3851

Научный журнал строительства и архитектуры

13.Sachivka, V. D. Modeli i metody vybora optimal'nogo sposoba prokladki podzemnykh inzhenernykh kommunikatsii v usloviyakh gorodskoi zastroiki / V. D. Sachivka // Gornyi informatsionno-analiticheskii byulleten'. — 2011. — № 12. — S. 359—360.

14.Sokolov, E. Ya. Teplofikatsiya i teplovye seti / E. Ya. Sokolov. — M.: MEI, 2001. — 472 s.

15. Stennikov, V. A. Metody kompleksnoi optimizatsii razvitiya teplosnabzhayushchikh sistem / V. A. Stennikov, E. V. Sennova, T. B. Oshchepkova // Izvestiya Rossiiskoi akademii nauk. Energetika. — 2006. —

№3. — S. 44—54.

16.Stennikov, V. A. Razrabotka modifitsirovannogo metoda mnogokonturnoi optimizatsii dlya opredeleniya optimal'nykh parametrov truboprovodnykh sistem // V. A. Stennikov, E. A. Barakhtenko, D. V. Sokolov // Promyshlennaya energetika. — 2018. — № 1. — S. 28—35.

17.Truboprovodnye sistemy energetiki: Matematicheskie i komp'yuternye tekhnologii intellektualizatsii / A. A. Atavin, N. N. Novitskii, M. G. Sukharev [et al.]; pod red. N. N. Novitskogo. — Novosibirsk: Nauka, 2017. — 384 s.

18.Truboprovodnye sistemy energetiki: metodicheskie i prikladnye problemy matematicheskogo

D.N. Khamkhanova. — Ulan-Ude: Izd-vo VSGTU, 2006. — 170 s.

20.Chicherin, S. V. Kommunal'naya teplosnabzhayushchaya infrastruktura dlya obespecheniya ustoichivogo razvitiya gorodov / S. V. Chicherin // Gradostroitel'stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii. — 2017. — № 3 (8). — S. 9— 14.

21.Chuikina, A. A. Issledovanie svyazi material'noi kharakteristik teplovoi seti i momenta teplovoi nagruzki /

A. A. Chuikina, A. R. Bokhan, K. A. Grigor'eva // Gradostroitel'stvo. Infrastruktura. Kommunikatsii. — 2018. —

№4 (13). — S. 9—16.

22.Mel'kumov, V. N. Modelling of Structure of Engineering Networks in Territorial Planning of the City / V. N. Mel'kumov, S. V. Chujkin, A. M. Papshickij, K. A. Sklyarov // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2015. — № 4. — P. 33—40.

ABOUT THE ALIGNMENT DESIGN OF HEAT SUPPLY SYSTEMS

ON THE BASIS OF SYSTEM ANALYSIS

A. V. Loboda 1, A. A. Chuikina 2

Voronezh State Technical University 1, 2

Russia, Voronezh

1 D. Sc. in Physics and Mathematics, Prof. of the Dept. of Applied Mathematics and Mechanics, e-mail: lobvgasu@yandex.ru

2 PhD student of the Dept. of Heat Supply and Oil and Gas Business, e-mail: teplosnab_kaf@vgasu.vrn.ru

Statement of the problem. The aim of the article is to develop procedures for translating practical questions about the choice of optimal routes of the heat supply system into mathematical problems of multicriteria optimization and the study of these problems taking into account a large number of different parameters of the system and their connections.

Results and conclusions. A mathematical description is compiled of the route choosing problem for the heat supply system based on the methods of system analysis. As optimized criteria, the integrated parameters are discussed describing the main characteristics of the systems under consideration. Unification of the problem where some of the criteria must be minimized and the other one maximized is carried out by replacing the minimized criteria with inverse values. Using the example of the modelling problems the procedures are shown for finding optimal solutions. The visibility of such procedures is provided by the use of a quadratic (Euclidean) norm instead of the traditional summation of weight coefficients. The importance of correct scaling and choice of weight factors is shown in the study of the discussed multicriteria optimization problem.

Keywords: heat supply, optimality criteria, optimal route, optimization of heating main parameters.

