кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
Цель: разработка подхода к автоматическому управлению энергопотреблением электрических систем подогрева тротуаров на основе резистивного греющего кабеля, обеспечивающего минимизацию расхода электроэнергии при сохранении требуемого уровня противогололедной защиты. Методы: выполнены обзор и классификация существующих принципов управления системами снеготаяния: от простейших термостатов по температуре воздуха до комбинированных систем с датчиками температуры поверхности, влажности и погодозависимыми алгоритмами. Для сравнительного анализа эффективности различных стратегий управления использована упрощенная теплотехническая модель подогреваемой плиты, реализованная методом численного интегрирования (метод Эйлера) с шагом дискретизации 5 мин. Оценка энергопотребления выполнена на основе уравнения теплового баланса, учитывающего подводимую мощность, теплопотери и затраты на фазовый переход. Результаты: предложена структурная схема системы автоматического управления, включающая силовую часть, измерительные компоненты (датчики температуры воздуха, поверхности и влажности) и микропроцессорный контроллер с возможностью реализации логических и ПИД-алгоритмов. На основе имитационного моделирования суточной работы системы установлено, что переход от простейшего управления по температуре воздуха к управлению по температуре поверхности позволяет сократить энергопотребление на 35 %, а применение комбинированного алгоритма с учетом наличия влаги/осадков — на 60 % (с 2,5 до 1,0 кВт·ч/м²). Показано, что интеграция прогнозных данных и зональное ограничение мощности создают дополнительный потенциал энергосбережения. Практическая значимость: полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых и модернизации существующих систем электрического подогрева тротуаров, входных групп, пандусов и других объектов городской инфраструктуры. Предложенные алгоритмы и архитектура системы позволяют обоснованно выбирать стратегию управления, обеспечивающую значительное снижение эксплуатационных затрат на электроэнергию без ухудшения условий безопасности пешеходов.
Purpose: development of an approach to automatic power consumption control for electric sidewalk heating systems based on resistive heating cables, ensuring minimal electricity consumption while maintaining the required level of anti-icing protection. Methods: a review and classification of existing control principles for snow melting systems is performed, ranging from simple air temperature thermostats to combined systems with surface temperature sensors, humidity sensors, and weather-dependent algorithms. For a comparative analysis of the effectiveness of various control strategies, a simplified thermal model of a heated slab is used, implemented using the numerical integration method (Euler’s method) with a discretization step of 5 minutes Energy consumption assessment is carried out based on the heat balance equation, taking into account the supplied power, heat losses, and the energy required for phase transition. Results: a block diagram of the automatic control system is proposed, including a power section, measuring components (air temperature, surface temperature, and humidity sensors), and a microprocessor controller capable of implementing logic and PID algorithms. Based on simulation of the system’s daily operation, it is established that switching from simple air temperature control to surface temperature control reduces energy consumption by 35 %, while applying a combined algorithm that accounts for the presence of moisture/precipitation reduces it by 60 % (from 2.5 to 1.0 kWh/m²). It is shown that the integration of forecast data and zonal power limiting creates additional energy saving potential. Practical importance: the obtained results can be used in the design of new and modernization of existing electric heating systems for sidewalks, entrance areas, ramps, and other urban infrastructure facilities. The proposed algorithms and system architecture allow for a well-founded choice of control strategy, ensuring a significant reduction in operational electricity costs without compromising pedestrian safety conditions.