Переходные процессы изменения температуры и скорости потока при ступенчатом количественном регулировании в системе «нагреватель – вентилятор – помещение»

Введение. Наиболее перспективной из быстроразвивающихся энергосберегающих технологий, используемой в системах жизнеобеспечения, является регулирование производительности вентиляционной установки в зависимости от качества внутреннего воздуха в обслуживаемых помещениях. В процессе регулирования происходят переходные процессы, сопровождающиеся колебаниями параметров воздуха в помещении. Изучение закономерностей развития переходных процессов в потоке воздуха необходимо для конструирования энергоэффективных элементов климатических систем, разработки адаптивных алгоритмов управления микроклиматом. Представлены и проанализированы экспериментальные данные об изменениях параметров воздушного потока и теплоты в системе «воздухонагреватель – вентилятор – помещение» при ступенчато-последовательном регулировании производительности вентилятора.

Материалы и методы. Метод изучения процесса теплообмена между воздухом, климатической установкой и обслуживаемым помещением основан на натурном эксперименте, осуществленном в реально эксплуатируемом здании. Параметры воздушного потока в исследуемой системе регистрировались как для системы с сосредоточенными параметрами.

Результаты. При различных временных интервалах между скачками изменения производительности вентилятора и для разных режимов работы воздухонагревателя экспериментально исследованы переходные процессы изменения параметров воздушного потока.

Выводы. Минимальная продолжительность переходного процесса изменений параметров воздушного потока, проходящего через климатическую установку, достигается при некоторой оптимальной величине временного интервала между скачками производительности вентилятора.

1. Авдошенко П.А., Мясников В.А. Автоматизация центральных тепловых пунктов на базе систем частотного регулирования // Вестник военной академии материально-технического обеспечения. 2015. № 1. С. 109–116. EDN VNYUEH.

2. Тимофеев Е.В., Эрк А.Ф., Размук В.А. Регулирование температуры воздуха в животноводческом помещении с использованием частотных регуляторов // Проблемы современной науки и инновации. 2017. № 5. С. 55–64. EDN YZKGOF.

3. Teitel M., Levi A., Zhao Y., Barak M., Barlev E., Shmuel D. Energy saving in agricultural buildings through fan motor control by variable frequency drives // Energy and Buildings. 2008. Vol. 40. Issue 6. Pp. 953–960. DOI: 10.1016/j.enbuild.2007.07.010

4. Вишневский Е.П., Малков Г.В. EC-двигатели: что, где, почему и зачем // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2011. № 3. С. 52–59. EDN NUNXZZ.

5. Singh N., Permana I., Chung R., Wang F. Retrofitting Application of EC Motor Plug Fans in HVAC systems // 2024 ASHRAE Annual Conference. 2024. DOI: 10.63044/s24sing007

6. Костин В.И., Должиков В.Н. Регулирование насосов и вентиляторов в системах инженерного обеспечения зданий и сооружений // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 9 (729). С. 52–59. DOI: 10.32683/0536-1052-2019-729-9-52-59. EDN KPTWEX.

7. Lee J.M., Lee K.H., Moon J.W., Lee S.H., Hong T. Developing a Control Strategy for Minimum Airflow Setting Considering CO2 Level and Energy Consumption in a Variable Air Volume System // International Journal of Thermophysics. 2024. Vol. 45. Issue 12. DOI: 10.1007/s10765-024-03474-5. EDN ERLCHH.

8. Lin X., Lee H., Hwang Y., Radermacher R. A review of recent development in variable refrigerant flow systems // Science and Technology for the Built Environment. 2015. Vol. 21. Issue 7. Pp. 917–933. DOI: 10.1080/23744731.2015.1071987

9. Крылов Ю.А., Радионов А.А., Карандаев А.С., Храмшин В.Р., Мамлеева Ю.И. Энергосберегающий алгоритм управления электроприводами насосов в системе холодного водоснабжения зданий // Электротехника. 2014. № 4. С. 10–15. EDN RXXEGV.

10. Ormsbee L.E., Lansey K.E. Optimal control of water supply pumping systems // Journal of Water Resources Planning and Management. 1994. Vol. 120. Issue 2. Pp. 237–252. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9496(1994)120:2(237)

11. Морозова Н.С., Нагорная А.Н. Аэродинамика кольцевых вентиляционных сетей с переменным расходом воздуха // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2016. № 2 (170). С. 62–63. EDN XCRUAR.

12. Белова Е.М., Караджи В.Г. Особенности работы вентилятора с переменным числом оборотов в вентиляционной сети // Системные технологии. 2022. № 1 (42). С. 146–154. DOI: 10.55287/22275398_2022_1_146. EDN WFGGWM.

13. Wu W., Lin Y.R., Chow L.C., Leland Q. Fan performance characteristics at various rotational speeds and ambient pressures // SAE Technical Paper Series. 2014. Issue 1. DOI: 10.4271/2014-01-2219

14. Нагорная А.Н., Морозова Н.С. Проблемы организации воздухораспределения при вытесняющей вентиляции с переменным расходом воздуха на примере зрительного зала театра // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. Т. 13. № 2. С. 65–68. EDN RPVCOP.

