ТЕХНИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТ – СОФИЯ

Ф А К У Л Т Е Т А В Т О М А Т И К А

 катедра: Автоматизация на електрозадвижванията 

   

гл.ас. маг. инж. Дочо Цанков Цанков   

ОПТИМИЗАЦИОННИ ПОДХОДИ В СИСТЕМИТЕ ЗА СГРАДНА АВТОМАТИЗАЦИЯ 

 

АВТОРЕФЕРАТ на дисертация 

за присъждане на образователната и  научна степен «доктор» по научна специалност 

„Автоматизация на производството“  

Професионално направление: „5.2. Електротехника, електроника и автоматика“

Научен ръководител: доц. д‐р Тодор Йонков Официални рецензенти:   1. проф. д‐р Михо Рачев Михов                                    2. проф. дтн Иван Лалов Димитров   

СОФИЯ 2013 

 

Дисертационната работа е обсъдена и насочена за защита на заседание на катедрения съвет на  Катедра  Автоматизация  на  електрозадвижванията,  Факултет  АВТОМАТИКА,  ТУ  –  София, София 1797, бул. Климент Охридски 8, състояло се на 07.06.2013г.  Дисертационната  работа  се  състои  от  4  глави  и  литературна  справка.  Тя  съдържа  151 страници, 122 фигури, 30 таблици,146 литературни източника.  Докторантът  работи  като  главен  асистент  в  катедра  АЕЗ,  ФА,  ТУ‐София,  каб.  9226,  тел.  965 2948, efo@tu‐sofia.bg                     Защитата  на  дисертационния  труд  ще  се  състои  на  22.10.2013  г  от  16,00  в  зала  2200  на Технически университет ‐ София на заседание на жури в състав:  1. проф. д‐р Тодор Стефанов Йонков 2. проф. д‐р Михо Рачев Михов 3. проф. дтн Иван Лалов Димитров 4. доц. д‐р Лена Филипова Георгиева 5. проф. д‐р Анатолий Трифонов Александров    Материалите по защитата са на разположение на интересуващите се в канцеларията на ФА – каб. 2340 на ТУ – София    Автор: Дочо Цанков Цанков Заглавие: Оптимизационни подходи в системите за сградна автоматизация  Печатна база на ТУ ‐ София 

1 

ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД АКТУАЛНОСТ НА ПРОБЛЕМА  

С развитието на човечеството две приоритетни области са определяли и определят неговата еволюция. Tова са достъпът до ресурси и достъпът до енергия. Всички останали фактори са техни производни.  В  този  аспект  методите  за  управление  на  тези  области  могат  да  доведат  или  до ускорено  развитие  на  обществата,  или  до  рецесия.  Аналитичният  подход  в  съчетание  със съвременните  технологии  прави  възможна  реализацията  на  такива  системи,  при  които  по определени  критерии  е  възможно  да  се  пестят  ресурси  или  енергия,  без  да  има  нарушаване  на някои качествени показатели. Един от най‐големите консуматори на ресурси и технологии, свързани с тях, е строителството. Според статистически данни на IEA (International Energy Agency) показано на фиг.1.1 енергопотреблението се разпределя между следните основни консуматори: 

 

Фиг. 1.1. Разпределение на  консумираната енергия за 2007г.

Фиг. 1.2. Разпределение на енергопотреблението в ЕС 

 Индустрия с 33%, транспорт с 26%  , некласифицирани 3% и услуги и жилищни сгради 38%. 

Подобни са и данните според Евростат за крайното енергопотребление на Европейския Съюз. На фиг.1.2  общият  дял  на  енергопотребление  на  сградите  е  около  40.1%  и  отразява  сумарното потребление на домакинствата и услугите.  

Тези статистически данни представляват сградите като важен сектор за енергопотреблението и  съответно,  за  влиянието  на  човешката  дейност  върху  околната  среда.  Съществуват  различни причини за повишаване на енергийната ефективност. Намаляването на консумирана енергия води до  понижаване  на  цената  на  подържаните  параметри  и  осигурява  намаляването  на  вредните емисии.  

Това  поставя  енергийната  ефективност  и  икономията  на  енергия  като  първостепенни фактори за всяка една икономика и неслучайно в повечето държави повишаването на енергийната ефективност се регламентира със закони и стандарти.  

Подходите  при  решаване  на  разнообразните  оптимизационни  задачи,  свързани  с израждането и експлоатацията на съвременните сгради, се свеждат до пасивни или активни начини за  осигуряване  на:  комфорт,  икономичност  и  безопасност.  Пасивните  обхващат  строителните технологии: изолационни материали, конструктивни решения, фасадни технологии, дограми и др. Това  са  решения,  които намаляват  енергообмена на  сградата  с  околната  среда или  водят  до  по‐пълноценно използване на енергията на слънцето. Активните методи обхващат решенията от две области:  проектиране  на  подходяща  система  за  отопление,  вентилация  и  климатизация,  и управление на тази система по начин, осигуряващ минимална консумация на енергия с възможност за предвиждане на енергопотреблението. Поставени разделено тези задачи могат да доведат до взаимоизключващи се решения. 

2 

Качествата  на  сградите  не  зависят  само  от  качеството  на  отделните  елементи,  но  и  от поведението им като интегрирана система. Типа на сградата определя и специфичните консуматори на  енергия.  Например  при  офис  сградите  наред  с  консумацията  за  отопление,  охлаждане  и осветление има и консуматори като информационна и офис техника. Дяловото разпределение на потреблението на енергия за офис и жилищни сгради според   е показано на фиг. 1.3 и фиг. 1.4. 

 

Фиг. 1.3. Разпределение на консумираната енергия в офис сгради

Фиг. 1.4. Разпределение на консумираната енергия в жилищни сгради

 От графиките се вижда, че най‐голям дял от изразходваната енергия (65% при офис сградите 

и  78%  при  жилищните  сгради)  се  пада  на  отоплението,  охлаждането  и  осветлението.  Усилията, свързани със създаване на оптимални алгоритми от гледна точка на енергоспестяване, ще имат най‐голям успех, ако бъдат приложени върху най‐енергоемките консуматори. 

Регулирането  на  климата  в  обитаемото  пространство  е  многомерен  проблем,  нямащ единствено решение. Постигането на висока степен на комфорт изисква: изучаване на комфортните зони, отчитане на индивидуалните предпочитания на обитателите и съвместяване на условията за комфорт с икономия на енергия. Управлението на качеството на въздуха изисква обезпечаване на СО2  базирано  регулиране.  Различните  начини  за  регулиране  на  сградния  климат  могат  да  бъдат класифицирани  в  следните  категории:  конвенционални  методи;  цифрово  интелигентни  техники; агентно  базирани  интелигентни  системи.  Много  често  има  припокриване  между  различните категории.  

