Существующее положение в сфере производства, передачи и потребления тепловой энергии для целей теплоснабжения

Содержание

1. 
   Общее положение……………………………………………………………2
   
2. 
   Существующее положение в сфере производства, передачи и потребления тепловой энергии для целей теплоснабжения………..……..3
   
3. 
   Перспективное потребление тепловой энергии на цели теплоснабжения……………………………………………………………...8
   
4. 
   Электронная модель системы теплоснабжения………………..…………13
   
5. 
   Оборудование котельной в с.Лобаново…………………………………...25
   
6. 
   Расчет Гкал на отопление с селе Лобаново……………………………….28
   
7. 
   Расчет Гкал на отопление и ГВС котельной по с.Лобаново…………….29
   
8. 
   Расчет тепла по частному сектору в селе Лобаново……………………..30
   
9. 
   Расход тепла по бюджетным организациям………………………………34
   
10. 
    Расход тепла по организациям……………………………………………37
    
11. 
    Расход тепла по ИП………………………………………………………..39
    
12. 
    Перспективные балансы тепловой мощности источников тепловой энергиии тепловой нагрузки……………………………………………….43
    
13. 
    Перспективные балансы производительности водоподготовительных установок……………………………………………………………………59
    
14. 
    Предложения по строительству, реконструкции и техническому перевооружению источников тепловой энергии………………….……..62
    
15. 
    Предложения по строительству и реконструкции тепловых сетей и сооружений…………………………………………………………………66
    
16. 
    Перспективные топливные балансы………………………………………72
    
17. 
    Оценка надежности теплоснабжения………………………………….….73
    
18. 
    Обоснование инвестиций в строительство, реконструкцию и техническое перевооружение…………………………………………………………….79
    
19. 
    Экономическое обоснование работы существующих тепловых
    

20. 
    Обоснование предложения по определению единой теплоснабжающей организации………………………………………………………….……..82
    
21. 
    Решения по бесхозным тепловым сетям………………………………….84
    
22. 
    Заключение………………………………………………………………….85
    

материалы по обоснованию эффективного и безопасного функционирования

системы теплоснабжения, ее развития с учетом правового регулирования в

области энергосбережения и повышения энергетической эффективности

Теплоснабжающая организация определяется схемой теплоснабжения.

Мероприятия по развитию системы теплоснабжения, предусмотренные

настоящей схемой, включаются в инвестиционную программу

теплоснабжающей организации и, как следствие, могут быть включены в

соответствующий тариф организации коммунального комплекса.

Основные цели и задачи схемы теплоснабжения

• 
  определить возможность подключения к сетям теплоснабжения объекта капитального строительства и организации, обязанной при наличии технической возможности произвести такое подключение;
  
• 
  повышение надежности работы систем теплоснабжения в соответствии с нормативными требованиями;
  
• 
  минимизация затрат на теплоснабжение в расчете на каждого
  

• 
  обеспечение жителей Лобановского сельского поселения тепловой энергией;
  
• 
  строительство новых объектов производственного и другого
  

• 
  улучшение качества жизни в перспективе соответствующего развития коммунальной инфраструктуры существующих объектов.
  

1. 
   Существующее положение в сфере производства, передачи и потребления тепловой энергии для целей теплоснабжения.
   

Лобановское сельское поселение расположено в центре муниципального образования Пермский муниципальный район Пермского края. Административный центр – с. Лобаново расположен в 17 км от краевого центра – города Пермь. Общая площадь земель в границах Лобановского сельского поселения – 7463,1 га.

Лобановское сельское поселение граничит в южной части с Юговским, Кояновским сельскими поселениями и ЗАТО Звездный, на севере – с Двуреченским, на западе – с Гамовским, на востоке – с Мулянским сельскими поселениями Пермского муниципального района.

Численность постоянного населения Лобановского сельского поселения составляет 5,42 тыс. чел (4 % населения Пермского муниципального района).

Областным законом от 01.12.2004 № 1868-402 «Об утверждении границ и наделении статусом муниципальных образований Пермского района Пермского края» (в ред. От от 07.12.2011 N 863-ПК) муниципальному образованию был присвоен статус сельского поселения. Система расселения Лобановского сельского поселения представлена 9 сельскими населенными пунктами: село Лобаново, деревни Баские, Большой Буртым, Касимово, Клестята, Козыбаево, Кочкино, Малые Клестята, Усадьба МТС.

