аспирант с 01.01.2021 по настоящее время
Уфимский государственный нефтяной технический университет (Кафедра "Электротехника и электрооборудование предприятий", Ассистент)
аспирант с 01.01.2021 по настоящее время
Уфа, Республика Башкортостан, Россия
Уфа, Республика Башкортостан, Россия
Россия
Республика Башкортостан, Россия
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.
подогрев тротуара, резистивный кабель, энергопотребление, снеготаяние, датчик влажности, температурный датчик
1. Фарахов Т. М., Лаптев А. Г. Повышение энергоэффективности распределенных систем электроснабжения // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23, № 4. С. 15–25.
2. Лаптев А. Г., Шарафутдинов Р. А. Интеллектуальные системы управления электропотреблением зданий // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2020. Т. 22, № 3. С. 42–52.
3. Фарахов Т. М., Сафиуллин Р. Н. Гибкие алгоритмы управления нагрузками в интеллектуальных энергосистемах // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2019. Т. 21, № 2. С. 60–69.
4. Лаптев А. Г., Габдрахманов Н. Ф. Повышение энергетической эффективности инженерных систем зданий // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2021. № 2. С. 33–41.
5. Фарахов Т. М., Хасанова Э. Р. Автоматизированные системы управления энергопотреблением // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2020. № 4. С. 58–66.
6. Соловьев Б. А., Хазиева Р. Т., Гамисония Г. К. Генерация энергии на основе эффекта Зеебека с использованием модулей Пельтье // Электротехнические системы и комплексы. 2023. № 2. С. 44–52.
7. Шостаковский П. Г. Термоэлектрические источники питания для электронной аппаратуры // Компоненты и технологии. 2016. № 1. С. 90–95.
8. Иванов М. А., Соловьев Б. А. Термоэлектрические генераторы в системах рекуперации тепла // Энергосбережение. 2022. № 6. С. 38–45.
9. Аюпов А. Д., Соловьев Б. А. Анализ эффективности систем утилизации низкопотенциального тепла // Электрические станции. 2021. № 9. С. 31–38.
10. Хазиева Р. Т., Соловьев Б. А. Автономное электропитание датчиков на основе термоэлектрических генераторов // Автоматизация и IT в энергетике. 2020. № 5. С. 22–28.
11. Гамисония Г. К., Соловьев Б. А. Энергосбор в интеллектуальной городской инфраструктуре // Городское хозяйство и экология. 2019. № 3. С. 14–21.
12. СНиП 23-01-99*. Строительная климатология. М.: Госстрой России, 2018.
13. ГОСТ Р 54852-2011. Системы электрического обогрева поверхностей.
14. Шостаковский П. Г. Термоэлектрические генераторы промышленного применения // Современная электроника. 2015. № 1. С. 2–8.
15. A Comprehensive Review of Thermoelectric Generators / N. Jaziri [et al.] // Energy Reports. 2020. Vol. 6. Pp. 264–287.
16. Lund H., Østergaard P. A. Smart Energy Systems and Flexibility // Energy. 2020. Vol. 195. Art. 116982.
17. Li Y., Wu J., Zhang X. Energy-Efficient Control of Electric Heating Systems // Applied Energy. 2021. Vol. 285. Art. 116402.
18. Pfeiffelmann B., Benim A. C., Joos F. Water-Cooled Thermoelectric Generators // Energies. 2021. Vol. 14, no. 24. Art. 8329.
19. Kim J., Park S. Adaptive Control Strategies for Snow-Melting Systems // Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 214. Art. 118876.
20. Thermoelectric Generators for Waste Heat Recovery / M. Saha [et al.] // Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2023. Vol. 59. Art. 103394.
21. Goldsmid H. J. Thermoelectric Refrigeration and Power Generation. London: Taylor & Francis, 2017.
22. Snyder G. J., Toberer E. S. Complex Thermoelectric Materials // Nature Materials. 2008. Vol. 7. Pp. 105–114.
