|
| |
|
Главная -> Экология
Измерения и верификация сбережений. Переработка и вывоз строительного мусораВолов Г.Я. к.т.н., ОДО «Энерговент» (Республика Беларусь, Минск) Введение Программа для имитационного моделирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиКВ) должна основываться на базовых человеческих знаниях о природе. Она должна быть симбиозом философских воззрений, физических законов, математических методов, технических устройств и схем, а также их программной реализации. В основе наших философских воззрений на окружающую природу лежит объектно-ориентированный подход. Этот факт не является чем-то необычным, скорее, могло явиться необычным, именно, использование некого другого подхода. Трудности возникают лишь чисто терминологического плана. Физические законы, используемые в системах ОВиКВ, это, прежде всего, законы теплотехники и механики жидкости и газов - но и не только. Нельзя обойтись без знания законов электричества. Очень важно подчеркнуть, что, обычно, физические формулы, используемые при моделировании, чрезвычайно просты. Их понимание является необходимым для инженера, создающего имитационные модели. Любая имитационная модель на компьютере – это система уравнений, которая решается на каждом шаге программы. Наибольшая трудность как раз и состоит в том, чтобы получить устойчивое решение на каждом шаге счета. Специалист по ОВиКВ вряд ли сможет самостоятельно выбирать в процессе создания модели метод решения системы уравнений Обязательными требованиями к программам имитационного моделирования является простота моделей и интуитивно понятный интерфейс. На наш взгляд, наиболее понятным может быть метод создания модели подобный монтажу реальных объектов. Это монтаж из готовых блоков (модулей). Чем крупнее блоки, тем быстрее и качественнее можно провести монтаж. Причем роль каждого блока в системе должна быть понятна и однозначна. Поэтому, перед началом создания такой программы, разработчик (постановщик задачи, программист) должен ответить на ряд вопросов: как представить реальность, в том числе и систем ОВиКВ, в категориях объектно-ориентированного проектирования, определить степень универсальности программы в связи с применением различных физических законов, какой должен математический аппарат решателя, чтобы пользователь программы не испытывал трудностей, а, в случае появления расходящихся решений, знал как этого избежать, возможность создания и корректировки систем, как сделать, чтобы интерфейс программы соответствовал уровню и навыкам специалиста по ОВиКВ. Создатели рассматриваемой программы для имитационного моделирования МОДЭН, на наш взгляд, нашли ответы на поставленные вопросы. Терминология Объектно-ориентированный метод программирования известен уже давно. Программы, использующие этот подход, достигли больших успехов. Возможно, поэтому он стал находить все большую популярность и в технике. Но, на наш взгляд, терминология программирования не отражает терминологию, исторически используемую в технических приложениях. Поэтому разработчики программы МОДЭН предлагают свою терминологию объектно-ориентрованного подхода для технических приложений. Объясним терминологию программы на конкретном примере теплообменника для нагрева воздуха в кондиционере (рис. 1). В теплообменник входит и выходит греющая вода (температуры Tw1 и Tw2), также входит и выходит нагреваемый воздух (температуры Ta1 и Ta2). О таком теплообменнике мы говорим, что он имеет четыре порта (порт1 - Tw1, порт 2- Tw2, порт 3 - Ta1, порт 4 - Ta2). Рассмотрим подробно порт 3 (вход холодного воздуха с температурой Ta1). Воздух имеет определенные параметры: температуру, расход, давление, энтальпию, влагосодержание и т.д. Каждый из этих параметров мы называем каналом (аналогия с системами автоматического регулирования). Рис. 1. Схема теплообменника для нагрева воздуха Каждый теплоноситель характеризуется своим набором каналов (параметров). Если нас не интересует, или мы не знаем внутреннее устройство теплообменника, то такой теплообменник называется объектом, т.е. конечным элементом системы. Объекты можно соединять между собой связями через порты. Несколько соединенных объектов образуют структуру. Структура – условное понятие. Реально существуют лишь объекты. Но, понятие структура позволяет нам рассматривать группы объектов по определенным признакам. Такие отдельные объекты, как вентилятор, воздушный фильтр, теплообменники для охлаждения и нагрева воздуха, заслонка объединяют в структуру «кондиционер». В дальнейшем, при создании новых кондиционеров, мы используем такую структуру. Понятно, что в состав структур могут входить и иные структуры, также можно представить структуру и без объектов. Понятие структуры становится очень удобным при создании больших объектов. Со структурами можно проводить те же операции, как и самими объектами (копирование, удаление, сохранение и др.). Причем все эти операции сразу проводятся над всеми объектами, входящими в нее. Структуры не имеют собственных портов, они имеют только те порты, которые имеют входящие в нее объекты. Кроме того, что теплообменник имеет каналы в портах, он имеет и ряд собственных характеристик, которые портам не принадлежат. Характеристики бывают двух типов. Текстовые характеристики – наименование объекта (структуры), марка и т.д. Числовые характеристики - площадь, стоимость и т.д. Каждая характеристика является еще и каналом. При этом обязательно уточняем, что это канал – характеристика. В конкретном проекте разработчик связывает между собой порты. Связать, понятно, можно только порты с одинаковыми каналами. При связывании портов происходит автоматическое связывание каналов. При этом, из двух портов один порт (в котором расположен курсор), мы называем текущим, другой смежным. Каждый элемент (структура, объект, порт, канал) конкретного проекта был создан из соответствующего типового элемента (структуры, объекта, порта, канала). После создания проекта все эти элементы существуют независимо от их типовых прототипов. Часто, уже после создания проекта, типовой элемент подвергается изменению. В программе МОДЭН существует команда, которая позволяет откорректировать весь проект, приведя его в соответствие типовым аналогам. При запуске созданного проекта на счет в каналах появляются конкретные значения. Причем, в каждый момент времени (шаг счета) только одно значение. Это значение может формироваться либо в самом текущем канале, либо поступать в него из смежного. В первом случае говорят, что канал является активным, а во втором, что пассивным. Значение активного канала задается константным значением, формулой или сложной программой. Пример. Формула для определения значения в канале температуры. Формула для определения температуры в момент времени может иметь следующий вид Tst=SQ/(Cp*V)+Tst-1, (1) где SQ - количество поступившей теплоты за момент времени от t до t-1, Cp - теплоемкость, V – воздушный объем помещения, Tst-1 - значение текущего канала в момент времени t-1. Для того, чтобы значение канала считалось, необходимо передать в формулу (1) значения переменных в правой части формулы (связать переменные). Для связывания переменных программа позволяет организовывать информационные связи (необходимо отличать от связей между портами). Информационные связи могут быть между переменными в формуле и: значениями любого канала за любой момент времени (настоящем или прошлым), константой из баз данных программы. Значение Сi (i-го канала), рассчитанное по формуле или постоянное, умножается на три коэффициента Ci=Cimax*Ki*Kd*Ky, (2) где Cimax- максимальное или рассчитанное по формуле, значение канала, Ki – коэффициент использования, Kd – коэффициент часовой неравномерности, Ky – коэффициент годовой неравномерности. Для коэффициентов Kd и Ky создаются в программе специальные шаблоны. Понятно, что с точки зрения математики, моделируемая