Лучевая разводка системы отопления: схемы разводки, преимущества и недостатки

Разводка системы отопления в частном доме: схемы лучших вариантов

Автор: Михаил Яшин

Последнее обновление: Апрель 2020

При решении задачи обогрева жилья существует множество комбинаций построения системы подачи и отвода теплоносителя. Каждая разводка отопления в частном доме может быть классифицирована по нескольким признакам.

Мы предлагаем разобраться в нюансах обустройства и работы возможных вариантов. Понимание принципов проектирования, плюсов и минусов каждого типа разводки, поможет спланировать геометрию системы и ее устройство с учетом индивидуальных особенностей помещения.

Содержание статьи:

Моделирование оптимальной геометрии контура

Для одного частного дома может быть спроектировано несколько замкнутых водяных контуров, которые будут обогревать разные помещения. Они могут существенно отличаться друг от друга по типу разводки.

При проектировании, в первую очередь, исходят из работоспособности системы, а также оптимальной геометрии с позиции минимизации затрат, простоты монтажа и возможности вписать элементы отопления в дизайн помещений.

Галерея изображений

Фото из

Главная задача системы отопления, сооружаемой для частного дома, заключается в полноценной компенсации потерь тепла, происходящих через строительные конструкции и проемы

Вариант разводки подбирают так, чтобы по возможности сократить теплопотери. Через неотапливаемые помещения должно проходить не более 10 % трубопровода

В немалой степени на выбор системы влияет бюджет хозяев дома. Исходя из финансовых возможностей определяется техническая оснащенность конструкции, тип движения теплоносителя и его эффективность

Чем больше технических средств требуется для работы системы, тем она эффективней, но и тем больше ситуаций, связанных с поломками и ремонтом

Подбор оптимальной разводки отопления для загородного дома должен учитывать взаимосвязь контура с прочими инженерными коммуникациями

На стадии проектирования нужно четко определиться с видом котла, планируемого к использованию для отопления, чтобы досконально продумать организацию котельной и хранилища для топлива

Следует изначально продумать возможность регулировки режимов работы системы и размещение регулирующего оборудования

На стадии проектирования разводки отопления требуется определиться с наиболее удобным расположением приборов и оборудования, облегчающим обслуживание и создающим комфорт при эксплуатации

Основная задача системы отопления

Ориентиры выбора схемы разводки

Открытый вариант системы отопления

Закрытый контур принудительного типа

Взаимосвясь отопления с прочими коммуникациями

Тип котла и организация котельной

Регулировка режима отопительного контура

Доступ для обслуживания и ремонта

Естественная и принудительная циркуляция воды

Нагрев теплоносителя для отопления дома происходит в одном или нескольких устройствах, расположенных внутри помещения. Это могут печи, камины, а также газовые, электрические или твердотопливные котлы.

Давление воды в контуре обеспечивают или за счет использования циркуляционных насосов или выстраиванием геометрии системы, позволяющ

Лучевая разводка системы отопления дома своими руками

Элементы коллекторной схемы отопления

Лучевое отопление частного дома представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких главных элементов:

1. Нагревательный котел. Этот прибор является отправной точкой, поскольку из него горячий теплоноситель направляется в трубопроводы и радиаторы. Мощность теплоагрегата должна соответствовать теплоотдаче отопительного оборудования. Здесь имеется следующий нюанс: лучевая схема разводки системы отопления в отличие от других вариантов разводки трубопровода обладает большей степенью теплопотерь, что непременно нужно учитывать при расчете параметров оборудования.
2. Циркуляционный насос. Согласно особенности своего устройства, лучевая разводка отопления относится к закрытому типу и для ее функционирования требуется принудительная циркуляция жидкого теплоносителя. Для этой цели устанавливают специальный насос, создающий определенное давление и перекачивающий жидкость. В результате обеспечивается необходимый температурный режим, гарантирующий эффективную работу системы теплоснабжения.

Выбирая циркуляционный насос для лучевого отопления, следует обратить внимание на ряд параметров, включая длину трубопроводов и материалы изготовления радиаторов. Кроме этого, мощность насоса не относится к важнейшим его характеристикам, следует учитывать скорость, с которой будет перекачиваться жидкость

Этот параметр показывает объем теплоносителя, перемещаемого циркуляционным устройством в единицу времени

Кроме этого, мощность насоса не относится к важнейшим его характеристикам, следует учитывать скорость, с которой будет перекачиваться жидкость. Этот параметр показывает объем теплоносителя, перемещаемого циркуляционным устройством в единицу времени.

Коллектор (его еще называют гребенкой). Также является важным элементом лучевой разводки системы отопления. На гребенку возлагается функция распределительного устройства, предназначенного для централизованного обеспечения радиаторов отопления теплоносителем (подробнее: «Распределительная гребенка системы отопления — назначение и принцип работы «).

Лучевая схема системы отопления всегда содержит разнообразные терморегулирующие или запорно-регулирующие элементы. Они обеспечивают необходимый расход носителя тепловой энергии в каждой ветке конструкции. Создать дополнительные условия для более производительной работы отопительной конструкции без излишних затрат поможет монтаж термометров и удалителей воздуха, функционирующих в автоматическом режиме.

Коллекторы на отечественном рынке предлагаются потребителям в широком ассортименте. Выбор конкретного устройства основывается на количестве запроектированных контуров обогрева или подключаемых радиаторов. Гребенки производят из различных материалов – это может быть латунь или сталь, а также полимерная продукция.

Шкафы. Лучевая схема отопления требует, чтобы все элементы, входящие в нее, располагались в специальных оборудованных для них конструкциях. Распределительный коллектор для отопления. запорная арматура, трубопроводы нужно помещать в коллекторные шкафы, имеющие простую конструкцию. Они бывают как встраиваемые в нишу стены, так и наружными, но при этом отличаются функциональностью и практичностью.

Коллекторные шкафы и блоки

В квартире с горизонтальной лучевой разводкой отопления (на этажах частных домов) устраиваются распределительные коллекторы (подачи и «обратки»), собирающие на своих выходах все подающие и обратные трубопроводы. Они размещаются в металлических шкафах специального исполнения, зачастую встраиваемых в перегородки сантехузлов и открывающиеся внутрь них. Возможна и установка распредколлекторов в специально устроенных стенных нишах. Нередко коллекторный узел совмещается с узлом учета теплоэнергии в одном коллекторном шкафу.

Коллекторный шкаф с узлом учета тепловой энергии.

Коллекторы могут быть комплектными, представляющими собой отрезки толстых труб с отходящими патрубками, либо собираться на тройниках. Материалом этих устройств может служить:

• пластик;
• никелированная латунь;
• медь;
• нержавеющая сталь.

Многие известные производители отопительного оборудования (VALTEC и др.) выпускают готовые коллекторные блоки, объединяющие в себе подающий и обратный коллекторы, ручные настроечные клапаны (на коллекторе подачи), термостатические клапаны (на обратном коллекторе), автоматические воздухоотводчики, дренажные клапаны и кронштейны крепежные.

Комплектный коллекторный блок.

Задачу индивидуальной настройки теплового режима каждой однорадиаторной ветки коллекторно-лучевой системы отопления решают настроечные клапаны, имеющие встроенные расходомеры. Ветки получаются разной длины, а теплоноситель стремится течь наиболее коротким путем с минимальным гидросопротивлением. Короткие ветки он обтекает интенсивнее, сильнее прогревая установленные там радиаторы.

Настроечными клапанами на коллекторе подачи изменяют расход воды (антифриза), заужая их условные проходы в коротких контурах, и расширяя в длинных. Настройка – процесс кропотливый, а настроечный клапан не предназначен оперативно перекрывать или открывать проток теплоносителя по контурам. Эту функцию выполняют термостатические клапаны .

Термоклапаны на коллекторе – «обратке» – это вентили, плавно перекрывающие поток вручную или автоматически. Лучевая система отопления легко гидравлически балансируется.

Особенности лучевой системы отопления дома

Однако есть еще один момент, который нельзя упускать из виду. Это настройка или регуляция. Выполняется она как раз в регулировании кранов, находящихся на коллекторе. Но стоит сказать и том, что такая система неудобна тем, что все время приходится регулировать режимы, что не всегда можно себе позволить чисто физически. К тому же, если у Вас довольно большое здание, то от этой идеи лучше отказаться.

Костер — первый прямой потомок лучевого обогрева, а русская печь, яркий тому пример. Большая, занимающая значительное пространство, она была способна обогреть дом своим инфракрасным излучением, а по-простому — живым теплом. Если в помещении тепло, то излучения тепла, как такового не происходит, человек чувствует себя комфортно. А если в нем холодные стены, потолок и другие предметы интерьера, в большей степени, именно на них и транслируются инфракрасные лучи, излучаемые человеком. Наверняка, любой может вспомнить озноб, пробегающий по телу, казалось бы, в теплом помещении. Это и есть лучевой теплообмен, на принципе которого построена система лучевого отопления дома.

