Программный комплекс «Энергоаудит» – инструмент расчета энергетического баланса здания

Энергетическое обследование или энергоаудит – довольно затратная и длительная работа по оценке потребляется энергии, определения мер энергосбережения и сокращения неоправданных потерь. Для упрощения выполняемых работ и повышения точности расчетов в Институте энергетики Национальной академии наук Беларуси в рамках государственной программы научных исследований «Энергобезопасность и надежность энергоснабжения» разработан программный комплекс «Энергоаудит» для проведения энергоаудитов организаций.

Как известно, технология создания и эксплуатации энергетических систем сегодня насчитывает несколько этапов.

Этап 1. На стадии предпроектных работ выполняются расчеты и                 

чертежи основных энергетических систем.

Этап 2. После утверждения работ по этапу 1 – создается рабочая

проектно-сметная документация. На этой стадии выполняются расчеты

всех энергетических систем.

Этап 3. Выполнение проекта в натуре (строительно-монтажные

работы).

Этап 4. Эксплуатация энергетических систем.

На этом этапе, собственно говоря, и выявляются все недостатки проекта. Кроме того, в ходе эксплуатации объектов, владельцы системы часто меняют и модернизируют определенные узлы энергетических систем. При этом актуальной является задача снижения потребления первичной энергии системами.

Технология создания и эксплуатации энергетических систем должна была предусматривать преемственность технической документации на всех этапах. Однако, учитывая, что расчеты к проектам не прикладываются, старая документация часто теряется и, самое главное, обслуживающий персонал не в состоянии грамотно вести работу по энергосбережению, появляются различного рода проблемы со сбором информации об энергосистемах.

Решением такой проблемы может стать компьютерная программа, позволяющая уже на первом этапе начать моделирование энергетической системы будущего энергетического объекта. На каждой последующей стадии модель могла бы пополняться, уточняться и конкретизироваться.

При проведении энергетического аудита модель также создается или уточняется, если она была разработана ранее. А на основе анализа модели могли быть предложены технические решения по улучшению энергетической системы.

Разработанная программа «Энергоаудит» может быть полезна специалистам по проектированию, эксплуатации и проведению обследования энергетических систем оборудования, зданий и сооружений. Начать работу с программой можно на любом из четырех этапов.

Программа «Энергоаудит» предназначена для моделирования энергетических систем предприятий и зданий с минимальным шагом моделирования динамики объектов равным 1 миллисекунде, что позволяет с высокой точностью моделировать переходные процессы в системах. Шаг моделирования можно изменять. Для более точных расчетов время шага сокращается. Увеличение времени шага моделирования хотя и приведет к

небольшому снижению точности, но позволит значительно сократить время, необходимое для выполнения расчетов.

Программа построена с использованием модульной технологии. Основными модулями программы являются:

– «Библиотека программы», которая включает в себя типовые элементы, составляющие любой шаблон энергетических систем здания. Также этот модуль включает климатологические данные,  а также математические и физические константы;

– «Модуль отчетов»  включает в себя механизмы создания отчетов о работе программы, а также набор стандартной информации. Кроме отчетов, поставляемых с программой, пользователь может сам создать, практически любой сложности, отчет. Представление результатов расчетов возможно в графической форме (осциллограф и мнемосхема);

–модуль «Данные о проекте»  хранит основные данные о проекте, общие сведения, список использованных типовых объектов зависимости между ними и начальные условия;

– «База оборудования и материалов» хранит данные о существующем оборудовании, которое можно применять при технико-экономическом обосновании различных энергосберегающих мероприятии;

– модуль «Редактор построения структурных схем» позволяет графически представить пользователю разработанный шаблон, а также дает возможность более удобно вносить в него изменения;

– модуль «Прогнозирования энергопотребления»  позволяет рассчитать энергопотребление на несколько лет вперед с учетом планируемых энергосберегающих мероприятий.

В программе используются технологии Drag-and-Drop (Перетащи и Оставь), что повышает уровень комфорта при работе и сокращает время на разработку.

При работе с программой «Энергоаудит» существуют несколько типов доступа, определяющих права тех или иных специалистов.

