Способ интеллектуального энергосбережения на основе инструментального многопараметрового мониторингового энергетического аудита и устройство для его осуществления

Способ интеллектуального энергосбережения на основе инструментального многопараметрового мониторингового энергетического аудита и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к энергетическому аудиту промышленных и гражданских энергопотребляющих и энергогенерирующих конструкций с использованием теплового неразрушающего контролю, и может быть использовано для технической и энергетической диагностики неоднородных конструкций, например, зданий и сооружений.

Под энергетическим аудитом понимается определение энергоэффективности объекта, коэффициента полезного действия - кпд объекта.

Из уровня техники известны способы теплового неразрушающего контроля неоднородных многослойных объектов, какими, в частности, являются здания и сооружения, см. патент РФ №2219534. Для осуществления известного способа определяют временной интервал, необходимый для получения достоверного результата. В течение этого времени периодически измеряют температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях объекта. Задают значение теплопроводности нужного слоя. Используя модель, определяют возможную температуру и плотность для каждого заданного значения теплопроводности. Проводят тепловизионное обследование, измеряют температуры внутренних и наружных поверхностей. Сравнивают теоретические и полученные измерением результаты. Выбирают для дальнейших расчетов значение теплопроводности из числа заданных, которое может обеспечить условия сравнения. Способ позволяет определить локальные сопротивления теплопередаче обследуемых участков и найти более рациональное решение по обеспечению требуемого сопротивления, если оно окажется не соответствующим нормативному.

Однако данный способ не позволяет определять энергэффективность конструкций.

В Российской Федерации на практике используется способ определения качества объектов по анализу их сопротивления теплопередаче - см. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Введен постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 2 августа 1984 года №127, УДК 624.01.001.006.354 [1]. Описанный здесь способ заключается в создании теплового потока через контролируемый объект, одномоментном измерении величины теплового потока (q) и температуры (Тн, Тв) на противоположных сторонах контролируемого объекта и определении качества объекта по его сопротивлению теплопередаче в соответствии с формулой. I

Данный метод контроля прост, нагляден, имеет большую производительность. Однако имеет недостаток, который ограничивает область его применения и значительно снижает точность получаемых результатов. Он заключается в том, что в соответствии с классическим определением сопротивления теплопередаче, метод применим только при условии стационарного процесса теплопередачи через контролируемый объект. Т.е. только при условии равенства потоков, входящих в объект на одной поверхности qн и выходящих qв из объекта на другой поверхности: qн=qв=q.

На практике эти условия практически никогда не соблюдаются. Например, при контроле строительных конструкций, разница температуры наружного воздуха в ночное и дневное время достигает 10-15 град.С. Это вызывает нестационарные процессы теплопередачи в исследуемых конструкциях и делает метод неприменимым. Однако данный способ также не позволяет определять энергэффективность конструкций.

Частичное решение этой проблемы предложено в монографии Будадин О.Н. и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, с.139-145. Оно заключается в решении обратной задачи нестационарной теплопроводности в многослойной среде. Метод универсален и в настоящее время находит широкое применение на практике. Однако широкое его применение сдерживается рядом недостатков, которые заключаются в следующем:

- имеется существенная нелинейная зависимость точности получаемых результатов от погрешности входных данных - результатов первичных измерений. Это приводит к необходимости обеспечивать малые значения погрешности результатов первичных измерений, что требует применение специальных измерительных приборов, квалифицированных операторов и т.п. Помимо этого, требуется соблюдение специальных климатических условий при проведении измерений.

- наличие ошибки входных данных может привести к случаю, когда обратная задача не сходится, т.е. будет отсутствовать решение.

- решением обратной задачи, как правило, является не само сопротивление теплопередаче, а величина теплопроводности одного из слоев, обычно слоя с наименьшим сопротивлением теплопередаче - теплоизоляционного слоя,

- в результате решения обратной задачи в силу специфических особенностей математического аппарата и физических принципов получаются кроме основного решения (глобального минимума функции «невязки») несколько локальных минимумов (ложных решений). Это приводит к необходимости выбора нужного «истинного» решения на основе других дополнительных входных данных и др., - перед применением метода обратной задачи необходимо провести цикл трудоемких исследований корректности, единственности, сходимости и устойчивости решения.