Обзор схем и составных элементов системы отопления

На первом этапе необходимо выбрать принцип работы системы отопления. Еще 20-25 лет назад альтернативы практически не было – делали гравитационную открытую систему. Поэтому вопрос как правильно смонтировать отопление сводился к выбору диаметра стальных труб и их правильному уклону. Но появление на рынке основных элементов закрытой системы значительно расширило возможности выбора схемы.

Гравитационная система отопления

Схема гравитационного отопления

Главным источником нагрева воды для нее служит твердотопливный котел (возможна работа на дизеле или отработанном масле). Установка газовых моделей невозможна, так как их нормальное функционирование подразумевает повышенное давление в трубах. Самостоятельное монтирование системы отопления с газовым котлом возможно. Но в этом случае используется корпус твердотопливного, в который монтируется специальная газовая горелка.

До того как правильно смонтировать отопление в частном доме, нужно выбрать его основные компоненты. Помимо котла обязательными являются такие элементы:

• Трубы. Для этого типа отопления можно использовать пластиковые модели (полипропилен, металлопластик) или стальные. Диаметр лучше всего выбрать большой – от 40 мм. Таким образом можно снизить общее гидравлическое сопротивление;
• Расширительный бак. Необходим для стабилизации системы в случае перегрева теплоносителя;
• Запорная арматура. Ее монтаж является обязательным, так как во время проведения ремонтных или профилактических работ понадобится перекрыть поток теплоносителя на определенном участке системы;
• Подпиточный узел. Потребуется для добавления теплоносителя. В целях оптимизации его нередко включают в конструкцию расширительного бака.

Комплектация радиатора для однотрубной системы отопления

Гравитационная система в большинстве случаев делается однотрубной (ленинградка). Для того чтобы правильно смонтировать радиатор отопления, необходимо на каждый из них установить байпас. Это тоже нужно учесть при покупке комплектующих и составлении общей схемы монтажа.

Кроме этих компонентов необходим монтаж манометров. Если этот прибор не предусмотрен в конструкции котла – следует установить его на выходном патрубке.

Для монтирования радиатора отопления обязательно предусматривают наличие в нем крана Маевского. Он необходим для устранения воздушных пробок в системе.

Схема системы отопления с принудительной циркуляцией

Закрытая схема отопления с твердотопливным котлом

Намного сложнее смонтировать систему отопления с принудительной циркуляцией. Разница заключается в создании повышенного давления в магистрали. Это способствует увеличению протяженности трубопроводов и оптимальному температурному режиму работы всей системы.

Комплектацию этой схемы лучше всего рассмотреть на примере обвязки твердотопливного котла. Так как у большинства газовых моделей подавляющая часть компонентов входит в состав конструкции (циркуляционный насос, расширительный бак и т.д.). Поэтому, для того чтобы самому смонтировать систему отопления, помимо котла система в обязательном порядке должна содержать:

• Циркуляционный насос. Он создаст необходимый уровень напора теплоносителя;
• Закрытый расширительный бак. Служит компенсатором при повышении давления в системе выше критического;
• Группа безопасности. Отчасти дублирует функции расширительного бака. Если показатели давления будут слишком большими, то воздухоотводчик и сливной клапан снизят его, удалив излишки воздуха и теплоносителя из системы;
• Запорная арматура ;
• Узел подпитки .

Как самому смонтировать систему отопления закрытого типа, а главное – какую схему разводки труб выбрать? Специалисты рекомендуют устанавливать двухтрубную, так как радиаторы в таком случае будут подключаться параллельно, что обеспечит равномерное распределение температуры по всей системе.

Монтировать систему отопления принудительного типа намного проще, чем с естественной циркуляцией. К тому же первая является единственным вариантом для домов со средней и большой площадью.

Выбор коллектора

Лучевая система отопления имеет в своем составе коллектор (гребенку). Этот элемент имеет вид трубы. В ней установлены патрубки для входа и выхода теплоносителя. Для лучевой схемы следует установить два типа коллекторов.

Первой из них будет входная гребенка. К ней подсоединяется насос, а также клапан распределения теплоносителя. Он может быть трех- или двухходовым. Клапан имеет в своем составе термометр. Он установлен в корпусе коллектора. Устройство передает информацию клапану. Он открывает или закрывает заслонку, подмешивая горячую жидкость в контур.

Выходной коллектор собирает остывший теплоноситель, который возвращается к котлу. Отопительный прибор его снова нагревает. Дополнительно на этом патрубке можно установить балансировочный контроллер расхода. Коллекторная группа обеспечивает стабильность работы системы. Она отвечает за оптимизацию и баланс нагрева теплоносителя в системе.

Однотрубная горизонтальная

Самый простой вариант однотрубной горизонтальной системы отопления с нижним подключением.

При создании системы отопления частного дома своими руками схема с однотрубной разводкой может оказаться самой выгодной и дешевой. Она одинаково хорошо подходит как для одноэтажных домов, так и для двухэтажных. В случае с одноэтажным домом она выглядит очень просто – радиаторы соединяются последовательно – с целью обеспечения последовательного протекания теплоносителя. После последнего радиатора теплоноситель отправляется по цельной обратной трубе в котел.

Достоинства и недостатки схемы

Для начала мы рассмотрим основные достоинства схемы:

• простота реализации;
• отличный вариант для небольших домов;
• экономия материалов.

Однотрубная горизонтальная схема отопления — отличный вариант для небольших помещений с минимальным количеством комнат.

Схема действительно очень простая и понятная, поэтому с ее реализацией сможет справиться даже новичок. Она предусматривает последовательное соединение всех устанавливаемых радиаторов. Это идеальная схема разводки отопления для частного дома небольших размеров. Например, если это однокомнатный или двухкомнатный дом, то «городить» более сложную двухтрубную систему не имеет особого смысла.

Глядя на фото такой схемы, мы можем отметить, что обратная труба здесь цельная, она не проходит через радиаторы. Поэтому такая схема более экономичная в плане расхода материалов. Если у вас нет лишних денег, такая разводка станет для вас наиболее оптимальной – она сэкономит деньги и позволит обеспечить дом теплом.

Что касается недостатков, то их мало. Главным недостатком является то, что последняя батарея в доме будет холоднее, чем самая первая. Это связано с последовательным проходом теплоносителя через батареи, где он отдает накопленное тепло в атмосферу. Еще одним недостатком однотрубной горизонтальной схемы является то, что при выходе из строя одной б

Лучевая система отопления частного дома своими руками

Благодаря появлению новых материалов и оборудования стала возможной модернизация традиционных водяных систем отопления. Одно из таких новшеств, приобретающих все большую популярность, мы и обсудим в данной статье. Это так называемая коллекторная или лучевая система отопления, появившаяся относительно недавно. Рассмотрим, что она собой представляет и как ее смонтировать в частном доме.

Устройство коллекторной системы

Лучевая разводка – это, по сути, гибрид между традиционной двухтрубной схемой и системой водяных теплых полов. Так же, как в двухтрубной системе, теплоноситель поступает к распределительному коллектору и радиаторам по двум трубопроводам – подающему и обратному. От теплых полов взят сам коллектор и способ прокладки труб – в стяжке пола или между деревянными лагами.

Строение системы следующее: от котельной установки до распределительного коллектора идет основная магистраль. От него до каждого отопительного прибора под полами прокладывается отдельная линия. Соединение – прямое, без всяких фитингов и лишних поворотов. Для наглядности ниже представлена функциональная схема лучевой системы отопления частного дома:

Проще всего ее реализовать в одноэтажном доме небольшой площади. Для распределителя надо выбрать удобное место, лучше – где-нибудь в центре здания, можно в коридоре. К нему подвести теплоноситель от котла и проложить трубы к радиаторам. Как это выглядит в плане дома, показано на эскизе:

Универсальность лучевых систем заключается в том, что можно без проблем выполнить разводку в частном доме любой этажности. Для этого из котельной прокладывают стояк из труб такого диаметра, чтобы обеспечить требуемый расход теплоносителя для всего здания. На каждом этаже к стояку подключается коллектор, а от него лучевым образом делается разводка к радиаторам. Диаметр вертикального участка, идущего на следующий этаж, уменьшается в соответствии с гидравлическим расчетом. Разводка по двухэтажному дому изображена на эскизе:

В коттеджах большой площади помимо радиаторной отопительной системы дополнительно устраивают теплые полы, ставят буферные емкости и бойлеры косвенного нагрева. Тогда лучевая система отопления двухэтажного дома усложняется, в котельной устанавливается распределительная гребенка. К ней присоединяется как стояк лучевой разводки, так и все остальные потребители тепла, как изображено на схеме:

Каждый контур имеет индивидуальный циркуляционный насос, устанавливаемый на подающем трубопроводе, отходящем от гребенки. Получается, что все контуры функционируют независимо друг от друга и могут рег

Коллекторная система отопления частного дома — преимущества лучевой разводки отопления: инструкции по установке, схемы

Существуют несколько различных вариантов разводки отопительных трубопроводов в частных домах. Коллекторная система отопления (лучевая – другое название данной схемы) является наиболее эффективной из всех существующих.

