Математическое моделирование теплового режима здания с учетом инсоляционных теплопоступлений

Abstract

Имитационные модели применяются инженерами при проектировании климатических систем зданий и сооружений. Незаменимыми считаются модели для задачи повышения энергоэффективности как существующих, так и создаваемых объектов капитального строительства. Модель может применяться как инструмент энергетического исследования (энергомоделирования) зданий и сооружений при разработке технико-экономического обоснования в системе энергоменеджмента в соответствии с ISO 50001:2011 "Energy management systems - Requirements with guidance for use". Солнечное излучение - один из основных факторов, оказывающих влияние на тепловой режим здания. Внедрение интеллектуальной системы управления теплопотреблением позволяет повысить энергетическую эффективность при поддержании оптимальных климатических параметров в помещениях. Цель исследования: разработка комплексной модели здания и блока имитации погодных условий для проведения исследований влияния энергии солнечного излучения на тепловые процессы внутри здания, а также для оценки потенциала энергосбережения типичных зданий и сооружений. Методы исследования: имитационное моделирование с использованием программной среды Simulink и специализированной библиотеки "акаузального" моделирования Simscape. Результаты. Разработана комплексная модель здания. Выполнены исследования инсоляционных процессов, характерных для зимних (февраль) климатических условий Западной Сибири. Представлены результаты моделирования динамики температуры воздуха в контрольных помещениях. Полученные данные об изменении теплового режима контрольных помещений позволили изучить процессы теплообмена с окружающей средой, а также установить влияние энергии солнечного излучения на работу системы управления теплоснабжением. Представлены выводы касательно эффективности компенсации возмущающего фактора с целью достижения энергосберегающего эффекта.

Simulation models are used by engineers in designing buildings climate systems. Such models are essential for solving a problem of improving energy efficiency of capital construction objects. The model can be applied as a tool for investigating building and constructions energy (energy modelling) when developing the techno-economic justification in the energy management system according with ISO 50001:2011 "Energy management systems - Requirements with guidance for use". Solar radiation is one of the major factors affecting the thermal regime of the building. Implementation of the intelligent control system of heat consumption allows increasing energy efficiency in case of maintaining optimal climatic parameters in rooms. The main aim of the study is to develop the integrated model of building and weather conditions simulation block for carrying out subsequent studies of the solar radiation influence on thermal processes inside the building, as well as for evaluating energy saving potential. The methods used in the study: simulation using the software package Simulink and special libraries Simscape of "acausal" modeling. The results. The authors have developed the integrated model of building and investigated the insolation processes typical for climatic parameters of Western Siberia (February). The paper introduces the research results of the indoor air temperature dynamics in the control rooms. The received data on changing the thermal regime of the control room allowed further studying of heat exchange with the environment, as well as determining the effect of solar radiation on heat supply control system functioning. The paper introduces the conclusions on the efficiency of the disturbing factor compensation for achieving energy saving effect.