Главная >  Энергосбережение 

 

Новая программа имитационного моделирования МОДЭН. Введение

 

Волов Г.Я. к.т.н.,
ОДО «Энерговент» (Республика Беларусь, Минск)

 

Физические законы, используемые в системах ОВиКВ, это, прежде всего, законы теплотехники и механики жидкости и газов - но и не только. Нельзя обойтись без знания законов электричества. Очень важно подчеркнуть, что, обычно, физические формулы, используемые при моделировании, чрезвычайно просты. Их понимание является необходимым для инженера, создающего имитационные модели.
Любая имитационная модель на компьютере – это система уравнений, которая решается на каждом шаге программы. Наибольшая трудность как раз и состоит в том, чтобы получить устойчивое решение на каждом шаге счета.
Специалист по ОВиКВ вряд ли сможет самостоятельно выбирать в процессе создания модели метод решения системы уравнений

 

Программа для имитационного моделирования систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВиКВ) должна основываться на базовых человеческих знаниях о природе. Она должна быть симбиозом философских воззрений, физических законов, математических методов, технических устройств и схем, а также их программной реализации.
В основе наших философских воззрений на окружающую природу лежит объектно-ориентированный подход. Этот факт не является чем-то необычным, скорее, могло явиться необычным, именно, использование некого другого подхода. Трудности возникают лишь чисто терминологического плана.

 

Терминология

 

Обязательными требованиями к программам имитационного моделирования является простота моделей и интуитивно понятный интерфейс. На наш взгляд, наиболее понятным может быть метод создания модели подобный монтажу реальных объектов.
Это монтаж из готовых блоков (модулей). Чем крупнее блоки, тем быстрее и качественнее можно провести монтаж. Причем роль каждого блока в системе должна быть понятна и однозначна.
Поэтому, перед началом создания такой программы, разработчик (постановщик задачи, программист) должен ответить на ряд вопросов:
как представить реальность, в том числе и систем ОВиКВ, в категориях объектно-ориентированного проектирования,
определить степень универсальности программы в связи с применением различных физических законов,
какой должен математический аппарат решателя, чтобы пользователь программы не испытывал трудностей, а, в случае появления расходящихся решений, знал как этого избежать,
возможность создания и корректировки систем,
как сделать, чтобы интерфейс программы соответствовал уровню и навыкам специалиста по ОВиКВ.
Создатели рассматриваемой программы для имитационного моделирования МОДЭН, на наш взгляд, нашли ответы на поставленные вопросы.

 

Объясним терминологию программы на конкретном примере теплообменника для нагрева воздуха в кондиционере (рис. .
В теплообменник входит и выходит греющая вода (температуры Tw1 и Tw , также входит и выходит нагреваемый воздух (температуры Ta1 и Ta . О таком теплообменнике мы говорим, что он имеет четыре порта (порт1 - Tw1, порт 2- Tw2, порт 3 - Ta1, порт 4 - Ta .
Рассмотрим подробно порт 3 (вход холодного воздуха с температурой Ta . Воздух имеет определенные параметры: температуру, расход, давление, энтальпию, влагосодержание и т.д. Каждый из этих параметров мы называем каналом (аналогия с системами автоматического регулирования).

 

Объектно-ориентированный метод программирования известен уже давно. Программы, использующие этот подход, достигли больших успехов. Возможно, поэтому он стал находить все большую популярность и в технике.
Но, на наш взгляд, терминология программирования не отражает терминологию, исторически используемую в технических приложениях. Поэтому разработчики программы МОДЭН предлагают свою терминологию объектно-ориентрованного подхода для технических приложений.

 

Каждый теплоноситель характеризуется своим набором каналов (параметров).
Если нас не интересует, или мы не знаем внутреннее устройство теплообменника, то такой теплообменник называется объектом, т.е. конечным элементом системы.
Объекты можно соединять между собой связями через порты. Несколько соединенных объектов образуют структуру. Структура – условное понятие. Реально существуют лишь объекты. Но, понятие структура позволяет нам рассматривать группы объектов по определенным признакам. Такие отдельные объекты, как вентилятор, воздушный фильтр, теплообменники для охлаждения и нагрева воздуха, заслонка объединяют в структуру «кондиционер». В дальнейшем, при создании новых кондиционеров, мы используем такую структуру.