Разработки в областта на оптималното предиктивно управление се провеждат още през 80‐те  и  90‐те  години.  Повечето  изследователи  следват  тези  трудове  и  в  съответствие  на  това използването  на  оптимално  или  адаптивно  управление  намират  широко  приложение  като  е необходим модел на сградата. Предиктивният подход е също много важен, защото дава модел на бъдещите  смущения.  Това  подобрява  температурния  комфорт  главно  чрез  намаляване  на прегряването  особено  в  режим  нощно  охлаждане. Математическият  анализ  на  поведението  при нагряване на сградите основно се изразява в нелинейни модели, различни за различните сгради. Адаптивните  регулатори  се  самонастройват  и  адаптират  за  конкретните  климатични  изисквания. Друг  подход  при  решаване  на  проблема  е  прилагането  на  метод  за  оценка  на  параметрите (оценител на базата най‐малките квадрати). Стандартният ПИ закон за управление дава адекватно управление на процесите в системите за отопление, вентилация и климатизация. Оценителите по метода  на  най‐малките  квадрати  се  използват  за  получаване  на  оценки  на:  усилванията, времеконстантите и нечувствителностите в тези системи, като получените отклонения в оценката се дължат на немоделирани смущения. Само някои автори имат директно приложение на адаптивни техники със самообучение от сградните характеристики и среда. 

Методите за оптимално управление се класифицират в четири категории – моделно базиран метод  за  управление  и  наблюдение,  хибриден,  маршрутно  базиран  и  безмоделен.  Тази класификация, предложена в литературата може да не е идеална, поради липсата на ясна граница 

3 

между  някои  от  методите,  но  все  пак  може  да  осигури  много  полезен  базис  за  сравнение  на предимствата и недостатъците на различните методи за управление. 

 

Фиг. 1.21. Видове оптимално управление 

 

Също  така  е  много  полезна  за  идентификация  на  силните  и  слабите  страни  на  всеки  от методите,  както  и  за  анализирането  на  тяхната  приложимост.  Методите,  използващи  физически модели,  модели  тип  „сива  кутия”  и  модели  тип  „черна  кутия”,  могат  да  се  класифицират  към категорията  на  моделно  базираните  методи,  докато  методите,  използващи  експертни  системи  и чисто обучителни подходи, могат да бъдат групирани към безмоделните методи. 

 ИЗВОД Класическите  подходи  за  оптимизация,  базирани  на  търсене  на  екстремум  на  целева функция  в  област  дефинирана  с  линейни  или  нелинейни  ограничения  се  нуждаят  от разширяване с формализираното отчитане на човешките потребности за комфорт.  

ЦЕЛ НА  ДИСЕРТАЦИОННИЯ ТРУД  Да  се  предложат  оптимални  енергоефективни  подходи  за    управление  на  системи  за 

отопление вентилация и климатизация в интегрирани системи за сградна автоматизация.  ЗАДАЧИТЕ ЗА ПОСТИГАНЕ НА ПОСТАВЕНАТА ЦЕЛ СЕ СВЕЖДАТ ДО:  

1. Създаване на експериментална система за отопление, вентилация и климатизация (СОВК), базирана  на  контролерни  управляващи  устройства,  подходяща  за  изследвания  на оптимизационни  подходи    за  енергоефективно  управление  на  системи  за  сградна автоматизация. 

2. Създаване  на  методики,    подходи  и  процедури  за  компютърно  симулиране  и параметрично  идентифициране  на  структури  в  СОВК,  позволяващи  синтез  на енергоефективни закони за управление. 

3. Разработване на методи за конвенционално управление на СОВК с подобрена енергийна ефективност. 

4. Разработване на системи за управление на комфорта с подобрени статични и динамични качества на регулирането и минимизиране на консумираната енергия. 

 СТРУКТУРА И ОБЕМ НА ДИСЕРТАЦИОННАТА РАБОТА Дисертационната работа се състои от 4 глави и литературна справка. Тя съдържа 151 страници, 122 фигури, 30 таблици,146 литературни източника. 

4 

   МЕТОДИ ЗА ИЗСЛЕДВАНЕ  При разработването на труда е използван като основен подходът на математическото моделиране с последваща  компютърна  симулация.  При  това  са  приложени  следните  методи  от  теорията  на управлението и термодинамика на системи за отопление вентилация и климатизация: Методи за настройка  на  локални  управляващи  контури,  системи  за  управление  с  превключваеми  структури, елементи  от  размито  управление,  параметрична  идентификация  (MATLAB/CURVE‐FIT),  метод  на крайните елементи (COMSOL Multiphysics). Широко се прилагат методите заложени в инструментите на MATLAB/SIMULINK при компютърните симулационни изследвания.  

КРАТКО СЪДЪРЖАНИЕ НА ДИСЕРТАЦИОННАТА РАБОТА Глава  1.ОСНОВНИ  СГРАДНИ  КОНСУМАТОРИ  НА  ЕНЕРГИЯ  И  МЕТОДИ  ЗА  УПРАВЛЕНИЕ  НА СИСТЕМИТЕ ЗА ОТОПЛЕНИЕ ВЕНТИЛАЦИЯ И КЛИМАТИЗАЦИЯ 1. След  статистическа  съпоставка  на  консумираната  енергия  в  различните  видове  сгради  е 

направена обосновка за избор на обект за прилагане на оптимизационните стратегии. 2. Разгледани  са  методите  и  структурите  за  управление  прилагани  в  системите  за  отопление 

вентилация и климатизация. 3. Направена  е  класификация  на  съществуващите  подходи  за  оптимизация  в  интегрираните 

сградни системи. 4. Систематизирани  са    структурни  решения  на  СОВК,  които  дефинират  изискванията    към 

входните  и  изходните  въздействия,  параметрите  на  обектите  и  възможните  смущаващи въздействия. 

5. Набелязани  са  подходи  в  управлението,  които  трябва  да  бъдат  синхронизирани  със съвременните технологии в областта. 

 Глава2.  ИЗГРАЖДАНЕ,  МОДЕЛИРАНЕ  И  ПАРАМЕТРИЧНА  ИДЕНТИФИКАЦИЯ    НА  БАЗОВИ СТРУКТУРИ В СИСТЕМИ ЗА ОТОПЛЕНИЕ, ВЕНТИЛАЦИЯ И КЛИМАТИЗАЦИЯ (СОВК) 

2.1. Изграждане на експериментална изследователска СОВК  Реализацията на различни стратегии за управление в системи за климатизация и вентилация 

изисква  предварителното  оценяване  на  тяхната  енергийна  ефективност.  Ефективен  начин  за извършването на тази оценка е физическото експериментиране на различни закони за управление, съпроводено  с  реално  измерване  на  консумираните  мощности.  За  целта  бе  създадена  опитна физическа  система,  включваща  комплекс  от  две  взаимосвързани  изпълнителни  системи  за вентилация и климатизация. 