20

DOI 10.25987/VSTU.2019.55.3.002

УДК 697.341

УРАВНЕНИЯ ХАРАКТЕРНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАФИКОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Д. Н. Китаев 1, Г. Н. Мартыненко 2, А. В. Лобода 3

Воронежский государственный технический университет 1, 2, 3 Россия, г. Воронеж

1Канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: +7-906-671-02-84, e-mail: dim.kit@rambler.ru

2Канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: +7-900-304-62-51, e-mail: glen2009@mail.ru

3Д-р физ.-мат. наук, проф. кафедры прикладной математики и механики, e-mail: lobvgasu@yandex.ru

Постановка задачи. В настоящее время отсутствуют выражения, позволяющие определить температуру воздуха в точке излома температурного графика и соответствующую ей температуру воды в обратной магистрали тепловой сети без проведения детальных расчетов. Однако эти характерные значения важно знать при предпроектном, технико-экономическом обосновании перспективного развития всей городской системы теплоснабжения, при расчете теплообменного оборудования сетей, для обеспечения оптимального регулирования нагрузки потребителя.

Результаты. Проведены расчеты используемых температурных графиков центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке для всех расчетных температур наружного воздуха для проектирования отопления на территории Российской Федерации с учетом использования современных отопительных приборов.

Выводы. Найдены приближенные уравнения, позволяющие с достаточной точностью определить температуру наружного воздуха в точке излома в зависимости от расчетной температуры для проектирования отопления и температуры воды в подающей магистрали тепловой сети. Получено уравнение, позволяющее определить температуру воды в обратной магистрали в точке излома в зависимости от температурного графика с максимальным значением ошибки 0,991 %.

Ключевыеслова: теплоснабжение, температурныйграфик, температура воздуха в точкеизлома, энергосбережение.

Введение. С целью получения горячей воды, нормативной температуры в закрытых схемах теплоснабжения используют температурные графики центрального качественного регулирования с изломом, обычно составляющим 70 °С [2, 15]. Большое значение имеет температура воздуха в точке излома графика tн.и. и соответствующая ей температура воды в обратной магистрали тепловой сети τ2(tн.и.), используемой для нагрева водопроводной воды при двухступенчатых системах подключения потребителей [8].

Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома tн.и. является характерной температурой, т. к. определяет время изменения центрального качественного регулирования на местное [2, 17]. Это значение важно знать на стадии проектирования, реконструкции, технико-экономического обоснования проекта, поскольку оно позволит проследить изменения в сети, принять решение о переходе на другой температурный график или вид регулирования, а также оценить возможный перерасход тепловой энергии и топлива [14, 18, 19]. При расчете расходов воды на нужды горячего водоснабжения при использовании двухступенчатых схем подключения необходимо задать температуру воды в обратной магистрали в точке излома температурного графика, т. к. этой водой подогревается холодная водопроводная вода [8].

© Китаев Д. Н., Мартыненко Г. Н., Лобода А. В., 2019

21

Научный журнал строительства и архитектуры

При качественном режиме регулирования тепловой сети и отопительном графике температуру теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети τ1, ºС, при произвольной температуре наружного воздуха определяют по формуле [10, 11]:

где tв — расчетная температура воздуха в помещениях, ºС; tн — произвольная температура наружного воздуха, ºС; tн.о. — расчетная температура для проектирования отопления, ºС; τ1о — температура воды в подающей магистрали сети при tн.о., ºС; τпр.о — средняя температура воды в отопительном приборе, ºС, определяемая по формуле τпр.о = ½( τсм.о + τ2о); τсм.о, τ2о — температура воды в абонентской установке и в обратной магистрали системы теплоснабжения при расчетных параметрах системы отопления, ºС; n — эмпирический показатель, зависящий от типа отопительного прибора и схемы его подключения.

Для получения значения tн.и. поступают следующим образом: задаваясь температурами наружного воздуха tн в интервале предполагаемой работы сети (от 8 (10) ºС до tн.о.), получают по формуле (1) искомые значения и строят график температур в подающей магистрали [2,15].

В случае двухтрубной сети (преобладающий тип для России) необходимо построить точку излома температурного графика, находящуюся на пересечении кривой τ1 = f(tн) и температуры, необходимой для обеспечения нагрузки горячего водоснабжения tи с учетом требования нормативов [13]. Обычно такая температура составляет 70 ºС. Определять значение tн.и. рекомендуется графически, что предполагает проведение однотипных расчетов по формуле (1), наложение результатов на координатную сетку и определение tн.и.. Такой подход требует времени, и полученное значение может иметь значительную погрешность [1, 21].

