10912

снабжение зданий напрямую зависят от климатических особенностей ре- гиона потребителя [1,8].

Городским системам теплоснабжения присуща централизованная си- стема теплоснабжения от теплоэлектроцентралей или крупных котельных. В отдаленных районах и небольших населенных пунктах, как правило, сельских поселениях, теплоснабжение осуществляется от небольших ко- тельных. В централизованной системе, теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. В системах централизованного теплоснабже- ния источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раз- дельно, часто на значительном расстоянии, поэтому теплота от источника до потребителей передается по тепловым сетям. В негазифицированных районах местные котельные работают на мазуте либо угле, часто привоз- ных, что приводит к существенному удорожанию тарифа на теплоснабже- ние. В качестве автономного теплоснабжения сельское население исполь- зует печное, электрическое или газовое (при наличии газификации района) отопление[1].

Обеспечить всю территорию России централизованным теплоснаб- жением невозможно. Таким образом, делается акцент на подъем нетради- ционной энергетики для обеспечения теплоснабжением децентрализован- ных энергопотребителей, к тому же децентрализованные потребители, ко- торые из-за больших расстояний от ТЭЦ не могут быть охвачены центра- лизованным теплоснабжением, должны иметь рациональное (эффектив- ное) теплоснабжение, отвечающее современному техническому уровню и комфортности [2,5].

Подъем нетрадиционной энергетики дает возможность обеспечить энергообеспечением отдаленные труднодоступные и с тяжелой экологиче- ской ситуацией регионы. Одним из источников возобновляемой энергии являются тепловые насосы, использующие низкопотенциальную тепловую энергию.

При использовании возобновляемых источников энергии также уменьшается объем строительства ЛЭП, особенно важно в таких местах, где подъезд невозможен или затруднен. Нормализуется загруженность оборудования на трансформаторных подстанциях, с учетом их сезонного использования. Снижаются выбросы углекислого газа и азота в атмосфе- ру.

Тепловые насосы по принципу действия относятся к трансформато- рам тепла, в которых изменение потенциала тепла (температуры) происхо- дит в результате подведенной извне работы [7].

На территории Челябинской области уже было несколько по- пыток внедрения тепловых насосов, но все они оказались неудачными. Причиной стал неправильно подобранный теплообменный аппарат для испарителя теплового насоса (в качестве теплообменника для испарителя

270

использовался пластинчатый теплообменный аппарат). В следствии теп- лообменник не справлялся с климатическими условиями и обмерзал, а также размораживался из-за своих конструктивных особенностей. Работа теплонасосной установки обусловлена тем, что через теплообменный ап- парат протекает вода с различными примесями и, возможно, жесткая. Эти примеси также засоряют теплообменный аппарат [7].

В связи с этими обстоятельствами появилась необходимость подо- брать и исследовать наиболее эффективный теплообменный аппарат для испарителя теплового насоса, использующего низкопотенциальное тепло из водозаборной скважины, который будет справляться с отоплением зда- ний и нагревом воды, для горячего водоснабжения минуя все вышесказан- ные проблемы.

Существует множество видов теплообменных аппаратов. Наиболее распространенные:

•Элементные (секционные) теплообменники;

•Двухтрубные теплообменники вида «труба в трубе»;

•Оросительные теплообменники;

•Ребристые теплообменники;

•Пластинчатые теплообменники;

•Пластинчато-ребристые теплообменники;

•Геликоидные теплообменники;

•Кожухотрубчатые ( кожухотрубные) [8].

Проанализировав теплообменные аппараты, были сделаны выводы,

что для условий Челябинской области подходят не все теплообменники. Рассматривая пластинчатые теплообменные аппараты в качестве ис-

парителя теплонасосной установки, стоит выделить самый высокий коэф- фициент теплопередачи. Однако они не подходят для испарителя теплово- го насоса, так как у данного теплообменного аппарата плотное расположе- ние пластин, что уменьшает скорость протока жидкости и приводит к об- мерзанию теплообменника, также из-за маленьких отверстий для протока жидкости, он быстро засоряется. Пластинчатые теплообменные аппараты уже использовались в Челябинской области. В результате данные тепло- обменники размораживались и выходили из строя. Проанализировав остальные теплообменные аппараты, были выбраны два наиболее опти- мальных теплообменника, которые справятся с работой в испарителе теп- лового насоса. Это теплообменник типа «труба в трубе» и кожухотрубный теплообменник. Данные теплообменники имеют большое межтрубное рас- стояние, что подходит для условий работы теплонасосной установки, ис- пользующей низкопотенциальное тепло из скважины. Главное, они спо- собны справляться с размораживанием, из-за своей конструкции. Также не засоряются на протяжении всего отопительного периода.