Устройство коллекторной системы

Лучевая разводка системы отопления предполагает соединение каждого радиатора с коллектором двумя магистралями — подающей и обратной. Коллектор включает в себя две гребенки. Они обычно сделаны из латуни или нержавеющей стали. К одной из них подсоединены подающие трубы (они предназначены для подвода теплоносителя к отопительным приборам), к другой — обратные (с их помощью остывшая жидкость отводится к котлу).

Кроме того, в коллекторе лучевой системы устанавливаются запорно-регулирующая арматура, балансировочный вентиль (клапан), могут быть смонтированы клапаны для слива воды и выпуска воздуха.

Коллекторная система отопления работает по следующему принципу. Жидкий теплоноситель, нагретый котлом до необходимой температуры, попадает в подающую гребенку. От нее он поступает в отопительные приборы — радиаторы, водяные конвекторы, «теплые полы». В них теплоноситель несколько охлаждается, по обратным магистралям возвращается в коллектор, а из него — к котлу.

Преимущества и недостатки коллекторной системы отопления

Вследствие своих достоинств схема коллекторной разводки отопления активно применяется на многих Объектах, особенно в загородных коттеджах.

Основные преимущества следующие:

• Лучевая система позволяет быстро и равномерно разогреть все тепловые приборы, так как к каждому из них подводится отдельная подающая магистраль
• Между коллектором и отопительными приборами отсутствуют стыки труб, что положительно влияет на надежность системы отопления
• Возможность регулирования температуры (при необходимости — отключения) каждого отопительного прибора лучевой системы отопления независимо от остальных
• Возможность установки дополнительного радиатора или конвектора (если имеются свободные патрубки) без демонтажа существующей лучевой разводки
• Вследствие того, что каждая из труб лучевой отопительной разводке от коллектора подводится только к одному отопительному прибору, можно применять магистрали меньших диаметров
• Удобство эксплуатации и обслуживания коллекторной разводки

Недостатки:

• Основной недостаток коллекторной разводки — высокая стоимость ее реализации. Она объясняется стоимостью материалов, которых используется больше, чем при других видах разводки. Например, тройниковая система отопления не включает в себя коллекторы и протяженность труб при ее использовании значительно меньше
• Необходимость организации места для установки коллектора — ниши или специального шкафа

Составление схемы разводки

Перед тем, как приступить к монтажу, необходимо определиться со схемой лучевой разводки. Нужно рассчитать число отопительных контуров, в каждом из которых имеется один прибор. Количество патрубков подающей гребенки должно быть не меньше этого числа.

В случае, когда в доме несколько этажей, коллекторно-лучевая система отопления позволит реализовать возможность раздельного управления отопительными контурами каждого этажа, независимо друг от друга. При необходимости может быть отключена отопительная сеть всего этажа или нескольких нагревательных приборов.

При выборе коллектора лучевой отопительной разводки, помимо количества радиаторов, следует учитывать, предельное давление в системе, пропускную способность узла, потенциальную возможность подсоединения дополнительных контуров.

Выбор комплектующих

Коллекторная система состоит из нескольких компонентов. Основными из них являются:

Коллектор

Существуют варианты с ротаметрами (расходомерами) и без них. Ротаметр служит для оптимального и сбалансированного распределения теплоносителя по контурам. Эти приборы особенно часто применяются, если система водяного отопления включает в себя «теплые полы». Именно для них наиболее важна балансировка рабочей жидкости.

В гребенках с расходомерами вместо обычных вентилей имеются поплавковые датчики. При циркуляции теплоносителя датчик перемещается по шкале. Это позволяет видеть текущий расход жидкости в каждом из контуров лучевого отопления. На некоторых моделях имеется возможность установки электроприводов. Это дает возможность дистанционно регулировать температуру теплоносителя с помощью термостата.

Коллекторные шкафы

Коллекторные шкафы для лучевой системы отопления состоят из металлического корпуса, крепежных элементов и дверцы. Эти устройства бывают двух типов — встраиваемые и наружные.

Встраиваемые шкафы коллекторной разводки отопления устанавливаются в нише стены или прячутся под облицовку из вагонки или гипсокартона. Их главное преимущество — возможность скрытой установки, которая не портит интерьер помещения. В ряде случаев боковые стенки встраиваемых шкафов не окрашиваются.

Наружные шкафы коллекторного отопления закрепляются на стеновой поверхности, ниша для них не делается. Наружные варианты легче устанавливать, однако имеется недостаток — нарушается эстетика помещения.

Отопительные приборы

Чаще всего применяются радиаторы. Лучевая разводка отопления предполагает прокладку труб под полом. Поэтому для нее оптимально использовать радиаторы с нижним подключением.

Применение конвекторов в коллекторной отопительной разводке оправдано в случаях наличия на Объекте низких окон (невозможность использования радиаторов). Также конвекторы ставятся перед стеклянными дверями.

Отопительные магистрали

Система отопления рассматриваемого типа монтируются с использованием труб из металлопласта или сшитого полиэтилена. Предпочтительнее второй вариант.

Основные достоинства сшитого полипропилена:

1. Маленький удельный вес (поэтому трубы из него легче транспортировать и монтировать)
2. Ударостойкость
3. «Память формы»
4. Способность выдерживать высокие температуру и давление
5. Герметичность и повышенная надежность соединений
6. Длительный (до 50 лет) срок службы
7. Устойчивость к воздействию УФ-лучей

Другие комплектующие

Кроме того, данная система отопления может включать в себя температурные датчики, автоматические воздуховыпускные клапаны, смесители и электронные клапаны, призванные поддерживать требуемый температурный режим, счетчики тепла.

Чтобы обеспечить надежность коллекторной системы рекомендуется использовать комплектующие известных и проверенных производителей.

Особенности монтажа

Коллекторная разводка отопления имеет несколько нюансов, которые необходимо учитывать при монтаже. Главные из них следующие:

• Прокладка труб системы водяного отопления осуществляется только скрытым способом, в стяжке пола. Это предъявляет повышенные требования к их характеристикам
• Для функционирования лучевой системы необходимо установить циркуляционный насос и расширительный бак, так как она предусматривает наличие большого количества труб и имеет высокое гидравлическое сопротивление. Расширительный бак системы отопления  размещается перед циркуляционным насосом на обратном трубопроводе. Это позволяет обезопасить систему от турбулентности циркулирующей рабочей жидкости. Циркуляционный насос располагается на входе в обратную магистраль. Если предусмотрено наличие нескольких автономных друг от друга контуров, каждый из них должен быть оснащен циркуляционным насосом
• Коллектор для лучевой разводки рекомендуется монтировать в помещениях с невысокой влажностью. Как правило, эти устройства устанавливаются в прихожей, гардеробе или кладовой комнате
• Если трубы системы отопления прокладываются сквозь стену, во избежание их повреждения в отверстие стены устанавливается металлическая гильза

При грамотно выполненном проекте и качественном монтаже лучевая разводка системы отопления гарантирует надежность и длительный срок службы. Минимальное число стыков практически исключает вероятность протечек. А возможность настраивать температурный режим каждого контура позволяет достичь максимального комфорта в отапливаемых помещениях.

Читайте другие статьи по данной тематике

Услуги по данной тематике

границ | Обзор систем централизованного теплоснабжения: моделирование и оптимизация

Введение

К 2050 году население мира превысит 9,7 миллиарда человек (United Nations, 2013), что приведет к увеличению примерно на 70% количества домашних хозяйств с 1,9 миллиарда в 2010 году до 3,2 миллиарда в 2050 году (I.E. Agency, 2012). На жилые и коммерческие здания приходится около 40% и 26% соответственно от общего потребления энергии в домохозяйствах США и Европы (Mertens, 2013; I.E. Агентство, 2012). Около 38% и 36% выбросов углекислого газа в США и ЕС (CO ₂ ) также связаны с этими зданиями. Более того, несколько нежелательных побочных эффектов, таких как городской остров тепла, связаны с резким ростом урбанизации (Mirzaei, 2015; Mirzaei et al., 2015). Таким образом, эти статистические данные подчеркивают необходимость глобальной цели по сокращению выбросов CO ₂ вдвое к 2050 году, что описывается как цель дорожной карты «Перспективы энергетических технологий на 2012 год» (EIA, 2011).Это требует активизации усилий и рыночного поглощения со стороны строительного сектора для достижения амбициозной цели строительства зданий с нулевым потреблением энергии (NZEB) к 2050 году с учетом 50% -ного роста спроса на энергию, прогнозируемого текущей траекторией потребления. Другой пример — обязательство Европейского Союза по сокращению энергопотребления на 9% к 2016 году в соответствии с директивой 2006/32 / EC (Европейский парламент, 2006). Европейские страны также намерены увеличить долю возобновляемых источников энергии до 20% к 2020 году (Комитет P.H.A.F.S. по окружающей среде, 2011).

Для экономии энергии в строительном секторе были предложены различные стратегии производства, преобразования и потребления энергии, т. Е. Повышения энергоэффективности зданий с помощью таких технологий ремонта, как теплоизоляция, двойное и тройное остекление, солнечные затенения, полость стены, окна с отражающим покрытием, повышение эффективности, функциональные характеристики оборудования HVAC, интеграция стратегий использования возобновляемых источников энергии, таких как BIPV и солнечные коллекторы, использование естественной вентиляции.В дополнение к этим технологиям одним из жизнеспособных решений является повышение энергоэффективности в зданиях, чего можно достичь с помощью системы централизованного теплоснабжения (DHS) (Международная ассоциация районной энергетики, 2014 г .; http://www.districtenergy.org/ что такое районная энергия).