 

Рис. Схема теплообменника для нагрева воздуха

 

В конкретном проекте разработчик связывает между собой порты. Связать, понятно, можно только порты с одинаковыми каналами. При связывании портов происходит автоматическое связывание каналов. При этом, из двух портов один порт (в котором расположен курсор), мы называем текущим, другой смежным.

 

Понятно, что в состав структур могут входить и иные структуры, также можно представить структуру и без объектов. Понятие структуры становится очень удобным при создании больших объектов. Со структурами можно проводить те же операции, как и самими объектами (копирование, удаление, сохранение и др.). Причем все эти операции сразу проводятся над всеми объектами, входящими в нее. Структуры не имеют собственных портов, они имеют только те порты, которые имеют входящие в нее объекты.
Кроме того, что теплообменник имеет каналы в портах, он имеет и ряд собственных характеристик, которые портам не принадлежат. Характеристики бывают двух типов. Текстовые характеристики – наименование объекта (структуры), марка и т.д. Числовые характеристики - площадь, стоимость и т.д. Каждая характеристика является еще и каналом. При этом обязательно уточняем, что это канал – характеристика.

 

Пример. Формула для определения значения в канале температуры.

 

Каждый элемент (структура, объект, порт, канал) конкретного проекта был создан из соответствующего типового элемента (структуры, объекта, порта, канала). После создания проекта все эти элементы существуют независимо от их типовых прототипов. Часто, уже после создания проекта, типовой элемент подвергается изменению. В программе МОДЭН существует команда, которая позволяет откорректировать весь проект, приведя его в соответствие типовым аналогам.
При запуске созданного проекта на счет в каналах появляются конкретные значения. Причем, в каждый момент времени (шаг счета) только одно значение. Это значение может формироваться либо в самом текущем канале, либо поступать в него из смежного. В первом случае говорят, что канал является активным, а во втором, что пассивным. Значение активного канала задается константным значением, формулой или сложной программой.

 

Tst=SQ/(Cp*V)+Tst-1, (

 

Формула для определения температуры в момент времени может иметь следующий вид

 

Для того, чтобы значение канала считалось, необходимо передать в формулу ( значения переменных в правой части формулы (связать переменные). Для связывания переменных программа позволяет организовывать информационные связи (необходимо отличать от связей между портами). Информационные связи могут быть между переменными в формуле и:
значениями любого канала за любой момент времени (настоящем или прошлым),
константой из баз данных программы.

 

где
SQ - количество поступившей теплоты за момент времени от t до t-1,
Cp - теплоемкость,
V – воздушный объем помещения,
Tst-1 - значение текущего канала в момент времени t-1.

 

Ci=Cimax*Ki*Kd*Ky, (
где
Cimax- максимальное или рассчитанное по формуле, значение канала,
Ki – коэффициент использования,
Kd – коэффициент часовой неравномерности,
Ky – коэффициент годовой неравномерности.
Для коэффициентов Kd и Ky создаются в программе специальные шаблоны.

 

Значение Сi (i-го канала), рассчитанное по формуле или постоянное, умножается на три коэффициента

 

Таблица МОДЭН SPARK Типовые элементы Канал Problem Variables Порт *) Объект Macro Class Структура Macro Class Шаблоны ASHRAE Toolkit Элементы проекта Связи Link Канал Atomic Class Порт Port Объект Object Структура *) Проект Problem Базы данных программы Математические и физические константы **) База материалов и конструкций **) Шаблоны формул Global Class Размерности SPARK Unit Шаблоны коэффициентов неравномерности **)

 

Понятно, что с точки зрения математики, моделируемая система представляет собой систему алгебро-дифференциальных уравнений, решаемую относительно значений каналов. Причем число уравнений равно числу каналов. При численном решении эта система переходит в систему алгебраических уравнений. Решение системы уравнений в программе осуществляется естественным путем – методом Зейделя. Итерация происходит как за счет динамики самой модели, так и внутри одного шага счета.
Метод Зейделя часто приводит к расходимости при решении. Эта расходимость (как, собственно, и на реальном объекте) ликвидируется путем включения в работу элементов автоматики, обязательном учете инерции системы и уменьшением шагов счета.
В таблице 1 показано соответствие основных терминов программы МОДЭН и программы SPARK.

 

Интерфейс программы МОДЭН

 

Комментарии к таблице 1.
*) Отсутствие термина в программе SPARK не говорит о том, что его нет в программе.
**) Автору неизвестны библиотеки SPARK.