1. Поиск значений температур наружного воздуха в точке излома температурного графика. Подставим в уравнение (1) следующие данные (г. Воронеж): tв = 18 ºС, tн.о. = −24 ºС, τсм.о = 90 ºС, τ1о = 95 ºС, τ2о = 70 ºС, задавшись значением температуры воды в точке излома tи =70 ºС. Согласно данным исследований, в настоящее время номенклатура отопительных приборов значительно расширилась и среднее значения показателя n составляет 0,3, а не 0,25, как считалось ранее [3—5]. После преобразования получим выражение:

Корнем уравнения с точностью до 0,0001 является значение tн.и. = −7,9027 ºС. Согласно данным климатологии, для территории России расчетная температура для

проектирования отопления лежит в интервале от −3 до −60 ºС. Для указанного интервала проектных температур были найдены решения уравнения (1), определяющие значения tн.и. при различных tн.о.. Вычисления были проведены для температурного графиков 95/70 в диапазонах температур −30 ≤ tн.о. ≤ −3 и −60 ≤ tн.о. ≤ −31, т. к. проектная температура tв в первом интервале, согласно действующим нормативам, составляет 18 ºС, а во втором — 20 ºС [6]. На рис. 1 представлены полученные графики зависимости tн.и. от tн.о..

Из рис. 1 видно, что характер зависимости tн.и. = f (tн.o.) линейный. Аппроксимация приводит к следующим уравнениям:

Полученные уравнения позволяют для любого города России при использовании температурного графика 95/70 найти наружную температуру воздуха, соответствующую температуре точки излома при известной tн.о..

22

Рис. 1. Зависимость tн.и. от tн.о. при температурном графике

95/70:

1 — в диапазоне

−30 ≤ tн.о. ≤ −3; 2 — в диапазоне

−60 ≤ tн.о. ≤ −31

Следуя вышеописанному алгоритму, были найдены линейные уравнения зависимости tн.и. = f (tн.o.) для используемых в системах теплоснабжения температурных графиков с абсолютной погрешностью не более 0,1 %. Результаты расчетов представлены в таблице в виде коэффициентов уравнения прямой линии вида tн.и. = atн.о.+b.

Таблица

Зависимость tн.и. от tн.о. при температуре излома 70 ºС для используемых графиков качественного регулирования

Представленные в таблице данные позволяют найти температуру наружного воздуха в точке излома в зависимости от расчетной для проектирования отопления на всей территории РФ.

2. Поиск универсальных уравнений. Были получены приближенные уравнения, позволяющие с погрешностью до десятых градусов Цельсия определить температуру наружного воздуха в точке излома в зависимости от расчетной температуры для проектирования отопления и температуры воды в подающей магистрали тепловой сети τ1о:

Как было сказано выше, большое значение имеет температура воды в обратной магистрали в точке излома температурного графика. Выражение для ее определения имеет вид

23

Научный журнал строительства и архитектуры

Подставляя в выражение (7) τ1 = tи = 70 ºС, τ2о =70 ºС и используя уравнения таблицы при tн = tн.и. = atн.о.+b для соответствующих температурных графиков, получим уравнения τ2 (tн.и.) = f (τ1о). Полученные уравнения для tв = 18 °С и tв = 20 °С отличаются незначительно; было выведено осредненное уравнение, позволяющее определить температуру воды в обратной магистрали тепловой сети в точке излома в зависимости от температурного графика с максимальным значением ошибки 0,991 %:

3. Влияние изменения температурного графика на потребителя. В последние годы системы централизованного теплоснабжения городов России переходят на пониженные температурные графики [12, 16]. Например, в г. Воронеже с 2012 года практически все источники теплоснабжения перешли на утвержденный температурный график 95/70 или 95/65. Интерес представляет влияние изменения температурного графика тепловой сети на продолжительность возможного перетопа потребителя. На рис. 2 представлены различные температурные графики с указанием значения tн.и..

Рис. 2. Температурные графики 85/70÷150/70 с изломом tи = 70 °C

Ввиду наличия температурного излома графика качественного регулирования при наружных температурах, больших чем tн.и., и отсутствия местного регулирования (что часто встречается в регионах России) будет наблюдаться перетоп зданий. Чем ниже значение tн.и., тем больше продолжительность возможного перетопа. Из графика, представленного на рис. 2, построенного для г. Воронежа, видно, что значения tн.и. уменьшаются с уменьшением температурного графика, следовательно, продолжительность перетопа увеличивается.