При разглеждане на възможностите за обработка на въздуха от различните типове СОВК с най‐висока ефективност при най‐малък обем са комбинираните системи вода‐въздух с ротационен рекуператор. При нея основните компоненти са на ниво вода: студов център, топлинен център със съответните  топлообменници  и  регулиращи  вентили  и  на  ниво  въздух:  отсекателни  жалузийни решетки,  въздуховоди,  вентилатори  и  ротационен  рекуператор.  Изборът  на  типа  топлинен рекуператор е извършен на базата на най‐висок коефициент на ефективност и възможностите му за регулиране. Избраната система е реализирана с реални компоненти за изграждане на системи за ОВК и има функционалната схема показана на Фиг. 2.1. 

Контролерите TAC Xenta серии 280 и 400 се програмират за конкретно приложение и задача. Те са изградени като LonWorks комуникативни устройства, при което работата им в мрежа повишава възможностите и гъвкавостта на създадените управляващи структури.  

5 

 Фиг. 2.1. Функционална схема на опитната установка  

Топлинният  център  на  климатичната  камера  е  изпълнен  под  формата  на  електрически бойлер с номинална мощност 15 [kW].  

За реализация на студовия център в Експерименталната климатична камера 9202 се ползва Chiller (Чилър) тип термо помпа. 

 2.2. Моделиране на основни структурни елементи в СОВК 

В настоящата точка от глава 2, въз основа на, законите на термодинамиката и механиката на флуидите е дадено математическото описание на: 

• Вентилатор • Въздуховоди • Филтриращи елементи • Топлинни рекуператори • Топлобменник „вода‐въздух” • Бойлер • Помпа • Вентил за управление на дебит на течен топлоносител • Термална зона (помещение)  

2.3. Параметрична идентификация на структурите в СОВК Въз основа на направеното в предишната точка математическо описание в настоящата точка 

от глава 2 е извършена параметрична идентификация.  

2.3.1. Идентификация на параметри в ротационен рекуператор За моделиране на ротационни рекуператори може да се използва комбиниран подход, при 

който част от параметрите на рекуператора се получават експериментално, а друга част аналитично съгласно (2.28). 

( )1+−+

=p

TTTT outretoutas τε                           (2.28) 

За  изразяване  на  общата  ефективност  ще  се  търси  функция,  която  съгласно  уравнение  (2.29)  е произведение от две компоненти.  

)()( ωεεε ×= rq                             (2.29) 

6 

Едната  е зависима от изменението на дебита на изходящия въздух , а другата от изменението на скоростта на въртене на ротора .  Експерименталните данни получени при изменение на дебитите на изходящия и входящия въздух показват  спадане  на  ефективността  с  увеличаване  на  дебита  изходящ  въздух.  Изменението  на съотношението  sr qq /  в  посока  1/ =sr qq  води  до  понижаване  на  ефективността  в  диапазона 

]/[25000 3 hmqr ÷= .  На  базата  на  тях  при 1/ =sr qq  и  след  параметрична  идентификация  се  стига  до 

апроксимираща функция за ефективността от следния вид. )9231,09097,0()9978,01107,0( 93,1209585,0 ωωε −−×+−= eeqr ,               (2.73) 

където  rq  е  дебита  на  изходящия  въздух  в  относителни  единици,ω  е  скоростта  на  въртене  на ротора отново в относителни единици. 

Статичния модел на ефективността на рекуператора при  8.0/ =sr qq  има следния вид: 

 Фиг.2.13 Статичен модел на ефективността на рекуператора при  8.0/ =sr qq  

 Определянето на времеконстантата е извършено експериментално чрез измерване 

на  изменението  на  средната  температурата  на  ротора  при  скокообразно  задаване  на различни  стойности  на  дебита  и  ъгловата  скорост.  След  осредняване  се  получава приблизителна стойност от 27.4s.  2.3.2. Идентификация на параметри в структури, транспортиращи  въздушни потоци 

Съставени са модели на основните компоненти на тези структури (вентилатори, въздуховоди и  филтри)  и  е  направено  сравнение  между  аналитично  получените  стойности  с  тези  снети експериментално.  

Получените  данни  от  проведените  експерименти  са  обобщени  и  дават  възможност  за извеждане  на  общ  теоретичен  модел  на  вентилационната  система.  С  цел  опростяване  на  по‐нататъшните разглеждания и повишаване на точността от получените данни, ще се изведе статичен модел  на  въздуховодещата  част  с  вход  относителна  скорост  на  вентилатора  и  изход  дебит  на преминаващия  през  системата  въздух.  Този  модел  включва:  двигателя,  честотопреобразувателя, въздуховодите, филтрите и пневматичното съпротивление на топлообменниците. Резултатите са показани на Фиг. 2.23 и Фиг. 2.24, а новите функции са дадени в Таблица 2.9. 

7 

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

w

qr(w

)

Qr vs. wQr vs. w (smooth) qrs(w)

 Фиг.2.23. Апроксимация на зависимостта )(wqrs  

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

w

qss(

w)

Qs vs. wQs vs. w (smooth) qss(w)

 Фиг.2.24. Апроксимация на зависимостта )(wqss  

Таблица  2.9.  Апроксимация  на  филтрираните  стойности  на  дебитите  входящия  ( sq )  и изходящия ( rq ) въздух като функция на ъгловата скорост с оценка за съответствие  Апроксимация  на  филтрираната  зависимост 

)(wqrs  с полином от 3‐та степен:   

432

23

1)( pxpxpxpxf +++= ):        p1 =      ‐2.524  (‐3.186, ‐1.863)        p2 =       4.983  (3.784, 6.182)        p3 =      ‐1.865  (‐2.525, ‐1.206)        p4 =       0.256  (0.1491, 0.3628)    SSE: 0.0004719   R‐square: 0.9994   Adjusted R‐square: 0.999   RMSE: 0.009715 

Апроксимация  на  филтрираната  зависимост )(wqss  с полином от 4‐та степен:   

542

33

24

1)( pxpxpxpxpxf ++++=         p1 =       2.356  (‐0.4047, 5.117)        p2 =      ‐8.684  (‐15.33, ‐2.034)        p3 =       10.35  (4.749, 15.95)        p4 =      ‐3.606  (‐5.531, ‐1.682)        p5 =      0.4402  (0.2179, 0.6626)   SSE: 0.0002327   R‐square: 0.9997   Adjusted R‐square: 0.9994   RMSE: 0.007627 

Динамичното поведение на вентилационната система се определя от сумарния инерционен момент на  двигателя  и  турбината,  еластичността  на  въздуха  и  транспортно  закъснение,  присъщо  за  тези системи. Ефектът от еластичност може да се пренебрегне поради ниските стойности на напорното налягане.  Сумарния  инерционен  момент  се  отчита  чрез  включване  на  апериодично  звено  с подходяща времеконстанта. Тя е с експериментално определена стойност от 0.38s. Ефектът, дължащ се  на  транспортно  закъснение,  също  се  пренебрегва  на  този  етап  поради малките  разстояния  от вентилатора до топлообменниците.   

