Автоматизована технологія комп’ютерно-інтегрованого енергоефективного керування теплонасосними системами

Abstract

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, яка присвячена розробці та дослідженню комп’ютерно-інтегрованих методів і засобів автоматизованого керування теплонасосними системами. У цій дисертаційній роботі на основі отриманих теоретичних та експериментальних результатів розв’язано актуальну науково-прикладну задачу створення та дослідження автоматизованої технології комп’ютерно-інтегрованого керування тепловими насосами, що дозволило підвищити енергоефективність систем централізованого теплопостачання будівель шляхом розробки й використання інформаційного, програмного та технічного забезпечення засобів автоматизації. Метою дисертаційної роботи є вдосконалення техніко-функціональної організації теплотехнічних систем, що реалізують процеси опалення, гарячого водопостачання й кондиціонування завдяки розробці та впровадженню технічного й програмно-інформаційного забезпечення автоматизованих технологій комп’ютерно-інтегрованого енергоефективного керування тепловими насосами. Об’єкт дослідження – процеси комп’ютерно-інтегрованого керування теплонасосними системами в автоматизованому режимі. Предмет дослідження – методи, засоби та моделі створення автоматизованих систем комп’ютерно- інтегрованого керування теплонасосними системами. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних літературних джерел із 233 найменувань та 3 додатків. У вступі зазначено актуальність теми досліджень, сформульовано мету,

об’єкт, предмет і основні завдання досліджень, обґрунтовано методи досліджень, викладено наукову новизну й практичну значимість одержаних результатів, зазначено особистий внесок здобувача, представлено загальну характеристику та структуру дисертації, а також наведено відомості щодо публікацій і результатів апробації й упровадження дисертаційної роботи. Перший розділ присвячено інформаційному аналізу актуального стану науково-прикладних досліджень та інженерно-технічних рішень у сфері автоматизованого керування теплотехнічними об’єктами та процесами, а також локалізації мети, об’єкту, предмету та основних пріоритетних напрямків і задач з удосконалення й подальшого розвитку відомих автоматизованих технологій комп’ютерно-інтегрованого керування теплонасосними системами. У другому розділі наведено результати розробки та дослідження щодо обґрунтування параметрів і характеристик структурно-функціонального забезпечення автоматизованої технології комп’ютерно-інтегрованого керування теплонасосними системами з урахуванням критерію енергоефективності. Третій розділ присвячено розробці та дослідженню інформаційного та програмного забезпечення автоматизованої технології керування теплонасосними системами під час процесів опалення та кондиціонування. У четвертому розділі дисертації було розв’язано дослідницькі задачі, що присвячені створенню та валідації комп’ютерних моделей апаратно-програмного забезпечення автоматизованої технології комп’ютерно-інтегрованого енергоефективного керування теплонасосними системами, а також критичному аналізу отриманих результатів досліджень із формулюванням рекомендацій з практичного використання розробленої автоматизованої технології та обґрунтуванням перспектив її подальшого розвитку. У загальних висновках наведено основні кількісні та якісні результати дисертаційного дослідження. У додатках наведено список публікацій здобувача за темою дисертації, акти впровадження та використання результатів дисертаційного дослідження, а також програмне забезпечення розробленої автоматизованої технології комп’ютерно- інтегрованого енергоефективного керування теплонасосними системами. Наукова новизна результатів дисертації: синтезовано апаратно-програмне забезпечення автоматизованої технології комп’ютерно-інтегрованого керування теплонасосними системами за критерієм енергоефективності; розроблено комплексну модель процесу комп’ютерно-інтегрованого керування системою кондиціонування, яка реалізує адаптивну утилізацію тепла для потреб гарячого водопостачання в залежності від температури теплоносія в тепловому акумуляторі; удосконалено методи побудови автоматизованих технологій комп’ютерно- інтегрованого енергоефективного керування теплонасосними системами промислових теплотехнічних об’єктів; удосконалено структурно-функціональне забезпечення методу підвищення енергоефективності систем теплопостачання на основі багатоступеневих теплонасосних систем; отримало подальшого розвитку інформаційно-програмне забезпечення засобів комп’ютерно-інтегрованого керування теплонасосними системами. Практичне значення отриманих результатів досліджень полягає в застосуванні розроблених комп’ютерно-інтегрованих методів, апаратно- програмних рішень і комп’ютерних моделей під час проєктування нових або модернізації існуючих засобів автоматизації теплонасосних систем, які є функціональними складовими систем опалення, кондиціонування, вентиляції та гарячого водопостачання побутових, інфраструктурних і промислових об’єктів. В роботі сформульовано перспективні напрямки подальших досліджень, які дозволять розширити та поглибити можливість наукового обґрунтування програмно-технічних рішень із підвищення енергоефективності теплотехнічних промислових та побутових об’єктів і процесів за рахунок створення й упровадження автоматизованих технологій комп’ютерно-інтегрованого керування теплонасосними системами.