Для г. Воронежа, используя полученные уравнения и значения температур наружного воздуха в точке излома для соответствующих температурных графиков, получим: при гра-

фике 150/70 tн.и. = 3,35 ºС, при графике 140/70 tн.и. = 2,13 ºС, при 110/70 tн.и. = −4,3 ºС, при

95/70 tн.и. = −9,1 ºС при 85/70 tн.и. = −12,53 ºС. Для рассматриваемой территории средние температуры наружного воздуха для декабря, января и февраля составляют −5,2, −7,5, −7,2 ºС соответственно, что означает при использовании графика 95/70 и неавтоматизированных индивидуальных тепловых пунктов перетопы в течение большей части отопительного периода. Ситуация значительно ухудшится при переходе на график 85/70. Рассмотренный пример позволяет еще раз убедиться в необходимости реконструкции индивидуальных тепловых пунктов многоквартирных домов, особенно в условиях перехода источников теплоснабжения на пониженные температурные графики.

24

Выводы. Проведены расчеты используемых температурных графиков центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке для всех расчетных температур наружного воздуха для проектирования отопления на территории Российской Федерации с учетом использования современных отопительных приборов.

Для каждого графика определены температуры воздуха в точке излома и воды в обратной магистрали тепловой сети. Получены линейные уравнения, позволяющие с ошибкой, не превышающей 0,1 %, определить температуры воздуха в точке излома используемых температурных графиков. Найдены приближенные уравнения, позволяющие с точностью до десятых градусов Цельсия определить температуру наружного воздуха в точке излома в зависимости от расчетной температуры для проектирования отопления и температуры воды в подающей магистрали тепловой сети. Получено уравнение, позволяющее определить температуру воды в обратной магистрали тепловой сети в точке излома в зависимости от температурного графика с максимальным значением ошибки 0,991 %.

Полученные результаты необходимы при разработке перспективного развития систем теплоснабжения, при вариантном проектировании, а также при реконструкции. Полученные уравнения могут быть использованы для оценки потенциала энергосбережения при теплоснабжении потребителей.

Библиографический список

1. Вологдин, С. В. Математическая модель оптимизации тепловых потоков между зданиями в многоконтурной тепловой сети с целью снижения дисбаланса системы теплоснабжения за счет регулирования сопел элеваторных узлов / С. В. Вологдин // В мире научных открытий. — 2011. — № 12 (24). — С. 194—204.

2. Громов, Н. К. Водяные тепловые сети: справ. пособие по проектированию / Н. К. Громов, Е. П. Шубин. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 376 с.

3.Китаев, Д. Н. Современные отопительные приборы и их показатели / Д. Н. Китаев // Сантехника, отопление, кондиционирование, энергосбережение. — 2014. — № 1. — С. 48—49.

4.Китаев, Д. Н. Современные отопительные приборы и система теплоснабжения / Д. Н. Китаев, Т. В. Щукина // Энергосбережение. — 2012. — № 6. — С. 59—63.

5.Китаев, Д. Н. Погрешность расчета температурного графика тепловой сети при использовании показателей отопительных приборов / Д. Н. Китаев // Промышленная энергетика. — 2013. — № 7. — С. 34—37.

6.Китаев, Д. Н. Расчет температуры наружного воздуха в точке излома температурного графика / Д. Н. Китаев // Новости теплоснабжения. — 2012. — № 10 (146). — С. 46—48.

7.Культяев, С. Г. Сравнительный анализ и оптимизация методов регулирования совмещенной тепловой нагрузки / С. Г. Культяев, А. О. Чернов, Д. К. Лаврентьев, А. М. Андреев // Научно-технические проблемы совершенствования и развития систем газоэнергоснабжения. — 2017. — № 1. — С. 134—139.

8.Мацко, И. И. Анализ эффективности схем подключения современных водоподогревателей систем горячего водоснабжения / И. И. Мацко // Вестник Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого. — 2008. — № 3—4 (34—35). — С. 59—64.

9.Мелькумов, В. Н. Энергоаудит как основа планирования санации объектов социальной сферы / В. Н. Мелькумов, Р. Л. Кочетов // Научный вестник Воронежского ГАСУ. Строительство и архитектура. — 2014. — № 4 (36). — С. 74—83.

10. Панферов, В. И. Эффективные энергосберегающие решения при теплоснабжении зданий / В. И. Панферов, Е. Ю. Анисимова, С. В. Панферов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер.: Строительство и архитектура. — 2015. — Т. 15, № 4. — С. 40—48.