система представляет собой систему алгебро-дифференциальных уравнений, решаемую относительно значений каналов. Причем число уравнений равно числу каналов. При численном решении эта система переходит в систему алгебраических уравнений. Решение системы уравнений в программе осуществляется естественным путем – методом Зейделя. Итерация происходит как за счет динамики самой модели, так и внутри одного шага счета. Метод Зейделя часто приводит к расходимости при решении. Эта расходимость (как, собственно, и на реальном объекте) ликвидируется путем включения в работу элементов автоматики, обязательном учете инерции системы и уменьшением шагов счета. В таблице 1 показано соответствие основных терминов программы МОДЭН и программы SPARK. Таблица 1. МОДЭН SPARK 1. Типовые элементы Канал Problem Variables Порт *) Объект Macro Class Структура Macro Class 2. Шаблоны ASHRAE Toolkit 3. Элементы проекта Связи Link Канал Atomic Class Порт Port Объект Object Структура *) Проект Problem 4. Базы данных программы Математические и физические константы **) База материалов и конструкций **) Шаблоны формул Global Class Размерности SPARK Unit Шаблоны коэффициентов неравномерности **) Комментарии к таблице 1. *) Отсутствие термина в программе SPARK не говорит о том, что его нет в программе. **) Автору неизвестны библиотеки SPARK. Интерфейс программы МОДЭН При разработке пользовательского интерфейса авторы исходили из следующих принципов: *интерфейс программы должен быть естественно понятен специалистам по энерго-, тепло- и воздухоснабжению, *работа при построении модели должна быть аналогична работе при построении реального объекта. Причем понятно, что такая работа должна использовать наиболее передовые современные технологии монтажа. К таким передовым технологиям мы относим максимально возможное блокирование используемых элементов. При этом мы допускаем, что некоторые функции блоков могут быть в проекте не задействованы. Наибольшую трудность, как известно, представляет составление математических моделей объектов. Здесь программа представляет довольно простой и понятный подход. Формула, для определения значения канала должна быть записана в том естественном виде, в котором она представляется в статьях. Например, формула для тепловых поступлений через ограждающие конструкции Q=(UA)*(Tout-Tin), (3) где UA – произведение коэффициента теплопередачи на площадь ограждающей конструкции, W/°C, Tout – температура наружного воздуха, °С, Tin – температура внутреннего воздуха, °С. Пусть Tout= -10°C. Тогда формула примет вид Q=(UA)*(-10-Tin). (4) Именно в таком виде пользователь и записывает формулу в специальную таблицу программы (см. рисунок 2). Остается лишь указать, с какими каналами связаны (откуда берут свои значения) две переменные формулы (3) – UA и Tin. На рисунке 2 указано, с какими каналами переменные надо связать. Программа автоматически указывает пользователю все каналы с формулами, где есть не связанные переменные. Связать переменные можно не только с любыми каналами проекта, но и с библиотеками (базами данных) программы. Рис. 2. Связывание переменных в программе МОДЭН Примеры моделирования Рассмотрим два примера, которые, по мнению автора, должны показать возможности программы МОДЭН. Пример 1. Моделирование работы отопительного прибора в помещении. Простой пример работы отопительного прибора в помещении должен показать возможности программы МОДЭН. На рисунке 3 приведена схема радиатора, установленного в помещении. В помещении отсутствует вентиляция, а имеется только теплообмен с окружающей средой. В таблице 2 приведены основные параметры системы. Все формулы, которые работают в модели, приведены в таблице формул на рисунке 2. Было проведено четыре расчета: расчет 1, V=1 м^3 , шаг счета 15 секунд, расчет 2, V=20 м^3, шаг счета 15 секунд, расчет 3, V=1 м^3 , шаг счета 16 секунд, расчет 4, V=20 м^3, шаг счета 16 секунд. Здесь в каждом расчете строился график изменения температуры внутреннего воздуха во времени. Для расчета 1 (кривая 1 на рисунке 4) видно, что решение системы уравнений расходится, в то время, как расчета 2 (кривая 2 там же)сходится. Расхождение между расчетами 1 и 2, связано только со значением объема помещения. Чем больше объем (аккумулирующая способность) помещения, тем устойчивее решение. В расчетах 3 и 4 мы решили изменить шаг счета, уменьшив его всего на 1 секунду. Однако такое изменение привело к тому, что решение получилось устойчивым даже для помещения с меньшим объемом (см. рисунок 5). Таблица 2. Параметр Обозначение Значение Размерность Значение U*A для стены (U*A)w 100 W/°C Значение U*A для радиатора (U*A)h 25 W/°C Температура воды на входе в радиатор T12 60 °C Расход воды на входе в радиатор G1 0,0278 kg/s Температура наружного воздуха Tout -10 °C Рис. 3. Схема системы отопления помещения (к примеру 1) Рис. 4. Изменение температуры внутреннего воздуха при шаге счета 15 секунд (окно программы МОДЭН). 1- расчет 1 (V=1 м^3), 2- расчет 2 (V= 20 м^3). Рис. 5. Изменение температуры внутреннего воздуха при шаге счета 16 секунд (окно программы МОДЭН). 1- расчет 3 (V=1 м^3), 2- расчет 4 (V= 20 м^3). Пример 2. Моделирование кондиционируемого помещения. Пример взят из руководства пользователя программой SPARK [1]. По условиям задачи требуется поддержать требуемую температуру в помещении путем изменения количества подаваемого приточного воздуха. Начальные и граничные условия задачи приведены в таблице 2. На рисунке 6 приведено условие задачи в графической форме (окно взято из программы МОДЭН). Как видно из таблицы 2 мы практически полностью повторили условия задачи решенной SPARK. Исключение составляет лишь объем помещения и шаг счета. Таблица 3. Параметр SPARK MODEN Размерность Наименование Обозначение Произведение коэффициента теплоотдачи на площадь (для пола) h*Afloor 60 60 W/°C Произведение коэффициента теплопередачи на площадь (для стены) U*Awall 30 30 W/°C Температура наружного воздуха Tosa 38 38 °C Объем помещения V - 800 m^3 Произведение массы плиты пола на теплоемкость M*Cpfloor 1E+6 1E+6 J/°C Шаг счета dt 360 60 s Начальные условия при t>0 сек: Температура воздуха в помещении Ta 30 30 °C Произведение теплоемкости приточного воздуха на расход Cp*L 50 50 W/°C Температура приточного воздуха Tin 13 13 °C Начальные условия при t=71964 сек: Температура приточного воздуха Tin 17 17 °C Составление моделей, аналогичных примеру, осуществляется в программе МОДЭН из готовых элементов (шаблонов) или на базе типовых элементов. Для данного примера использован имеющийся шаблон. Поскольку шаблон включал в себя и другие объекты (отопление, освещение, окна и пр.), их пришлось удалить. Этот же шаблон включал в себя и такой объект, как воздушный объем помещения, без которого решение не получается устойчивым. Его мы вынуждены были оставить, а значение объема помещения принять условно. В программе SPARK объем воздуха в помещении не потребовался, что вызывает у нас сомнение. Время составления примера из готовых элементов заняло у нас не более 2-х часов. Как уже было показано в примере 1, именно значение объема воздуха помещения влияет на устойчивость решения. Чем ниже отношение L/V, тем с большим шагом можно вести расчет. В нашей задаче значение L/V равно L/V= (Cp*L)*3600/(Cp*V)=50*3600/(1050*800)=0,214 (1/час). (5) Даже такое низкое значение L/V не позволило нам повысить шаг более чем 60 секунд. В программе SPARK удалось провести расчет с шагом 360 секунд, что делает ей честь. Отдельно скажем несколько слов об автоматике. В SPARK применен для изменения количества приточного воздуха ПИ-регулятор. Нам не удалось добиться хорошего качества регулирования с ПИ-регулятором и мы были вынуждены применить полный ПИД-регулятор. На рисунках 7 и 8 приведено сравнение результатов расчета проведенного программами SPARK и МОДЭН. Как видно из сравнения результатов - достаточно хорошее согласование имеется при расчетах температур воздуха помещения и плиты пола. Соответствие же расходов приточного воздуха может носить только качественный характер. Как показано в руководстве [1] система уравнений, описывающая процесс в помещении, состоит всего из пяти уравнений. Программа МОДЭН позволяет решать задачи со значительно большим числом уравнений. Рис.6. Экран программы МОДЭН с принципиальной схемой, таблицей формул и окном «Дерево объектов» (окно программы МОДЭН к примеру 2). Рис. 7. Сравнение результатов расчета температур внутреннего воздуха и плиты пола в программах МОДЭН и SPARK (к примеру 2). Рис. 8. Сравнение результатов расчета Cp*L в программах МОДЭН и SPARK (к примеру 2). Пример 3. Кондиционирование воздуха 4-х этажного развлекательного центра. Этот пример реального сооружения приведен для того, чтобы показать, что программа позволяет моделировать не только простые, но и достаточно сложные системы. Система вентиляции развлекательного центра предусматривается с приточно-вытяжными блоками для каждого этажа. На рисунке 9 приведена схема вентиляции одного этажа этого здания. На каждом этаже расположено по два больших зала, в которых необходимо предусматривать требуемые параметры воздуха. Для поддержания этих параметров на входе в эти залы расположены доводчики (фэн-койлы). Каждый доводчик оснащен воздухонагревателем и воздухоохладителем. Рециркуляция в помещениях не предусмотрена. Расход воздуха зависит только от количества посетителей. На том же рисунке 9 приведены доводчики и принципиально показана система автоматизации. Моделирование системы вентиляции предусмотрено в полном объеме за исключением гидравлических (аэродинамических) расчетов трубопроводов (воздуховодов). Весь расчет протекает, как связная задача. Общее количество каналов равно 4845. Число каналов, участвующих в расчете ~3000. Это равносильно тому, что на каждом шаге счета (итерации) решается система из ~3000 уравнений. Шаг счета составляет 60 секунд. Увеличение шага приводит к появлению возмущений. При моделировании рассматриваются следующие основные объекты и структуры: многослойная наружная стенка с учетом процессов тепло- и влагоперенос в ней, воздушный объем помещения с учетом тепло- и влагопоступления от людей, солнечной радиации, технологического оборудования, освещения, ограждающих и системы отопления (водяное радиаторное), вентиляции и воздухораспределения, автоматизированная холодильная станция с гидравлическим разделителем (две холодильных машины), автоматизированные приточно-вытяжные блоки с рекуператором и воздухонагревателем (четыре блока), автоматизированные фэн-койлы (восемь аппаратов) с воздухонагревателем и воздухоохладителем. На рисунках 10 и 11 приведены тепловые нагрузки и температуры от момента старта (начала расчета). Хорошо видно, что при старте возникают пикообразные возмущения некоторых параметров. Это связано с тем, что начальные условия не по всем параметрам системы хорошо подобраны. Однако достаточно быстро система вступает в обычный регулярный режим. Рис.9. Схема системы кондиционирования воздуха в теплый период (окно программы МОДЭН к примеру 3). Ch – холодильный агрегат, S11 (S12) – фэн-койл, W1-захоложенная вода, S1 - приточно – вытяжной блок, W2-отепленная вода, P – П-регулятор. PID - ПИД-регулятор, S2…S4 – ответвления к системам S2…S4, Рис. 10. Тепловые нагрузки (к примеру 3). -Qw – теплопоступления через наружные ограждения, -Qt – теплопоступления от технологического оборудования, -Qp – теплопоступления от людей, -Ql – теплопоступления от освещения, -Oh – теплопоступления от системы отопления. Рис. 11. Графики температур (к примеру 3). -Tin – температура внутреннего воздуха, -Tout – температура наружного воздуха, -Tw1 – температура холодной воды на фэн-койлы Рис. 12. Распределение температуры в стене (к примеру 3). Слои: 1 – внутренний воздух помещения, 2 – внутренняя штукатурка, 3 – кирпич, 4 – наружная штукатурка, 5 –наружный воздух. Проведение компьютерного эксперимента Программы имитационного моделирования предназначены, по своей сути, для поверочных расчетов систем. Подбор оборудования такие программы не производят. Однако возможно проведение компьютерных экспериментов, что, к конечном счете, позволяет подобрать необходимое оборудование. Для проведения компьютерного эксперимента необходимо выбрать зависимые (Yi) и независимые (Xi) параметры (каналы). Проведем для примера 3 компьютерный эксперимент. В качестве независимого параметра выберем значение U*A доводчика, а в качестве независимого – температуру внутреннего воздуха в помещении X1=U*A, Y1=Ta. Зададим шаг варьирования (200), начальное и конечное значение независимой переменной (200 и 1000). Запустим систему на счет. По результатам счета будет построен график зависимости (см. рис. 11) Ta=f(U*A). Благодаря этому графику можно определить значение U*A доводчика по известному значению температуры в помещении (Ta), а также значение температуры в помещении по значению U*A. Рис. 13. Результаты проведения компьютерного эксперимента ( к примеру 3). Заключение 1. Предлагается еще одна программа для имитационного моделирования энергетических систем – МОДЭН. Программа построена с применением технологий объектно-ориентированного проектирования, поэтому имеет много общего с известной программой SPARK. В статье приведено сравнение программы МОДЭН с программой SPARK. Причем сравнение проведено не только в части структур программ, но и результатов расчета тестового примера. 2. Используя в качестве метода решения систем нелинейных алгебраических уравнений метод Зейделя, в программе, для улучшения сходимости, предлагается, как снижать шаг моделирования, так и строить физическую модель с учетом аккумулирующих свойств реального объекта. 3. Программа МОДЭН предназначена, в основном, для поверочных расчетов энергетических систем. Для возможности выбора оборудования (конструктивный расчет) предлагается проведение специальных компьютерных экспериментов. 4. Обладая большой универсальности и естественным интерфейсом (понятным инженерам) программа позволяет моделировать комплексно (или раздельно) энергетические процессы и системы реальных зданий. Литература 1. SPARK 1.0.1. Reference Manual. Примечания При разработке программы МОДЭН мы использовали, как терминологию, которая применяется в энергетике, так и заимствованную из программирования, автоматизации и объектно-ориентированного проектирования. Мы понимаем, что пользователя нашей программы может, во-первых, отпугнуть непривычность терминологии, а уже, во-вторых, излагаемый материал. Поэтому заранее приносим Вам свои извинения. Но знать терминологию предмета, это уже процентов на 50% знать и сам предмет. Поверите или проверните? Начнем с главного понятия программы – объекта. Объект – элемент низшего уровня энергетической системы, который может быть, как потребителем, так и источником энергии. Если мы говорим, что «теплообменник» является объектом, то мы, тем самым, понимаем, что нас не интересует устройство самого калорифера, т.