудита)бюджетних установ / Вагин Г. Я., Дудникова Л. В., Зенютич Е.А. і ін. - Н.Новгород.: НГТУ; НИЦЭ, 2003, 228 с.
22. Мухачев Г. А. Термодинаміка й теплопередача / Г. А. Мухачев, В. К. Щукин - М.: Вища школа, 1991. ? 480 c.
23. Уведення в ANSYS: прочностной і тепловий аналіз А.С. Шалумов, А.С. Ваченко, О.А. Фадєєв, Д.В. Багаев 2002
24. Тепломассообмен. Навчальний посібник для вузів. Ф.Ф. Цвєтков, Б.А. Григор'єв, 2005
25. Основи енергозбереження в питаннях теплообміну. В.М. Фокін, Г.П. Бойків, Ю.В. Видин, 20055
26. Павлов И.И., Федоров М.Н. Котельные установки и тепловые сети.-2-е изд., перераб. и доп.-М: Стройиздат,1977.-304 cПавлов І.І., Федоров М.Н. Казанові установки й теплові мережі.- 2-е изд., перераб. і доп.-М: Стройиздат,1977.-304 c
27. Правильникова В.В. Розробка математичної моделі энер- гопотребления вузу // Перший крок у науку - 2010 : збірник матеріалів VІІ Междунар. форуму студентської, що й вчиться молоде- жи, 2010, м. Мінськ. - Мн.: "Чотири чверті", 2010. - 608 с.; - С. 527-529.
28. Дилигенский Н.В., Немченко В.І., Посашков М.В. Системний аналіз і оптимізація проектних розв'язків енергопостачання житлового будинку в сучасних будівельних технологіях. // Звістки Самарського наукового центру Російської академії наук. - Самара: 2010 - т. 12, №4(3), - С. 553-557.
29. Звіт про проведення энергоаудита організацій бюджетної сфери м.Донецька
30. Ansys, Inc, Навчальний посібник.
31. Ладыженская О.А. Крайові завдання математичної фізики.-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. Р.Маргинузи, А. Поллард Дослідження застосовності різних моделей турбулентності для розрахунків турбулентних плинів у трубах. Частина 11. Алгебpаические моделі для напруг і k-e- моделі // Аерокосмічна техніка № 9,1990 с. 43-53.
36. Плакида Е.М. Методичні вказівки по розробці бізнес-плану реконструкції теплоенергетичного агрегату для студентів спеціальності 7.000005 "Енергетичний менеджмент". - Донецьк, ДОННТУ, 2010 - 60с.
37. Горохів М.Ю., Малеев В.В. Бізнес- Планування й інвестиційний аналіз. - М.: Видавництво "Філін", 1998. - 208с.
38. Методичні вказівки для виконання курсової роботи з дисципліни "Енергетичний аудит", А.Л. Попов, к.т.зв., доц. ; С.М. Сафьянц, буд.т.зв., проф.; Е.К. Сафонова, к.т.зв., доц. ; Д.Л. Безбородов, ас; 2008 р., 48с.