11.Панферов, В. И. Об особенностях вывода уравнений регулирования систем централизованного теплоснабжения / В. И. Панферов, С. В. Панферов // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер.: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника. — 2016. — Т. 16, № 1. — С. 21—30.

12.Рафальская, Т. А. Низкотемпературные режимы работы тепловых сетей при качественно — количественном регулировании / Т. А. Рафальская // Новая наука: Теоретический и практический взгляд. — 2016. —

№10 (2). — С. 141—143.

13.Систер, В. Г. Математическая модель тепловой сети и разработка рекомендаций по расчету кпд для произвольного температурного графика / В. Г. Систер, А. И. Ямчук, Ф. А. Поливода // Известия Московского государственного технического университета МАМИ. — 2012. — Т. 4, № 2 (14). — С. 318—324.

14.Смородова, О. В. Сравнительный анализ методов регулирования теплоснабжения / О. В. Смородова, С. В. Китаев, Н. Ф. Усеев // Norwegian Journal of Development of the International Science. — 2018. —

№17—1. — С. 54—58.

25

Научный журнал строительства и архитектуры

15.Строй, А. Ф. Расчет и проектирование тепловых сетей / А. Ф. Строй, В. Л. Скальский. — Киев: Будивельник, 1981. — 144 с.

16.Хисматуллин, Ш. Х. О температурном графике работы тепловых сетей г. Казани / Ш. Х. Хисматуллин, У. Б. Учаров, В. П. Кашицын, С. А. Чулкова // Энергетика Татарстана. — 2011. — № 2 (22). — С. 39—43.

17.Шарапов, В. И. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения / В. И. Шарапов, П. В. Ротов. — М.: Новости теплоснабжения, 2007. — 164 с.

18. Akhmetova, I. Revisiting Heat Losses Calculation At District Heating Network / I. Akhmetova, N. Chichirova, O. Derevianko // International Journal of Civil Engineering and Technology. — 2017. — Vol. 8, № 12. — Р. 694—702.

19.Martynenko, G. N. Prospects for the Development of the Gas Supply System of the City District of Voronezh for the Period Till 2035 / G. N. Martynenko, D. N. Kitaev, A. A. Sedaev // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2018. — № 4 (40). — Р. 26—39.

20.Melkumov, V. N. Criteria of Optimality and Condition of the Comparison of Design Solutions of Systems of Heat Supply / V. N. Melkumov, K. A. Sklyarov, S. G. Tulskaya, A. A. Chuikina // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2018. — № 1 (37). — Р. 18—28.

21.Melkumov, V. N. Reliability Monitoring of Heat Supply Networks / V. N. Melkumov, S. N. Kuznetsov, K. A. Sklyarov, A. A. Gorskikh // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. — 2011. — № 1 (9). — Р. 42—49.

22.Shan, X. The Reliability and Availability Evaluation of Repairable District Heating Networks Under Changeable External Conditions / X. Shan, P. Wang, W. Lu // Applied Energy. — 2017. — Vol. 203. — Р. 686—695.

23.Sharapov, V. I. The Improvement Technologies of the Thermal Load Regulation for Cogeneration Systems in Urban Areas / V. I. Sharapov, P. V. Rotov, M. E. Orlov // Transactions of Academenergo. — 2010. — № 4. — Р. 70—83.

References

1.Vologdin, S. V. Matematicheskaya model' optimizatsii teplovykh potokov mezhdu zdaniyami v mnogokonturnoi teplovoi seti s tsel'yu snizheniya disbalansa sistemy teplosnabzheniya za schet regulirovaniya sopel elevatornykh uzlov / S. V. Vologdin // V mirenauchnykh otkrytii. — 2011. — № 12 (24). — S. 194—204.

2.Gromov, N. K. Vodyanye teplovye seti: sprav. posobie po proektirovaniyu / N. K. Gromov, E. P. Shubin. — M.: Energoatomizdat, 1988. — 376 s.

3.Kitaev, D. N. Sovremennye otopitel'nye pribory i ikh pokazateli / D. N. Kitaev // Santekhnika, otoplenie, konditsionirovanie, energosberezhenie. — 2014. — № 1. — S. 48—49.