Однако данный способ также не позволяет определять энергэффективность конструкций.

Известен способ энергетического аудита (см. Т.Е. Троицкий-Марков, О.Н. Будадин, С.А. Михайлов, А.И. Потапов. Научно-методические принципы энергосбеоежения и энергоаудита. - М.: Наука, 2005, стр.88), который может использоваться для энергосбережения. Он заключается в следующем: измеряют температуру теплоносителя на входе энергопотребляющего объекта (t_вх), измеряют температуру на выходе энергопотребляющего объекта (t_вых), измеряют массу теплоносителя (m) за определенный промежуток времени, определяют количество энергии, потребляемой объектом:

Q=µcm(t_вх-t_вых),

где

µ - коэффициент, определяемый температурой, поддерживаемой внутри объекта, эффективностью отопительной системы и т.п.,

с - теплоемкость теплоносителя,

(данные измерения осуществляются, например, расходомерами марки Лебедь КР-01 (выпускается ООО «Техно-АС», г.Коломна)).

рассчитывают количество энергии, необходимой для поддержания тепловых условий объекта в заданных пределах с учетом нормативных тепловых потерь, - Q_расч, определяют энергоэффективность (кпд) объекта следующим образом:

η=(Q-Q_расч)/Q.

Известно устройство для осуществления энергетического аудита.

Оно включает два расходомера, при этом вход первого расходомера подключен к системе входа теплоносителей в обследуемый объект,, вход другого - к системе выхода теплоносителей из обследуемого объекта, а выходы расходомеров подключены к входам блока определения энергоэффективности контролируемого объекта, регулятор тепловой энергии, выход которого подключен к входу системы ввода тепловой энергии, первый вход подключен к выходу блока определения энергоэффективности контролируемого объекта, второй вход подключен к выходу источника тепловой энергии, вход которого подключен к выходу системы вывода тепловой энергии из контролируемого объекта, датчик температуры контролируемого объекта, вход которого подключен к выходу контролируемого объекта, а выход - к входу блока определения энергоэффективности контролируемого объекта,

В качестве расходомеров, предназначенных для определения расхода и температуры теплоносителя, используются приборы, например, марки Лебедь КР-01 (выпускается ООО «Техно-АС», г.Коломна).

Недостаток известного способа и реализующего его устройства заключается в следующем. Потери тепла в зданиях складываются из двух частей - нормативные потери и сверхнормативные потери. Нормативные потери - это потери, заложенные в самой конструкции здания. Сверхнормативные потери - бесполезные потери, которые и определяют энергоэффективность зданий (коэффициент полезного действия). Существующий способ может определять только общие потери тепла и не дает возможность определить составляющие, т.е. не позволяет достоверно определять энергоэффективность зданий.

Поэтому данный способ и реализующее его устройство обеспечивают энергосбережение объектов с низкой эффективностью.

Изобретение направлено на устранение перечисленных недостатков.

Технический результат, достигаемый при его использовании по сравнению с ближайшим аналогом, заключается в повышении эффективности энергосбережения на основе элементов интеллектуального управления процессом за счет инструментального многопараметрового энергетического аудита.

Технический результат достигается за счет того, что в способе энергетического аудита, согласно которому измеряют температуру теплоносителя на входе энергопотребляющего объекта (t_вх), измеряют температуру на выходе энергопотребляющего объекта (t_вых), измеряют массу теплоносителя (m) за определенный промежуток времени, определяют количество энергии, потребляемой объектом:

Q=µcm(t_вх-t_вых),

где

µ - коэффициент, определяемый температурой, поддерживаемой внутри объекта, эффективностью отопительной системы и т.п.,

с - теплоемкость теплоносителя,

одновременно измеряют величину приведенного сопротивления теплопередачи R(x,y)_пр, определяют сверхнормативные потери тепла через теплоизоляцию на основе измеренного приведенного сопротивления - , определяют энергоэффективность (кпд) объекта следующим образом:

, где

Qвх=µcmt_вx,

Далее на основе определенных величин осуществляют управление процессом энергосбережения.