2.3.3. Идентификация на параметри в топлообменник вода‐въздух Динамичният  модел  на  този  тип  топлообменници  е  много  сложен  и  поради  това  е 

представен един модел линеаризиран около работна точка. Тази точка е избрана така, че да дава добър диапазон на работа в съответствие на диапазона на изменение на температурите, отговарящ на проведените експерименти. Параметрите на работната точка са представени в Таблица 2.10. Таблица 2.10. Параметри на работната точка 

aiT   Температура на входящия въздух  C°20  

wiT   Температура на входящата вода  C°50  

aoT   Температура на изходящия въздух  C°40  

woT   Температура на изходящата вода  C°38  

8 

aq   Дебит на въздуха  ]/[29,0 3 sm  wq   Дебит на водата  ]/[10.9,8 35 sm−  

 Топлообменникът е представен с модел, имащ четири входа и два изхода. Той е съставен от два подмодела: единия с изход температурата на изходящата вода и втория с изход температурата на изходящия  въздух.  Поради факта,  че моделът  е  линеен  в  определена  работна  точка  от  входните сигнали  се  изваждат  съответстващите  константи,  а  към  изходните  сигнали  се  прибавят  такива. Блоковата схема на модела е показана на Фиг. 2.26. Единият подмодел представя водната част, а другият  –  въздушната.  В  модела  динамиката  на  всеки  един  вход  е  отчетена  с  едно  звено транспортно закъснение и една предавателна функция от първи ред. Закъсненията отразяват чисто транспортни  забавяния,  дължащи  се  на  пренос  на  флуид  или  на  топлопроводност,  докато времеконстантите отразяват запасената в топлообменника топлинна енергия.  

2Tao

1Two

TransportDelay7

TransportDelay6

TransportDelay5

TransportDelay4

TransportDelay3

TransportDelay2

TransportDelay1

TransportDelay

0.79

50s+1Transfer Fcn7

0.21

4s+1Transfer Fcn6

50000

55s+1Transfer Fcn5

-30

65s+1Transfer Fcn4

0.49

25s+1Transfer Fcn3

0.4279

s+1Transfer Fcn2

101000

30s+1Transfer Fcn1

-25.8

30s+1Transfer Fcn

40.83

Constant5

38.13

Constant4

0.29

Constant3

-C-

Constant2

19.67

Constant1

50

Constant

4Twi

3Tai

2qw

1qa

 Фиг. 2.26. Модел на топлообменник вода‐въздух Всички  параметри  на  модела  за  всеки  вход  са  получени  от  експерименталните  данни  чрез прилагане  стъпална  промяна  на  един  от  входовете  при  запазване  на  постоянни  стойности  на другите.  Тази  процедура  е  повтаряна  многократно  до  постигане  на  добро  съответствие  между реалните и симулираните данни.  

2.3.4. Идентифициране параметрите на бойлер  Подсистемата  бойлер  се  състои  от  електрически  воден  нагревател,  регулатор  на 

коефициента на запълване (за вариране на енергията подавана към нагряващите елементи) и водна помпа.  Тъй  като  водния  поток  ( wsq )  е  почти  константна,  неговият  ефект  върху  изходната температура  на  водата  е  пренебрегнат.  По  този  начин,  температурата  на  водата  извън  бойлера ( wsT ),  зависи  от  температурата  на  водата  върната  към  бойлера,  и  енергията  приложена  върху нагревателя ( wP ). 

Температура  на  водата,  върната  към  бойлера  ( wrT )  се  определя  от  отношението  и температурите на водата излизаща от топлообменника вода‐въздух и тази, която не преминава през него. За да се изчисли  wrT , се изискват четири параметъра, дебитът и температурата на водата, която заобикаля серпентината ( wsq и  wsT  ), и дебитът и температурата и на изхода на серпентината ( wq и 

woT ).  

ws

wwswswwowr q

qqTqTT ))(5.0()( −−+=                       (2.40) 

9 

Моделът  на  бойлера  се  основава  на  зависимостта  (2.40),  а  реализацията  му  в  Simulink  е показана на Фиг. 2.27 се състои от три блока. Блок за “връщащата се вода” моделира температурата на  водата  върната  към бойлера  за  загряване.  Блокът  “C2Pw” моделира  електрическата мощност, приложена върху нагревателя като реакция (Cwh) на регулатора за температура. Последният блок, моделира водния нагревател, който затопля върнатата вода , в съответствие на мощността, която се прилага. Динамиката на бойлера също е включена в този блок. 

Twr

1Tws50.5

zadTwiTransport

Delay

0.00035

5s+1Transfer Fcn

Product2

Product1

Product ofElements

Product

-C-

Constant2

0.8

Constant1

0.5

Constant

In1 Out1

C2Pw

4qws

3qw

2Two

1Cwh

 Фиг. 2.27. Модел на бойлер 

Константите 0.5 и 0.8 са добавени като загуби и смущения.  2.3.5. Идентификация на параметри в структури, транспортиращи  течен топлоносител 

Основните компоненти на тези системи са: водни помпи, тръбопроводите и вентилите. За да бъдат адекватно моделирани тези основни елементи, трябва да се отчетат някои параметри и да се измерят някои величини при работа на системата.  

Направено е обобщено моделиране на цялостната транспортна система. Търсен е модел с вход позиция  qX  (в относителни единици) на работния орган на вентила и изходи: дебит на водата през топлообменника  wq  и дебит през байпасния контур директно към бойлера  wsq . Следващия  блок  дава  функционалното  преобразуване  от  положение  на  работен  орган  в  дебит водата  през  топлообменника  wq .  Въз  основа  на  експерименталните  данни  е  получена  търсената функционална зависимост. Резултатите от функционалното преобразуване са показани на Фиг. 2.29 и  2.30,  а  статистическите  оценки  на  съответствие  и  математическите  зависимости  са  дадени  в Таблица  2.14.  От  данните  се  вижда,  че  при  внасянето  на  нелинейност  от  тип  зона  за нечувствителност в модела точността на апроксимация става много по‐висока. Тази нелинейност е налична и на практика се дължи на луфт между работния орган и задвижването.  