4. Kitaev, D. N. Sovremennye otopitel'nye pribory i sistema teplosnabzheniya / D. N. Kitaev,

T.V. Shchukina // Energosberezhenie. — 2012. — № 6. — S. 59—63.

5.Kitaev, D. N. Pogreshnost' rascheta temperaturnogo grafika teplovoi seti pri ispol'zovanii pokazatelei otopitel'nykh priborov / D. N. Kitaev // Promyshlennaya energetika. — 2013. — № 7. — S. 34—37.

6. Kitaev, D. N. Raschet temperatury naruzhnogo vozdukha v tochke izloma temperaturnogo grafika /

D.N. Kitaev // Novosti teplosnabzheniya. — 2012. — № 10 (146). — S. 46—48.

7.Kul'tyaev, S. G. Sravnitel'nyi analiz i optimizatsiya metodov regulirovaniya sovmeshchennoi teplovoi nagruzki / S. G. Kul'tyaev, A. O. Chernov, D. K. Lavrent'ev, A. M. Andreev // Nauchno-tekhnicheskie problemy sovershenstvovaniya i razvitiya sistem gazoenergosnabzheniya. — 2017. — № 1. — S. 134—139.

8.Matsko, I. I. Analiz effektivnosti skhem podklyucheniya sovremennykh vodopodogrevatelei sistem goryachego vodosnabzheniya / I. I. Matsko // Vestnik Gomel'skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta im. P. O. Sukhogo. — 2008. — № 3—4 (34—35). — S. 59—64.

9. Mel'kumov, V. N. Energoaudit kak osnova planirovaniya sanatsii ob'ektov sotsial'noi sfery / V. N. Mel'kumov, R. L. Kochetov // Nauchnyi vestnik Voronezhskogo GASU. Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2014. —

№4 (36). — S. 74—83.

10.Panferov, V. I. Effektivnye energosberegayushchie resheniya pri teplosnabzhenii zdanii / V. I. Panferov, E. Yu. Anisimova, S. V. Panferov // Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: Stroitel'stvo i arkhitektura. — 2015. — Vol. 15, № 4. — S. 40—48.

11.Panferov, V. I. Ob osobennostyakh vyvoda uravnenii regulirovaniya sistem tsentralizovannogo teplosnabzheniya / V. I. Panferov, S. V. Panferov // Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Ser.: Komp'yuternye tekhnologii, upravlenie, radioelektronika. — 2016. — Vol. 16, № 1. — S. 21—30.

12.Rafal'skaya, T. A. Nizkotemperaturnye rezhimy raboty teplovykh setei pri kachestvenno — kolichestvennom regulirovanii / T. A. Rafal'skaya // Novaya nauka: Teoreticheskii i prakticheskii vzglyad. — 2016. —

№10 (2). — S. 141—143.

13.Sister, V. G. Matematicheskaya model' teplovoi seti i razrabotka rekomendatsii po raschetu kpd dlya proizvol'nogo temperaturnogo grafika / V. G. Sister, A. I. Yamchuk, F. A. Polivoda // Izvestiya Moskovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta MAMI. — 2012. — Vol. 4, № 2 (14). — S. 318—324.

26

S. V. Kitaev, N. F. Useev // Norwegian Journal of Development of the International Science. — 2018. — № 17—1. —

S.54—58.

15.Stroi, A. F. Raschet i proektirovanie teplovykh setei / A. F. Stroi, V. L. Skal'skii. — Kiev: Budivel'nik, 1981. — 144 s.

16.Khismatullin, Sh. Kh. O temperaturnom grafike raboty teplovykh setei g. Kazani / Sh. Kh. Khismatullin, U. B. Ucharov, V. P. Kashitsyn, S. A. Chulkova // Energetika Tatarstana. — 2011. — № 2 (22). — S. 39—43.

17.Sharapov, V. I. Regulirovanie nagruzki sistem teplosnabzheniya / V. I. Sharapov, P. V. Rotov. — M.: Novosti teplosnabzheniya, 2007. — 164 s.

18.Akhmetova, I. Revisiting Heat Losses Calculation At District Heating Network / I. Akhmetova, N. Chichirova, O. Derevianko// International Journal ofCivil EngineeringandTechnology.— 2017. — Vol. 8,№ 12. —P. 694—702.

19.Martynenko, G. N. Prospects for the Development of the Gas Supply System of the City District of Voronezh for the Period Till 2035 / G. N. Martynenko, D. N. Kitaev, A. A. Sedaev // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2018. — № 4 (40). — P. 26—39.