 

*интерфейс программы должен быть естественно понятен специалистам по энерго-, тепло- и воздухоснабжению,

 

При разработке пользовательского интерфейса авторы исходили из следующих принципов:

 

Наибольшую трудность, как известно, представляет составление математических моделей объектов. Здесь программа представляет довольно простой и понятный подход. Формула, для определения значения канала должна быть записана в том естественном виде, в котором она представляется в статьях. Например, формула для тепловых поступлений через ограждающие конструкции

 

*работа при построении модели должна быть аналогична работе при построении реального объекта. Причем понятно, что такая работа должна использовать наиболее передовые современные технологии монтажа. К таким передовым технологиям мы относим максимально возможное блокирование используемых элементов. При этом мы допускаем, что некоторые функции блоков могут быть в проекте не задействованы.

 

Q=(UA)*(-10-Tin). (

 

Q=(UA)*(Tout-Tin), (
где
UA – произведение коэффициента теплопередачи на площадь ограждающей конструкции, W/°C,
Tout – температура наружного воздуха, °С,
Tin – температура внутреннего воздуха, °С.
Пусть Tout= -10°C. Тогда формула примет вид

 

Остается лишь указать, с какими каналами связаны (откуда берут свои значения) две переменные формулы ( – UA и Tin.
На рисунке 2 указано, с какими каналами переменные надо связать. Программа автоматически указывает пользователю все каналы с формулами, где есть не связанные переменные. Связать переменные можно не только с любыми каналами проекта, но и с библиотеками (базами данных) программы.

 

Именно в таком виде пользователь и записывает формулу в специальную таблицу программы (см. рисунок .

 

Примеры моделирования

 

Рис. Связывание переменных в программе МОДЭН

 

Пример Моделирование работы отопительного прибора в помещении.
Простой пример работы отопительного прибора в помещении должен показать возможности программы МОДЭН. На рисунке 3 приведена схема радиатора, установленного в помещении. В помещении отсутствует вентиляция, а имеется только теплообмен с окружающей средой. В таблице 2 приведены основные параметры системы. Все формулы, которые работают в модели, приведены в таблице формул на рисунке 2.
Было проведено четыре расчета:
расчет 1, V=1 м^3 , шаг счета 15 секунд,
расчет 2, V=20 м^3, шаг счета 15 секунд,
расчет 3, V=1 м^3 , шаг счета 16 секунд,
расчет 4, V=20 м^3, шаг счета 16 секунд.

 

Рассмотрим два примера, которые, по мнению автора, должны показать возможности программы МОДЭН.

 

Таблица Параметр Обозначение Значение Размерность Значение U*A для стены (U*A)w 100 W/°C
Значение U*A для радиатора (U*A)h 25 W/°C Температура воды на входе в радиатор T12 60 °C
Расход воды на входе в радиатор G1 0,0278 kg/s
Температура наружного воздуха Tout -10 °C

 

Здесь в каждом расчете строился график изменения температуры внутреннего воздуха во времени. Для расчета 1 (кривая 1 на рисунке видно, что решение системы уравнений расходится, в то время, как расчета 2 (кривая 2 там же)сходится. Расхождение между расчетами 1 и 2, связано только со значением объема помещения. Чем больше объем (аккумулирующая способность) помещения, тем устойчивее решение. В расчетах 3 и 4 мы решили изменить шаг счета, уменьшив его всего на 1 секунду. Однако такое изменение привело к тому, что решение получилось устойчивым даже для помещения с меньшим объемом (см. рисунок .

 

Рис. Изменение температуры внутреннего воздуха при шаге счета 15 секунд (окно программы МОДЭН).
1- расчет 1 (V=1 м^ ,
2- расчет 2 (V= 20 м^ .

 

Рис. Схема системы отопления помещения (к примеру

 

Пример Моделирование кондиционируемого помещения.

 

Рис. Изменение температуры внутреннего воздуха при шаге счета 16 секунд (окно программы МОДЭН).
1- расчет 3 (V=1 м^ ,
2- расчет 4 (V= 20 м^ .