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 10

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Xq

qw [l

/s]

Qw vs. xqqw (Xq)

 Фиг.2.29. Апроксимация на зависимостта )( qw Xq  

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Xq

qw [l

/s]

qw vs. xqNqw(Xq)

 Фиг.2.30. Апроксимация на зависимостта )( qw Xq  

10 

Таблица 2.14. Апроксимация на зависимостта  )( qw Xq  Апроксимация  на  зависимостта  )( qw Xq  с полином от 5‐та степен:  

652

43

34

25

1)( pxpxpxpxpxpxf +++++=          p1 =       9.939  (‐14.09, 33.96)        p2 =      ‐19.69  (‐80.92, 41.54)        p3 =       12.97  (‐42.63, 68.57)        p4 =      ‐1.804  (‐23.12, 19.52)        p5 =     ‐0.1401  (‐3.167, 2.886)        p6 =    0.002602  (‐0.1001, 0.1053)    SSE: 0.01322   R‐square: 0.9925   Adjusted R‐square: 0.9871   RMSE: 0.04347 

Апроксимация  на  зависимостта  )( qw Xq  с полином от 4‐та степен:       

542

33

24

1)( pxpxpxpxpxf ++++=          p1 =      ‐25.92  (‐42.76, ‐9.082)        p2 =       82.91  (35.87, 129.9)        p3 =      ‐92.49  (‐140.3, ‐44.67)        p4 =       44.31  (23.38, 65.23)        p5 =       ‐7.53  (‐10.85, ‐4.214)     SSE: 0.001159   R‐square: 0.9992   Adjusted R‐square: 0.9985   RMSE: 0.01522 

  С третия блок се отчита динамиката на водния поток през топлообменника.  Последният необходим блок дава връзка между положението на работния орган и общия дебит, влизащ във бойлера. При  системи,  използващи  трипътни вентили,  обикновено се разчита дебита през  циркулационната  помпа  да  остане  постоянен.  В  нашия  случай  поради  разликите  в хидравличните  съпротивления на  байпасния  контур и  на  контура,  обхващащ  топлообменника,  се налага  добавянето  на  блок,  който  да  покаже  как  тази  разлика  влияе  на  общия  дебит  вода, преминала  през  вентила.  Отново  данните  и  графиките  ги  представяме  в  графичен  (Фиг.  2.31)  и табличен вид (Таблица 2.15). Тези четири блока са представени в общ модел използвайки Simulink. Структурната схема на модела е показана на Фиг.2.32.   

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

Xq

qs [l

/s]

Qs vs. xqqs(Xq)

Фиг.2.31 Апроксимация на зависимостта )( qs Xq

2qws

1qw

f(u)

qws(Xq)

f(u)

qw(Xq)

0.4

s+0.4Transfer Fcn2

0.4

s+0.4Transfer Fcn1

0.03

s+0.03Transfer Fcn Saturation

1Xq

Фиг. 2.32. Структурна схема на трипътен вентил

Таблица 2.15. Апроксимация на зависимостта  )( qs Xq  с полином от 3‐та степен 

432

23

1)( pxpxpxpxf +++=          p1 =       1.334  (0.1525, 2.515)        p2 =        2.18  (0.4196, 3.94)        p3 =      ‐3.825  (‐4.544, ‐3.107)        p4 =       1.563  (1.471, 1.655) 

Goodness of fit: SSE: 0.01584 R‐square: 0.9908 Adjusted R‐square: 0.9878 RMSE: 0.04195 

   2.3.6. Идентификация на температурните изменения в термалната зона  

11 

Изменението  на  стайната  температура  на  въздуха  зависи  от  доста  фактори  и  се  подчинява  на уравнението  на  топлинния  баланс.  То  е  продукт  на  едно  представяне  на  компонентите  в  една термалната  зона  като  обекти  със  съсредоточени  параметри.  Допълнително  може  да  се  направи опростяване  на  модела  като  не  се  отчетат  някои  от  елементите,  участващи  в  дясната  част  на равенството. Тогава изразът ще добие следния вид: 

     [ ] ( ) [ ] ( ) )]([)(3600

)()( tTTqctTTVcn

tTTAUdt

tdTdAc inventaapinoutap

inoutin

iiipii −+−

⋅+−⋅⋅=∑ ρ

ρρ (2.87) 

Уравнението (2.87) отчита в лявата си част чрез  ∑=i

iipii dAcC ρ влиянието на масите и топлинните 

капацитети  на:  стените,  покрива,  пода  и  въздуха,  а  с  дясната  си  част  топлинните  потоци  от топлопроводност,  инфилтрация  и  вентилация.  Използваните  означения  са  в  съответствие  с международния  стандарт  ISO/FDIS  13790:2007(E).  В  същия  стандарт  е  упоменат  и  още  един параметър  наречен  времеконстанта  на  сградата τ .  Същността  му  се  вижда  от  чрез  равенството (2.88). 

AUC⋅

=τ                              (2.88) 

Където:   С – сумарен  топлинен капацитет на сградата,  U – коефициент на топлопреминаване, А – сумарна топлобмена площ. Данни за параметрите на зоната са обобщени на базата на геометричните размери на зоната и на физическите параметри на материалите, от които са изградени те. Въз основа на диференциалното уравнение (2.87) е съставена структурната схема показана на Фиг. 2.33.  Предложената  структурна  схема  дава  възможност  за  отчитането  на  инфилтрацията  и  има предвиден  канал  за  внасяне  на  допълнителна  топлинна  енергия  под  формата  на  смущаващо въздействие. 

roCpqa(Tvent-Tin)

2Q

1Tin

Subtract1

Subtract

ScopeProduct2

Product1

Product

1s

Integrator

1200/3600

Gain

Divide

1211

Constant5

C

Constant4

V

Constant3

n

Constant2

A

Constant1

U

Constant

Add

4qa

3Heat

2Tvent

1Tout

UA(Tout-Tin)

nV(Tout-Tin)/3600

dTin(t)/dt

Tin(t)

Tin(t)

 Фиг. 2.33. Структурна схема на термална зона с отчитане на инфилтрацията  Глава 3.СИСТЕМИ ЗА ОТОПЛЕНИЕ ВЕНТИЛАЦИЯ И КЛИМАТИЗАЦИЯ С УПРАВЛЯВАЩИ СТРУКТУРИ ОТ ЛОКАЛЕН И ПРЕВКЛЮЧВАЩ ТИП 

3.1.  Управляващи  структури,  разработени  върху  локални  регулиращи  контури (конвенционално ПИ регулиране) 

12 

Този  тип  управление  е  получило  най‐широко  разпространение  в  системите  за  сградна автоматизация. 