С целью установить выгодный режим работы теплообменных аппа- ратов, поверить скорость протока жидкости, её расход и посчитать коэф-

271

фициент теплопередачи были проведены исследования теплообменников типа «труба в трубе» и кожухотрубного. По результатам выбрать наиболее оптимальный теплообменник, с выгодным режимом работы и высоким ко- эффициентом теплопередачи.

На лабораторной установке провели исследования теплообменников типа «труба в трубе» и кожухотрубного в режимах прямоток и противо- ток. По данным исследований были посчитаны коэффициенты теплопере- дачи для разных режимов работы теплообменников.

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2·°С), определяется по форму-

ле:

(1)

где F – площадь теплообменной поверхности, м2;

Q – количество тепла, передаваемого горячим контуром в единицу времени, Вт [3];

– средний температурный напор между теплоносителями,

°С.

Коэффициент теплопередачи теплообменника типа «труба в трубе»

в режиме прямоток равен 0,12 Вт/(м2·°С); Коэффициент теплопередачи теплообменника типа «труба в трубе»

в режиме противоток равен 0,21 Вт/(м2·°С); Коэффициент теплопередачи кожухотрубного теплообменника в

режиме прямоток равен 0,57 Вт/(м2·°С); Коэффициент теплопередачи кожухотрубного теплообменника в

режиме противоток равен 0,66 Вт/(м2·°С).

Для условий Южного Урала определен кожухотрубный теплообмен- ный аппарат, работающий в противоточном режиме.

Рисунок 1- Внешний вид кожухотрубного теплообменника ссылка [4]

272

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Алексеев, В. В. Энергетическая политика и возобновляемые источники [Текст] / В. В. Алексеев – М. : МГУ, 2008. – 62 с.

2.Амерханов, Р. А. Тепловые насосы [Текст] / Р. А. Амерханов. – М. : Энергоатомиздат, 2005. – 160 с.

3.Круглов Г.А., Волкова О.С. Исследование режимов теплообменных ап- паратов [Текст]: учебное пособие – Челябинск: ФГБОУ ВО Южно- Уральский ГАУ, 2016.-32 с.

4.Кожухотрубные теплообменные аппараты [электронный ресурс]: тема-

тический [сайт]. URL: http://www.teplotex.ru/kozhuhotrubnyjteploobmennik (дата обращения: 11.04.2019).

5.Низамутдинов, Р. Ж. Применение тепловых насосов в системах отопле- ния и горячего водоснабжения [Текст]: учебное пособие / Р. Ж. Низа- мутдинов, О. С. Пташкина-Гирина, О. С. Волкова. – Челябинск: Южно- Уральский ГАУ, 2015. – 55 с.

6.Пташкина-Гирина О.С., Гусева О.А., Волкова О.С.. Опыт внедрения теплонасосных установок в системы отопления зданий в Челябинской области // Материалы II всероссийской (национальной) научно- практической конференции «Приоритетные направления развития энер- гетики в АПК» – Курган: Курганская ГСХА, 2018. – с. 132-137

7.Рей Д.А., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ.–М.:Энергоиздат, 1982.–224с

8.Теплообменные аппараты холодильных установок / Г.Н.Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов, Н.М. Медникова, Э.И. Крамской. Л: Машино- строение. Ленинградское отделение, 1986. 152 с.

9.Шерьязов, С. К. Использование возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве [Текст] : учебное пособие / С. К. Шерьязов, О. С. Пташкина-Гирина – Челябинск: Челябинская государственная агроин- женерная академия, 2013. – 280 с

273

БАРЫШЕВА О.Б., к.т.н, доцент кафедры теплоэнергетики, газоснабжения и вентиляции; ДУШЕНЬКИНА А.Д., магистр кафедры теплоэнергетики, газоснабжения и вентиляции

ФГБОУ ВО «Казанский государственный архитектурно-строительный университет», г. Казань, Россия, dushenkinanastya@gmail.com

ОПТИМИЗАЦИЯ ТРАССИРОВКИ ГАЗОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

На сегодняшний день в России газовая промышленность является быстроразвивающиеся и самой молодой отраслью. Данная отрасль занима- ется добычей, транспортировкой, хранением и распределением природного газа.