15. Панферов С.В., Панферов В.И. К решению задачи количественного регулирования в системах теплоснабжения // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2024. Т. 24. № 1. С. 50–58. DOI: 10.14529/build240107. EDN AEMYYQ.

16. Сикерин И.Е., Голяк С.А. Влияние гидравлического режима сети теплоснабжения на тепловую устойчивость абонентов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. 2010. Т. 2. № 68. С. 20–22. EDN OVZYAF.

17. Абдулаев Д.А., Маркелова Е.А., Сабирзянов А.Р., Миронов Н.Ю. Гидравлическая устойчивость тепловой сети // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2017. № 1 (52). С. 67–85. DOI: 10.18720/CUBS.52.6. EDN YNESJB.

18. Bukowska M., Nowak K. Hydraulic Stabilization of Heat Network // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 603. Issue 5. P. 052091. DOI: 10.1088/1757-899X/603/5/052091

19. Малахов П.И., Гущин С.В., Семиненко А.С., Киреев В.М. Влияние подключения новых потребителей на гидравлическую устойчивость тепловых сетей // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2017. № 8. С. 82–87. DOI: 10.12737/article_5968b450a65e68.85903478. EDN ZCRBCR.

20. Мансуров Р.Ш., Перязев Д.Г. Влияние скорости роста температуры наружного воздуха в отопительный период года на гидравлическую устойчивость системы теплоснабжения // Инвестиции, градостроительство, технологии как драйверы социально-экономического развития территории и повышения качества жизни населения : мат. XV Междунар. науч.-практ. конф. 2025. С. 41–47. EDN RSCMVA.

21. Seminenko A.S., Sheremet E.O., Gushchin S.V., Elistratova J.V., Kireev V.M. Hydraulic stability of heat networks for connection of new consumers // IOP Conference Series : Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 327. P. 042105. DOI: 10.1088/1757-899X/327/4/042105. EDN XXSRQD.

22. Ю С.С., Ивашкевич А.А. Метод стабилизации расходов в ответвлениях систем вентиляции с переменным расходом воздуха // Новые идеи нового века : мат. Междунар. науч. конф. ФАД ТОГУ. 2020. Т. 3. С. 566–572. EDN FZHCPE.

23. Пензин В.Э., Спиридонова Е.В. VAV-система — система вентиляции с переменным расходом воздуха // Инновации природообустройства и защиты окружающей среды : мат. I Национ. науч.-практ. конф. с междунар. участием. 2019. С. 55–57. EDN ZAHBEL.

24. Крысов Е.Н. Системы вентиляции с переменным расходом // Ученые заметки ТОГУ. 2016. Т. 7. № 4–1. С. 868–871. EDN XSDEMT.

25. Engdahl F., Svensson A. Pressure controlled variable air volume system // Energy and Buildings. 2003. Vol. 35. Issue 11. Pp. 1161–1172. DOI: 10.1016/j.enbuild.2003.09.009

26. Гавриленко Ю.А. Конструирование систем вентиляции с переменным расходом воздуха // Инновации в науке, образовании и бизнесе – 2013 : тр. XI Междунар. науч. конф. 2013. С. 354–356. EDN ZEEVGJ.

27. Посохин В.Н., Сафиуллин Р.Г. Воздухораспределитель с изменяемой геометрией // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2014. № 4 (148). С. 74–77. EDN TWQWQJ.

28. Кузьмин С.И. Воздухораспределитель для реализации переменного воздухообмена в помещениях : сб. науч. тр. Ангарского государственного технического университета. 2011. Т. 1. № 1. С. 110–115. EDN RADDZB.

29. Rabani M., Madessa H.B., Nord N., Schild P., Mysen M. Performance assessment of all-air heating in an office cubicle equipped with an active supply diffuser in a cold climate // Building and Environment. 2019. Vol. 156. Pp. 123–136. DOI: 10.1016/j.buildenv.2019.04.017

30. Ватузов Д.Н., Дымшиц М.В., Чичаев Д.В. Исследование работы регуляторов перепада давления в зависимости от места их установки в ИТП // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительство и строительные технологии : сб. ст. 81-й Всеросс. науч.-техн. конф. 2024. С. 588–593. EDN ALOKYD.

31. Поляков В.И. Квартирные регуляторы давления воды // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2013. № 11 (143). С. 34–37. EDN TQTRRV.

32. Звонарева Ю.Н., Ваньков Ю.В., Сабиров И.М. Влияние температурного графика работы тепловой сети и использования регуляторов перепада давления на надежность работы систем теплоснабжения // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики : мат. 96-го заседания Междунар. научного семинара им. Ю.Н. Руденко. 2024. С. 558–567. EDN IXFVGA.

33. Жилина Т.С., Сабукевич М.Н., Дан Ву.Д., Джанака В. Применение повысительных насосных станций для модернизации систем теплоснабжения // Архитектура, строительство, транспорт. 2024. № 2 (108). С. 56–66. DOI: 10.31660/2782-232X-2024-2-56-66. EDN MHOSAZ.