1.2 Анализ современных способов тепловых испытаний подземных прокладок тепловых сетей

Перечисленные выше недостатки типовой методики побудили поиск новых эффективных путей технической диагностики тепловых потерь и состояния тепловой изоляции наружных теплопроводов [12,13,14].

Так в Ростовском государственном строительном университете предложен метод дистанционного контроля теплового состояния наружных теплотрасс, заключающийся в том, что на поверхности грунта по оси теплотрассы производится сканирование температуры поверхности с помощью портативного пирометра суммарного излучения «Икар – 4», позволяющего производить неразрушающий тепловой контроль поверхности грунта. Таким образом, в любом поперечнике зоны прокладки возможно построение термограмм, которые в дальнейшем подвергаются теплофизической интерпретации в лабораторных условиях.

Интерпретация заключается в том, что для рассматриваемой зоны прокладки разрабатывается математическая модель теплового процесса и параметры модели многовариантными расчетами на ЭВМ подгоняются под полученные результаты. В результате в какой-то мере становится возможным оценить тепловое состояние рассматриваемой прокладки теплосети без ее вскрытия.

К недостатку данного метода следует отнести следующее:

- многозначность полученных результатов, которые могут существенно отличаться от действительности (данная неоднозначность заложена в самом методе интерпретации);

- разорванность во времени процесса измерения температуры поверхности зоны прокладки и компьютерной интерпретации полученных результатов;

- как показывает практика решения задач неразрушающего контроля, измерение параметров именно поверхности изучаемого тела зачастую вносит существенную ошибку в искомое решение, поэтому возникает необходимость измерений необходимых параметров в глубине массива, что существующей тепловизионной аппаратурой сделать невозможно.

1.3 Экспресс-метод проведения тепловых испытаний на основе решения обратной задачи теплопроводности

Перечисленные выше недостатки исключены в предлагаемом проекте прибора для технической диагностики подземных прокладок наружных тепловых сетей. В основе прибора заложен метод неразрушающего теплового контроля, основанный на решении обратной теплофизической задачи для подземной теплосети.

Данный метод разработан на основе научно-исследовательских работ, выполненных на кафедре «Теплогазоснабжение и вентиляция” Красноярской государственной архитектурно-строительной академии (КрасГАСА) по заявке АО “Красноярскэнерго» [13,14].

Использование метода предполагает выполнение следующих операций:

1. На поверхности и внутри исследуемого объекта (подземной теплосети, ограждающей конструкции сооружения) в определенных точках размещаются контактные датчики температуры (теплового потока) и производится снятие режимных параметров.

2. Для рассматриваемой области составляется математическая модель теплового процесса.

3. На ПЭВМ по специально разработанной программе численным методом решается обратная задача теплопроводности, в результате чего находится комплекс величин, характеризующих тепловое состояние объекта (теплопроводность материалов, входящих в конструкцию, коэффициенты теплообмена на границах, тепловые потери трубопроводов и др.).

Числовые значения искомых параметров определяются из условия минимума специально построенного функционала следующего вида:

, (1.1)

где – измеренные значения температуры грунта в зоне теплового влияния канала, ;

– алгоритмически заданные (для соответствующей математической модели прокладки) расчетные значения температуры грунта в тех же точках рассматриваемой области, ;

– параметр регуляризации;

– искомые параметры на предыдущем и настоящем шаге итерации;

– общее количество точек измерений температуры;

–количество искомых параметров.

Для минимизации функционала (I) использованы численные методы нелинейного программирования.

Для наружных теплосетей отработана методика натурных замеров необходимых параметров, подобраны соответствующие теплофизические приборы и произведена оценка погрешности измерений. Разработаны эффективные математические модели для любого вида прокладки, отлажены компьютерные программы решения обратных задач на основе регуляризирующих алгоритмов, гарантирующие однозначность определения искомых параметров.

Совместно с предприятием тепловых сетей «Красноярскэнерго» произведена проверка разработанного метода технической диагностики на действующих теплосетях города. В результате установлена минимальная трудоемкость при реализации метода и хорошая точность полученных результатов (см. распечатки).

Следует также сказать еще об одном способе технической диагностики, основанном на дистанционном методе. Данный способ использует также тепловизионную технику, установленную на малоскоростных летательных аппаратах, с помощью которых производится сканирование тепловых полей на обширных территориях. Так, например, в г. Красноярске в 1992г. произведены подобные эксперименты группой Ленинградских специалистов. В результате выявлено несколько очагов тепловых энергетических потерь в черте города.

Несмотря на кажущуюся простоту и масштабность данного способа (но в то же время и высокую стоимость) следует отметить, что подобный подход дает лишь качественные результаты, т.е. дает картину (температуры) относительно мощных теплоисточников, конкретная физическая мощность которых остается неизвестной.