Calculation of the characteristics of the thermal regime of the room with proportional-integral regulation of climate systems

详细

Introduction. Further development of methods for calculating the thermal regime of premises under different algorithms of regulating the equipment of microclimate systems is still relevant. The aim of the research is to find an approximate analytical dependence of air temperature on time in air-conditioned rooms with a jump-like thermal effect and combined proportional-integral regulation of central climate systems in the absence of local heating and cooling units. As a scientific hypothesis, the position is put forward on the possibility of expressing this dependence through formulas for integral regulation already obtained by the author using correction coefficients.Materials and methods. The basic differential equation for the dimensionless excess temperature in the room, including the most significant components of the heat flux, is used, while taking into account the peculiarities of the temperature wave propagation in massive enclosures in the initial period of time. Linearization and small parameter methods are used for asymptotic analytical solutions, as well as well as Runge – Kutta method for finding a numerical solution.Results. Expressions for the maximum deviation of the air temperature from the setpoint and for the time it is reached, depending on the magnitude of the heat surpluses and the characteristics of the room’s own thermal stability, as well as well as on the control parameters, including asymptotic ones at small moments of time from the beginning of the thermal disturbance and a small share of the proportional component of the controller, are obtained. A comparison of the results of numerical integration of the basic differential equation with the indicated asymptotic solutions is presented.Conclusions. It is shown that the asymptotic expressions for the dynamic control error and the time of its achievement are obtained from formulas previously found by the author for purely integral control by introducing correction factors containing a dimensionless parameter characterising the ratio of the proportional and integral components of the controller. These correlations are confirmed by comparing different variants of analytical solutions, have a fairly universal appearance, require a minimum number of source data and are available for engineering practice.

作者简介

O. Samarin

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)

Email: samarinod@mgsu.ru
ORCID iD: 0000-0003-2533-9732
SPIN 代码: 1708-9583

参考

  1. Serale G., Fiorentini M., Capozzoli A., Bernardini D., Bemporad A. Model Predictive Control (MPC) for Enhancing Building and HVAC System Energy Efficiency: Problem Formulation, Applications and Opportunities // Energies. 2018. Vol. 11. Issue 3. P. 631. doi: 10.3390/en11030631
  2. Ryzhov A., Ouerdane H., Gryazina E., Bischi A., Turitsyn K. Model predictive control of indoor microclimate: existing building stock comfort improvement // Energy Conversion and Management. 2019. Vol. 179. Pp. 219–228. doi: 10.1016/j.enconman.2018.10.046
  3. Rulik S., Wróblewski W., Majkut M., Strozik M., Rusin K. Experimental and numerical analysis of heat transfer within cavity working under highly non-stationary flow conditions // Energy. 2020. Vol. 190. P. 116303. doi: 10.1016/j.energy.2019.116303
  4. Belussi L., Barozzi B., Bellazzi A., Danza L., Devitofrancesco A., Fanciulli C. et al. A review of performance of zero energy buildings and energy efficiency solutions // Journal of Building Engineering. 2019. Vol. 25. P. 100772. doi: 10.1016/j.jobe.2019.100772
  5. Sha H., Xu P., Yang Z., Chen Y., Tang J. Overview of computational intelligence for building energy system design // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 108. Pp. 76–90. doi: 10.1016/j.rser.2019.03.018
  6. Mansurov R., Rafalskaya T., Efimov D. Mathematical modeling of thermal technical characteristics of external protections with air layers // E3S Web of Conferences. 2019. Vol. 97. P. 06007. doi: 10.1051/e3sconf/20199706007
  7. Rafalskaya T. Safety of engineering systems of buildings with limited heat supply // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030. Issue 1. P. 012049. doi: 10.1088/1757-899X/1030/1/012049
  8. Rafalskaya T.A. Simulation of thermal characteristics of heat supply systems in variable operating modes // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1382. Issue 1. P. 012140. doi: 10.1088/1742-6596/1382/1/012140
  9. Millers R., Korjakins A., Lešinskis A., Borodinecs A. Cooling panel with integrated PCM layer : а verified simulation study // Energies. 2020. Vol. 13. Issue 21. P. 5715. doi: 10.3390/en13215715
  10. Stetjukha V. Energy efficiency of underground structures in harsh climatic conditions // Magazine of Civil Engineering. 2023. Nо. 1 (117). P. 11710. doi: 10.34910/MCE.117.10. EDN TTZNWL.
  11. Belous A., Kotov G., Belous O., Garanzha I. Calculation of heat resistance of external enclosing structures with heat-conducting inclusions // Magazine of Civil Engineering. 2022. Nо. 5 (113). P. 11313. doi: 10.34910/MCE.113.13. EDN NCHURU.
  12. Musorina T., Gamayunova O., Petrichenko M., Soloveva E. Boundary layer of the wall temperature field // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Pp. 429–437. doi: 10.1007/978-3-030-37919-3_42
  13. Gamayunova O., Petrichenko M., Mottaeva A. Thermotechnical calculation of enclosing structures of a standard type residential building // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1614. Issue 1. P. 012066. doi: 10.1088/1742-6596/1614/1/012066
  14. Bilous I.Yu., Deshko V.I., Sukhodub I.O. Buil-ding energy modeling using hourly infiltration rate // Magazine of Civil Engineering. 2020. Nо. 4 (96). Pp. 27–41. doi: 10.18720/MCE.96.3. EDN MFVSMT.
  15. Petrov P.V., Vedruchenko V.R., Rezanov E.V., Kadtsin I.I., Kulagin V.A. Experimental study of the effective insulation of building envelopes // Journal of Siberian Federal University. Engineering and Technologies. 2022. Vol. 15. Nо. 3. Pp. 356–367. doi: 10.17516/1999-494X-0403. EDN BWSTSI.
  16. Avsyukevich D., Shishkin E., Litvinova N., Mirgorodskiy A. Thermoeconomic model of a building’s thermal protection envelope and heating system // Magazine of Civil Engineering. 2022. Nо. 5 (113). P. 11302. doi: 10.34910/MCE.113.2. EDN TAVHNO.
  17. Samarin O. Temperature mode of a room at integrated regulation of split systems // Magazine of Civil Engineering. 2023. Nо. 7 (123). P. 12310. doi: 10.34910/MCE.123.10. EDN SBWALE.
  18. Самарин О.Д. Расчет теплового режима помещения при использовании интегральных регуляторов для климатических систем // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2020. № 2 (734). С. 28–35. doi: 10.32683/0536-1052-2020-734-2-28-35. EDN SSRGOX.
  19. Самарин О.Д. Расчет температуры воздуха в помещении по безразмерным параметрам при интегральном регулировании климатических систем // Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 4. С. 486–492. doi: 10.22227/1997-0935.2021.4.486-492
  20. Самарин О.Д., Клочко А.К. Численные и приближенные методы в задачах строительной теплофизики и климатологии. М. : Изд-во МИСИ–МГСУ, 2021. 96 с. EDN VAPFTA.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».