е. из каких он состоит элементов. Если мы решим глубже вникнуть в объект «калорифер», то будем рассматривать уже такие объекты, как трубное и межтрубное пространство, называя их объектами. В этом случае сам «теплообменник» становится структурой. Рис. 1. Структура проекта программы МОДЭН S – структуры, O – объекты, P – порты, TS(O,P,C) – типовые структуры (объекты, порты, каналы), A – признаки, X – каналы (характеристики). Структура – это элемент энергетической системы, состоящий из объектов и существующий по своим определенным законам и имеющим свое материальное воплощение. Очень часто в состав структур входят другие структуры. Важно повторить, что структуры, существующие по своим определенным правилам, часто независимы от остальной системы. Особую важность представляет распознавание структур, а в последующем, улучшение слабых и продвижение новых, более эффективных структур. Между объектами существуют энергетические связи. Такие связи представляют собой конкретный тип энергетических потоков. Понятно, что связь (поток) определенного типа нельзя ввести в произвольно взятый объект. Так, теплообменник «вода-вода» не воспримет сжатый воздух. Чтобы в модели указать какого вида потоки может воспринять объект, вводится понятие порта. Порт – элемент в оболочке объекта, через который в него, из внешней среды, проникает поток. Каждый порт рассчитан на пропуск потока только одного типа (вида). Порты в объекте маркируются. Так объект «теплообменник вода-вода» имеет 5 портов. Порты 1 и 2 для пропуска греющего теплоносителя – вода и порты 3 и 4 для пропуска нагреваемого теплоносителя – вода и порт 5 – теплообмен с окружающей средой. Для некоторого упрощения все свойства потоков, которые объединяют порты разных объектов, мы переносим на порты. Это позволяет нам не рассматривать потоки, как самостоятельные элементы модели. Возможно, в будущем, мы откажемся от такого представления. Каждый поток характеризуется рядом параметров, которые в программе называются каналами. Канал – наименьший элемент, который участвует в построении модели. Если взять такой поток, как вода, то он может характеризоваться следующими параметрами: температурой, расходом, давлением, теплоемкостью и т.д. Если при моделировании мы используем какой-либо поток, то это еще не значит, что мы должны работать со всеми его каналами. Все зависит от тех задач, которые мы готовы поставить перед моделью. Избыточность определяющих каналов приводит к усложнению модели и трудностям ее разработки. Структура, объект, порт, канал – все это элементы системы. В программе существует понятие типовых элементов. Типовые элементы - такие элементы, из которых будут строиться все элементы модели. В программе существуют следующие типовые элементы: каналы, потоки (порты), объекты и структуры. Почему это так? Не достаточно ли иметь только типовые каналы? На этот вопрос можно ответить так: «Чем выше уровень типизации (от канала к структуре), тем проще вести моделирование реальных объектов». Можно сказать, что оптимально, чтобы в базе была такая типовая структура, как предприятие, которое мы намерены сейчас моделировать. Каждый элемент внутри модели имеет себе аналогом типовой элемент. Для того чтобы внести изменение в какой-либо элемент, необходимо изменить соответствующий ему типовой элемент. Но в работе с большими типовыми структурами или объектами есть одна сложность – все объекты «пустые». Что значит «пустые объекты»? Опять представим себе калорифер. Вспомним, что у него есть четыре порта, а значит и соответствующие им каналы. Но что определяет зависимость между каналами (параметрами)? Только физические правила (формулы) внутри объектов. Так вот, внутри типовых объектов формул нет. Эти формулы хранятся только в шаблонах объектов и структур. Шаблоны - это модели мини (а часто и не только) энергетических систем. Шаблоны построены на базе типовых элементов, но имеют в своем составе правила (формулы), которые описывают связи между каналами. Шаблоны применять удобнее, чем типовые элементы. Типовые элементы необходимо дополнительно «начинять» правилами (формулами). Правила (формулы) - это зависимости внутри объектов, которые принадлежат каналам и позволяют рассчитывать значения каналов. Правила бывают простыми, и выражаются одной формулой, например, уравнение теплопереноса через ограждение Q=S(kF)огр*(Тв-Тн), так и довольно сложные, использующие логические выражения, численное дифференцирование и интегрирование. В правилах (формулах) практически всегда ссылаются на значения в других каналах (своего или чужого объектов). Эти ссылки называются информационными (каналами). Информационные каналы – каналы, которые не принадлежат потокам, по которым передается энергия или, какой-либо, материальный субстат. Такие каналы используются только для связи параметров в формулах. Этим каналам не нужны порты. Их можно создавать для объектов в произвольном количестве. Им не надо придавать в соответствие типовые каналы. Надо лишь установить связь между параметром в формуле и необходимым каналом энергетического потока, либо каналом характеристики объекта (структуры). Характеристика объекта (структуры). Характеристика – специальный канал, который существует в объекте (структуре), в котором содержатся определенные атрибуты (параметры, свойства) объекта (структуры). Эти атрибуты не нашли своего отражения в каналах портов. Характеристиками являются такие атрибуты, как имя, тип, марка, площадь, объем и т.д. Как выявить необходимые каналы, не перебирая их по одному? Как сгруппировать объекты в структуры? Как составить отчет только по необходимым элементам системы? Для этого в программе имеется такое понятие, как признак. Признаки – метки, присваиваемые элементам, по которым можно выбрать при сортировке помеченные соответствующим признакам элементы. Пользователь выбирает признаки из типовых. Признаки принадлежат элементам модели, кроме такого признака, как класс, который принадлежит типовым объектам. Для того чтобы отличить типовые структуры (объекты), от структур (объектов) модели, последние мы будем называть узлами. Работа энергетической системы происходит в реальном времени, в данной программе оно носит название календарного времени. В противовес этому работа модели системы происходит, в так называемом, модельном времени. В программе редко используется календарное время. Обычно оно используется в тех случаях, когда необходимо наложить информацию из реальной системы на модельную. Это делается, например, на этапе проверки на адекватность. ABSTRACT TERMONOLOGY When creating program MODEM we used the terminology, which is applied in power engineering, and also the terminology borrowed from programming, automation and object-oriented designing. We realize that the user of our program can, first of all, be frightened by unfamiliar terminology, and only then by the material. So we would like to bring our apologies. But to know a terminology of a subject means to know the subject itself by 50 %. Will you believe or test this statement? Let's begin with the main concept of the program - with the object. The object is an element of the basic level of the power system, which can be, both the consumer, and the source of energy. If we say, that "the heater" is an object, we realize that we are not interested with the device of the heater, i.e. of what elements it consists. If we decide to penetrate into the object "the heater" more deeply, we shall speak about such objects, as tube and intertube space, naming them the objects. In this case "the heater" itself becomes a structure. Figure. 