Лобановское сельское поселение популярно среди жителей города Пермь и Пермского района: на его территории расположены обширные площади садоводческих и дачных некоммерческих товариществ.

В настоящее время на территории муниципального образования действуют сельскохозяйственные предприятия ОНО «Лобановское опытно-производственное хозяйство», ООО «Русь», научно-технический центр «Семена Прикамья», Пермский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, автотранспортное предприятие ЗАО «Блок-Сервис», деревообрабатывающие предприятия.

Основные этапы исторического развития

Поселение упоминается в письменных источниках с 1719 г. В 1782 г. На территории современного Лобановского сельского поселения проживало 92 чел (в 1926 г. – 243 чел.). Первоначально – д. Лобанова (в ней жила семья крестьянина Андрея Лобанова; от его фамилии происходит название Лобаново).

Селом Лобаново стало в 1873 г, когда местная деревянная часовня была перестроена в Александро-Невскую церковь. 10 дек. 1863 г. Появилось Большебуртымское приходское училище, в 1892 г. Переведенное в Лобаново (в янв. 1896 г. В нем была создана столярно-мебельная мастерская, позднее (1909 г.) – учебно-производственные мастерские).

В марте 1928 г. Возникло машинное товарищество, 6 апр. 1930 г. – колхоз «Красный Бор», который 1 апр. 1935 г. Был разделен (в селе осталась сельхозартель «Красный Факел»). С 1950 по 1960 г. Существовал укрупненный колхоз им. Жданова. 14 янв. 1960 г. На базе колхозов им. Жданова, «Передовик» и им. Димитрова создан совхоз, позднее опытно-производственное хозяйство (ОПХ) «Лобановское» (его директором с 1960 по 1968 г. Был Герой Социалистического Труда А. И. Келль (1912 – 1983 гг.); оператор машинного доения коров ОПХ «Лобановское» З. Г. Агеева удостоилась в 1987 г. За выдающиеся достижения в труде звания лауреата Государственной премии СССР). В 1950 г. Близ Лобаново геологоразведчики обнаружили месторождение нефти, и 15 окт. 1957 г. В селе появилось Лобановское нефтепромысловое управление, существовавшее до 1963 г. С 1967 г. В селе находится Пермская государственная сельскохозяйственная опытная станция (создана в Перми в 1912 г.). Лобаново являлось центром Лобановской волости (первоначально правление находилось в деревне Большой Буртым) Пермского уезда и Лобановского сельского совета (до янв. 2006 г.).

По схеме климатического районирования Лобановское сельское поселение относится к району – I, подрайону – IB, характеризуется умеренно-континентальным климатом. Среднегодовая сумма осадков составляет 616 мм. Максимальное количество осадков приходится на теплый период с апреля по октябрь. Среднегодовая влажность воздуха достигает 75 %.

Самый холодный месяц – январь, средняя температура которого порядка -15,3 °С. Средняя температура самого теплого месяца – июля - +18 °С. Среднегодовая температура воздуха составляет +1,5 °С.

На территории сельского поселения преобладают ветры юго-западного направления. Среднегодовая скорость ветра составляет 3,2 м/с. Наибольшая скорость ветра составляет 7 м/с.

Сельское поселение в достаточной степени обеспечено поверхностными водами. По территории поселения протекают реки Мулянка, Рыж. Сосновка, Березовка, Буриловка, Большая Мельничная, Сюзь, Боровая, Ватлан, Буртымка, Бабинка.

Самым протяженным водотоком на территории муниципального образования является река Мулянка. Длина которой составляет 52 км. Площадь водосборного бассейна реки составляет 460,7 кв. км. Мулянка имеет 35 притоков, крупнейшим является река Рыж. Рыж впадает в Мулянку в 42 км от устья. Половодье на Мулянке начинается в апреле и продолжается 20—25 дней, при этом максимальный уровень воды достигается в конце апреля. В тёплое время года, во время сильных дождей, наблюдаются также дождевые паводки со значительным повышением уровня воды. Воды Мулянки используются для рекреационных и хозяйственно-бытовых нужд.

Пресные подземные воды распространены практически повсеместно. Для обеспечения населения питьевой водой используются подземные источники водоснабжения.

Село Лобаново – административный центр Лобановского сельского поселения, который состоит из отдельных территорий смешанной жилой застройки.