 

Таблица 3.
Параметр SPARK MODEN Размерность Наименование Обозначение Произведение коэффициента теплоотдачи на площадь (для пола) h*Afloor 60 60 W/°C Произведение коэффициента теплопередачи на площадь (для стены) U*Awall 30 30 W/°C Температура наружного воздуха Tosa 38 38 °C Объем помещения V - 800 m^3 Произведение массы плиты пола на теплоемкость M*Cpfloor 1E+6 1E+6 J/°C Шаг счета dt 360 60 s Начальные условия при t>0 сек: Температура воздуха в помещении Ta 30 30 °C Произведение теплоемкости приточного воздуха на расход Cp*L 50 50 W/°C
Температура приточного воздуха Tin 13 13 °C Начальные условия при t=71964 сек: Температура приточного воздуха Tin 17 17 °C

 

Пример взят из руководства пользователя программой SPARK [1]. По условиям задачи требуется поддержать требуемую температуру в помещении путем изменения количества подаваемого приточного воздуха. Начальные и граничные условия задачи приведены в таблице На рисунке 6 приведено условие задачи в графической форме (окно взято из программы МОДЭН). Как видно из таблицы 2 мы практически полностью повторили условия задачи решенной SPARK. Исключение составляет лишь объем помещения и шаг счета.

 

L/V= (Cp*L)*3600/(Cp*V)=50*3600/(1050*80 =0,214 (1/час). (

 

Составление моделей, аналогичных примеру, осуществляется в программе МОДЭН из готовых элементов (шаблонов) или на базе типовых элементов. Для данного примера использован имеющийся шаблон. Поскольку шаблон включал в себя и другие объекты (отопление, освещение, окна и пр.), их пришлось удалить. Этот же шаблон включал в себя и такой объект, как воздушный объем помещения, без которого решение не получается устойчивым. Его мы вынуждены были оставить, а значение объема помещения принять условно. В программе SPARK объем воздуха в помещении не потребовался, что вызывает у нас сомнение. Время составления примера из готовых элементов заняло у нас не более 2-х часов.
Как уже было показано в примере 1, именно значение объема воздуха помещения влияет на устойчивость решения. Чем ниже отношение L/V, тем с большим шагом можно вести расчет. В нашей задаче значение L/V равно

 

Рис. Экран программы МОДЭН с принципиальной схемой, таблицей формул и окном «Дерево объектов» (окно программы МОДЭН к примеру .

 

Даже такое низкое значение L/V не позволило нам повысить шаг более чем 60 секунд. В программе SPARK удалось провести расчет с шагом 360 секунд, что делает ей честь.
Отдельно скажем несколько слов об автоматике. В SPARK применен для изменения количества приточного воздуха ПИ-регулятор. Нам не удалось добиться хорошего качества регулирования с ПИ-регулятором и мы были вынуждены применить полный ПИД-регулятор.
На рисунках 7 и 8 приведено сравнение результатов расчета проведенного программами SPARK и МОДЭН. Как видно из сравнения результатов - достаточно хорошее согласование имеется при расчетах температур воздуха помещения и плиты пола. Соответствие же расходов приточного воздуха может носить только качественный характер.
Как показано в руководстве [1] система уравнений, описывающая процесс в помещении, состоит всего из пяти уравнений. Программа МОДЭН позволяет решать задачи со значительно большим числом уравнений.

 

Рис. Сравнение результатов расчета Cp*L в программах МОДЭН и SPARK (к примеру .

 

Рис. Сравнение результатов расчета температур внутреннего воздуха и плиты пола в программах МОДЭН и SPARK (к примеру .

 

Этот пример реального сооружения приведен для того, чтобы показать, что программа позволяет моделировать не только простые, но и достаточно сложные системы.
Система вентиляции развлекательного центра предусматривается с приточно-вытяжными блоками для каждого этажа.
На рисунке 9 приведена схема вентиляции одного этажа этого здания. На каждом этаже расположено по два больших зала, в которых необходимо предусматривать требуемые параметры воздуха. Для поддержания этих параметров на входе в эти залы расположены доводчики (фэн-койлы). Каждый доводчик оснащен воздухонагревателем и воздухоохладителем. Рециркуляция в помещениях не предусмотрена. Расход воздуха зависит только от количества посетителей.

 

Пример Кондиционирование воздуха 4-х этажного развлекательного центра.