Технический результат усиливается за счет того,

что последовательно измеряют значения температуры T_н(t_i), T_в(t_i) на противоположных сторонах конструкции в области с координатами контура L(x,y) вблизи точки с координатами (х₀,у₀), с временными интервалами (τ_тн) и (τ_тв), соответственно, в течение времени (τ_из) и тепловой поток на внутренней стороне конструкции q_в(t_j) и наружной стороне конструкции на противоположной стороны q_н(t_j) с временными интервалами (τ_qв) и (τ_qн), соответственно, последовательно во времени в течение интервала времени (τ_из), при этом интервал времени измерения определяется следующим образом

τ_из={τ₀; ixΔτ_из},

где

τ₀ - начальное время измерения,

i=1…М - номер интервала измерения,

Δτ_из - период интервала измерения,

М - наибольший номер интервала измерения,

накапливают по каждому интервалу измерению τ_из значения температуры T_н(t_i), T_в(t_i) на противоположных сторонах конструкции и значения теплового потока q_в(t_j), q_н(t_j),

определяют сопротивление теплопередачи (R_i) многослойной конструкции в точке контролируемого участка поверхности исследуемого объекта с координатами (х₀, у₀) для каждого интервала измерения:

где N₁=(целое число) от τ_из/τ_тв,

N₂=(целое число) от τ_из/τ_тн,

N₃=(целое число) от τ_из/τ_qв,

N₄=(целое число) от τ_из/ε_qн,

измеряют (М) следующим образом на основании определенных значений (R_ш):

;

где

γ_max - предварительная заданная величина изменения R=R(i);

величину сопротивления теплопередаче принимают равной:

где (τ_из)_max - максимальное время проведения измерений.

Проводят тепловизионное обследование путем измерения температурного поля Т(x,y) поверхности с пространственным периодом (шагом - Δа), определяемым размерами минимального дефекта конструкции:

где Δx_дmin, Δу_дmin - геометрические размеры минимального дефекта контролируемой конструкции,

определяют приведенное сопротивление теплопередаче по всей поверхности исследуемого объекта в произвольных координатах (x,у):

R(x,y)=аT(x,y)+b,

где

а=[R(x₀₁,y₀₁)-R(x₀₂,y₀₂)]/[T(x₀₁,y₀₁)-Т(х₀₂,y₀₂)]

b=R(x₀₁,y₀₁)-aT(x₀₁y₀₁).

Определяют сверхнормативные потери тепла - через теплоизоляцию на основе измеренного приведенного сопротивления - R(x,y)_пр определяют согласно следующим равенствам:

,

где - общий коэффициент сверхнормативной теплопередачи здания, Вт/кв.м. град С;

D_d - градусосутки отопительного периода, принимаемые в зависимости от типа;

- общая площадь наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие верхнего этажа и цокольное перекрытие);

- приведенный инфильтрационный (условный) коэффициент сверхнормативной теплопередачи здания, Вт/кв.м. град.С, который определяется через объемные характеристики здания (для настоящей заявки на изобретение примем ),

- приведенный трансмиссионный коэффициент сверхнормативной теплопередачи здания, Вт/кв.м. град С,

где β - коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери, связанной с ориентацией ограждений по сторонам горизонта, с ограждением угловых помещений, с поступлением холодного воздуха через входы в здание, для общественных зданий принимаемый равным 1,1;

A_w, А_F - площади соответственно стен и окон;

, - приведенные сопротивления теплопередаче соответственно, стен и окон, соответственно,;

, где

, - нормативное приведенное сопротивление теплопередаче стен и окон, соответственно, определяемое, например, в соответствии с СНиП-2-3-79 «Строительная теплотехника»

Определяют энергоэффективность (кпд) по отношению к сверхнормативным потерям тепла объекта следующим образом:

,

при этом величина Q_вх определяется по показаниям приборов-расходомеров, например, марки Лебедь КР-01 (выпускаются ООО «Техно-АС», г.Коломна).