1. Structure of project software MODEN S – structures, O – objects, P – ports, TS(O,P,C) – type structures (objects, ports, channels), A – attributes, X – channels (характеристики). The structure is an element of the power system consisting of objects and existing on its certain laws and having its material embodiment. Very often the one structure includes other structures. It is important to mention once again, that the structures existing by their certain rules, are often independent from the rest of the enterprise. The recognition of the structures is of special importance, and then the improvement of weak and developing of new, more effective structures. Between the objects exist power connections. These connections represent a certain type of power streams. It is clear, that the connection (stream) cannot be entered into a certain type of an arbitrary taken object. So, a water heater will not respond to compressed air. In order to specify what kind of streams the object can respond to, the concept of the port is introduced. The port is an element in the shell of the object, through which the stream penetrates in it from outside. Each port is designed for the passing of the stream of one type only. The ports in object are marked. So the object "the heater" has four ports. Ports 1 and 2 are for letting the heat-carrier (water) in and ports 3 and 4 are for letting the heat-carrier (air) in. For some simplification, all properties of the streams, which unite ports of different objects, are transferred to ports. It allows us not to consider the streams as independent elements of the model. Probably, in future, we shall turn down such representation. Each stream is characterized by a number of parameters, which are called channels in the program. The channel is the minimal element, which participates in the construction of the model. If we take such stream as water it can be characterized by the following parameters: temperature, consumption, pressure, heat capacity, etc. If we use any stream when modeling, it does not mean, that we should work with all its channels. It depends on the tasks, we are ready to put before the model. The redundancy of the determining channels leads to the complication of the model and the sophistication of its development. The structure, the object, the port, the channel are all the elements of the system. There is a concept of type (standard) elements in the program. The type (standard) elements are such elements, from which all elements of the model will be constructed. In the program there are following type elements: channels, streams (ports), objects and structures. Why is it so? Isn't it enough to have only type channels? It is possible to answer this question this way: "The higher the level of correspondence (from the channel to the structure), the easier the modeling of real objects is". It is possible to say, that it is good to have in base such type structure as the enterprise, which we are going to simulate at the moment. Each element inside the model has a type element to itself by analogue. To bring in change to any of the elements, it is necessary to change the type element, appropriate to it. But when working with large type structures or objects there is one difficulty - all the objects are "empty". What does the term "empty objects" denote? Let's imagine a heater again. Let's recollect, that it has four ports, and this means that it has the channels appropriate to them. But what defines the dependence between the channels (parameters)? Only physical rules (formulas) inside the objects. So, inside the type objects there are no formulas. These formulas are kept only in the patterns of objects and structures. The templates are the models of minipower systems (but sometimes not only of minipower). The templates are constructed on the basis of the type elements, but incorporate rules (formula), which describe the connection between the channels. It is more convenient to use the templates, than the type elements. It is necessary to fill the type elements with rules (formulas) on top of everything. The rules (formulas) are the dependences inside the objects, which belong to the channels and allow calculating the meanings of the channels. The rules can be simple, and can be expressed by one formula, for example, the equation of the heat transportation through protection Q=S(U*A)*(Тin-Тout), and can be rather complicated, the ones that use logic expressions, numerical differentiation and integration. In rules (formulas) practically always they refer to the meanings of other channels (or other objects'). These references are called information references (channels). The information channels are the channels, which do not belong to the streams, on which the energy or any material substratum is transferred. Such channels are used only for the connection of parameters in formulas. These channels do not need the ports. They can be created for the objects in any quantity. They do not need to be given type channels. It is necessary only to establish connection between the parameter in the formula and the necessary channel of a power stream, or the channel of characteristic of the object (structure). The characteristic of the object (structure). The characteristic is a special channel, which exists in the object (structure), which contains certain attributes (parameters, property) of the object (structure). These attributes do not reflect in the channels of the ports. The characteristics are such attributes as name, type, mark, area, volume, etc. How to reveal necessary channels, not dwelling on them one by one? How to group the objects in structures? How to make a report based only on necessary elements of the system? For this purpose there is such term as an attribute in the program. The attributes are the labels given to the elements, with the help of which we can choose the elements that were marked by the appropriate attributes when sorting. The user chooses the attributes from the type. All the attributes belong to the elements of the model, except such attribute as class, which belongs to the type objects. To distinguish type structures (objects) from the structures (objects) of the model we shall call them nodes. The work of the power system occurs in real time, and in the given program it is called calendar time. In counterbalance to this, the work of the model of the system is carried out, in so-called, modeling time. In the program the calendar time is used seldom. Usually it is used when it is necessary to apply the information from real system to the model. It is done, for example, at the stage of check on adequacy.
при перфоманс-контрактах Мартин А. Моззо Measurement and Verification of Savings in Performance Contracting Martin A. Mozzo Jr., P.E. CEM, CLEP M & A Associates, Inc., Trenton, New Jersey 08619 Перевод выполнен энергосервисной компанией Экологические системы Краткое содержание Финансирование капитальных проектов традиционно осуществляется компаниями из собственных источников. Компании определяют возможности финансирования для капитальных проектов из ожидаемого баланса доходов и расходов. Каждый отдел внутри компании определяет те проекты, которые он хотел бы внедрить, оценивает затраты на проекты и затем ранжирует их в некотором порядке приоритетов. Распределение капитальных средств (фондов) производится по некоторому рациональному набору правил. Такие проекты, как проекты сбережения энергии, не улучшают производственных процессов (или не предохраняют от неудач). Обычно они имеют низкий приоритет и их выполнение подвержено отсрочке, чаще всего они просто не финансируются. Перфоманс-контракты являются способом финансирования и внедрения проектов сбережения энергии, которые имеют приемлемые сроки окупаемости, но которые мало влияют или вообще не влияют на производительность. Перфоманс-контракты обеспечивают механизмы финансирования проектов из фактических сбережений, а не из собственных средств. Типовые проекты перфоманс-контрактов структурированы, так что средства, заимствуемые для выполнения проекта и оплаты кредита, оплачиваются из образующихся излишков затрат на энергоснабжение. Так как средства обычно заимствуются у учреждений-кредиторов, требуется механизм для проверки того, что сбережения энергии имеются и что кредит будет оплачен. Измерения и верификация(M&V) являются таким механизмом, реализующим важную функцию перфоманс-контракта. Эта статья обсуждает методы, средства и примеры M&V для некоторых проектов. Введение Во многих компаниях, обычное финансирование проектов сбережения энергии производится из собственных источников. Заводской инженер определяет потенциальные проекты энергоэффективности, оценивает капитальные затраты и сбережения для проекта и составляет отчет о возможностях финансирования проекта. Другие