Посочения тук метод за регулиране е избран за базов при следващите изследвания и всеки следващ метод за управление е сравняван с него. 

Структурната схема на модел на експерименталната система е показана по‐долу. 

5qa

4Ta

3Tws

2Tao

1Two

TretToutwqr

Ta

requp

qa

qw

Tai

Tw i

Tw o

Tao

heatexchangerXqqw

qw s

VENTILTransport

Delay

Scope3

Scope1

Scope-K-

Gain2

-K-

Gain1

w s

w r

qs

qr

FANS

Cw hTw oqwqw s

Tw s

Boiler

7Cwh

6Xq

5w

4Tout

3Tret

2wr

1ws

 Фиг. 3.1. Модел на изследваната система 

 В стандартните ОВК системи има общ топлинен и студов център и множество климатични 

камери. За всяка от тях температурата на постъпващата вода не се управлява локално,  за това се приема,  че е  за всяка камера  тя е постоянна,  а отклоненията от  тази стойност  се представят като смущения.  Управлението  на  климатична  камера  може  да  стане  като  се  въведат  няколко  SISO „независими”  регулатора  за  отделните  параметри.  Структурната  схема  на  модел  на експерименталната система е показан на Фиг. 3.1. 

В тази система, отделните регулатори се използват за управление на следните параметри: 1. Температурата  на  течния  топлоносител,  доставяни  от  топлинния  център  за  гореща вода (бойлер). 2.  Дебитът на въздуха, доставян от климатичната камера. 3. Температурата на въздуха след рекуператора. 4. Температурата на въздуха след топлообменника. 

Конвенционалното управление на ОВК системата е изпълнено с ПИ регулатори RTws, RTai , RTao. Те са синтезирани в дискретен модифициран вид като е избегнат windup ефектът.  

Като се изхожда от непрекъснатата форма на ПИ закона   ∫+= dttektektu ip )()()(                               (3.1)    вземат се производните от двете страни на уравнението (3.1) : 

             )()()(..

tektektu ip +=                                 (3.2)   дискретната форма на уравнение (3.2) е следната:             ( ) )()]1()([1)( nTekneneknunu ip +−−=−−                    (3.3)  

След преобразуване се получава:             )()]1()([)1()( nTekneneknunu ip +−−+−=                        (3.4)   

Чрез  ограничаване  на  стойността  на  u(n)  в  определен  обхват  се  избягва  получаването  на windup ефекта. Това ограничение отговаря на максималните и минималните нива на сигналите за управление. 

13 

1u(n)

z

1

u(n-1)

z

1

e(n-1)

1

deltaT

Saturation

-K-

Kp

-K-

Ki

1e(n)

 Фиг. 3.2. Дискретен модифициран ПИ регулатор 

 На  базата  на  създадените  модифицирани  ПИ  регулатори  е  създадена  блокова  схема  на 

затворената система с локални управляващи контури, която е показана на фигура 3.3.  Настройката  на  пропорционалната  и  интегралната  част  за  всеки  регулатор  са  настроени 

съгласно методите показани от Åström, K. J. and Hägglund, T., след което са донастроени емпирично. Данните за получените коефициенти за съответните регулатори са посочени в Таблица 3.1. 

50

zadTwi

0.8

zadTret120

zadTret

-1

zadTout

30zadTao

zadTai

q

-K-

kw

ws

Tret

Tout

w

Xq

Cwh

Two

Tao

Tw

Ta

qa

Vent

Two

Tw

PIlokal

To Workspace

Tao

Tai

Saturation

In1 Out1

Rq

In1 Out1

RTw

In1 Out1

RTao

RTai1

In1 Out1

RTai

-K-

Ktout

Clock

-5

+5

 Фиг. 3.3. Затворена система с локални управляващи контури  Таблица 3.1: Параметри на регулаторите при управление с локални регулиращи контури. 

ПИ регулатор  Коефициент  на  пропорционалност (Kp) Коефициент  на  интегриране  (Ki) 

RTao  0,055  0,009 RTai  0,9  0,05 RTw  0,005  0,002 Rq  0,1  0,02 Симулационно изследване на динамичното поведение на затворената система е на правено 

в средата Simulink при параметри близки до тези, при които е създаден модела на топлообменника. При  настройката  на  всеки  от  контурите  останалите  параметри  се  приемат  за  константни. Въвеждането на стъпално входно въздействие като задание на входа на регулатора за температура на  изходящия  от  камерата  въздух  RTao  става  като  около  подържаната  температура  от  30°С  се добавят 5°С и по късно се извадят. Реакцията на системата е показана на Фиг. 3.4, където ясно се вижда липсата на пререгулиране, постигнато чрез подходяща настройка на регулатора.  

 

14 

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 1600010

20

30

40

50

60

70

[s]

[°С

]

Two

Twi

Tao

Tai

зад.Tao

Фиг.3.4. Изменение на регулируемите температури при скокообразно увеличаване на заданието за температурата на изходящия от климатичната камера въздух с 5°С.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 140000

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

[s]

qw

qa

Фиг.3.5. Изменение на дебитите при скокообразно увеличаване на заданието за температурата на изходящия от климатичната камера въздух с 5°С.

 По  подобен  начин  са  изследвани  и  реакциите  на  останалите  регулатори.  Получените 

динамични параметри са поместени в Таблица 3.2  

Таблица 3.2. Динамични показатели при управление с локални регулиращи контури Регулиращи контури  Време за установяване 

[s] Пререгулиране [%]  Грешка  от  взаимно 

влияние  [%] RTao  1500  0  10,00 RTai  1350  0  0,30 RTw  400  3  1,84 Rq  150  0  0,00 

 Обобщените в Таблица 3.2 резултати показват наличието на грешки от смущения, които се 

дължат  на  съществуващите  кръстосани  обратни  връзки  между  локалните  контури.  Най‐силно  е влиянието на дебита на входящия въздух. Влиянието се забелязва във всички управляващи контури като максималната грешка от смущение е отчетена при в контура за температурата на изходящия въздух 10%. По‐малко е влиянието на температурата на топлата вода и температурата на входящия въздух. Най‐слабо е влиянието на смущенията върху контура за рекуперация на енергия, отчетено е само  0,3%  при  изменение  на  дебита  на  въздуха.  На  него  най‐голямо  влияние  му  оказва скокообразното изменение на външната температура. При промяна с 5°С пиковото изменение на температурата след рекуператора е с 4%.  