Традиционные системы DHS обычно используются для отопления жилых помещений и горячего водоснабжения, на которые приходится наибольшая доля потребления энергии в зданиях (International District Energy Association, 2014; http: // www.districtenergy.org/what-is-district-energy). Другие преимущества ЦО известны как улучшение управления ресурсами и энергией, а также сокращение затрат на стороне пользователя, включая расходы на эксплуатацию, техническое обслуживание и безопасность (Rezaie and Rosen, 2012). Более того, гибкость и безопасность при выборе источника энергии, такого как биомасса и геотермальная энергия, вместо ископаемого топлива, которое доминирует на текущем рынке тепла, является еще одним привлекательным вариантом для DHS (Hepbasli, 2010; Akhtari et al., 2014).

Несмотря на хорошо известные преимущества DHS, его доля на мировом рынке все еще очень мала, в то время как в Европейском Союзе существует всего около 6000 DHS с долей рынка около 13% (Рисунок 1). Помимо множества социальных, экономических и технологических проблем, связанных с внедрением DHS во всем мире, основной причиной пренебрежения такими системами является отсутствие подходящих инструментов для их разработки, анализа и оптимизации (Connolly et al., 2014).

Рисунок 1. (Слева) ТЭЦ выработка электроэнергии в% от валовой выработки электроэнергии (ЕСВСтат) .

Помимо этих проблем, одним из основных ограничений DHS является более низкий тепловой комфорт, особенно в старых DHS, где жильцы имеют очень слабый контроль над температурой воды (International District Energy Association, 2014; http://www.districtenergy.org/ что такое районная энергия). В более плотных городских районах, в которых расширение распределительной сети DHS должно соответствовать правилам муниципалитета, существующая инфраструктура, такая как дороги, водопроводные / канализационные сети, а также городская планировка в некоторых случаях, являются общими препятствиями на пути оптимального расширения DHS.

Обсуждаемые преимущества и ограничения в DHS убедили сообщества перейти к реализации новых идей и стратегий в области распределения энергии и управления DHS. Новые стратегии в основном сосредоточены на сочетании возобновляемых источников энергии, использовании технологий хранения и налаживании связи между системами отопления и электроснабжения, чтобы значительно снизить зависимость от ископаемых топливных ресурсов (Международная ассоциация районной энергетики, 2014 г .; http://www.districtenergy). .org / what-is-District-energy). Одна из основных проблем при разработке таких систем связана с отсутствием доступных инструментов, которые могут эффективно моделировать и оптимизировать DHS.

Чтобы пролить больше света на последние достижения в моделировании и оптимизации DHS, эта статья призвана обобщить текущее состояние дел. Таким образом, сначала представлены различные определения DHS, за которыми следуют подходы к формованию, используемые для исследования характеристик этих систем. В конце концов, моделирование и оптимизация исследований DHS, основанные на различных климатических условиях, масштабах, источниках энергии и реализованных инструментах, далее резюмируются в этой статье.

Уровень сложности систем централизованного теплоснабжения

В общем, DHS состоит из источника тепла, сети пользователей и распределительной сети. Сложность DHS варьируется в соответствии с различными параметрами, как указано ниже (Sakawa et al., 2002; Weber et al., 2007):

(a) Количество используемых технологий : одна из сложностей проектирования и оптимизации DHS — это количество технологий, доступных для использования в дополнение к типу системы источника тепла.Например, в DHS с геотермальным источником энергии система может работать с органической жидкостью вместо воды (Weber et al., 2007), в то время как в случае наличия радиатора рядом с DHS, тепловой насос более предпочтителен. Более того, комбинация источников может использоваться в DHS, в то время как другие возобновляемые источники энергии могут быть интегрированы в систему (Sakawa et al., 2002; Weber et al., 2007).

(b) Количество конечных пользователей : одной из основных проблем при проектировании централизованного теплоснабжения является количество и разнообразие пользователей, подключенных к системе.DHS, расположенное в муниципальном районе, обслуживает множество жилых, коммерческих и промышленных зданий с разным уровнем спроса (Pirouti et al., 2013).

(c) Временной профиль : разные типы пользователей, подключенных к системе, требуют своей собственной рабочей температуры и профилей (Weber et al., 2007). Например, профиль спроса на тепло для промышленных потребителей будет меньше зависеть от сезонных изменений в течение года, а это означает, что их требуемая температура конечного потребления выше по сравнению с бытовыми пользователями (Buoro et al., 2014).

(d) Пространственные аспекты : помимо координат всех пользователей, план города, в котором планируется DHS, играет ключевую роль в проектировании распределительной сети. Например, при проектировании сети следует избегать перехвата с муниципальной инфраструктурой. Другие факторы, такие как качество почвы, топология региона и тип пользователей, могут аналогичным образом повлиять на дизайн DHS (Weber et al., 2007; Ben Hassine and Eicker, 2013).

Классификация систем централизованного теплоснабжения

В целом, DHS можно разделить на категории на основе пяти основных параметров, включая географические условия, масштаб DHS, тепловую плотность DHS, уровень требований конечных пользователей и тип источников тепла.

Географические условия

Географические соображения, а именно климатические условия и доступность источников энергии, повлияют на общую конструкцию DHS. В частности, DHS вблизи северных широт с более холодным климатом требует более высокой скорости передачи тепла на единицу площади по сравнению с DHS ближе к экваториальной линии с более теплым климатом для подобных типов зданий (Dalla Rosa and Christensen, 2011). Такой более высокий уровень теплопередачи в DHS может быть достигнут либо за счет увеличения массового расхода жидкости, либо за счет повышения рабочей температуры системы, что, следовательно, увеличивает потери тепла при распределении системы из-за более высокой рабочей температуры жидкости (Hassine и Эйкер, 2011).

Доступность источников энергии является функцией географических и геологических различий и, следовательно, влияет на конструктивные особенности DHS. Изучение распределения различных энергоресурсов в разных географических точках определяет доступность по крайней мере одного из основных источников возобновляемой энергии в любом регионе. Например, сравнение солнечной (Huld and Pinedo-Pascua, 2012) и ветровой карты Европы (см. Текстовую сноску 1) показывает, что в регионах с более низкой солнечной интенсивностью скорость ветра выше, и наоборот (Рисунок 2).В частности, в скандинавском регионе одна из самых низких интенсивностей солнечной активности, в то время как он подвержен самой высокой скорости ветра в Европе.

Масштаб

Масштаб DHS играет важную роль в производительности таких систем, так как влиятельный параметр на стадии проектирования изменяется в соответствии с масштабом. С пространственной точки зрения DHS может быть спроектирован как малая, средняя или большая система (Рисунок 3).

Рис. 3. Принципиальный план ДВЗ с учетом расстояния от источника тепла .

Маломасштабное DHS относится к сети пользователей, в которой расстояние от источника тепла составляет порядка нескольких сотен метров (Weber et al., 2007). Фактически, связанные с этим перепады температуры и давления относительно низки из-за небольшой длины трубопроводов в распределительной системе (Hurtig, 2010). DHS на уровне многоквартирных домов, скорее всего, известны как небольшие системы с относительно низким перепадом температуры.

Расстояние между источником тепла и потребителями в среднем составляет от 200 до 300 м (Weber et al., 2007; Далла Роза и Кристенсен, 2011 г .; Ancona et al., 2014). Как правило, эти системы образуют замкнутую сеть зданий, соединенных вместе с помощью системы трубопроводов. Подобно маломасштабным DHS, падение давления является важным элементом при проектировании таких систем, тогда как для систем старого поколения или систем с более высокими температурами рабочей жидкости потери тепла значительны и должны учитываться на стадии проектирования (Hassine and Eicker, 2011 ; Nuytten et al., 2013).

Крупномасштабное DHS, в основном известное как DHS на уровне сообщества, состоит из множества пользователей и более протяженной сети трубопроводов по сравнению с последними группами.Из-за большей длины труб в распределительной сети потери тепла значительно значительны и составляют до 15% от общей энергии, поставляемой системой (Hassine and Eicker, 2011; Xing et al., 2012).

Плотность тепла

Линейная плотность нагрева сети (LHD) определяется на основе отношения ее общей годовой потребности в тепле к длине траншеи (Reidhav and Werner, 2008):

, где Q _итого — это общая годовая потребность в отоплении DHS, а L — общая длина траншеи распределительной сети.

Исходя из этого определения, более высокий LHD означает более высокую тепловую плотность сети или пользователей с более высокой годовой потребностью. В системах с более высокой плотностью тепла важность тепловых потерь менее значительна (Nuytten et al., 2013), и поэтому система проектируется только на основе гидравлического равновесия. Экономический и экологический порог для LHD различных сетей варьируется от 1 МВтч / м для ЦТС с источником тепла из биомассы до 0,2 МВтч / м для систем на основе комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) (Reidhav and Werner, 2008; Nuytten et al. ., 2013).