 

Моделирование системы вентиляции предусмотрено в полном объеме за исключением гидравлических (аэродинамических) расчетов трубопроводов (воздуховодов). Весь расчет протекает, как связная задача. Общее количество каналов равно 484 Число каналов, участвующих в расчете ~300 Это равносильно тому, что на каждом шаге счета (итерации) решается система из ~3000 уравнений. Шаг счета составляет 60 секунд. Увеличение шага приводит к появлению возмущений.

 

На том же рисунке 9 приведены доводчики и принципиально показана система автоматизации.

 

многослойная наружная стенка с учетом процессов тепло- и влагоперенос в ней,

 

При моделировании рассматриваются следующие основные объекты и структуры:

 

автоматизированная холодильная станция с гидравлическим разделителем (две холодильных машины),

 

воздушный объем помещения с учетом тепло- и влагопоступления от людей, солнечной радиации, технологического оборудования, освещения, ограждающих и системы отопления (водяное радиаторное), вентиляции и воздухораспределения,

 

автоматизированные фэн-койлы (восемь аппаратов) с воздухонагревателем и воздухоохладителем.

 

автоматизированные приточно-вытяжные блоки с рекуператором и воздухонагревателем (четыре блока),

 

Рис. Схема системы кондиционирования воздуха в теплый период (окно программы МОДЭН к примеру .
Ch – холодильный агрегат, S11 (S1 – фэн-койл,
W1-захоложенная вода, S1 - приточно – вытяжной блок,
W2-отепленная вода, P – П-регулятор.
PID - ПИД-регулятор, S2…S4 – ответвления к системам S2…S4,

 

На рисунках 10 и 11 приведены тепловые нагрузки и температуры от момента старта (начала расчета). Хорошо видно, что при старте возникают пикообразные возмущения некоторых параметров. Это связано с тем, что начальные условия не по всем параметрам системы хорошо подобраны. Однако достаточно быстро система вступает в обычный регулярный режим.

 

Рис. 1 Графики температур (к примеру .
-Tin – температура внутреннего воздуха,
-Tout – температура наружного воздуха,
-Tw1 – температура холодной воды на фэн-койлы

 

Рис. 1 Тепловые нагрузки (к примеру .
-Qw – теплопоступления через наружные ограждения,
-Qt – теплопоступления от технологического оборудования,
-Qp – теплопоступления от людей,
-Ql – теплопоступления от освещения,
-Oh – теплопоступления от системы отопления.

 

Проведение компьютерного эксперимента

 

Рис. 1 Распределение температуры в стене (к примеру .
Слои:
1 – внутренний воздух помещения,
2 – внутренняя штукатурка,
3 – кирпич,
4 – наружная штукатурка,
5 –наружный воздух.

 

В качестве независимого параметра выберем значение U*A доводчика, а в качестве независимого – температуру внутреннего воздуха в помещении

 

Программы имитационного моделирования предназначены, по своей сути, для поверочных расчетов систем. Подбор оборудования такие программы не производят. Однако возможно проведение компьютерных экспериментов, что, к конечном счете, позволяет подобрать необходимое оборудование. Для проведения компьютерного эксперимента необходимо выбрать зависимые (Yi) и независимые (Xi) параметры (каналы).
Проведем для примера 3 компьютерный эксперимент.

 

Зададим шаг варьирования (20 , начальное и конечное значение независимой переменной (200 и 100 . Запустим систему на счет. По результатам счета будет построен график зависимости (см. рис. 1

 

X1=U*A,
Y1=Ta.

 

Благодаря этому графику можно определить значение U*A доводчика по известному значению температуры в помещении (Ta), а также значение температуры в помещении по значению U*A.

 

Ta=f(U*A).

 

Заключение

 

Рис. 1 Результаты проведения компьютерного эксперимента ( к примеру .

 

Используя в качестве метода решения систем нелинейных алгебраических уравнений метод Зейделя, в программе, для улучшения сходимости, предлагается, как снижать шаг моделирования, так и строить физическую модель с учетом аккумулирующих свойств реального объекта.

 

Предлагается еще одна программа для имитационного моделирования энергетических систем – МОДЭН. Программа построена с применением технологий объектно-ориентированного проектирования, поэтому имеет много общего с известной программой SPARK. В статье приведено сравнение программы МОДЭН с программой SPARK. Причем сравнение проведено не только в части структур программ, но и результатов расчета тестового примера.

 

Обладая большой универсальности и естественным интерфейсом (понятным инженерам) программа позволяет моделировать комплексно (или раздельно) энергетические процессы и системы реальных зданий.