Осуществляют формирование управляющего воздействия (например, электрического импульса) для интеллектуализации энергосбережения:

U=1 - постепенное, плавное, снижение подводимой энергии до наступления момента η=1-δ;

δ - некоторая допустимая малая величина - заранее определенная норма сверхнормативный потерь на уровне погрешности измерения;

U=0 - сигнал о несоответствии ограждающей конструкции нормативным требованиям (повышенная влажность и т.п.). При необходимости - повышение теплоизоляционных свойств;

U=0 - снижение подводимой энергии.

Геометрические размеры минимального дефекта контролируемой конструкции Δx_дmin, Δy_дmin измеряют, например, следующим образом:

- производят послойную препарацию образцов контролируемой конструкции,

- измеряют размеры всех дефектов, содержащихся в образце, выявленных в результате препарации: Δх_дi, Δу_дi,

- определяют размеры минимального дефекта контролируемой конструкции (Δх_дmin, Δу_дmin), решая систему уравнений:

где

δ - вероятность того, что (Δх_дi, Δy_дi)≥(Δх_дmin, Δy_дmin)

p(ΔX_i) - функция распределения величин Δх_дi, Δy_дi.

Координаты контура на поверхности контролируемого объекта определяют, например, следующим образом:

- измеряют разброс температурного поля по различным участкам исследуемой поверхности по результатам тепловизионного обследования с точностью, определяемой величиной изменения температуры (ΔТдеф), обусловленной минимальным дефектом конструкции,

- по результатам проведенных измерений определяют те участки поверхности L(x,y), в области которых выполняется условие:

где

L(х,y) - контур области,

(х,у) - координаты контура области,

Тмах - наибольшая температура внутри области L(x,y),

Tmin - наименьшая температура внутри области L(х,у),

ΔТдеф - изменение температуры поверхности, обусловленной минимальным дефектом,

Dyч - размер участка L(x,y) по исследуемой поверхности,

Нконстр - толщина исследуемой конструкции,

Нконстр=H₁+H₂+·+Н_n,

n - количество слоев конструкции,

Оптимальный интервал последовательного измерения температуры (τ_тн) (τ_тв) и теплового потока (τ_q) на исследуемой конструкции определяют путем решения уравнения

.

f(T) - плотности распределения длительностиво времени информационного сигнала,

τ - временной интервала измерения,

Р - вероятность пропуска информационного сигнала,

Т₀ - временная разрешающая способность измерительных датчиков,

Температурные поля и тепловой поток измеряют, например, приборами:

Измерители плотности тепловых потоков и температуры 10…100-канальные по ГОСТ 25380.ИТП-МГ4.03/Х(1) «Поток»*, (ранее поставлялся как ИТП-МГ4.03-10 «Поток»)ИТП-МГ4.03/Х(П) «Поток»* (ранее поставлялся как ИТП-МГ4.03-100 «Поток»). Утвержден тип СИ. Внесен в Госреестр под №42424-09

Координаты (х₀, у₀) определяются путем решения системы уравнений:

Технический результат достигается за счет применения устройства. Устройство интеллектуального энергосбережения на основе инструментального многопараметрового мониторингового энергетического аудита содержит два расходомера, при этом вход первого расходомера подключен к системе входа теплоносителей в обследуемый объект, вход другого - к системе выхода теплоносителей из обследуемого объекта, а выходы расходомеров подключены к входам блока определения энергоэффективности контролируемого объекта, регулятор тепловой энергии, выход которого подключен к входу системы ввода тепловой энергии (система трубопроводов), а один входов подключен к выходу источника тепловой энергии (например, котельной), вход которого подключен к выходу системы вывода тепловой энергии (системе трубопроводов) из контролируемого объекта, и датчик температуры контролируемого объекта, выполненный с возможностью измерения температуры контролируемого объекта,

и снабжено

комплектом датчиков регистрации температуры (2),

комплектом датчиков регистрации теплового потока (3),

блоком определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта (12),

блоком принятия решения интеллектуального энергосбережения (13), построенного на основе блоков сравнения,

при этом выходы комплектов датчиков регистрации температуры и теплового потока подключены к входу блока определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта,

выход которого подключен к входу блока определения энергоэффективности контролируемого объекта (11), построенного на основе блоков вычитания, деления и сравнении,