 3.2. Консумация на топлинна енергия в СОВК с локални ПИ регулатори За  целта  на  провеждания  анализ  е  добавена  и  зоната  за  климатизация  с  отчитане  на 

изменението на външната температура в 24 часов диапазон. За да се получи допълнителна близост до  реалната  ситуация  се  отчита  и  допълнителната  топлинна  енергия,  дължаща  се  на  слънчевата радиация,  както и на отделената топлина, дължаща се на присъствието на хора или на работещи машини. Запазена е настройката на регулаторите и входните въздействия, добавен е допълнителен източник  на  топлинна  енергия,  въздействащ  на  системата  в  установен  режим.  Външната температура варира с 10°С за 24 часа. Влиянието на настройките върху консумацията са показани на Фиг. 3.7. 

15 

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5x 104

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4 x 104

[s]

Q [W

]

 Фиг. 3.7. Консумация на топлинна мощност при изменение на параметрите на регулатора 

Началното установяване на консумираната мощност, съответстващо на задание за от 30оС е около  1,8.104.  Параметрите  на  регулаторите  оказват  слабо  влияние  върху  изменението  на консумацията в установен режим. Разлика от 30W  се забелязва в периода от време до 1.104[s]. За останалите  периоди  от  време,  за  които  има  установен  режим  не  се  забелязват  разлики  в консумираната мощност. По‐съществени изменения на изразходваната топлина има в преходните режими. Тук тя се изразява като разлика в пиковата консумация и разлика в скоростта на изменение. Посочения тук метод за регулиране е избран за базов при следващите изследвания. 

 3.3.  Управляващи  структури,  базирани  на  превключващи  алгоритми  (модифицирано 

управление) Съвместяването на работата на голям брой  механизми изисква превключване както на ниво 

закон за регулиране, така и на ниво структура на обект за регулиране. При системите за обработка на въздуха такива са: рекуператорът, охладителният /отоплителният топлообменник и овлажнителят. Всеки от тези канали има специфично въздействие върху работния флуид, което трябва да бъде отразено върху структурната схема на системата. При прилагането на енерго‐ефективни алгоритми и наличие на четиритръбна схема от изключителна важност е да не се допуска едновременно задействане на охлаждане и отопление, а що се отнася до рекуперираната енергия общото желание е, тя да е максимално възможната. 

Разделянето  на  въздействията  в  отделните  диапазони  е  възможно,  ако  са  изпълнени следните условия: 

1) необходимо  е  да  има  един  регулатор  и  повече  от  един  изпълнителен механизъм (ИМ); 2) да  има  причинно‐следствена  връзка  между  всеки  ИМ  и  контролираната променлива; 3) съставен е ясен приоритет за последователност на работа. 

  Фиг.3.9. Опростена функционална схема на опитната установка

frrtn hh >

frrtn hh <

)( frrtn hh =

0u

атемпературнарегулаторанаизходu

въздухсвежнаенталпияhвъздухвръщаниянаенталпияh frrtn:

::

0 Фиг. 3.10. Стратегия за икономично управление с превключваеми структури

16 

 Каналите  за  въздействие  (Фиг.3.9)  са:  регулиране  чрез  рекуператора,  регулиране  чрез 

топлообменниците  за  загряване  и  охлаждане,  управление  на  вентилатори  и  парогенератори. Използвайки  измерената  температура  на  входящия  въздух  (Т4)  и  заданието  за  температура, получено  от  регулатора  на  стайна  температура  (ТС‐1),  регулаторът  на  температура  на  входящия въздух  (ТС‐2)  изработва  управляващи  сигнали  за:  отоплителния  ,охлаждащия  вентил  и  за рекуператора. 

За  да  се  постигне  икономически  ефективно  управление  и  максимално  използване  на охлаждането  от  външен  въздух,  може  да  бъде  приложен  метод,  базиран  на  превключваеми структури. Съществуват множество предложения за реализация на икономично управление, в които е  заложено  на  рекуперация  чрез  рециркулация.  Те  не  могат  да  бъдат  приложени  в  СОВК  с ротационен рекуператор заради спецификата на тези устройства. Фиг. 3.10 илюстрира стратегията за модифицирано  конвенционално  управление,  базирано  на  превключващи  структури,  а  Фиг.3.11. предоставя логическо описание на връзките между изхода  (u)  на регулатора на температурата на постъпващия  въздух  и  управляващите  сигнали  uc,    uh  и  ud  в  стратегията  за  управление. Комбинираният изход на регулатора варира в граници от ‐100 до 200 % в стратегията за управление, както е илюстрирано на фигурите. С изменението му работата на системата за управление минава през 5 етапа.  

Изпълнението  на  тази  стратегия  изисква  оценяване  на  енталпията  при  отчитане  на температурата на въздуха и неговата влажност. Широко приложение е получил психрометричният метод предложен от ASHRAE.  

)805,12501(006,1 aaga TWTWhhh ++=+=                       (3.7) където: ah ‐ специфична енталпия на сухия въздух [kJ/kg], 

gh ‐ енталпия на наситените пари [kJ/kg], W ‐ относително водосъдържание [kg/kg], 

aT ‐ температура на сухия въздух [°C]. Моделираната система има вида, показан на Фиг. 3.12. 

50

zadTwi

-1

zadTret3

0.9

zadTret127

zadTret

30zadTaovunshno

In1

Out1

Out2

swich

q7

q6

q5q

-K-

kw

ws

Tret

Tout

w

Xq

Cwh

Two

Tao

Tw

Ta

qa

qw

Vent

Two

Tw

Tret,Tout4

Tret,Tout1

Tout4

1

Tout1

10

Tout/1

Ta0

To Workspace4

time

To Workspace3

energy

To Workspace2

PIlokal2

To Workspace1

PIlokal

To Workspace

Tao

Tai

time

qwTwi

Tai

power

Subsystem

Saturation

In1 Out1

Rq

e(n) u(n)

RTw

In1 Out1

RTao

RTai1

-K-

Ktout

1s

Integrator

1.139e+009

Display

Clock

Tout

Tv ent

Heat

n

Tin

Building

-5

+5

 Фиг. 3.12. Структурна схема на СОВК с модифицирано конвенционално управление, базирано на 

превключващи структури  Вижда се, че част от контурите са редуцирани в съответствие с принципите за изграждане на 

регулатори, базирани на превключващи структури. Обектът за управление не е променен, поради 

17 

това  типът на регулаторите  се  запазва. Настройките на  тези от регулаторите,  чиито контури не  са премахнати, се запазват като тези, получени при конвенционалното управление.  