 

Программа МОДЭН предназначена, в основном, для поверочных расчетов энергетических систем. Для возможности выбора оборудования (конструктивный расчет) предлагается проведение специальных компьютерных экспериментов.

 

SPARK 1.0. Reference Manual.

 

Литература

 

При разработке программы МОДЭН мы использовали, как терминологию, которая применяется в энергетике, так и заимствованную из программирования, автоматизации и объектно-ориентированного проектирования. Мы понимаем, что пользователя нашей программы может, во-первых, отпугнуть непривычность терминологии, а уже, во-вторых, излагаемый материал. Поэтому заранее приносим Вам свои извинения. Но знать терминологию предмета, это уже процентов на 50% знать и сам предмет. Поверите или проверните?
Начнем с главного понятия программы – объекта.
Объект – элемент низшего уровня энергетической системы, который может быть, как потребителем, так и источником энергии. Если мы говорим, что «теплообменник» является объектом, то мы, тем самым, понимаем, что нас не интересует устройство самого калорифера, т.е. из каких он состоит элементов. Если мы решим глубже вникнуть в объект «калорифер», то будем рассматривать уже такие объекты, как трубное и межтрубное пространство, называя их объектами. В этом случае сам «теплообменник» становится структурой.

 

Примечания

 

Структура – это элемент энергетической системы, состоящий из объектов и существующий по своим определенным законам и имеющим свое материальное воплощение. Очень часто в состав структур входят другие структуры. Важно повторить, что структуры, существующие по своим определенным правилам, часто независимы от остальной системы. Особую важность представляет распознавание структур, а в последующем, улучшение слабых и продвижение новых, более эффективных структур.
Между объектами существуют энергетические связи. Такие связи представляют собой конкретный тип энергетических потоков. Понятно, что связь (поток) определенного типа нельзя ввести в произвольно взятый объект. Так, теплообменник «вода-вода» не воспримет сжатый воздух. Чтобы в модели указать какого вида потоки может воспринять объект, вводится понятие порта.
Порт – элемент в оболочке объекта, через который в него, из внешней среды, проникает поток. Каждый порт рассчитан на пропуск потока только одного типа (вида). Порты в объекте маркируются. Так объект «теплообменник вода-вода» имеет 5 портов. Порты 1 и 2 для пропуска греющего теплоносителя – вода и порты 3 и 4 для пропуска нагреваемого теплоносителя – вода и порт 5 – теплообмен с окружающей средой. Для некоторого упрощения все свойства потоков, которые объединяют порты разных объектов, мы переносим на порты. Это позволяет нам не рассматривать потоки, как самостоятельные элементы модели. Возможно, в будущем, мы откажемся от такого представления.
Каждый поток характеризуется рядом параметров, которые в программе называются каналами.
Канал – наименьший элемент, который участвует в построении модели. Если взять такой поток, как вода, то он может характеризоваться следующими параметрами: температурой, расходом, давлением, теплоемкостью и т.д. Если при моделировании мы используем какой-либо поток, то это еще не значит, что мы должны работать со всеми его каналами. Все зависит от тех задач, которые мы готовы поставить перед моделью. Избыточность определяющих каналов приводит к усложнению модели и трудностям ее разработки.
Структура, объект, порт, канал – все это элементы системы.
В программе существует понятие типовых элементов.
Типовые элементы - такие элементы, из которых будут строиться все элементы модели. В программе существуют следующие типовые элементы: каналы, потоки (порты), объекты и структуры. Почему это так? Не достаточно ли иметь только типовые каналы? На этот вопрос можно ответить так: «Чем выше уровень типизации (от канала к структуре), тем проще вести моделирование реальных объектов». Можно сказать, что оптимально, чтобы в базе была такая типовая структура, как предприятие, которое мы намерены сейчас моделировать. Каждый элемент внутри модели имеет себе аналогом типовой элемент. Для того чтобы внести изменение в какой-либо элемент, необходимо изменить соответствующий ему типовой элемент. Но в работе с большими типовыми структурами или объектами есть одна сложность – все объекты «пустые». Что значит «пустые объекты»? Опять представим себе калорифер. Вспомним, что у него есть четыре порта, а значит и соответствующие им каналы. Но что определяет зависимость между каналами (параметрами)? Только физические правила (формулы) внутри объектов. Так вот, внутри типовых объектов формул нет. Эти формулы хранятся только в шаблонах объектов и структур.
Шаблоны - это модели мини (а часто и не только) энергетических систем. Шаблоны построены на базе типовых элементов, но имеют в своем составе правила (формулы), которые описывают связи между каналами. Шаблоны применять удобнее, чем типовые элементы. Типовые элементы необходимо дополнительно «начинять» правилами (формулами).
Правила (формулы) - это зависимости внутри объектов, которые принадлежат каналам и позволяют рассчитывать значения каналов. Правила бывают простыми, и выражаются одной формулой, например, уравнение теплопереноса через ограждение