второй выход блока определения энергоэффективности контролируемого объекта подключен к входу блока принятия решения интеллектуального энергосбережения,

два выхода которого подключены к соответствующим входам регулятора тепловой энергии (например, на основе автоматизированных запорных вентилей),

блок определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта (12) снабжен

счетчиком времени измерения (14),

блоком вычисления сопротивления теплопередаче (15), построенного на основе блоков суммирования, деления и сравнения,

вторым блоком вычисления сопротивления теплопередаче (16), построенного на основе блоков суммирования, деления и сравнения,

блоком вычисления изменения сопротивления теплопередаче (17), построенного на основе блоков суммирования,

блоком сравнения изменения сопротивления теплопередаче (18),

блоком присвоения сопротивления теплопередаче (19), построенного на основе блоков сравнения, присвоения и суммирования,

счетчиком периода времени (20),

блоком сравнения (21),

при этом

входы блока определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта (12), к которым подключены выходы комплектов датчиков регистрации температуры и комплектов датчиков регистрации теплового потока, являются входами счетчика времени измерения (14) и соединены с первыми входами блоков вычисления сопротивления теплопередаче (15, 16),

два выхода счетчика времени измерения подключены к соответствующим входам блоков вычисления сопротивления теплопередаче (15, 16),

выходы блоков вычисления сопротивления теплопередаче (15, 16) подключены к двум входам блока вычисления изменения сопротивления теплопередаче (17),

выход блока вычисления изменения сопротивления теплопередаче (17) подключен к входу блока сравнения изменения сопротивления теплопередаче (18),

третий выход счетчика времени измерения (14) подключен к входу блока сравнения (21),

выходы блока сравнения (21) подключены к входам счетчика периодов времени (20) и блока присвоения сопротивления теплопередаче (19),

выходы блока сравнения изменения сопротивления теплопередаче (18) подключены к входам блоков счетчика периодов времени (20) и присвоения сопротивления теплопередаче (19),

выход блока счетчика периодов времени (20) подключен к третьему входу счетчика времени измерения (14),

выход блока присвоения сопротивления теплопередаче (19) подключен к входу блока определения энергоэффективности контролируемого объекта (11), а датчик температуры контролируемого объекта выходом подключен к входу регулятора тепловой энергии.

В качестве комплектов датчиков регистрации температуры и теплового потока использованы измерители плотности тепловых потоков и температуры 10…100-канальные.

Устройство включает тепловизионную систему (22), выход которой подключен к блоку определения энергоэффективности.

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где:

На фиг.1 приведены фотографии конструкций с реальными дефектами в виде областей нарушения сплошности (расслоения)

На фиг.2 приведены, в качестве примера, гистограммы распределения размеров областей нарушения сплошности p(ΔX_i). Таким образом, осуществляется измерение геометрических размеров минимального дефекта контролируемой конструкции Δх_дmin, Дy_дmin,

На фиг.3 приведена, в качестве примера, термограмма одной из поверхностей исследуемого объекта.

На фиг.4 приведена функциональная схема регистрации термограммы для измерения температурного поля Т(х,у).

На фиг.5 отмечен контур области L(х,у) на термограмме поверхности.

На фиг.6 приведена схема устройства блока (12) интеллектуального энергосбережения.

На фиг.7 приведен график реального изменения температуры с 26.04.2011 г. по 01.05.2011 г.

На фиг.8 приведен график модельного эксперимента зависимости термического сопротивления от времени интегрирования.

На фиг.9 приведен график модельного эксперимента зависимости погрешности определения термического сопротивления от времени интегрирования при отсутствии тренда, т.е. только при условии действия шумов.

На фиг.10 приведен график модельного эксперимента зависимости погрешности определения термического сопротивления от величины тренда температуры и времени интегрирования.

На фиг.11 приведен график модельного эксперимента зависимости погрешности определения термического сопротивления от времени интегрирования при наличии совокупного действия факторов: шумов и величины тренда.

На фиг.12 приведены реальные реализации во времени температуры на наружной и внутренней поверхностях многослойной конструкции.

На рис.13 приведен состав конструкции на которой проводились экспериментальные исследования с теплотехническими и геометрическими характеристиками слоев.