проекты, которые организация собирается внедрять, объединяются внутри сводного бюджета. Во многих случаях, проекты энергоэффективности конкурируют за финансирование с проектами, которые улучшают производительность труда или технологические процессы. Поскольку проекты, повышающие производительность или улучшающие технологические процессы, более заметно влияют на производственный процесс, то они обычно имеют более высокий приоритет в сравнении с проектами энергоэффективности. Проекты затем оцениваются, из них выбирается один или несколько проектов, основываясь на ограниченном бюджете. Заводские инженеры обычно утверждают, что нет эффективной оценки для их проектов. Инженеры стремятся думать в терминах сбереженных БТЕ (британская тепловая единица, примерно 1056 джоулей) или в долларах сбереженных затрат, а менеджеры обычно думают в единицах произведенной продукции. Например, при продаже проекта энергоэффективности, я говорю заводскому менеджеру, что проект сберегает 350 тысяч долларов в год. Он же совершенно не понимает, что же на самом деле значат эти 350 тысяч долларов, тогда я толкую ему, что это значит снижение затрат на единицу продукции на 50 центов, то тогда все становится понятным. В результате многочисленные проекты энергоэффективности, у которых имеются очень хорошие сроки окупаемости, не внедряются. Механизм, который необходим, чтобы помочь в финансировании проектов энергоэффективности - это перфоманс-контракт. Этот механизм использует внешнее финансирование, а не собственные средства для внедрения проектов энергоэффективности. Выплата за кредит производится из фактических сбережений денег в платежах за энергию или из образовавшихся излишков затрат за энергоснабжение. Эта статья обсуждает концепцию перфоманс-контрактов и функцию M&V для этой концепции. Проекты совместных сбережений Одним из первых методов, который использовался при внедрении проектов сбережения энергии без использования собственных средств, была концепция совместных сбережений (share savings). Обычно, поставщик или подрядчик проводит энергетический аудит предприятия, рекомендует некоторые энергосберегающие мероприятия (ЭСМ) для внедрения и соглашается финансировать внедрение всех проектов. Предприятие не проводит оценку ЭСМ и влияний на сбережения от ЭСМ. Иногда эти ЭСМ являются типичным образчиком черного ящика , оценку рентабельности которых весьма трудно провести. Типовой для концепции совместных сбережений является модель верификации, принятая поставщиком / подрядчиком, которая используется для определения того, какой будет величина сбережения энергии. К сожалению, я также находил эти модели слишком замысловатыми и такими, в которых большинство пользователей не могло проверить, как же они на самом деле достигают заявленных поставщиком / подрядчиком сбережений. В результате, совместные сбережения стали концепцией, которая предлагает недокументированные сбережения (вероятно, сомнительные), следовательно, она не была хорошо принята. Перфоманс-контракт Следующей стадией после ранних программ совместных сбережений , стал перфоманс-контракт. К сожалению, пользователи стремятся ассоциировать перфоманс-контракт с совместными сбережениями ; однако (по мнению автора) перфоманс-контракт не является совместными сбережениями и может быть полезным инструментальным средством внедрения проектов энергоэффективности. Проекты перфоманс-контракта могут быть разработаны многими способами, но простейшая последовательность действий такова: Поставщик (подрядчик) предлагает проект конечному пользователю. Проект сберегает деньги в виде снижения затрат за потребление энергии. Поставщик финансирует проект из заемных средств кредитующего учреждения (хотя конечный пользователь может финансировать проект из собственных средств). Перфоманс-контракт, однако, требует возврата заемных средств от сбережения энергии или сбережения каких угодно затрат (независимо от источника финансирования Пока все выглядит похоже на старую концепцию совместных сбережений , но имеются два важнейших отличия: (1) гарантии сбережений как составная часть предложения проекта в перфоманс-контракте; (2) протокол измерений и верификации определен в проекте и утвержден всеми сторонами перед исполнением проекта. При разработке проекта, подрядчику необходимо оценить гарантии сбережения как неотъемлемую часть предложения проекта. Эти гарантии обеспечивают оценочные сбережения энергии в результате внедрения проекта, а оценка сбережений проводится по определенным ключевым параметрам, таким как часы работы предприятия, масштаб проекта или график работы оборудования. Конечный пользователь должен быть предельно внимателен при оценке этих гарантий, в частности параметров, которые формируют их основу. Протокол измерений и верификации предельно важен при разработке проекта. Все стороны должны согласовать уровень верификации, требуемый при измерении сбережений. Конечный пользователь должен быть убежден в том, что он получит сбережения энергии, за которые он может выплатить свой кредит. Кредитующая организация должна быть уверена, что ее кредит будет оплачен и кредит не будет требоваться повторно; Подрядчик должен быть уверен, что его гарантии сбережений будут достигнуты и его репутация в создании эффективных проектов не будет подвергнута сомнению. Методы измерений и верификации (M&V) В начале этой дискуссии требуется подчеркнуть, что измерения и верификация (M&V) это НЕ основные измерения. Сравнения счетов на оплату до и после установки ЭСМ это НЕ M&V. К тому же, M&V - это не развитие комплексных моделей, которые берут абстрактные данные для определения общих затрат на энергию до и после внедрения проекта энергоэффективности. Такие попытки делались при доказательстве наличия сбережений энергии и показали во многих случаях, что имеются ошибки (и не обеспечивается уровень доверительности для всех сторон о том, что сбережения действительно произошли). Реальный успех протокола M&V заключается в том, что все стороны должны быть удовлетворены тем, что предсказанное количество сбережений энергии получено на самом деле. Протокол должен быть совместно разработан подрядчиком, кредитующим учреждением и конечным пользователем. Следует отметить, что M&V должны одновременно быть рентабельны и надежно верифицировать сбережения. Первое, что должны выполнить все стороны, это обеспечить глубину верификации. Сбережения должны согласовываться всеми сторонами (может быть использована частично согласованная методология, или может быть приняты M&V, которые измеряют энергопотребление и, в сравнении с базовым вариантом, вычисляются сбережения энергии). Простейшим является подход согласованных сбережений. Этот подход требует минимальных затрат, но может быть источником больших неточностей. Однако, если этот подход удобен всем сторонам, тогда верифицированные сбережения могут быть легко достигнуты. Используя этот подход, все стороны оценку сбережений производят инженерным приближением. Стандартным примером использования согласованных приближений является проект модернизации освещения. В проекте такого типа большое количество осветительной арматуры заменяется на лампы Т-8 и электронные балласты. Используются таблицы освещенности, в которых указаны требования к мощности различных комбинаций ламп и балластов. Можно легко и быстро вычислить сбережения в Ваттах, используя эти таблицы. Общее сбережение в кВт проекта модернизации освещения можно легко вычислить при суммировании количества Ватт от каждой световой арматуры проекта. В дальнейшем согласованные энергосбережения могут быть утверждены, если всеми сторонами согласованы часы работы освещения. Согласованные сбережения обеспечивают постоянный оборот сбережений энергии, которые могут использоваться для оплаты кредита (ситуация, которую любят кредитующие организации). Но, как говорилось выше, они вообще могут