Потребность конечного пользователя

В жилых зданиях для отопления используются более низкие конечные температуры, в то время как промышленным пользователям требуются более высокие температуры жидкости. Это означает, что уровень спроса пользователей в сети приводит к различному расположению DHS (Buoro et al., 2014). Один из вариантов заключается в проектировании сети на основе максимальной требуемой температуры (Pirouti et al., 2013), а другой вариант — в использовании многоконтурной сети с разными рабочими температурами, связанными с каждой из них.Многоконтурные сети дополнительно взаимодействуют друг с другом через наборы теплообменников (рисунок 4). Это означает, что основной контур работает с максимальной температурой, а вторичный контур работает при более низких температурах, чтобы удовлетворить температурные требования всех пользователей (Hassine and Eicker, 2011; Ben Hassine and Eicker, 2013).

Рисунок 4. Схематический план DHS с первичным и вторичным контурами .

Источник тепла Тип

В целом источники тепла делятся на постоянные и непостоянные.В постоянных источниках тепла выработка тепла постоянно превышает потребность в тепле в сети, тогда как в непостоянных источниках профиль выработки колеблется во времени. В последних сценариях генерация в основном не соответствует профилю спроса пользователя, и поэтому другой источник энергии в основном интегрируется для удовлетворения пикового спроса системы.

Комбинированные источники тепла и электроэнергии, геотермальной энергии и биомассы известны как постоянные источники (Hlebnikov and Siirde, 2009; Noussan et al., 2014; Sartor et al., 2014). С другой стороны, преобразуемые возобновляемые источники в тепловую энергию, такие как энергия ветра и солнца с высокой скоростью колебаний, относятся к категории непостоянных источников. Более того, системы аккумулирования тепла могут быть интегрированы в DHS для хранения излишков произведенного тепла в непиковые периоды для последующего использования в пиковые периоды DHS (Avila-Marin et al., 2013; Nuytten et al., 2013 ).

Моделирование компонентов системы централизованного теплоснабжения

Точное моделирование и проектирование каждого компонента DHS играет важную роль в его эффективности и действенности.В этом разделе исследуются различные методы, используемые для моделирования компонентов DHS.

Источник тепла

Как правило, источники тепла в ЦТБ моделируются на основе их эффективности и мощности по выработке тепла. В зависимости от типа источника тепла определен минимальный показатель эффективности. Например, индекс энергосбережения первичной энергии (PES) был определен для оценки эффективности источника тепла ТЭЦ (Noussan et al., 2014):

ППЭ = 1−1CHPHηRefHη + CHPEηRefHη × 100% (2)

, где CHP H η — тепловой КПД при когенерационном производстве, Ref H η — эффективность раздельного производства тепла, CHP E η — эффективность использования электроэнергии при когенерационном производстве, Ref H η — КПД в раздельном производстве электроэнергии.

Минимальное значение PES для источников тепла ТЭЦ с номинальной мощностью менее 1 МВт должно быть положительным значением, в то время как это значение больше 0,1 для источников мощностью более 1 МВт (Noussan et al., 2014). Такие же типы показателей были определены для других типов источников тепла (Hepbasli, 2005).

Профиль конечного пользователя

Точное прогнозирование профиля энергопотребления пользователей в меньшем временном интервале, например на почасовой основе, может повлиять на эффективность сети, а также на процедуру ее оптимизации (Ortiga et al., 2007). Моделирование сети пользователей с помощью DHS состоит из двух уровней: понимание профилей потребности пользователей в отоплении для определения общей нагрузки, необходимой для сети, и расчет теплообменника для каждого пользователя.

Поскольку неоднородность зданий в каждой районной системе повышена, особенно в городских условиях, и каждое здание имеет свои собственные свойства и соответствующий профиль спроса, важно определить модель, которая могла бы прогнозировать профиль спроса всего района с приемлемой точностью.В целом, существуют разные методы моделирования и прогнозирования этого спроса. Многие из этих методов предсказывают потребность здания в энергии с точки зрения его максимальной потребности в энергии, в то время как другие предсказывают фактический профиль здания с меньшими интервалами, например на почасовой основе.

Независимо от используемого метода профиль потребности в отоплении каждого пользователя состоит из трех основных частей, включая физические и экологические характеристики здания (т. Е. Значение R , степень инфильтрации, температуру окружающего воздуха, солнечное излучение и влажность). , человеческие факторы или социальное поведение жильцов, а также случайные факторы, определяющие неопределенности.В литературе предлагались различные методы для прогнозирования профиля спроса пользователей с учетом одного или всех вышеперечисленных факторов, включая исторические подходы (Dotzauer, 2002; Ortiga et al., 2007), детерминированные методы и методы прогнозирования временных рядов ( Эрикссон, 2012).

Исторические методы

Эти методы используют исторические данные, полученные как со стороны спроса, так и со стороны предложения, для моделирования профиля спроса в системе.

Градус нагрева День

Потери тепла в зданиях пропорциональны разнице между внутренней и внешней температурой окружающей среды.Эта концепция используется при разработке метода измерения температуры в день (HDD) (Day, 2006):

Тепловые потери (кВт) = Общий коэффициент тепловых потерь, кВт · K − 1 × HDD (K) (3)

Здесь общий коэффициент теплопотерь определяется на основе скорости инфильтрации и суммы значений UA для всех различных сборок ограждающих конструкций здания. Скорость инфильтрации можно определить как среднюю или почасовую (Day, 2006).

Онлайн и бесплатные исторические данные о погоде в основном считаются надежными источниками для получения метода HDD (Verda et al., 2012; Pirouti et al., 2013). Этот метод широко используется для моделирования небольших зданий, в которых основной источник тепловых потерь неясен. Аль-Хомуд (2001) сравнивает этот метод с другим историческим методом, известным как метод Бина. В отличие от метода градусных дней, метод ячеек в основном используется для больших зданий, в которых создание внутренней нагрузки имеет более высокий эффект, что делает метод градусного дня невозможным. В обоих случаях основной проблемой при моделировании является состояние наружного воздуха в зданиях и среднее тепловое сопротивление оболочки.Тот факт, что такие факторы, как социальное поведение жителей и тепловая масса зданий, не были приняты во внимание, приводит к преимущественно неточным выводам (Dotzauer, 2002). Кроме того, низкая частота доступных данных приводит к неточным результатам.

Интенсивность использования энергии и коэффициент нагрузки

Интенсивность использования энергии (EUI) и коэффициент нагрузки (LF) — это еще один метод оценки профиля спроса пользователей, посредством которого предоставляются исторические данные о поставках.EUI — это уровень использования энергии на единицу площади (Sharp, 1996), а LF — это отношение потребления энергии к максимально возможному производству энергии на стороне предложения (Dalla Rosa and Christensen, 2011; Dalla Rosa et al., 2012) :

LF = Потребление (кВтч) / Пиковая потребность (кВт) × Время (ч) (4)

Зная EUI и LF разных пользователей, можно рассчитать общую энергию и пиковую потребность в тепле, необходимую для каждого потребителя. Спрос на энергоснабжение рассчитывает среднегодовой LF на площадь различных пользователей.В основном значения доступны на основе региона или эталонного архетипа (см. Текстовые сноски 3 и 4). Барнаби и Спитлер (2005) использовали этот метод для прогнозирования нагрузки на основе различных секторов пользователей DHS и сложили их вместе для прогнозирования профиля потребности пользователей в отоплении. Одна из основных проблем этого метода связана с отсутствием отдельных факторов для условий окружающей среды.

Измерения

Кампании по измерениям могут предоставить надежные данные, которые можно будет вставить в профиль спроса конечных пользователей DHS (Sanaei and Nakata, 2012; Nuytten et al., 2013; Wang et al., 2013; Noussan et al., 2014). Однако получение высокочастотного набора данных не всегда является возможным вариантом из-за высокой стоимости оборудования и длительных процедур.

Архетип здания

Другой тип широко используемых исторических методов — это прототипы или архетипы зданий. В этом методе здания с одинаковым типом размещения делятся на подкатегории, а для каждого здания определяется эталонное здание.Профиль спроса на другие здания, расположенные в каждой категории, позже определяется на основе эталонного здания с некоторой корректировкой. Количество категорий зданий, используемых в этом методе, и количество корректировок, необходимых для моделирования профилей спроса, являются ключевыми параметрами метода-прототипа. Чаще всего используется метод регрессии. Лара и др. (2015) использовали метод линейной регрессии, чтобы определить полезный параметр, который можно использовать в качестве входных данных для моделирования школьных зданий, тогда как Filippin et al.(2013) использовали метод многомерной регрессии для оценки профиля спроса на отопление в жилом секторе.

Детерминированные методы

Детерминированные методы, также называемые моделями на основе моделирования, используют математическое представление физического поведения зданий. В зависимости от объема используемой информации детерминированные методы можно разделить на два основных подразделения, такие как сложные или программные имитационные модели, в которых используется различное программное обеспечение для моделирования, которое учитывает все различные параметры, влияющие на профиль спроса здания и упрощенные модели, которые в основном упрощают учитываемый уровень расчетов.