С. Лобаново пересекает автодорога федерального значения Р 242 Пермь – Екатеринбург. Линейная планировочная структура села включает территории многоэтажной, среднеэтажной, малоэтажной и индивидуальной застройки, садоводства и огороды, а также территории общественно-деловой застройки, в которые входят следующий объекты: здание администрации Лобановского сельского поселения, школа искусств, храм, аптека, библиотека, дом культуры, больница, поликлиника, столовая, дом спорта, детский сад, школа и объекты торговли. Вся жилая среда имеет низкий процент благоустройства. На юге населенного пункта есть небольшие производственные, коммунально-складские и инженерные территории. Территории инженерной инфраструктуры представлены котельной, артезианскими скважинами и очистными сооружениями.

Основной проблемой и ограничением для развития внутри границ населенного пункта с. Лобаново является санитарно-защитные зоны от коммунально-складских, инженерных и транспортных предприятий (тепличное хозяйство, предприятия ПНИИСХА, колбасный цех, пилорама, столярный цех, предприятия ООО «Химкор» и т д.)

На юге населенного пункта находится объект сельскохозяйственного производства животноводческий комплекс ООО «Русь».

Деревня Клестята – ближайший перспективный населенный пункт к с. Лобаново. Деревня находится в направлении автомобильной дороги местного значения Лобаново – Насадка.

Деревня с северной стороны ограничена железной дорогой Транссибирской магистрали Пермь – Кунгур – Екатеринбург, с южной д. Малые Клестята, со всех других сторон землями сельскохозяйственного назначения.

Сложившаяся линейная структура в д. Клестята имеет две основных территории: застройка индивидуальными жилыми домами и застройка дачными и садовыми товариществами.

Деревни Баские, Большой Буртым, Касимово, Клестята, Козыбаево, Кочкино, Малые Клестята и д. Усадьба МТС находятся южнее административного центра поселения с. Лобаново. Территории деревень окружены лесами и территориями сельскохозяйственного назначения. Внутри населенных пунктов преобладают два основных функциональных типа жилой застройки – застройка индивидуальными жилыми домами и застройка дачными и садовыми товариществами. Дороги, ведущие к деревням, в большинстве своем грунтовые и в настоящее время находится в неудовлетворительном состоянии. Территории вокруг населенных пунктов имеют высокий рекреационный потенциал для жителей поселения и жителей г. Пермь.

Теплоснабжение многоэтажной застройки в селе Лобаново осуществляется от газовой котельной принадлежащей Лобановскому сельскому поселению обслуживается ОАО «Райтеплоэнерго-Сервис».

По данным от 28.03.2012 г. Производительность котельной – 12,798 Гкал/час (3 котла ДКВ-5), годовой расход топлива – 3202 тыс. т.ут/год.

Капитальный ремонт 2 котлов производился в 2010 и в 2012 году

Отопление индивидуальной застройки села и остальных деревень поселения – от автономных источников тепла и печное.

При анализе существующих цен и тарифов, утвержденных ГКТ РБ, а также местными теплоснабжающими организациями, а также при сравнении их со средней ставкой на потребляемую энергию по стране, мы приходим к выводу, что установленные тарифы являются экономически доступными для населения села.

Установленные тарифы намного ниже себестоимости производства тепла, также величина тарифов намного ниже по стране.

В соответствии с большим процентом износа тепловых сетей требуется замена труб.

Передача тепловой энергии на большие расстояния является экономически неэффективной.

Радиус эффективного теплоснабжения позволяет определить условия, при которых подключение новых или увеличивающих тепловую нагрузку теплопотребляющих установок к системе теплоснабжения нецелесообразно вследствие увеличения совокупных расходов в указанной системе на единицу тепловой мощности, определяемой для зоны действия каждого источника тепловой энергии.

Радиус эффективного теплоснабжения – максимальное расстояние от теплопотребляющей установки до ближайшего источника тепловой энергии в системе теплоснабжения, при превышении которого подключение теплопотребляющей установки к данной системе теплоснабжения нецелесообразно по причине увеличения совокупных расходов в системе теплоснабжения.

Максимальный радиус эффективного теплоснабжения от перспективной котельной с.Лобаново до амбулаторно-клинического учреждения 1890 м.