Подача газа потребителям снабжается системами газоснабжения. Во всей системе газоснабжения газопровод является одним из главным зве- ном.

Системы газоснабжения это сложный комплекс сооружений. Глав- ные факторы, влияющие на выбор системы газоснабжения города: размер газифицируемой территории, особенности ее планировки, плотность насе- ления, число и характер потребителей газа, наличие естественных и искус- ственных препятствий для прокладки газопроводов (подземных сооруже- ний, рек, дамб, оврагов, железнодорожных путей, и т. п.) [4].

Основываясь на генеральный план, выполняется схема прокладки газопроводов, где указываются проектные газопроводы, их диаметр, от- ветвления от газопроводов, и отмечаются устанавливаемые отключающие устройства. При выборе места заложения газопровода учитываются харак- тер проезда и застройки, число вводов, конструкция дорожного покрытия, наличие путей электрифицированного транспорта и подземных сооруже- ний, удобства эксплуатации газопровода и т.д.

Выбор трассы газопровода, то есть линии, определяющие направле- ние газопровода в каждой его точке проводят с помощью трассировки га- зораспределительных систем.

На выбор направления трассы газопровода влияют следующие усло-

вия:

1)вид дорожного покрытия, загруженность проезда различными сооружениями и городским транспортом;

2)расстояние до потребителей;

3)направление и ширина проездов городов и других населенных

пунктов;

4)наличие различного рода препятствий: рек, водоемов, оврагов, шоссейных и железнодорожных путей;

274

5)рельеф местности;

6)планировка кварталов [5].

Вданной статье рассмотрена оптимизация трассировки газораспре- делительной сети высокого давления выбранного участка. Это делается для установления наиболее подходящего метода оптимизации, т.е. нахож- дения наиболее короткого расстояния при прокладывании трассы газопро- вода.

Все чаще возникает вопрос о способах экономии ресурсов при про- кладке газопроводов [1].

Существуют несколько методов для нахождения наиболее короткого расстояний при прокладывании трассы газопровода.

Такие методы как:

1)метод наименьших квадратов (МНК);

2)алгоритм Прима;

3)метод Штейнера.

Вданной работе подробнее будет рассмотрен метод наименьших квадратов (МНК). МНК может использоваться:

– для решения уравнений, количество которых превышает число не- известных (переопределенных систем уравнений),

– для нахождения решения в случае нелинейных систем уравнений (не переопределенных),

– для аппроксимации точечных значений некоторых функций [2, 3].

МНК является одним из базовых методов регрессионного анали- за для оценки неизвестных параметров регрессионных моделей по выбо- рочным данным.

Регрессионный анализ — это статистический метод исследования влияния одной или нескольких независимых переменных Х1,Х2…Хр на зависимую переменную Y. Независимые переменные иначе называют регрессорами (предикторами), а зависимые переменные — критериальны- ми.

Сущность МНК заключается в нахождении параметров модели (a,b), при которых минимизируется сумма квадратов отклонений эмперических значений результативного признака (у) от теоретических (расчетных), по- лученных по выбранному уравнению регрессии:

Иначе говоря, из всего множества возможных линий, линия регрес- сия на графике выбирается так, чтобы сумма квадратов расстояний по вер- тикали между точками и этой линией была бы минимальной (Рисунок 1):

275

Рисунок 1 – Линия регрессии с минимальной дисперсией остатков

Поэтому он и называется метод наименьших квадратов.

Для применения данного метода был выбран поселок Каймары, со- стоящий из трех массивов:

1)У Деревни;

2)У Озера;

3)Лесной.

Рисунок 2 – Построение конфигурации газораспределительной сети методом наименьших квадратов (МНК)

При выборе трассировки газораспределительной сети, питающей массивы «У Деревни», «У Озера» и «Лесной», положительный результат дает применение метода наименьших квадратов (МНК), в котором каждо- му отклонению назначается некоторый коэффициент, позволяющий изме- нить приоритет учета отклонения данного пункта от трассы. МНК позво- ляет получить линейное уравнение вида y = Ax + B с коэффициентами

276

Проведено теоретическое исследование оптимизации трассировки газораспределительной сети высокого давления, на примере поселка Кай- мары.