быть неточны, или могут не отражать изменений в работе. Подход частично согласованных сбережений может быть применен к упомянутому выше примеру. Сбережения в киловаттах проекта модернизации освещения вычисляются с помощью таблиц освещенности. Часы работы для проекта модернизации освещения, однако, являются текущими измерениями. Типовые проекты модернизации освещения не требуют измерений всей арматуры при определении часов работы, для них, в общем, применим подход статистической выборки. Согласно этому подходу, все физические составные проекта группируются по типу использования, например: холлы, классные комнаты, производственные цеха, лаборатории и так далее. Производятся замеры часов работы по значимой выборке каждой составной и предполагается, что эта выборка представительна для всего проекта. Часы работы для выборки определяются фиксацией двух состояний - включено и выключено. Сбережения в киловатт-часах затем определяются умножением согласованных сбереженных киловатт на измеренные часы работы. Такой тип измерений также несет в себе некоторый риск для процесса верификации, так как предмет сбережений может изменять свои часы работы. Перфоманс-контракты защищают кредиторов введением обязательного количества часов работы, достигаемого в результате проекта, и соответствующими штрафами за вынужденные, ничем не обоснованные отключения. Для более сложных проектов перфоманс-контрактов, системы M&V обычно более точны, особенно при измерениях энергопотребления. Измерительная аппаратура размещается как можно ближе к тем точкам, где достигаются сбережения. Например, если проектом энергоэффективности является внедрение компрессора сжатого воздуха, измерительная аппаратура устанавливается как для измерения потребления электроэнергии компрессора, так и для измерения его выхода, т.е. сжатого воздуха. Если целью ЭСМ является изменение процесса, то измерительная аппаратура устанавливается как для измерения потребления энергии всем процессом, так и для измерения отдельных переменных процесса, таких как количество произведенных полуфабрикатов (или переделов, участков производства и т.д.). Здесь появляется еще один вопрос относительно M&V. Измерительное оборудование не предназначено для измерения сбережений. Измерительное оборудование измеряет только некоторый физический выход (потребление энергии или количество единиц продукции). Правильно составленный протокол измерений и верификации требует разработки плана M&V, утвержденного письменно и подробно описывающего: как сбережения вычисляются из данных измерений. План должен описывать: а) как измеряется базис, б) какую продолжительность имеет период мониторинга базиса, в) чем конкретно является базис. Оборудование, используемое для измерения базиса, ДОЛЖНО использоваться для измерений ПОСЛЕ внедрения ЭСМ. При этом сбережения вычисляются просто как разница между потреблением энергии ДО внедрения и ПОСЛЕ внедрения ПРИ ОДНИХ И ТЕХ ЖЕ УСЛОВИЯХ. Все заинтересованные стороны должны участвовать в разработке наиболее рентабельного протокола M&V и чувствовать себя удобно, соблюдая его. Затраты на измерения и верификацию (M&V) Имеется один вопрос, который возникает постоянно, это затраты на установку измерительного оборудования и какую, собственно, величину составят эти затраты. Проекты, во внедрении которых участвовал автор, показали, что затраты на измерительное оборудование составляют 3-5% общих затрат на проект. Эта цифра приближенная и не может использоваться в качестве жесткого шаблона. Измерительное оборудование, разрабатываемое для конкретного перфоманс-контракта, должно быть приемлемым (иметь соответствующий уровень точности и так далее) для всех сторон, заинтересованных в достижении определенных текущих сбережений. Затраты на обеспечение этой приемлемости могут составить весьма малую часть общих затрат проекта или могут составлять весьма внушительный процент. Но как только система и план разработаны и уровень приемлемости обеспечен, затраты становятся подверженными оценке. Если затраты слишком велики, то или измерительная система должна быть пересмотрена для достижения уровня приемлемости, или проект будет отложен. Имеется ряд путей для подгонки затрат на измерения до приемлемого уровня. Если в наличии имеется система управления энергией, то она может быть использована для измерений на приемлемом уровне удобств (смотри пример 3 ниже). Метод статистической выборки вместо измерения всех единиц также может уменьшить затраты до приемлемого уровня. Такой подход обычно используется для проектов модернизации освещения, где количество арматуры проекта, ее размещение и общее число управляемых цепей делают затраты на общее измерение чрезмерно высокими. Еще одним подходом может являться измерение эффективности ЭСМ косвенно, когда может требоваться меньше измерительного оборудования, но уровень приемлемости остается на надлежащей высоте (смотри пример 4 ниже). Наконец, согласованные сбережения могут обеспечить уровень приемлемости, требуемый для доказательства сбережений, но могут быть лишь экономически возможным средством обеспечения измерений (смотри пример 2 ниже). Примеры измерений и верификации (M&V) Приведем следующие примеры измерений и верификации, которые использованы в различных проектах. ПРИМЕР 1: Энергоэффективное Освещение Это пример полностью согласованного и частично согласованного проекта энергоэффективности. Проект заключается в замене неэффективной осветительной арматуры на модернизованную арматуру или в замене на новую арматуру. Во всем случаях, используется новая технология, использующая лампы Т-8 и электронный балласт. Пример полной согласованности: этот проект заключается в замене 100 (ста) 4-ламповых арматур (лампа 2 дюйма на 4 дюйма), лампы типа Т-12 и стандартный магнитный балласт. Из таблиц освещенности, такая арматура потребляет 188 Ватт каждая или всего 18.8 кВт. Заменяются и лампы и балласт, лампы Т-12 на Т-8, балласт с магнитного на электронный. Согласно таблиц освещенности новая арматура потребляет 110 Ватт или 11.0 кВт. Для этого проекта предусмотрено 8 часов работы в день, с 8:00 до 16:00, с понедельника по пятницу, 52 недели в год или 2080 часов с год. Сбережения потребления в кВт = кВт (до) - кВт (после) = 18.8 - 11.0 = 7.8 кВт Сбережения энергии = сбереженные кВт * часы работы в год = 7.8 * 2080 = 16624 кВтч в год Этот пример полностью согласован, так как и мощность и часы работы согласованы между вовлеченными в проект сторонами. Пример частичного согласования. Те же условия, что и раньше. Стороны проекта, однако, требуют измерять текущие часы работы. Используя оборудование, специально изготовленное для измерения часов работы, энергосервисная компания обнаружила, что освещение работает с 8:00 до 18:00 с понедельника по пятницу, 6 месяцев в году и с 8:00 до 17:00 с понедельника по пятницу другие 6 месяцев. Сбережения потребления = кВт (до) - кВт (после) = 18.8 - 11.0 = 7.8 кВт Сбережения энергии = сбереженные кВт * часы работы в год = = 7.8 * (10 * 5 * 26) + 7.8 * (9 * 5 * 26) = 19266 кВтч в год Полное согласование потребления и договоренность по часам работы. ПРИМЕР 2: Энергоэффективные Двигатели В этом случае, несколько электродвигателей предлагается заменить на энергоэффективные двигатели. К сожалению, двигатели размещены в нескольких зданиях университетского городка. Определено, что измерение, хотя и возможно, экономически невыгодно. Система измерения и верификации согласована всеми сторонами как согласованные сбережения, использующие инженерную формулу, каталожные данные поставщика и систему управления энергией во время рабочих часов. Формула выглядит так: Сбережения в кВт = 0.746 * ЛС * Нагрузка * ((100/ДО) - (100/ПОСЛЕ)) Где: ЛС = мощность в лошадиных силах (40 л.