Для перспективного развитие теплоснабжения в Лобановском сельском поселении приобретен водогрейный котел КВ-ГМ 4,4

Технические характеристки КВ-ГМ-4,4-115
Тип:	Водогрейный котел
Топливо:	газ, мазут, дизельное топливо
Номинальная теплопроизв., МВт:	4.4
Рабочее давление воды, Мпа:	0,6
Габариты: длина (глубина) x ширина x высота, мм:	5370х2350х2911
Масса, кг:	7500
КПД, %:	93

На перспективу основной профиль специализации производственной сферы муниципального образования обусловлен наличием минерально-сырьевой базы для развития промышленности строительных материалов и сельскохозяйственной освоенностью территории, что позволяет развивать переработку продукции растениеводства и животноводства. На территории муниципального образования есть торф, известняки, доломиты, кирпичные глины. Важная роль в развитии экономического потенциала на перспективу расчетного срока принадлежит малому бизнесу, который обеспечивает создание дополнительных рабочих мест, способствует оптимизации структуры промышленного комплекса и насыщению рынка товарами и услугами.

С учетом природно-климатических и экономических условий, а также сложившейся структуры производства, основу специализации сельскохозяйственных предприятий на перспективу будут составлять молочно-мясное животноводство, возделывание зерновых культур на фураж и кормовых культур.

В целях обеспечения развития сельскохозяйственного производства необходимо следующее.

• 
  Усиление контроля за рациональным использованием земель сельскохозяйственного назначения в соответствии с целевым назначением данной категории земель.
  
• 
  Сохранение большей части площадей сельскохозяйственного назначения для развития сельскохозяйственной деятельности и размещения объектов агропромышленного производства.
  
• 
  Создание условий для развития перерабатывающих производств, позволяющих полностью использовать первичную сельскохозяйственную продукцию.
  

Резервирование территорий для развития малых и средних производств преимущественно планируется в границах населенных пунктов, их границы и площадь уточняются при наличии предложений конкретных проектов. Вне населенных пунктов могут размещаться производственные объекты агропромышленной специализации и добывающей промышленности.

Предоставление земельных участков, находящихся в муниципальной и государственной собственности, в целях создания объектов недвижимости для субъектов малого и среднего предпринимательства, определяется на общих основаниях, предусмотренных законодательством Российской Федерации, Пермского края и нормативными правовыми актами органов местного самоуправления муниципального района с учетом приоритетных для муниципального образования направлений хозяйственной деятельности.

Генеральный план Лобановского сельского поселения учитывает планировочные особенности территории, направлен на поддержание и дальнейшее развитие сложившейся структуры сельского поселения и оптимальную организацию всех функциональных зон.

В Генеральном плане определены приоритетные мероприятия по развитию территории:

• 
  комплексное благоустройство всех существующих населенных пунктов – ремонт улиц, дорог, проездов;
  
• 
  комплексная застройка и благоустройство территорий нового жилищного строительства;
  
• 
  развитие системы обслуживания населения;
  
• 
  благоустройство и более эффективное использование производственно-коммунальных территорий;
  
• 
  развитие и реконструкция транспортной сети – организация надежной автомобильной связи между населенными пунктами сельского поселения и прилегающими муниципальными образованиями.
  
• 
  развитие и реконструкция объектов инженерной инфраструктуры;
  
• 
  проведение природоохранных мероприятий;
  
• 
  сохранение объектов культурного наследия.
  

Интенсивное развитие жилищного строительства на территории поселения требует перевода ряда земель сельскохозяйственного назначения в земли населенных пунктов.

Проектом предлагается принцип компактного территориального развития населенных пунктов с. Лобаново, д. Большой Буртым и д. Касимово с минимальным выходом на земли сельскохозяйственного назначения за пределами действующих границ населенных пунктов.

Так как территория с. Лобаново находится в непосредственной близости от г. Пермь, то она в дальнейшем будет рассматриваться в качестве района активного освоения под жилую застройку.

В проекте предусматривается сохранение архитектурно-пространственной системы центральной части взаимосвязи и масштаба планировочных элементов села.

Новое строительство в селе предусматривается как на имеющихся свободных территориях, так и на сносе и реконструкции ветхой и малоценной застройки.

На первую очередь и на расчетный срок предусматривается завершение начатого ранее строительства кварталов разноэтажной секционной застройки, а также уплотнение существующих кварталов при соблюдении требований действующих планировочных и санитарных норм. В центральной существующей части с. Лобаново планируется строительство 7-ми многоквартирных жилых домов.