 

Рис. Структура проекта программы МОДЭН
S – структуры,
O – объекты,
P – порты,
TS(O,P,C) – типовые структуры (объекты, порты, каналы),
A – признаки,
X – каналы (характеристики).

 

так и довольно сложные, использующие логические выражения, численное дифференцирование и интегрирование. В правилах (формулах) практически всегда ссылаются на значения в других каналах (своего или чужого объектов). Эти ссылки называются информационными (каналами).
Информационные каналы – каналы, которые не принадлежат потокам, по которым передается энергия или, какой-либо, материальный субстат. Такие каналы используются только для связи параметров в формулах. Этим каналам не нужны порты. Их можно создавать для объектов в произвольном количестве. Им не надо придавать в соответствие типовые каналы. Надо лишь установить связь между параметром в формуле и необходимым каналом энергетического потока, либо каналом характеристики объекта (структуры).
Характеристика объекта (структуры). Характеристика – специальный канал, который существует в объекте (структуре), в котором содержатся определенные атрибуты (параметры, свойства) объекта (структуры). Эти атрибуты не нашли своего отражения в каналах портов. Характеристиками являются такие атрибуты, как имя, тип, марка, площадь, объем и т.д.
Как выявить необходимые каналы, не перебирая их по одному? Как сгруппировать объекты в структуры? Как составить отчет только по необходимым элементам системы? Для этого в программе имеется такое понятие, как признак.
Признаки – метки, присваиваемые элементам, по которым можно выбрать при сортировке помеченные соответствующим признакам элементы. Пользователь выбирает признаки из типовых. Признаки принадлежат элементам модели, кроме такого признака, как класс, который принадлежит типовым объектам.
Для того чтобы отличить типовые структуры (объекты), от структур (объектов) модели, последние мы будем называть узлами.
Работа энергетической системы происходит в реальном времени, в данной программе оно носит название календарного времени. В противовес этому работа модели системы происходит, в так называемом, модельном времени. В программе редко используется календарное время. Обычно оно используется в тех случаях, когда необходимо наложить информацию из реальной системы на модельную. Это делается, например, на этапе проверки на адекватность.

 

Q=S(kF)огр*(Тв-Тн),

 

When creating program MODEM we used the terminology, which is applied in power engineering, and also the terminology borrowed from programming, automation and object-oriented designing. We realize that the user of our program can, first of all, be frightened by unfamiliar terminology, and only then by the material. So we would like to bring our apologies. But to know a terminology of a subject means to know the subject itself by 50 %. Will you believe or test this statement?
Let's begin with the main concept of the program - with the object.
The object is an element of the basic level of the power system, which can be, both the consumer, and the source of energy. If we say, that "the heater" is an object, we realize that we are not interested with the device of the heater, i.e. of what elements it consists. If we decide to penetrate into the object "the heater" more deeply, we shall speak about such objects, as tube and intertube space, naming them the objects. In this case "the heater" itself becomes a structure.

 

ABSTRACT
TERMONOLOGY

 