Сложные модели

Программное обеспечение для моделирования энергии, такое как Energy Plus (Crawley et al., 2001) и TRNSYS (Университет Висконсина — Мэдисон, Лаборатория солнечной энергии и Кляйн, 1979), широко используется для моделирования различных типов зданий. Хотя они позволяют получить высокоточные профили спроса, основным недостатком этих моделей является их зависимость от количества данных и высокая стоимость вычислений для моделирования каждого здания (Ortiga et al., 2007; de Guadalfajara et al., 2012; Guadalfajara et al., 2014). Для небольших систем, состоящих из ограниченного числа зданий, использование комплексного метода может повысить точность моделирования. Тем не менее, предоставление данных и времени, необходимых для моделирования многих зданий в масштабах города, очень обширно. Примером сложного моделирования является работа Zhang et al. (2015, 2014), где был использован комплексный метод для моделирования профиля спроса 95 817 зданий в Вестминстере, Великобритания.

Упрощенные модели

Упрощенные методы адаптируются, когда адаптация комплексного метода относительно обширна для крупномасштабного сообщества.Эти методы упрощают физические характеристики зданий, чтобы предсказать профиль их спроса. Например, Kim et al. (2014) рассмотрели параметры, включая форму, ориентацию и тип занятости, при моделировании профиля конечных пользователей. Они использовали среднюю энергию, требуемую на квадратный метр жилой площади здания, исходя из месячной / годовой расчетной температуры наружного воздуха. Для учета формы и ориентации здания были введены новые наборы коэффициентов: (1) отношение наружной поверхности к объему здания (коэффициент формы) и (2) ориентация относительно юга. (фактор ориентации) (de Guadalfajara et al., 2012). Ван и Сюй (2006) использовали упрощенный физический метод для прогнозирования нагрузки профиля спроса, в который они также включили влияние тепловой массы на прогнозирование нагрузки с помощью генетического алгоритма. Результаты, полученные в результате моделирования, показывают хорошую корреляцию с фактическими данными для жилого дома, имеющего более низкую внутреннюю плотность поступления тепла. И наоборот, этот метод не подходит для больших зданий с более высокой внутренней плотностью поступления тепла.

Методы прогнозирования временных рядов

Методы прогнозирования временных рядов основаны на соотношениях аппроксимации математической кривой для прогнозирования профиля спроса пользователей.

Прогнозные модели

Были предложены различные прогностические модели для моделирования профиля спроса, включая классические подходы [например, модели ARMA временных рядов, регрессия (Lei and Hu, 2009; Yun and Steemers, 2011; Guadalfajara et al., 2014), фильтр Калмана] и методы искусственного интеллекта (AI) [то есть алгоритмы искусственной нейронной сети (ANN) (Hippert et al., 2001) и нечеткая нейронная сеть (FNN)] (Gross and Galiana, 1987).

ARMA Тип .Временные ряды ARMA предсказывают профиль конечного пользователя путем реализации линейной комбинации между предыдущим значением спроса вместе с предыдущими и текущими значениями шума (Гросс и Галиана, 1987):

, где Y _p ( t ) представляет день и нормальные погодные условия для расчетного дня, а Y ( t ) указывает эффект отклонения от нормального погодного режима.

С небольшими отличиями от общей формы могут быть разработаны различные типы моделей типа ARMA, например.g., Box-Jenkins (Tang et al., 1991), временные ряды (Amjady, 2001) и ARIMA (Lee and Ko, 2011).

Фильтр Калмана . Подобно другим методам прогнозирования, этот метод оценивает значение переменных для будущих временных шагов ( t + Δ t ) на основе значений переменных на текущем временном шаге ( t ). Чтобы сделать наилучшую оценку, фильтр Калмана определяет лучший набор переменных, который минимизирует функцию источника с использованием метода остаточной последовательности.На каждом этапе фильтр Калмана проверяет разницу между измерениями и выходными данными модели и выбирает набор переменных, чтобы минимизировать разницу. Поскольку отклонение от измерения может быть положительным или отрицательным, для системы могут быть приняты два разных набора остаточных последовательностей, такие как невязка для горячей стороны и невязка для холодной стороны профиля (Palsson, 1993).

Искусственный интеллект

Использование методов прогнозирования, таких как искусственный интеллект, — еще один подход к прогнозированию профилей спроса в здании.Наиболее распространенными методами искусственного интеллекта, используемыми в области прогнозирования нагрузки, являются ИНС, FNN и машина опорных векторов (SVM). ИНС широко использовалась в исследованиях для прогнозирования нагрузки, особенно при прогнозировании потребления электроэнергии в зданиях (Zhang et al., 1998). В большинстве случаев ИНС показывает более высокую производительность прогнозирования по сравнению с другими методами, основанными на моделировании. Эта более высокая точность метода ИНС обычно связана с его более высокой адаптируемостью, поскольку он учитывает социальные параметры при прогнозировании нагрузки из-за интеграции данных реального случая в систему обучения (Zhang et al., 1998; Hippert et al., 2001). Несмотря на высокую точность методов прогнозирования, их основными недостатками являются проблема чрезмерной подгонки, а также требования к данным для обучающих предложений. Предоставление точных, полных архивов данных для ИНС является одним из основных недостатков этого метода. В случаях, когда для обучения системы используется небольшой архив данных, использование методов SVM (Chen et al., 2004) показывает лучшую производительность. Однако за последние несколько лет с использованием SVM было проведено лишь небольшое количество исследований; следовательно, информация об использовании этой модели ограничена.

Ограничения текущих моделей

Основные ограничения методов, использованных при прогнозировании профиля спроса DHS, могут быть рассмотрены следующим образом:

• Возможность распространения одной модели на весь районный уровень: первое ограничение представленных методов связано с ограничением этих моделей при прогнозировании общего энергопотребления всего района. В частности, в случае более крупной районной системы, в которой неоднородность зданий повышена, эта проблема становится еще более серьезной.Например, HDD следует использовать только для прогнозирования небольших жилых домов, в то время как метод Бина больше подходит для больших зданий с гораздо более высокой плотностью внутреннего тепловыделения. В результате для прогнозирования общей энергетической нагрузки всей сети следует использовать метод архетипа с комбинацией этих методов.

• Тип прогноза: еще одним ограничением представленных работ является тип прогноза. Большинство представленных методов адаптированы для прогнозирования общего потребления энергии.Несмотря на то, что на стадии проектирования DHS проектируются на основе общего энергопотребления и максимального пикового спроса системы, подробный профиль сети дополнительно требуется для повышения эффективности системы и улучшения управления распределением энергии. В таблице 1 приведены различные методы прогнозирования, которые использовались для прогнозирования потребительской нагрузки DHS.

Таблица 1. Краткое изложение метода, использованного для прогнозирования нагрузки в DHS и типа строительных фондов .

Как показано в Таблице 1, большая часть выполненных работ была сосредоточена только на общем энергопотреблении сетей, а не на подробном профиле.

• Точность: точность прогноза является следующим ограничением предыдущих моделей. В случае прогнозирования нагрузки для районных систем можно определить два разных типа ошибок; первый тип — это ошибка, связанная со всей моделью района, а второй — с моделированием на уровне здания.Как показано в Таблице 2, ошибка моделирования в основном намного ниже на районном уровне по сравнению с уровнем здания 1, что в основном связано с поведением пользователей.

• Время вычислений: время вычислений моделирования запасов является одним из основных ограничений текущих моделей DHS.

Таблица 2. Сводка уровня точности предыдущих работ .

Сеть распределения энергии

Распределительная сеть DHS в основном спроектирована в соответствии с масштабом системы, географическими соображениями, типом пользователей и используемыми источниками генерации тепла.Помимо роли распределительной сети в связывании генерирующей стороны со стороной спроса в цикле и определении взаимодействия между различными компонентами системы, распределительная сеть также влияет на энергопотребление системы. В целом, общая энергия, необходимая для подачи в систему, равна:

, где Q — общее энергопотребление DHS, Q _i — это профиль спроса каждого пользователя, а Q _потери — тепловые потери системы.Поскольку большинство распределительных сетей работают в определенном температурном диапазоне, потери тепла из системы можно рассматривать как функцию размера сети, а не как функцию времени. В результате общая потребность системы в энергии равна сумме профилей различных пользователей в дополнение к потерям тепла на длину сети. Поскольку DHS является типом гидравлической системы, метод моделирования для проектирования распределительной системы может быть основан на гидравлическом или тепловом равновесии.

Гидравлическое равновесие

Распределительная система в DHS работает на основе передачи тепла через нагретую жидкость, и поэтому она должна быть спроектирована с учетом требований гидравлической системы, независимо от расхода и уровня энергии жидкости.

Массовый расходомер

Баланс массового расхода можно записать для каждой точки системы следующим образом (Ben Hassine and Eicker, 2013; Kuosa et al., 2014):

∑inQin − ∑outQout − ∑userQuser = 0 (7)

, где Q _в — массовый расход на входе в точку, Q _{на выходе} — массовый расход на выходе из точки, а Q _{пользователь} — массовый расход, требуемый коммунальным предприятием.В зависимости от типа системы, например, с открытым или закрытым контуром, Q _{пользователь} можно рассматривать как 0. Важно отметить, что система и сеть считаются герметичными без каких-либо потерь текучей среды. масса.