Основной площадкой нового коттеджного строительства является территория вдоль р. Мулянка в юго-восточной части села.

В комплексе с жилищным строительством предусматривается развитие структуры центров и подцентров обслуживания, связанных системой транспортных и пешеходных связей.

Формирование производственных зон предусматривается в пределах уже используемых под промышленные и коммунально-складские предприятия территорий. Для каждой зоны устанавливается единая СЗЗ, учитывающая все источники и виды загрязнения внешней среды, исключающая их влияние на жилую застройку.

Рекреационные территории в пределах села объединяются в единую систему, включающую существующие и проектируемые зеленые насаждения, в том числе парки, скверы, пойменные территорий реки Мулянка.

Генеральным планом предусматривается размещение на новых территориях жилых зон 3-х новых микрорайонов, 2 из которых – вдоль поймы р. Мулянка и северо-восточной части с. Лобаново отводятся под индивидуальное коттеджное строительство.

Генеральным планом для населенных пунктов Большой Буртым, Касимово, Клестята и д. Козыбаево резервируются потенциальные площадки для нового индивидуального жилого строительства:

• 
  на востоке д. Большой Буртым планируется зона малоэтажного и индивидуального жилого строительства;
  
• 
  на северо-западе д. Большой Буртым планируется зона индивидуального жилого строительства;
  
• 
  на юго-западе д. Большой Буртым планируется зона индивидуального жилого и общественно-делового строительства;
  
• 
  на юго-западе д. Касимово планируется зона индивидуального жилого строительства;
  
• 
  на севере д. Касимово планируется зона индивидуального жилого строительства;
  
• 
  в центральной части д. Клестята на свободных территорияхпланируется зона индивидуального жилого строительства;
  
• 
  на востоке д. Клестята планируется зона индивидуального жилого строительства;
  
• 
  на юго-западе д. Козыбаево планируется зона индивидуального жилого строительства;
  
• 
  на севере д. Козыбаево планируется зона индивидуального жилого строительства.
  

Также планируется оснастить тепловую котельную обслуживающую ОАО “Райтеплоэнерго-Сервис” дополнительным котлом с альтернативным топливом мазут.

Современные сети теплоснабжения являются столь сложными техническими объектами, что даже для расчета распределения потоков и давлений, без которого невозможны ни эксплуатация, ни проектирование теплосетей, требуются весьма серьезные описательные и математические средства, основанные на «базе знаний» отраслевой науки. Не говоря уже о более сложных задачах прогнозирования поведения системы при различных условиях и управляющих воздействиях для многокольцевой системы теплоснабжения «среднего» города, на которую работают одновременно несколько источников тепла. Таким образом, программный инструментарий для электронного моделирования тепловых сетей должен в первую очередь иметь мощный встроенный математический и алгоритмический аппарат предметной области, позволяющий описывать сети и рассчитывать режимы их работы.

Другая существенная особенность сетей теплоснабжения, как и любой составляющей инженерной инфраструктуры городов, состоит в том, что они являются территориально-распределенными объектами управления. Более того, каждый элемент транспортной системы трубопроводов и оборудования системы теплоснабжения имеет вполне определенную привязку к конкретной местности, начиная от расположения и адресов зданий, в которых находятся абоненты-потребители тепла, и заканчивая территориальной локализацией подземных сооружений – тепловых камер и трасс прокладки трубопроводов.

Проанализирована функциональная структура системы централизованного теплоснабжения. Основными элементами структуры являются: источники тепловой энергии в виде центральной и промышленно-отопительных котельных, совокупность участков прямых трубопроводов от источников теплоснабжения до потребителей, множество потребителей тепловой энергии, совокупность участков обратных трубопроводов от потребителей, тепловые узлы теплоисточников и тепловые пункты потребления тепла (рисунок 1).

Рисунок 1 – Функциональная структура системы централизованного теплоснабжения

На основе анализа реальной функциональной структуры построена агрегированная, математическая, потоковая модель системы централизованного теплоснабжения в виде двух блоков производства и потребления тепловой энергии, а также прямых и обратных связей между ними в виде материальных и энергетических потоков.

Рисунок 2. Агрегированная потоковая алгоритмическая модель:

«Теплопроизводство–теплопотребление»
Модели для элементов системы теплоснабжения построены в форме производственных функций, адекватно описывающие функционирование тепловых объектов. Для всех построенных математических моделей проведена идентификация параметров на основе реальных статистических данных теплоснабжения.