Динамичното поведение на  затворената  система  се изследва при еднакви  условия  с  тези, приложени в изследването с локални управляващи ПИ‐контури. Реакцията на системата е показана Фиг. 3.13. 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 104

10

20

30

40

50

60

time [s]

[°C

]

Two

zadTvent

Ta

Tw

Tvent

 Фиг.3.13. Изменение на основните параметри при единичен скок по задание и смущение от тип 

вътрешен източник на енергия  

Таблица 3.4. Динамични показатели при управление с превключващи структури. 

Регулиращи контури  Време за установяване [s]  Пререгулиране [%] Грешка  от  смущение  [%] 

RTao  1200  0,3  0,60 RTw  400  3,0  1,64 Rq  150  0,0  0,00  В  Таблица  3.4.  са  дадени  обобщените  резултати,  оценяващи  динамичните  качества  на 

системата. Както  се  вижда  динамичните  показатели  са  много  близки  до  тези,  получени  при 

класическото  управление  и  това  се  дължи  на  факта,  че  модифицираното  управление  цели получаване на икономия на енергия, а не подобряване на динамиката.  

3.4. Консумация на топлинна енергия в СОВК с превключващо управление С оглед на съпоставимост между резултатите, постигани при двата разработени подхода за 

конвенционално регулиране, условията на изследване и оценяване на енергийната консумация са аналогични  на  тези  при  класическото  управление.  Изменението  на  консумираната  топлинна мощност при разгледаните методи за управление е показано на Фиг. 3.14. 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9x 104

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2 x 104

time [s]

Q [W

]

energy (модифицирано управление)energy (локални управляващи контури)

 Фиг.  3.14.  Консумирана  топлинна  мощност  при  класическо  управление  и  при  модифицирано базирано на превключващи структури. 

18 

За  периода от  време 1.104   до 4,289.104 секунди  съвсем  ясно  се  вижда,  че  консумираните мощности при двата метода за управление съвпадат, като разликата е по‐малка от 1%. Промяна се наблюдава след прилагане на смущение от тип вътрешен източник на топлина. Конвенционалния метод  с  локални  управляващи  контури  поддържа  консумираната  топлинна  мощност  до  нива превишаващи  приблизително  с  1000[W]  тази  консумирана  при  прилагане  на  модифицирания подход с превключващи структури. Разделянето на изходния сигнал на регулатора RTao на две зони за въздействие при управляващите структури от превключващ тип гарантира максимална използване на рекуператора.  3.5. Основни резултати 1.   От  Фиг.  3.7  се  вижда,  че  максималното  изменение  на  консумираната  мощност  при изменение  на  настройките  на  ПИ‐регулатора  на  температура  на  изходящия  въздух  е  116%. Влиянието  се  отразява  само  в  динамичен  режим,  в  установен  режим  консумираната  мощност  е еднаква, т.е. не зависи от параметрите на регулатора.  

2.   При промяна на заданието за изходяща температура консумираните мощности и при двата метода  за  управление са доста  сходни,  като разликата е по‐малка от 1%.  Съществено различие в консумацията  се  наблюдава  след  4,289.104  ‐тата  секунда.  Тогава  средната  консумация  при конвенционалния метод се запазва до стойности от 1,259.104W, докато  тази при модифицирания метод е 1,158.104 W. Тази разлика се дължи на разделянето на изходния сигнал на регулатора RTao на  две  зони  за  въздействие,  което  гарантира  максимална  ефективност  на  рекуператора,  докато регулирането се осъществява с вентила за управление на дебита на топла вода  wq .  Глава  4.СИСТЕМИ  ЗА  ОТОПЛЕНИЕ,  ВЕНТИЛАЦИЯ  И  КЛИМАТИЗАЦИЯ  С  УПРАВЛЕНИЕ  НА КОМФОРТА Понятията,  свързани  с  температурния  комфорт,  са  широко  разгледани  в  редица  литературни източници.  Европейските директиви,  свързани с окачествяването на сградите и тяхната енергийна консумация,  водят  до  необходимост  от  използването  на  оптимални  методи  в  управлението  на сградните системи. Такива методи са предложени като енергоефективно управление и оптимално управление на комфорта .   Фактори на температурен комфорт Необходимите изисквания, за да се създаде комфортна обстановка, са различни за всеки отделен човек.  След  анализа  на  обширни  лабораторни  и  полеви  данни,  предоставящи  статистическа информация  за  условията,  които  определен  процент  от  обитателите  на  сградата,  намират  за удовлетворяващи, би могло да се определи, какво е оптимално комфортна обстановка. За  да  се  дефинират  състоянията  на  температурен  комфорт,  се  вземат  предвид  шест  основни фактора: 

скорост на метаболизма;  термично съпротивление на облеклото;  температура на въздуха;  температура на излъчване;  скорост на въздуха;  влажност въздуха. 

По‐голямата част от наличните данни за температурен комфорт се отнасят за заседнали или близо до  заседнали  равнища  на  физическа  активност,  типични  за  работа  в  офис.  Представените ограничения  са  предназначени  основно  за  тези  условия,  но  могат  да  се  използват  също  и  за определяне на подходящи условия при умерено повишена физическа дейност. Не се прилагат при 

19 

спане  или  почивка  на  легло.  Данните  не  съдържат  и  значителна  информация,  отнасяща  се  за изискванията за температурен комфорт на деца, инвалиди и немощни хора.   4.1. Метод за определяне на приемливи температурни условия в обитаемите зони  

 4.1.1. Температура на усещане Оценката за комфорт може да бъде установена, ако има предоставени данни за облеклото, 

относителна влажност и скорост на въздуха, както и скорост на метаболизма. Комфортната зона се определя по отношение на редица стойности за температурата на усещане, осигуряващи приемливи температурни условия на околната среда или по отношение комбинации от температура на въздуха и температура на излъчване на средата, които хората намират за температурно приемливи. 

Основните  методи,  чрез  които  се  въвеждат  температурни  ограничения  за  зоната  на комфорта  са  два.  По‐долу  са  разгледани  опростеният  графичен метод  и  един метод,  базиран  на модел за оценка на неудовлетвореност (РРD), основаващ се на модела за топлинен баланс.  

 Графичен метод 

Този  метод  е  приложим  за  помещения,  където  нивото  на  физическа  активност  на обитателите,  изразено  чрез  скоростта  на  метаболизма,  е  в  границите  от  1,0 met  до  1,3 met,  а облеклото осигурява от 0,5 clo до 1,0 clo термично съпротивление. Тези