Исследование влияния внешних условий на оптимальное значение гидравлических сопротивлений клапанов отопительных приборов, установленных в отапливаемом помещении

  • Alexander Petrovich Shuravin Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова http://orcid.org/0000-0001-7225-7751
  • Sergey Valentinovich Vologdin Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова http://orcid.org/0000-0002-3013-7759

Аннотация

В статье обосновывается актуальность применения методов искусственного интеллекта для задач энергосбережения и приводятся примеры подобных работ, в том числе с использованием методом математической оптимизации. Даны несколько примеров актуальных оптимизационных задач.  Обосновывается необходимость исследования ландшафта целевой функции при оптимизации гидравлических режимом системы отопления зданий. Приведена постановка задачи данного исследования, включая формулу расчета целевой функции. Дано краткое описание используемых алгоритмов оптимизации (генетический алгоритм и алгоритм направленного поиска). Дано описание вычислительного эксперимента, в ходе которого были исследованы результаты оптимизации термогидравлических режимов отапливаемых помещений при разных условиях: температуре наружного воздуха, температуре и расхода теплоносителя. Данное исследование выявило, что оптимальное значение гидравлических сопротивлений клапанов отопительных приборов в общем случае уменьшается с уменьшением температуры наружного воздуха, а так же температуры и расхода теплоносителя. Отклонения от этой закономерности наблюдаться при экстремальных условиях: слишком низкая температура наружного воздуха, при низкой (для данных условий) температуре теплоносителя или низкого расхода теплоносителя.

Сведения об авторах

Alexander Petrovich Shuravin, Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

аспирант

Sergey Valentinovich Vologdin, Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова

профессор кафедры информационных систем, доктор технических наук, доцент

Литература

[1] Mogilenko A.V. Iskusstvennyj intellekt: metody, tekhnologii, primenenie v energetike. Analiticheskij obzor [Artificial Intelligence: Methods, Technologies, Application in Energy. Analytical Review]. Avtomatizacija i IT v jenergetike = Automation & IT in the Energy Industry. 2019; (7):22-29. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=38496806 (accessed 17.08.2020). (In Russ., abstract in Eng.)
[2] Rozhentsova N.V., Pyatnikova M.V. Tendenciya razvitiya iskusstvennogo intellekta v energetike [Trends in the Development of Artificial Intelligence]. In: Nauka. Tehnologija. Proizvodstvo - 2019: Modelirovanie i avtomatizacija tehnologicheskih processov i proizvodstv, jenergoobespechenie promyshlennyh predprijatij. Materialy Vserossijskoj nauchno-metodicheskoj konferencii, posvjashhennoj 100-letiju obrazovanija Respubliki Bashkortostan [Proceedings of the All-Russian scientific and methodological conference dedicated to the 100th anniversary of the formation of the Republic of Bashkortostan]. USPTU Publ., Ufa; 2019. p. 133-135. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42323244 (accessed 17.08.2020). (In Russ., abstract in Eng.)
[3] Muromtsev D.Yu. et al. Software and technical implementation of intelligent energy-saving control systems based on industrial controllers. Journal of Physics: Conference Series. 2019; 1260(3):032027. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1260/3/032027
[4] Manusov V.Z., Matrenin P.V., Kirgizov A.K. Optimizaciya raspredeleniya kompensiruyushchih ustrojstv v sistemah elektrosnabzheniya na osnove roevogo intellekta [Swarm Optimization for Reactive Power Control in Electrical Grids]. Jenergobezopasnost' i jenergosberezhenie = Energy Safety and Energy Economy. 2017; (3):28-32. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.18635/2071-2219-2017-3-28-32
[5] Amado M., Poggi F., Amado A.R., Breu S. A Cellular Approach to Net-Zero Energy Cities. Energies. 2017; 10(11):1826. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3390/en10111826
[6] Zaharia M., Pǎtraşcu A., Gogonea M.R., Tǎnǎsescu A., Popescu C. A Cluster Design on the Influence of Energy Taxation in Shaping the New EU-28 Economic Paradigm. Energies. 2017; 10(2):257. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3390/en10020257
[7] Drechsler M. et al. Efficient and equitable spatial allocation of renewable power plants at the country scale. Nature Energy. 2017; 2(9):17124. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1038/nenergy.2017.124
[8] Staples M.D., Malina R., Barrett S.R.H. The limits of bioenergy for mitigating global life-cycle greenhouse gas emissions from fossil fuels. Nature Energy. 2017; 2(2):16202. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1038/nenergy.2016.202
[9] Glushko S.I., Obraztsov V.V., Kuzavko A.S. Primenenie algoritma murav'inyh kolonij dlya resheniya zadach optimizacii na grafe [Application of the Ant Colony Algorithm for Solving Optimization Problems on a Graph]. Prioritetnye nauchnye napravleniya: ot teorii k praktike [Priority Research Areas: from Theory to Practice]. 2012; (2):70-74. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=20377914 (accessed 17.08.2020). (In Russ., abstract in Eng.)
[10] Stennikov V.A., Chemezov A.A. Application of a tree search algorithm and a annealing simulated method in optimization of heat network configuration and structure. Programmnye produkty i sistemy = Software & Systems. 2018; 31(2):387-395. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.15827/0236-235X.031.2. 387-395
[11] Zakharov A.A., Zakharova I.G., Romazanov A.R., Shirokhix A.V. Modelirovanie teplovogo rezhima i upravlenie teplosnabzheniem pomeshchenij umnogo zdaniya [The Thermal Regime Simulation and the Heat Management of a Smart Building]. Vestnik Tjumenskogo gosudarstvennogo universiteta. Fiziko-matematicheskoe modelirovanie. Neft', gaz, jenergetika = Tyumen State University Herald. Physical and Mathematical Modeling. Oil, Gas, Energy. 2018; 4(2):105-119. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.21684/2411-7978-2018-4-2-105-119
[12] Basalaev A.A., Shnayder D.A. Metod optimizacii temperatury podavaemogo teplonositelya v sisteme centralizovannogo teplosnabzheniya zdanij na osnove imitacionnogo modelirovaniya [A Simulation-based Method for Supply Temperature Optimization in District Heating System]. Vestnik Ûžno-Uralʹskogo gosudarstvennogo universiteta. Seriâ, Kompʹûternye tehnologii, upravlenie, èlektronika = Bulletin of the South Ural State University. Series, Computer technologies, automatic control, radio electronics. 2017; 17(1):15-22. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.14529/ctcr170102
[13] Kong C., Jovanovic R., Bayram I.S., Devetsikiotis M. A Hierarchical Optimization Model for a Network of Electric Vehicle Charging Stations. Energies. 2017; 10(5):675. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3390/en10050675