с.) Нагрузка = Нагрузка двигателя в % от полной нагрузки (80%) ДО =эффективность (кпд) существующего двигателя (до внедрения) (85%) ПОСЛЕ =эффективность (кпд) энергоэффективного двигателя (после внедрения) (93%) Сбережения в кВт = 0.746 * 40 * 80 * ((100/85) - (100/93)) = 2.416 кВт Сбережения энергии в кВтч = кВт * часы работы = 2.416 * 6000 (оценочно) = 14495 кВтч ПРИМЕР 3: Приводы переменной частоты для вентиляции В этом примере, существующая HVAC система постоянного объема воздуха преобразуется в систему переменного объема воздуха посредством установки новых блоков VAV. Вентиляторы подачи и возврата воздуха преобразуются в аналоги переменного объема после установки приводов. Имеется избыток в 15 блоков подачи воздуха для преобразования в различных местах в пределах предприятия. Измерительное оборудование для каждого блока подачи воздуха хотя технически и возможно, но экономически невыгодно. Предложена система управления энергией (СУЭ) HVAC системы для управления температурами и работой блоков подачи воздуха предприятия. Наиболее экономически выгодным режимом измерений является использование СУЭ для измерения и записи потребления энергии всеми блоками подачи воздуха. Нарастающие затраты на эту дополнительную работу СУЭ имеют малое значение в сравнении с другими режимами и, более того, они согласованы всеми сторонами и предоставляют существенный уровень приемлемости при измерении сбережений. Пример: Вентилятор подачи воздуха мощностью в 40 л.с. , постоянно запущен на 100% нагрузки, 8760 часов в год, энергоэффективность равна 93%. Сбережения рассчитываются как произведение : ( кВт (до) - кВт (после)) * количество часов работы. Используя это уравнение, базис расхода в кВт может вычисляться так: кВт (до) = 0.746 * ЛС * Нагрузка * (100/эффективность) = 0.746 * 40 * 1.0 * (100/93) = 32.09 (кВт) После установки приводов, определено, что привод работает с нагрузкой 75% в течении 4000 часов, 60% - 2000 часов и 50% - 2760 часов. Предполагая, что мощность является функцией 3-й степени нагрузки привода, получим формулу: кВт (после) = 0.746 * ЛС * Нагрузка *(100/Эфф) * (ср.нагр.после/ср.нагр.до)3 = кВт (75%) = 32.09 * (75/100)*(75/100)*(75/100) = 13.54 (кВт) кВт (60%) = 32.09 * (60/100)*(60/100)*(60/100) = 6.93 (кВт) кВт (50%) = 32.09 * (50/100)*(50/100)*(50/100) = 4.01 (кВт) Сбережения Энергии = (кВт (до) - кВт (после) ) * часы работы = (32.09 - 13.54) * 4000 + (32.09 - 6.93) * 2000 + (32.09 - 4.01) * 2760 = 212021 кВтч сбереженных ПРИМЕР 4: Изменение процесса Энергосберегающим мероприятием является изменение процесса. В процессе участвуют 1 вентилятор подачи воздуха и до 30 вытяжных вентиляторов. ЭСМ заключается в (1) установке привода переменной частоты (ПНЧ) на вентилятор подачи, (2) модификации воздуховода подачи воздуха для уменьшения потерь статического давления (3) уменьшении объемов вытяжки нескольких вытяжных вентиляторов. Наиболее точная система M&V измеряет потребление энергии до и после вентилятором подачи и каждым из 30 вытяжных вентиляторов. Это приводит к очень сложной и кропотливой измерительной системе и, как рассчитано, экономически невыгодной для каждой из сторон. Проверка система электрического распределения для этого ЭСМ показала, что одна распределительная панель обеспечивает питание для вентилятора подачи, всех вытяжных вентиляторов и некоторого вспомогательного оборудования для процесса. После споров со всеми вовлеченными в проект, согласились, что в результате ЭСМ нет никаких значимых изменений в потреблении энергии для дополнительного оборудования. Так что измерение только на распределительной панели до (базис) и после (оценочное количество сбережений энергии) предоставляет согласованный уровень приемлемости. К тому же, это сильно уменьшает затраты на измерения (с 31% до 1%) . Расчеты сбережений для этого примера следующие. Устанавливается профиль базиса в кВт перед модернизацией. В этом случае, выяснено, что график мощности зависит только от часов работы, так что вид кривой расхода энергии постоянен так долго, как система работает. После модернизации, установленная измерительная аппаратура использовалась для измерения текущего потребления кВт почасово. Сбережения суммировались: S (кВт до - кВт после)i за каждый час где i указывает измеряемое оборудование ПРИМЕР 5: Использование счетов на оплату. Этот пример предназначен ТОЛЬКО для показа того, почему счета на оплату не используются как средство измерений и верификации сбережений. Проект подразумевал модернизацию освещения. Имелась измерительная система для измерения часов работы с программой управления со стороны потребителя (DSM). Конечный пользователь решил, что счета на оплату являются наилучшим и самым легким средством верифицировать сбережения в течение 10-летнего периода времени выплат за его кредит на внедрение. Для каждого здания во время проекта в течение 1 года собирались счета на оплату перед модернизацией и был определен базис, от которого рассчитывались сбережения. После завершения проекта, счета на оплату собирались погодично и сравнивались с базисом. Сбережения рассматривались как разница между счетами базиса и счетами после модернизации. Этот метод хорошо работал в течение первого года, но с ходом времени, объем сбережений резко уменьшился. Уровни приемлемости кредитора и заказчика были нарушены из-за ухудшения сбережений. Кредитор счел, что проект не генерирует никаких сбережений вообще, и вынудил заказчика найти другие средства выплаты кредита. Подрядчик, внедрявший проект, решил выяснить причины, почему не были достигнуты сбережения. Было быстро обнаружено, что метод не учитывал роста потребления энергии вследствие увеличения количества ПК и расширения площади здания на 40%. Измерительная система DSM и программа станции-поставщика показывали сбережения в том объеме, который и был предсказан, не учитывая этого. Конечный пользователь не использовал ту информацию, которая доказывала сбережения. После длительных дискуссий, внутренняя информация была все таки принята как средство верификации сбережений. Выводы Перфоманс-контракты финансируют проекты энергоэффективности из сбережений энергии, и как доказано, являются надежным средством финансирования и внедрения проектов, которые до этого не разрабатывались. Финансирование таких проектов обычно внешнее, но, независимо от источника, перфоманс-контракты требуют верификации сбережений. Для перфоманс-контрактов важна установка системы M&V и согласование протокола для подтверждения сбережений, а также обеспечение уровня приемлемости для всех сторон - кредиторов, пользователей, подрядчиков и энергоснабжающих организаций - принимается протокол M&V, системы устанавливаются и результаты показываются системами. Затраты на такие системы не добавляются к сбережениям, но их компенсируют при доказательстве сбережений. Затраты должны оцениваться, особенно в случае, если они составляют значимую часть общих затрат проекта. Наиболее важной аксиомой в измерениях и верификации перфоманс-контрактов является та, что все стороны, участвующие в проекте, должны иметь точные и достоверные результаты. Литература 1.Financing Energy Project Deskbook. Thumann Albert, P.E. , CEM and Wainwright, Fred, Fairmont Press, Inc., 1997 2.International Performance Measurement and Verification Protocol, U.S.Government, DOE/EE-0157, December 1997 3.Measurement Protocol for Commercial, Industrial and Residential Facilities. Prepared in the context of the implementation of New Jersey's Demand Side Management Rules, 1996 4.Performance Contracting: Expanding Horizons, Hansen, Shirley J., Ph. D. and Weisman, Jennie C., Fairmont Press, Inc., 1998 609-584-9244 e-mail: Эта статья впервые напечатана в журнале Energy Engineering, Vol. 96, No. 2, p.33-45 публикуется с разрешения главного редактора журнала
Альтернативные системы теплоснаб. Газовые турбодетандеры. Потенциал ветровой энергии в укр. Альтернативна енергія – утопія я. Симоненко п. Главная -> Экология 
|