Энергетический баланс

В методах баланса массового расхода баланс энергии может быть записан между любыми двумя точками в системе, как показано ниже (Ancona et al., 2014):

, где Δ H _ij представляет собой потерю энергии между точками i и j; H _i и H _j — это, соответственно, энергосодержание жидкости в точках i и j.Рассматривая DHS как замкнутую систему и без какой-либо потери массы жидкости, потери энергии в системе могут быть записаны как корреляция с потерей давления в системе, представленной двумя разными способами:

ΔH = f.LD.ρ.ν22 Падение давления распределения (9)

ΔH = β.ρ.ν22 Концентрированное падение давления (10)

При потере давления при распределении потери на трение из-за эффекта вязкости, создаваемого поверхностью трубы, являются определяющим параметром. Гидравлический диаметр трубы, массовый расход системы и шероховатость поверхности трубы — это параметры, влияющие на потерю давления в системе распределения (

Как работает система центрального отопления | HVAC

How a Central Газовое отопление завод

Проще говоря, система центрального газового отопления создает цикл повышения температуры более прохладного воздуха.Вот простая версия:

1. При сжигании пропана или природного газа в горелке печи выделяется тепло.

2. Вырабатываемое тепло проходит через теплообменник, нагревая его.

3. Воздух из домашних воздуховодов обдувается теплообменником, нагревая воздух.

4. Воздуходувка печи нагнетает нагретый воздух в приточный воздуховод, распределяя его по всему дому.

Детали центральной газовой печи

Конечно, компоненты системы центрального отопления должны работать вместе, чтобы вам было комфортно.

Контроль температуры : Контроль температуры, который регулируется платой управления печи, включает переключатель зажигания и запускает процесс нагрева, когда термостат или система управления запрашивают тепло.

Тяговый вентилятор : Тяговый вентилятор втягивает воздух в блок горелки. Воздух также позволяет горелкам нагревать теплообменник, а затем удаляется за пределы дома.

Газовые горелки : Когда термостат или система управления запрашивают тепло, клапаны газовых горелок открываются для подачи газа и сжигания топлива.

Замок зажигания : Газ проходит над запальным устройством, образуя пламя. Это пламя проходит через горелки и используется для нагрева теплообменника.

Теплообменник : Деталь газовой печи, которая добавляет тепло воздуху в помещении. Газ воспламеняется внутри теплообменника, создавая тепло, которое используется для нагрева проходящего воздуха. Конструкция теплообменника может добавить энергоэффективности работы газовой печи.

Нагнетательный вентилятор : Использует возвратную вентиляцию для продувки воздуха над горячим теплообменником.Затем кондиционированный воздух разносится по всему дому через воздуховоды. Некоторые модели печей предлагают нагнетательный вентилятор, который может работать на нескольких скоростях для повышения эффективности

Дымоход : Дымоход или дымоход действует как выхлоп для газообразных побочных продуктов сгорания, используемых для выделения тепла.

Газовая печь Категории

Газовые печи бывают разных форм, чтобы они соответствовали вашему пространству. Однако их также можно разделить на одну из следующих категорий:

• Печи без конденсации — отвод выхлопных газов из дома, обычно через крышу.
• Конденсационные печи — использует второй теплообменник для нагрева воздуха от конденсированных выхлопных газов для достижения более высокого КПД.
• Модулирующая газовая печь — непрерывно регулирует количество сжигаемого топлива для поддержания заданной температуры вашего термостата. Этот регулирующий компонент может минимизировать колебания температуры в помещении.

% PDF-1.4
%
732 0 объект
>
endobj
xref
732 100
0000000016 00000 н.
0000002352 00000 п.
0000002708 00000 н.
0000003720 00000 н.
0000004176 00000 н.
0000004410 00000 н.
0000004571 00000 н.
0000004708 00000 п.
0000004845 00000 н.
0000004982 00000 н.
0000005126 00000 н.
0000005263 00000 п.
0000005400 00000 н.
0000005537 00000 н.
0000005674 00000 н.
0000005818 00000 н.
0000005955 00000 н.
0000006092 00000 н.
0000006229 00000 п.
0000006366 00000 н.
0000006503 00000 н.
0000006640 00000 н.
0000006776 00000 н.
0000006913 00000 н.
0000007050 00000 н.
0000007187 00000 н.
0000007324 00000 н.
0000007461 00000 н.
0000007598 00000 н.
0000007735 00000 н.
0000007871 00000 н.
0000008005 00000 н.
0000008402 00000 п.
0000008983 00000 п.
0000009213 00000 н.
0000009604 00000 п.
0000009820 00000 н.
0000010050 00000 п.
0000010497 00000 п.
0000010538 00000 п.
0000010568 00000 п.
0000010806 00000 п.
0000010828 00000 п.
0000011064 00000 п.
0000011558 00000 п.
0000012265 00000 п.
0000012287 00000 п.
0000013024 00000 п.
0000013046 00000 п.
0000013521 00000 п.
0000013543 00000 п.
0000013967 00000 п.
0000013989 00000 п.
0000014460 00000 п.
0000014482 00000 п.
0000014638 00000 п.
0000015069 00000 п.
0000015553 00000 п.
0000015575 00000 п.
0000016045 00000 п.
0000016067 00000 п.
0000027508 00000 н.
0000045565 00000 п.
0000084288 00000 п.
0000111325 00000 н.
0000114003 00000 н.
0000114082 00000 н.
0000114289 00000 н.
0000114731 00000 н.
0000124086 00000 н.
0000134102 00000 н.
0000134309 00000 н.
0000134905 00000 н.
0000134972 00000 н.
0000135037 00000 н.
0000135102 00000 п.
0000135168 00000 н.
0000135234 00000 н.
0000135300 00000 н.
0000135366 00000 н.
0000135432 00000 н.
0000135498 00000 н.
0000135564 00000 н.
0000135630 00000 н.
0000135696 00000 п.
0000135762 00000 н.
0000135828 00000 н.
0000135894 00000 н.
0000135960 00000 н.
0000136026 00000 н.
0000136092 00000 н.
0000136158 00000 п.
0000136223 00000 п.
0000136289 00000 н.
0000136355 00000 н.
0000136421 00000 н.
0000136487 00000 н.
0000136553 00000 н.
0000002849 00000 н.
0000003698 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

733 0 объект
> >>
/ LastModified (D: 20040817154100)
/ MarkInfo>
>>
endobj
734 0 объект
>
endobj
830 0 объект
>
ручей
Hb«f`Vd`g« = Ā

Вольт Громкоговорители | Радиальная техника

Преимущества использования радиальной технологии

На рабочих уровнях мощности Радиальные громкоговорители будут работать при вдвое меньшей температуре, чем обычные громкоговорители.Следовательно, когда все начинает нагреваться, мощность и четкость Volt Radials останутся неизменными и будут в два раза громче, чем у обычного динамика, который начал сеанс в то же время. Впоследствии необходимо будет использовать половину количества радиальных приводов по сравнению с обычными приводами, выполняющими ту же работу.

Радиальная технология

определяет надежность и производительность — эта действительно более холодная работа улучшает басы, поддерживая правильное соотношение между громкоговорителем и корпусом.Он поддерживает правильный выходной сигнал средней полосы при более высоких уровнях мощности, что сохраняет общий баланс системы.

Будь то соответствие требованиям студийной среды или удовлетворение потребности в качестве и мощности в концертных залах, на фестивалях или суперклубах, экономия места, оборудования, монтажа и ремонта делает радиалы Volt’s Radial разумным вложением средств.

Сборка радиального динамика Свяжитесь с нами и расскажите о требованиях к конструкции

Как работает радиальная технология?

Шасси динамика находится перед диффузором и крепится к центру магнитной системы через звуковую катушку.Шасси постоянно находится в прохладном воздухе и, таким образом, отбирает тепло от змеевика, в то время как движение конуса усиливает поток воздуха мимо опор шасси. Шасси выполняет роль массивного радиатора и отводит тепло за пределы шкафа.

Это шасси прикручено к центральному полюсу магнита, и благодаря функции радиатора магнитная система также остается холодной, что дополнительно защищает звуковую катушку от нежелательного тепла. Кроме того, Volt включает систему охлаждения передней пластины с несколькими ребрами, которая не только рассеивает тепло, но и позволяет воздуху течь за задними подвесками и через звуковую катушку.Комбинация этих функций, работающих поверх вентилируемого магнита, означает более холодную работу и улучшенную производительность и надежность.

В обычном агрегате горячий воздух закачивается через вентиляционное отверстие в магните в шкаф. Поскольку это единственная система охлаждения, звуковая катушка быстро нагревается, и вскоре станет очевидным снижение производительности.