Для источника теплоснабжения построена модель в форме неоднородной двухфакторной производственной функции (ПФ) Кобба-Дугласа следующей конструкции:

(1)

;

(2)

;

Для сконструированных ПФ (1), (2) на основе суточных и часовых фактических значений величин теплопроизводства и теплопотребления методом МНК была проведена идентификация параметров А, α, β, А₀, α₀, β₀ и изучены аппроксимативные и содержательные свойства полученных моделей.

Общее качество полученных моделей оценивалось коэффициентом детерминации R², среднеквадратичным отклонением  и F–критерием Фишера. Значимость полученных параметров моделей определялась t-критерием Стьюдента.

Значение коэффициента детерминации R² для теплоисточника составило 0,9995 и для объектов теплоснабжения 0,9957 по среднесуточным данным, 0,9195 по часовым, что свидетельствует о высоких описательных свойствах моделей. Величина среднеквадратичной невязки для построенных моделей находится в районе 0,01-0,0131 %.

В общем, анализ характеристик и показателей качества ПФ показал, что модели с удовлетворительной точностью описывают процессы теплоснабжения. Оценки расчетов значимы по F-статистике на всех рассматриваемых интервалах. Все коэффициенты по t-критерию Стьюдента также являются значимыми.

Моделирование процессов качественного и качественно-количественного автоматического регулирования показало, что расчётная разность температур в подающем и обратном трубопроводах во всём рабочем диапазоне изменений температуры наружного воздуха не достигается. Однако качественно-количественный способ регулирования по сравнению с качественным способом уменьшает гидравлическую нагрузку на тепловые сети и снижает расход тепла на отопление потребителей.

На основе анализа результатов моделирования определен наиболее предпочтительный способ регулирования отопительной нагрузки на источнике теплоснабжения – метод качественно-количественного автоматического регулирования по температуре обратной сетевой воды. При таком способе регулирования достигается максимальная экономия топливно-энергетических ресурсов в процессе функционирования системы централизованного теплоснабжения.

Построена функциональная схема технической реализации этого способа автоматического регулирования отопительной нагрузки на источнике теплоснабжения с двумя регуляторами: расхода теплоносителя во внешнем контуре и температуры сетевой воды (рисунок 3).

Регулятор расхода непосредственно воздействует на частотно регулируемый привод, установленный на линии циркуляции теплоносителя в тепловой сети. Регулятор температуры воздействует на расход газа, идущего на нагрев теплоносителя во внутреннем контуре, тем самым, изменяя температуру сетевой воды во внешнем контуре. Корректирующим воздействием для обоих регуляторов является температура наружного воздуха.

Рисунок 3 – Функциональная схема автоматического регулирования тепловой сети

Построена модель замкнутого контура системы управления централизованным теплоснабжением, представляющая собой совокупность источника теплоснабжения, блока, описывающего транспорт теплоносителя к потребителю и от потребителя, потребителя тепла и систему взаимосвязей в виде материальных и энергетических потоков.

Представлена модель замкнутого контура системы управления централизованным теплоснабжением с моделями объектов в виде производственных функций (рисунок 4).

Рисунок 4 – Агрегированная алгоритмическая модель теплоснабжения:

«Производство–транспорт–потребление теплоты»

Модель теплоисточника использовалась та же, что и в третьей главе.

Агрегированная функциональная модель системы транспорта теплоты для определения температуры теплоносителя в процессе транспортировки к конечному потребителю синтезирована в форме ПФ, удобной для моделирования качественного автоматического регулирования отопительной нагрузки.

(3)

где t₁ – температура сетевой воды в прямом трубопроводе на источнике теплоснабжения;  - температура сетевой воды в прямом трубопроводе перед потребителем;

Построена и идентифицирована функциональная модель элемента транспортировки теплоты с входными воздействиями – расходом теплоносителя на отопление G₂ и температурой сетевой воды t₁ в форме трёхфакторной производственной функции Кобба-Дугласа для суточных и часовых фактических значений теплоносителя, удобная для моделирования качественно-количественного регулирования:

(4)

;;

(5)

Значения коэффициентов детерминации для моделей транспортировки, потребления и агрегированного транспорта теплоты составили 0,9885(0,9046), 0,9997(0,9217) и 0,9978(0,9617), соответственно, для суточных и часовых значений, что свидетельствует о хороших описательных свойствах моделей. Величина среднеквадратичной невязки для построенных моделей находится в диапазоне 0,0063-0,0463 %.