The structure is an element of the power system consisting of objects and existing on its certain laws and having its material embodiment. Very often the one structure includes other structures. It is important to mention once again, that the structures existing by their certain rules, are often independent from the rest of the enterprise. The recognition of the structures is of special importance, and then the improvement of weak and developing of new, more effective structures.
Between the objects exist power connections. These connections represent a certain type of power streams. It is clear, that the connection (stream) cannot be entered into a certain type of an arbitrary taken object. So, a water heater will not respond to compressed air. In order to specify what kind of streams the object can respond to, the concept of the port is introduced.
The port is an element in the shell of the object, through which the stream penetrates in it from outside. Each port is designed for the passing of the stream of one type only. The ports in object are marked. So the object "the heater" has four ports. Ports 1 and 2 are for letting the heat-carrier (water) in and ports 3 and 4 are for letting the heat-carrier (air) in. For some simplification, all properties of the streams, which unite ports of different objects, are transferred to ports. It allows us not to consider the streams as independent elements of the model. Probably, in future, we shall turn down such representation.
Each stream is characterized by a number of parameters, which are called channels in the program.
The channel is the minimal element, which participates in the construction of the model. If we take such stream as water it can be characterized by the following parameters: temperature, consumption, pressure, heat capacity, etc. If we use any stream when modeling, it does not mean, that we should work with all its channels. It depends on the tasks, we are ready to put before the model. The redundancy of the determining channels leads to the complication of the model and the sophistication of its development.
The structure, the object, the port, the channel are all the elements of the system.
There is a concept of type (standard) elements in the program.
The type (standard) elements are such elements, from which all elements of the model will be constructed. In the program there are following type elements: channels, streams (ports), objects and structures. Why is it so? Isn't it enough to have only type channels? It is possible to answer this question this way: "The higher the level of correspondence (from the channel to the structure), the easier the modeling of real objects is". It is possible to say, that it is good to have in base such type structure as the enterprise, which we are going to simulate at the moment. Each element inside the model has a type element to itself by analogue. To bring in change to any of the elements, it is necessary to change the type element, appropriate to it. But when working with large type structures or objects there is one difficulty - all the objects are "empty". What does the term "empty objects" denote? Let's imagine a heater again. Let's recollect, that it has four ports, and this means that it has the channels appropriate to them. But what defines the dependence between the channels (parameters)? Only physical rules (formulas) inside the objects. So, inside the type objects there are no formulas. These formulas are kept only in the patterns of objects and structures.
The templates are the models of minipower systems (but sometimes not only of minipower). The templates are constructed on the basis of the type elements, but incorporate rules (formula), which describe the connection between the channels. It is more convenient to use the templates, than the type elements. It is necessary to fill the type elements with rules (formulas) on top of everything.
The rules (formulas) are the dependences inside the objects, which belong to the channels and allow calculating the meanings of the channels. The rules can be simple, and can be expressed by one formula, for example, the equation of the heat transportation through protection

 

Figure. Structure of project software MODEN
S – structures,
O – objects,
P – ports,
TS(O,P,C) – type structures (objects, ports, channels),
A – attributes,
X – channels (характеристики).

 

and can be rather complicated, the ones that use logic expressions, numerical differentiation and integration. In rules (formulas) practically always they refer to the meanings of other channels (or other objects'). These references are called information references (channels).
The information channels are the channels, which do not belong to the streams, on which the energy or any material substratum is transferred. Such channels are used only for the connection of parameters in formulas. These channels do not need the ports. They can be created for the objects in any quantity. They do not need to be given type channels. It is necessary only to establish connection between the parameter in the formula and the necessary channel of a power stream, or the channel of characteristic of the object (structure).
The characteristic of the object (structure). The characteristic is a special channel, which exists in the object (structure), which contains certain attributes (parameters, property) of the object (structure). These attributes do not reflect in the channels of the ports. The characteristics are such attributes as name, type, mark, area, volume, etc.
How to reveal necessary channels, not dwelling on them one by one? How to group the objects in structures? How to make a report based only on necessary elements of the system? For this purpose there is such term as an attribute in the program.
The attributes are the labels given to the elements, with the help of which we can choose the elements that were marked by the appropriate attributes when sorting. The user chooses the attributes from the type. All the attributes belong to the elements of the model, except such attribute as class, which belongs to the type objects.
To distinguish type structures (objects) from the structures (objects) of the model we shall call them nodes.
The work of the power system occurs in real time, and in the given program it is called calendar time. In counterbalance to this, the work of the model of the system is carried out, in so-called, modeling time. In the program the calendar time is used seldom. Usually it is used when it is necessary to apply the information from real system to the model. It is done, for example, at the stage of check on adequacy.

 

Q=S(U*A)*(Тin-Тout),

 

 

Совещание. Перечень технологий сокращениявыбросов парниковых газов. Энергосбережением в национальном масштабе займется МинЖКХ. Проектирование системы напольног. Днепропетровск в поисках противо.

 

Главная >  Энергосбережение 

0.042