Рассмотрен метод наименьших квадратов (МНК) оптимизации трас- сировки газораспределительной сети, который является оптимальным с точки зрения экономики, т.к при прокладывании труб ушло малое количе- ство используемого материала; выявлены факторы, влияющие на конфигу- рацию оптимальной газораспределительной сети такие как: используемый материал труб, объемы потребления газа абонентами сети, количество сту- пеней регулирования по давлению газа, месторасположение потребителей и условия их подключения к источнику газоснабжения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1.Барышева О.Б., Садыков Р.А., Батюшков Н.Ю. Оптимизация трас-

сировки газораспределительной сети низкого давления /Современное строительство и архитектура.: – 2016. - №3. – 4 с.

2.Бузырев В.В. Экономика строительства. Санкт-Петербург: Лидер, 2009.-410 с.

3.Гольянов А.И. Газовые сети и газохранилища. Уфа: МНГ, 2004. –

303 с.

4.Морозова Т.Г. «Экономическая география России». М.: ЮНИТИ-

ДАНА, 2012. — 479 с.

5.https://studref.com/422781/stroitelstvo/trassirovka_gazoprovodov

ЕЛИЗАРОВА А.Д. магистрант, КУЛАГИНА М.В. магистрант, СОЛУЯНОВ Н.А. магистрант, ХАРИТОНОВ А.А. магистрант

ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный архитектурно- строительный университет», г. Нижний Новгород, Россия, aelizarovaa@mail.ru

К ВОПРОСУ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ СИСТЕМ ЦЕНТРАЛЬНОГО КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА КИНОЗАЛОВ В КРУГЛОГОДИЧНОМ ЦИКЛЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Поддержание оптимального микроклимата в современных кинозалах осуществляется с помощью круглогодичных систем кондиционирования воздуха, технические характеристики которых определяются расчетными параметрами наружного воздуха, величиной тепло- и влаговыделений, а также числом посадочных мест.

Фактические режимы работы центральных кондиционеров зависят от параметров наружного воздуха, изменяющихся в течение года в широком

278

диапазоне значений. Данное обстоятельство затрудняет расчет потребле- ния энергетических ресурсов системами центрального кондиционирования воздуха. Авторами были обработаны статистические данных метеорологи- ческих наблюдений за период с 2005 по 2019 гг. [1] и определены доли времени в году γ, %, соответствующие характерным для климатических условий г. Н. Новгорода сочетаниям температуры tн, °C, и относительной влажности φн, °C, по формуле:

где: n – число часов наблюдения соответствующего сочетания пара- метров наружного воздуха, попадающих в интервалы температур с шагом в 2 °C и относительной влажности воздуха с шагом в 10 %, ч; S – суммар- ная продолжительность измерений параметров наружного воздуха, ч.

Полученные значения γ сочетаний параметров наружной среды были нанесены на I-d диаграмму влажного воздуха (рис. 1) совместно с областя- ми параметров наружного, приточного (П1-П2-П3-П4), внутреннего (В1-В2-

В3-В4) и удаляемого воздуха (У1-У2-У3-У4).

В результате проведенных расчетов были определены количествен- ные показатели потребления тепловой qтепл, Гкал, и электрической qэл, кВт·ч, энергии, а также холодной воды w, м3, системой центрального кон- диционирования воздуха кинозала строительным объемом V = 3545 м3 на 500 мест при следующих схемах обработки воздуха [2…5]:

-прямоточная с паровым увлажнением в холодный период года и охлаждением в поверхностном воздухоохладителе в теплый период;

-с одной рециркуляцией, паровым увлажнением в холодный период года и охлаждением в поверхностном воздухоохладителе в теплый период.

Потребление тепловой энергии qтепл, Гкал, системой центрального кондиционирования воздуха с одной рециркуляцией приходящееся на ха- рактерные для г. Н. Новгорода сочетания параметров наружного воздуха в течение календарного года при полном заполнении зрительных мест кино- зала посетителями представлен в таблице 1. Аналогичные данные получе-

ны для электрической энергии qэл и холодной воды w. Последовательность применения процессов нагрев, охлаждение и

увлажнения в секциях центрального кондиционера в каждый момент вре- мени зависит от фактического положения точки параметров наружного

воздуха по отношению к областям параметров П1-П2-П3-П4, Н1-Н2-Н3-Н4 и В1-В2-В3-В4 на I-d диаграмме. Результаты расчета фактической мощности воздухонагревателей, холодопроизводительности воздухоохладителей и паропроизводительности увлажнителей кондиционера приведены на ри- сунке 2.

279