В общем, анализ характеристик и показателей качества ПФ показал, что модели удовлетворительно описывают процессы теплоснабжения. Оценки расчетов по F-статистике и коэффициенты по t-критерию на всех рассматриваемых интервалах являются значимыми.

Для построенных и идентифицированных моделей были изучены факторные эластичности, характеризующие относительную эффективность использования соответствующих ресурсов.

Для модели неоднородной ПФ объекта управления транспорта теплоты (4) эластичности по расходу теплоносителя, температуре сетевой воды и температуре наружного воздуха составляют 0,1209 (0,2999), 1,5145 (0,8631) и -0,0070 (0,1228), соответственно, для суточных и часовых значений. Эти значения эластичностей означают, что основной вклад в транспортировку теплоты к потребителям вносит фактор – температура отопительной воды t₁. Влияние расхода теплоносителя G₂ существенно ниже. Возмущающее воздействие по температуре окружающего воздуха t_НВ также мало. Для модели неоднородной ПФ объекта потребления тепловой энергии значения эластичностей по теплоте в прямом трубопроводе и температуре наружного воздуха составляют 0,9715 и - 0,0318 для суточных данных и 0,9785 -0,0628 для часовых данных. Эти значения эластичностей соответствуют ранее полученным величинам для группового потребителя. Значения эластичностей для агрегированной модели системы транспорта аналогичны и составляют 0,9962 (0,0045) и 0,9940 (0,0124).

Исследованы режимы потребления теплоты потребителем при моделировании автоматического регулирования отопительной нагрузки на источнике теплоснабжения и индивидуальном тепловом пункте, получены энергетические характеристики и построены графики функционирования элементов транспорта и потребления тепловой энергии для каждого способа регулирования посредством моделирования соответствующих параметров сетевой воды при фактической и расчётной наружной температуре.

Моделирование процессов качественного автоматического регулирования на источнике теплоснабжения выявило значительное снижение температуры сетевой воды при транспортировке теплоносителя, приводящее к необеспечению расчётных графиков температур на абонентском вводе потребителей. При этом поддержание расчётного значения расхода сетевой воды увеличивает расход тепла на отопление.

Анализ моделирования процесса автоматического качественно-количественного регулирования на источнике теплоснабжения показал, что вследствие разрегулировки гидравлического режима подачи теплоты от источника до потребителя тепловой энергии проблемы, выявленные при качественном регулировании тепловой нагрузки, частично разрешаются, но не решаются полностью.

Целесообразным, для достижения требуемых параметров сетевой воды на абонентском вводе, является организация автоматического регулирования отопительной нагрузки на индивидуальном тепловом пункте потребителя. Анализ потребления тепловой энергии зданием при различных способах автоматического регулирования, проведенный при помощи математических моделей потребителей тепловой энергии, показал, что наиболее экономный режим потребления теплоты наблюдается при качественно-количественном регулировании по температуре обратной сетевой воды. Построена функциональная схема технической реализации этого метода автоматического регулирования отопительной нагрузки на индивидуальном пункте потребителя (рисунок 5).

Регулятор расхода получает информацию о параметрах сетевой воды на абонентском вводе потребителя и воздействует на регулирующий клапан, установленный на обратной линии теплоносителя. Корректирующим воздействием для регулятора является температура наружного воздуха.

Рисунок 5 – Функциональная схема автоматизированного индивидуального теплового пункта

На рисунке 6 приведены показатели обобщённой эффективности функционирования системы теплоснабжения за месяц, являющиеся решениями 32 задач нелинейного программирования (5), (6) с функционалом (7) для реальных режимов теплообеспечения.

Рисунок 6 – Показатели сравнительной эффективности системы централизованного теплоснабжения

Из решения задачи обобщенного оценивания следует, что системная эффективность теплообеспечения снижается в отдельные дни на 45 % относительно номинальной и в среднем ниже на 25% по отношению к достижимой.

На основе средних за месяц показателей теплоснабжения аналогичным образом, путем решения пяти задач нелинейного программирования (5), (6), найдены численные значения показателей системной эффективности различных вариантов организации централизованного теплоснабжения, представленные в таблице.