[14] Wang D., Hu Q., Tang J., Jia H., Li Y., Gao S., Fan M. A Kriging Model Based Optimization of Active Distribution Networks Considering Loss Reduction and Voltage Profile Improvement. Energies. 2017; 10(12):2162. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.3390/en10122162
[15] Sacaan R., Rudnick H., Lagos T., Ordóñez F., Navarro-Espinosa A., Moreno R. Improving power system reliability through optimization via simulation. In: 2017 IEEE Manchester PowerTech, Manchester; 2017. p. 1-6. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/PTC.2017.7981193
[16] Dolan M., Davidson E., Kockar I., Ault G., McArthur S. Distribution power flow management utilising an online Optimal Power Flow technique. In: 2012 IEEE Power and Energy Society General Meeting. San Diego, CA, USA; 2012. p. 1-1. (In Eng.) DOI: https://doi.org/10.1109/PESGM.2012.6345287
[17] Baibakov S.A., Filatov K.V. Optimizaciya teplovyh setej po zatratam na transportirovanie teplonositelya (optimizaciya transportirovaniya tepla) [Optimization of Heating Networks for the Cost of Transporting the Coolant (Optimization of Heat Transportation). Energetik. 2012; (12):26-33. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=18367092 (accessed 17.08.2020). (In Russ.)
[18] Novitsky N.N., Lutsenko A.V. Issledovanie zadach i metodov mnogokriterial'noj optimizacii gidravlicheskih rezhimov raspredelitel'nyh teplovyh setej [Study of objectives and methods of multiobjective optimization of hydraulic modes of heat distribution systems]. Nauchnyi vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Science bulletin of the Novosibirsk state technical university. 2016; (3):131-145. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: http://dx.doi.org/10.17212/1814-1196-2016-3-131-145
[19] Sabdenov K., Baitasov T. Optimal'noe (energoeffektivnoe) teplosnabzhenie zdaniya v sisteme central'nogo otopleniya [Optimal (energy efficient) heat supply to buildings in central heating system]. Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Univesiteta = Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2015; 326(8):53-60. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25068679 (accessed 17.08.2020). (In Russ., abstract in Eng.)
[20] Shuravin A.P., Vologdin S.V. Primenenie geneticheskogo algoritma dlya optimizacii temperaturnogo rezhima pomeshchenij posredstvom regulirovaniya balansirovochnyh klapanov stoyakov [Application of the genetic algorithm for optimizing the room temperature regime through balancing valves of risers]. Intellektual'nye sistemy v proizvodstve = Intelligent Systems in Manufacturing. 2018; 16(2):113-120. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: http://dx.doi.org/10.22213/2410-9304-2018-2-113-120
[21] Vologdin S.V., Jakimovich B.A. Metody i algoritmy povysheniya energoeffektivnosti mnogourovnevoj sistemy centralizovannogo teplosnabzheniya [Methods and algorithms for improving the energy efficiency of a multi-level district heating system]. Publishing ISTU named after M.T. Kalashnikov, Izhevsk. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25939508 (accessed 17.08.2020). (In Russ.)
[22] Shuravin A.P., Vologdin S.V. Comparison of the characteristics of the genetic algorithm and the method of coordinates search for optimization of temperature modes indoor areas. CEUR Workshop Proceedings. 2019; 2416:260-270. Available at: http://ceur-ws.org/Vol-2416/paper34.pdf (accessed 17.08.2020). (In Eng.)
[23] Kolyada A.V. Issledovanie landshaftov celevyh funkcij pri evolyucionnoj optimizacii: diss. ... kand. tekhn. nauk [Investigation of landscapes of target functions in evolutionary optimization: diss. ... Ph.D. (Engineering)]. Taganrog State Radio Engineering University, Taganrog; 2005. (In Russ.)
[24] Ostroukh E.N., Chernyshev Yu.O., Evich L.N., Panasenko P.A. On efficiency of methods and algorithms for solving optimization problems considering objective function specifics. Vestnik of Don State Technical University. 2019; 19(1):81-85. (In Russ., abstract in Eng.) DOI: https://doi.org/10.23947/1992-5980-2019-19-1-81-85
[25] Korolev S.A., Maykov D.V. Modifikacija algoritma roja chastic na osnove metoda analiza ierarhij [Modification of particle swarm algorithm based on hierarchy analysis method]. Proceedings of Voronezh State University. Series: Systems analysis and information technologies. 2019; (4):36-46. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=41480287 (accessed 17.08.2020). (In Russ., abstract in Eng.)
[26] Rabiner L.R., Gold B. Theory and Application of Digital Signal Processing. Prentice Hall, First Edition; 1975. (In Eng.)
Опубликована
2020-11-30
Как цитировать
SHURAVIN, Alexander Petrovich; VOLOGDIN, Sergey Valentinovich. Исследование влияния внешних условий на оптимальное значение гидравлических сопротивлений клапанов отопительных приборов, установленных в отапливаемом помещении. Международный научный журнал «Современные информационные технологии и ИТ-образование», [S.l.], v. 16, n. 3, p. 598-609, nov. 2020. ISSN 2411-1473. Доступно на: <http://sitito.cs.msu.ru/index.php/SITITO/article/view/683>. Дата доступа: 25 sep. 2021 doi: https://doi.org/10.25559/SITITO.16.202003.598-609.
Раздел
Прикладные проблемы оптимизации