The thesis is a completed research work devoted to the development and study of computer-integrated methods and means of automated control of heat pump systems. In this thesis, based on the theoretical and experimental results obtained, the urgent scientific and applied problem of creating and researching an automated technology for computer- integrated control of heat pumps has been solved, which made it possible to enhance the energy efficiency of district heating systems in buildings by developing and utilising information, software and hardware provision of automation tools. The thesis aims to improve the technical and functional organisation of heat engineering systems that implement heating, hot water supply and air conditioning processes through the development and implementation of technical, software and information provision for automated technologies of computer-integrated energy- efficient control of heat pumps. The research object is the processes of computer- integrated control of heat pump systems in an automated mode. The research subject is methods, tools and models for creating automated systems of computer-integrated control of heat pump systems. The thesis includes an introduction, four chapters, general conclusions, a list of 233 references and 3 appendices. The relevance of the research topic, the main aim, object, subject and main tasks of the research, research methods, scientific novelty and practical significance of the results, the personal contribution of the applicant, the general characteristics and structure of the dissertation, as well as information on publications and the results of the examination and implementation of the dissertation have been described in the introduction.

The first chapter is devoted to the information analysis of the current state of scientific and applied research and engineering solutions in the field of automated control of heat engineering objects and processes, as well as the localisation of the goal, object, subject and main priority directions and tasks for the improvement and further development of known automated technologies of computer-integrated control of heat pump systems. The results of the development and research on the substantiation of parameters and characteristics of the structural and functional provision of the automated technology of computer-integrated control of heat pump systems with regard to the energy efficiency criterion have been obtained and presented in the second section. The third chapter is devoted to the development and research of dataware and software provision of the automated control technology of heat pump systems in heating and air conditioning processes. In the fourth chapter of the thesis, the research tasks have been solved, which are devoted to the creation and validation of computer models of hardware and software of the automated technology of computer-integrated energy-efficient control of heat pump systems, as well as to the critical analysis of the research results with the formulation of recommendations for the practical utilisation of the developed automated technology and justification of the prospects for its further development. The general conclusions present the main quantitative and qualitative results of the research. The appendices contain a list of the applicant's publications related to the topic of the thesis, certificates of implementation and use of the results of the research, as well as the software of the developed automated technology of computer-integrated energy- efficient control of heat pump systems. The scientific novelty of the results obtained: the hardware and software of the automated technology of computer-integrated control of heat pump systems according to the criterion of energy efficiency has been synthesised; a comprehensive model of the process of computer-integrated control of the air conditioning system has been developed, which implements adaptive heat utilisation for the needs of hot water supply depending

on the temperature of the heat source in the heat accumulator; methods for creating automated technologies of computer-integrated energy-efficient control of heat pump systems of industrial heat engineering facilities have been improved; structural and functional provision of the method of improving the energy efficiency of heat supply systems based on multi-stage heat pump systems has been improved; dataware and software provision of computer-integrated control of heat pump systems has been further developed. The practical significance of the research results lies in the possibility of applying the developed computer-integrated methods, hardware and software solutions, as well as computer models in the development of new or modernisation of existing automation equipment of heat pump systems, which are functional components of heating, air conditioning, ventilation and hot water supply systems for domestic, infrastructure and industrial facilities. Promising directions for further research have been formulated in the thesis, which allow expansion and deepening of the possibility of scientific substantiation of software and hardware solutions to improve the energy efficiency of heat engineering industrial and domestic facilities and processes through the creation and implementation of automated technologies of computer-integrated control of heat pump systems.