20.Melkumov, V. N. Criteria of Optimality and Condition of the Comparison of Design Solutions of Systems of Heat Supply / V. N. Melkumov, K. A. Sklyarov, S. G. Tulskaya, A. A. Chuikina // Russian Journal of Building Construction and Architecture. — 2018. — № 1 (37). — P. 18—28.

21.Melkumov, V. N. Reliability Monitoring of Heat Supply Networks / V. N. Melkumov, S. N. Kuznetsov, K. A. Sklyarov, A. A. Gorskikh // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. — 2011. — № 1 (9). — P. 42—49.

22.Shan, X. The Reliability and Availability Evaluation of Repairable District Heating Networks Under Changeable External Conditions / X. Shan, P. Wang, W. Lu // Applied Energy. — 2017. — Vol. 203. — P. 686—695.

23.Sharapov, V. I. The Improvement Technologies of the Thermal Load Regulation for Cogeneration Systems in Urban Areas / V. I. Sharapov, P. V. Rotov, M. E. Orlov // Transactions of Academenergo. — 2010. — № 4. — P. 70—83.

EQUATIONS OF CHARACTERISTIC VALUES OF TEMPERATURE GRAPHS

OF HEAT NETWORK REGULATION

D. N. Kitaev 1, G. N. Martynenko 2, A. V. Loboda 3

Voronezh State Technical University 1, 2, 3

Russia, Voronezh

1PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Oil and Gas Business, tel.: +7-906-671-02-84, e-mail: dim.kit@rambler.ru

2PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Oil and Gas Business, tel.: +7-900-304-62-51, e-mail: glen2009@mail.ru

3D. Sc. in Physics andMathematics, Prof. of the Dept. of Applied Mathematics and Mechanics. e-mail: lobvgasu@yandex.ru

Statement of the problem. Currently there are no expressions that allow one to identify the air temperature at the break point of the temperature graph and the corresponding water temperature in the return line of the heating network without carrying out detailed calculations. However, it is important to know these characteristic values in the pre-project, feasibility study of the future development of the entire urban heat supply system when calculating the heat exchange equipment of networks in order to ensure optimal control of the consumer load.

Results. We have carried out calculations of the used temperature schedules of the central quality control of the heating load for all design outdoor air temperatures for heating design in the Russian Federation taking into account the use of modern heating devices.

Conclusions. Approximate equations have been found which allow one to identify the temperature of the outside air at the break point with a sufficient degree of accuracy depending on the design temperature for designing the heating and the temperature of the water in the supply line of the heating network. An equation is obtained that enables the temperature of the water in the return line at the breakpoint depending on the temperature graph to be calculated with a maximum error value of 0.991 %.

Keywords: heat supply, temperature graph, air temperature at the break point, energy saving.

27

Научный журнал строительства и архитектуры

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

DOI 10.25987/VSTU.2019.55.3.003

УДК 674.028.9

СОЗДАНИЕ КЛЕЕНОЙ ДРЕВЕСИНЫ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ НА ОСНОВЕ КЛЕЕВ, ПОДВЕРГНУТЫХ СОВМЕСТНОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ УЛЬТРАЗВУКА И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

В. М. Попов 1, О. Р. Дорняк 2, Н. А. Петрикеева 3, Н. М. Попова 4

Воронежский государственный лесотехнический университет 1, 2 Россия, г. Воронеж

Воронежский государственный технический университет 3, 4 Россия, г. Воронеж

1Д-р техн. наук, проф. кафедры электротехники, теплотехники и гидравлики, тел.: (473)253-73-08, e-mail: etgvglta@mail.ru

2Д-р техн. наук, зав. кафедрой электротехники, теплотехники и гидравлики, тел.: (473)253-73-08, e-mail: etgvglta@mail.ru

3Канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: (473)271-53-21, e-mail: petrikeeva.nat@yandex.ru

4Ст. преп. кафедры теплогазоснабжения и нефтегазового дела, тел.: (473)271-53-21,

e-mail: exclusiv.na@mail.ru

Постановка задачи. В настоящее время в строительной отрасли широкое применение находит клееная древесина, основным требованием к которой является повышение прочности клеевого соединения. Для решения этой задачи предлагается метод модифицирования клея, в основу которого заложен эффект упорядочения структуры клея путем совместного воздействия на клей ультразвуком и постоянным электрическим полем.