Например, Пользователь-программист имеет доступ во все модули программы. Он может создавать новые типовые элементы, корректировать существующие, составлять новые шаблоны и корректировать ранее созданные. Последнее, кстати, означает, что он может корректировать и формулы, описывающие поведения шаблона.

Пользователь-оператор может составлять новые проекты, используя, как типовые элементы, так и шаблоны. Пользователь данного типа не может изменять шаблоны и набор параметров. Он имеет право лишь изменять значения параметров. Это позволит задавать необходимые ему значения исходных параметров, выполнять расчет и получать результаты, но при этом не допускает его вмешательства в саму математическую модель расчетов и исключает повреждение модели и ошибки в расчетах.

Первым этапом разработки модели является создание шаблона энергетических систем и взаимосвязей между различными параметрами разрабатываемого шаблона.

Вторым этапом является задание значений исходных параметров и описание изменение структуры или параметров энергетических систем, которые произойдут при выполнении энергосберегающих мероприятий.

Вся работа на первом этапе выполняется с помощью Пользователя-программиста, который имеет в своем распоряжении базу типовых элементов, а также инструменты разработки собственных типовых элементов.

Типовой элемент представляет собой математическую модель определенного участка энергетической системы, такие как отопительный элемент или, например, регулятор тепловой энергии. При отсутствии

требуемого типового элемента в базе пользователь может создать его самостоятельно, что позволяет моделировать любую энергетическую систему здания. При этом детализация также определяется заказчиком. К примеру, всю систему теплоснабжения можно представить одним типовым объектом, либо детализировать ее до уровня отдельных регуляторов внутреннего воздуха на каждом отопительном элементе.

После выбора из базы всех необходимых типовых объектов или их создания, Пользователь-программист создает связи между объектами, которые позволяют на программном уровне связать параметры различных объектов. Далее заполняются все требуемые математические зависимости между параметрами. После прохождения всех этапов работы  – шаблон готов. Дальше работа передается Пользователю-оператору, который вносит значения исходных параметров и моделирует энергетические системы.

Далее производится проверка модели на адекватность. Для этого существует отдельная функция, которая сравнивает значения, полученные при работе модели с реальными данными измерительных приборов моделируемых систем на реальном объекте. После выполнения моделирования состояния исследуемых энергетических систем и проверки модели на точность, разрабатывается перечень и план внедрения энергосберегающих мероприятий и выполняет расчет изменения энергопотребления на будущий период.

С помощью программного комплекса «Энргоаудит» выполнено энергетическое обследование здания Института Энергетики. Были разработаны шаблоны тепловой системы, системы вентиляции и электроснабжения. Рассчитано потребление энергии зданием в текущем состоянии, а также после выполнения определенных энергосберегающих мероприятий, таких как замена окон на энергосберегающие, установка индивидуального теплопункта, утепление стен.

Следует отметить, что при работе с однотипными объектами, услуги Пользователя-программиста сводятся к минимуму. Если различные объекты отличаются лишь значениями параметров и их моделирование возможно на одном шаблоне, то всю работу может выполнять Пользователь-оператор. Пользователь-программист в данном случае нужен, только если существуют различия между энергетическими системами различных энергетических объектов, или если набор энергосберегающих мероприятий для разных объектов различен. Но и при этом не требуется создание нового шаблона, а выполняется лишь модификация существующего.

Обзор возможностей разработанного программного комплекса «Энергоаудит» показывает, что с его помощью возможно создание шаблона любого объекта энергетического аудита с использованием библиотеки заготовок. А в случае отсутствия такового, его не сложно разработать. Степень детализации и количество моделированных систем определяется пользователем. Возможно моделирование как текущего состояния конкретного объекта, так и анализ эффективности его состояния в перспективе с учетом реализации запланированных энергосберегающих мероприятий.

 Владимир РАК,

младший научных сотрудник лаборатории "Энергобезопасность",

Денис РИМКО,

заведующий лабораторией "Энергобезопасность".

Институт Энергетики НАН Беларуси

 
 Материал подготовлен на основе доклада на V международной конференции «Энергоэффективное строительство в Республике Беларусь: современные технологии энергосбережения».г. Минск, 2013 г.