Тепло и громкоговорители

Громкоговорители

Cone очень неэффективны: даже самые лучшие преобразователи преобразуют только около 5% подаваемой электрической энергии в звук, остальная часть преобразуется в тепло в звуковой катушке.Провод, используемый в звуковых катушках, имеет то же свойство, что и провод сопротивления, используемый в бытовых приборах, таких как электрические нагреватели, тостеры и т. Д. По мере того, как провод становится более горячим, его сопротивление увеличивается. В приборах этого типа увеличение сопротивления с температурой предназначено для ограничения мощности до безопасного рабочего уровня. Однако эта функция ограничения мощности нежелательна в громкоговорителях, поскольку выходная мощность не должна ограничиваться температурой звуковой катушки. К сожалению, это недостаток всех динамиков с подвижной катушкой.

Как работает сопротивление звуковой катушки

Рассмотрим два одинаковых динамика, один на 8 Ом, а другой на 16 Ом, подключенные к идентичным усилителям с одинаковым входом и громкостью при одинаковых настройках. Динамик на 16 Ом потребляет половину мощности динамика на 8 Ом, потому что его звуковая катушка имеет в два раза большее сопротивление. Он будет производить половину выходной мощности, и шумомер покажет, что она на 3 дБ меньше. Другими словами, более высокое сопротивление звуковой катушки означает меньшую потребляемую мощность и, следовательно, меньшую акустическую мощность.С течением времени клеи для громкоговорителей совершенствовались, и современная звуковая катушка разработана таким образом, чтобы выдерживать чрезвычайно высокие температуры, достигающие 300 ° C при сильном движении. При температуре всего 230 ° C сопротивление звуковой катушки фактически удвоилось. В любом используемом громкоговорителе с номинальной мощностью можно легко достичь 230 ° C. Посчитав несложную математику, вы быстро поймете, что повышение температуры может привести к тому, что ваш динамик на 8 Ом будет вести себя как динамик на 16 Ом, что приведет к тому, что он будет потреблять половину мощности, которая была в холодном состоянии.Результат известен как сжатие мощности. В приведенном выше примере описывается сжатие мощности на 3 дБ.

Сжатие мощности

Сжатие мощности

— это маленькая проблема, которая может нарушить ваши самые лучшие планы и дать вам повод отказаться от технических характеристик производителя. Многие производители предпочитают игнорировать сжатие мощности, некоторые активно избегают его уточнения или даже упоминания. Сжатие мощности приведет к падению громкости, и если у вас есть достаточный запас по напряжению в вашей системе усилителя, у вас может возникнуть соблазн увеличить ваши усилители, хотя сначала это может дать вам небольшое увеличение громкости, но в конечном итоге это просто вызовет больше тепла. и даже большее сжатие мощности, что в конечном итоге приводит к дорогостоящему отказу драйвера.Помимо потери уровня выходного сигнала, компрессия мощности также оказывает заметное негативное влияние на качество звука, распространенными симптомами являются подавление выхода средних частот и смещенная настройка корпуса низких частот, что приводит к гулким басам и приглушенным средним частотам.

Радиальная техника

Volt проявили новаторский подход; активно борется со сжатием мощности. Результатом стала радиальная технология — запатентованная концепция охлаждения, основанная на уникальной конструкции шасси.

Radial Technology определяет надежность и производительность — будь то для соответствия требованиям студийной среды или поддержания качества и мощности в приложениях PA, экономия на оборудовании, установке и ремонте делает Volt’s Radials разумным вложением средств.

Где это используется?

Radial Technology работает! Неслучайно эту систему охлаждения можно найти в акустических системах, используемых во многих самых престижных местах планеты; Студии Abbey Road и Мейда Вейл из BBC дома в Великобритании и лауреат премии Оскар композитор Ханс Циммер в США. Радиальная технология используется в более крупных моделях как в нашей студии, так и в линейке Pro PA, где управление мощностью является приоритетом — просмотрите наш ассортимент, чтобы поближе познакомиться. Компания Volt Loudspeakers также имеет опыт создания индивидуальных приводов с использованием радиальной технологии для OEM-клиентов, у которых есть особые требования к конструкции.Мы поставляем PMC, например, наше запатентованное радиальное шасси как часть 12-дюймовых и 15-дюймовых низкочастотных устройств PMC, которые используются как в самых жестких и критических профессиональных средах, так и в самых уважаемых в мире аудиофильских конструкциях. Свяжитесь с нами, если компания Volt может вам помочь.

Что думают эксперты

«Я должен сделать вывод, что эта концепция работает очень хорошо и действительно дает заявленные преимущества».

Кен Диббл

Speakercheck 2000 в июльском / августовском выпуске журнала Sound and Communications

«Новая рама излучает почти в два раза больше тепла в окружающий воздух, что делает ее более надежной в установках с высокой мощностью.Улучшенная теплопроводность между звуковой катушкой и магнитной структурой также снижает сжатие мощности для долговременных сигналов с временем возбуждения более 3 секунд ».

Д-р Г. Белер

в документе, представленном на съезде Общества аудиотехники 1998 г. в Амстердаме

Удаление воздуха из систем центрального отопления и радиаторов

Если кровотечение не решает проблему, попробуйте следующее …

Как воздух попадает в водяную систему центрального отопления

Когда в систему центрального отопления добавляется новая вода, в систему также поступает определенное количество воздуха.Действие крыльчатки
насоса также будет «создавать» определенное количество воздуха. Поскольку воздух поднимается в воде, он собирается в верхних точках системы,
это особенно заметно в радиаторах и в циркуляционных трубопроводах высокого уровня.

Как узнать, есть ли воздух в системе.

Чаще всего воздух остается в радиаторах. Это довольно легко обнаружить, поскольку воздух снижает количество тепла.
излучал. При включенном центральном отоплении нащупайте верхнюю, а затем нижнюю часть радиатора — если верх заметно холоднее
чем внизу, велика вероятность того, что в радиаторе есть воздух.

В очень тяжелых случаях весь радиатор может быть заполнен воздухом, поэтому разница в температуре не будет заметна —
если весь радиатор «холодный» при включении центрального отопления, попробуйте удалить воздух из радиатора, чтобы убедиться, что проблема
это не просто воздух в системе.

Как удалить воздух из радиатора.

НЕ удаляйте воздух из радиаторов при включенном насосе центрального отопления — если вы это сделаете, всегда есть риск, что воздух может
быть втянутым в систему, усугубляя ваши проблемы.

Обратите внимание, что удаление воздуха из закрытой системы снизит давление, которое необходимо будет отрегулировать впоследствии — обычно это
выполняется путем включения подачи холодной воды в систему, как указано в шаге 6 ниже. Подтвердите перед началом кровотечения
что вы знаете, как повторно создать давление в системе — в случае сомнений проконсультируйтесь с инженером-теплотехником.

1. Когда в радиаторе будет теплая вода, выключите систему центрального отопления.
2. Установите спускной ключ на спускной клапан (обычно он находится вверху на одном конце радиатора — на некоторых конструкциях радиаторов,
   может быть сзади).
3. Неплотно оберните ключ куском старой ткани, чтобы собрать вытекшую воду.
4. Откройте выпускной клапан, повернув спускной клапан на 1/2 оборота против часовой стрелки — обычно будет слышно шипение удаляемого воздуха.
5. Когда вода начнет вытекать из клапана, закройте клапан, повернув ключ на 1/2 оборота по часовой стрелке. НЕ ПРЕВЫШАЙТЕ ЗАТЯЖКИ.
6. Если система центрального отопления является герметичной системой, проверьте давление и, при необходимости, увеличьте давление по мере необходимости (часто
   1 бар, но проверьте инструкции).

Как удалить воздух из циркуляционной системы.

1. Когда в радиаторе будет теплая вода, выключите систему центрального отопления.
2. Выпускной клапан часто имеет выпуск с накаткой, поэтому специальный ключ не требуется.
3. Неплотно оберните клапан куском старой ткани, чтобы собрать вытекшую воду.
4. Откройте выпускной клапан — обычно слышно шипение удаляемого воздуха.
5. Когда вода начнет вытекать из клапана, закройте клапан, повернув его по часовой стрелке.НЕ ПРЕВЫШАЙТЕ ЗАТЯЖКИ.
6. Если система центрального отопления является герметичной системой, проверьте давление и, при необходимости, добавьте необходимое давление.
   (часто 1 бар, но проверьте инструкции).

И если это не решит проблему ………….

Иногда удаление воздуха из радиатора не решает проблему отсутствия нагрева, если это происходит и радиатор никогда не работал с момента его установки или последнего снятия / переустановки, то:

• Убедитесь, что запорный клапан не слишком сильно закрыт — взгляните на эту страницу.
• Убедитесь, что если установлен термостатический клапан, он находится на входе в радиатор, а не на выходе — эти
  Типы клапанов часто нуждаются в потоке циркулирующей воды, чтобы поднять клапан с седла.

Если радиатор не нагревается, но когда-то с момента проведения каких-либо работ он работал нормально:

• В трубопроводе могла образоваться воздушная пробка.
• Вход или выход радиатора могли быть заблокированы. Попробуйте открыть и регулятор, и экран.
  клапаны (подсчитайте количество оборотов защитного клапана, чтобы его можно было сбросить).

Если ничего не помогает, необходимо снять радиатор и проверить отдельные компоненты на наличие
засор.

Радиальные международные дилеры — Радиал Инжиниринг

.