Результаты. Экспериментально установлен эффект повышения прочности клеевого соединения древесины на основе клеев, подвергнутых совместному воздействию ультразвука и электрического поля. Проведенным анализом микрофотографий и дифрактограмм структур модифицированных предлагаемым способом клеев показано упорядочение и уплотнение электрическим полем раздробленных ультразвуком микроэлементов полимера, что приводит к созданию клеевых соединений с более высокой прочностью.

Выводы. Предложен новый способ создания клеевых соединений древесины, в основу которого заложен эффект от воздействия на структуру клея ультразвука и постоянного электрического поля.

Ключевые слова: клеевое соединение, прочность, ультразвук, электрическое поле, модифицирование, частота колебания, клей.

Введение. Значительная часть территории Российской Федерации находится в зоне децентрализованных систем энергообеспечения, малоэтажная застройка которой может быть обеспечена с применение экологически чистых материалов и инновационных технологий. Современный строительный рынок с каждым годом выдвигает более жесткие требования к строительным материалам, повышению их качества и, главное, снижению стоимости используемого сырья. Все чаще в строительной индустрии используют древесину. Данный материал обладает рядом преимуществ: высокой прочностью, низкой теплопроводностью, коррози-

© Попов В. М., Дорняк О. Р., Петрикеева Н. А., Попова Н. М., 2019

28

онной стойкостью, небольшим весом в сравнении с железобетонными конструкциями, удобством перевозки и монтажа. В настоящее время в промышленном, гражданском, сельскохозяйственном строительстве, транспортных сооружениях, зданиях общественного назначения находят применение клееные деревянные конструкции [6, 9]. Поскольку во многих случаях данные конструкции эксплуатируются в режиме повышенных механических нагрузок, основным критерием их надежности и безопасности является прочность клеевых соединений.

Используемые при создании клееных деревянных конструкций отечественные клеи зачастую не отвечают требованиям, предъявляемым к клеевым соединениям конструкций, поэтому проблему решают переходом на более дорогие импортные клеи. Подобный подход к решению проблемы создания надежных по прочности конструкций нельзя признать рациональным.

Ранее проведенными исследованиями установлен эффект повышения механических свойств клеевых соединений, сформированных на основе полимерных клеев с измененной под воздействием физических полей морфологией [5, 10, 11]. Для создания еще более высокопрочных клеевых соединений древесины предлагается повысить порог энергетического воздействия на полимерный компонент клея в неотвержденном состоянии путем совместного воздействия на клей ультразвуком (УЗ) и постоянным электрическим полем (ПЭП). Применение подобной технологии на практике решает также и проблему импортозамещения.

1. Экспериментальные исследования прочности клеевых соединений древесины на основе клеев, подвергнутых совместному воздействию УЗ и ПЭП. Для подтверждения вы-

двинутого положения о возможности повышения прочности клеевых соединений древесины путем совместного воздействия на клей УЗ и ПЭП проведены исследования на запатентованной высоковольтной установке [12], принципиальная схема которой представлена на рис. 1.

П

Рис. 1 Принципиальная схема электроультразвуковой установки:

1 — высоковольтный трансформатор; 2 — ключ; 3 — плоский конденсатор с образцом; 4 — вольтметр; 5 — потенциометр; 6 — сопротивление; 7 — конденсатор; 8 — разрядник; 9 — ультразвуковой генератор; 10 — магнитострикционный преобразователь

В состав установки входит рабочая ячейка в виде плоского конденсатора с фторопластовой кюветой, наполненной испытуемым клеем. Напряженность ПЭП варьировалась в пределах от 0 до 2000 В·см-1 путем изменения расстояния между обкладками конденсатора и напряжения подаваемого тока. В качестве источника тока использовался высоковольтный трансформатор с батареей конденсаторов и каскадом выпрямителей. Для создания ультразвука с частотой колебаний до 22 кГц применялся ультразвуковой генератор с магнитостриктором.

Объектами исследований прочности клеевых соединений являлись поливинилацетатный клей ПВАД (ГОСТ 18992-80), карбамидоформальдегидный клей КФ-МТ-15 (ТУ 6-06-12-88) и карбамидоформальдегидный клей повышенной жизнеспособности КФ-Ж (ГОСТ 14231-88).

Используемый однокомпонентный клей или полимерный компонент многокомпонентного клея в жидкотекучем состоянии, помещенный в кювету с электронагревателем, подвер-

29