На рис.14 приведен экспериментальный график изменения сопротивления теплопередаче от величины i,

На фиг 15 приведена функциональная схема устройства интеллектуального энергосбережения,

На фигурах приняты следующие обозначения:

1 - контролируемый объект,

2 - комплект контактных датчиков регистрации температуры,

3 - комплект контактных датчиков регистрации теплового потока,

4 - система ввода тепловой энергии в контролируемый объект,

5 - система вывода тепловой энергии из контролируемого объекта,

6 - источник тепловой энергии,

7 - регулятор тепловой энергии,

8 - датчик температуры внутреннего воздуха контролируемого объекта,

9, 10 - расходомеры (например, Лебедь),

11 - блок определения энергоэффективности контролируемого объекта по критерию сверхнормативных потерь,

12 - блок определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта,

13 - блок принятия решения интеллектуального энергосбережения,

14- счетчик времени измерения,

15 - блок вычисления сопротивления теплопередаче,

16 - второй блок вычисления сопротивления теплопередаче,

17 - блок вычисления изменения сопротивления теплопередаче,

18 - блок сравнения изменения сопротивления теплопередаче,

19 - блок присвоения сопротивления теплопередаче,

20 - счетчик периода времени,

21 - блок сравнения,

22 - тепловизионная система

23 - поле обзора тепловизионной системы,

24 - мгновенной линейное поле зрения (геометрическая разрешающая способность) тепловизионной системы,

А_деф - размеры минимального дефекта ((геометрическая разрешающая способность),

S - расстояние от тепловизионной системы до объекта контроля,

L - толщина исследуемого слоя,

Температурные поля и тепловой поток измеряют, например, приборами: Измерители плотности тепловых потоков и температуры 10…100-канальные по ГОСТ 25380.ИТП-МГ4.03/Х(I) «Поток»*, (ранее поставлялся как ИТП-МГ4.03-10 «Поток»)ИТП-МГ4.03/Х(II) «Поток»* (ранее поставлялся как ИТП-МГ4.03-100 «Поток»). Утвержден тип СИ. Внесен в Госреестр под №42424-09 (КБ «Стройприбор», г.Челябинск).

Блоки (11-21) выполнены на основе стандартных микропроцессорных элементов, микросхем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ - Петербург, 2010.)

В качестве примера (фиг.3) приведена термограмма одной из поверхностей исследуемого объекта. Данная термограмма зарегистрирована с пространственным периодом (шагом - Δа), определяемым размерами минимального дефекта конструкции:

На основе данной термограммы измеряют температурное поле Т(х,у) исследуемой поверхности.

На фиг.4 приведена функциональная схема регистрации термограммы для измерения температурного поля Т(х,у). Регистрация осуществляется следующим образом.

Тепловизионная система размещается перед контролируемой поверхностью на расстоянии, обеспечивающем:

- во первых - одновременное наблюдение максимальной площади контролируемой поверхности с учетом поля обзора тепловизионной системы,

- во-вторых - достоверную регистрацию минимального по размерам локального участка изменения температуры (возможного дефектного участка) поверхности контролируемой поверхности.

При этих условиях расстояние от тепловизионной системы до контролируемой поверхности определяется следующим образом:

S≥Aдеф/(2Ntg(γ/2)),

где S - расстояние от тепловизионной системы 6 до фурменной зоны 3,

Адеф - характерный размер участка с локальным изменением температуры (дефектный участок),

N - коэффициент, определяющий достоверность регистрации локального участка (обычно на практике принимают N=3-10),

γ - угол мгновенного линейного поля зрения оптической системы тепловизионного прибора 6 (угловая разрешающая способность. Обычно, на практике, γ=5-10 угл.мин.),

tg - тригонометрическая функция «тангенс».

По результатам измерения температурного поля Т(х,у) исследуемой поверхности измеряют разброс температурного поля по различным участкам исследуемой поверхности с точностью, определяемой величиной изменения температуры (ΔТдеф), обусловленной минимальным дефектом конструкции, и температурного поля Т(х,у) исследуемой поверхности. Определяют координаты контура поверхности L(х,у), в области которых выполняется условие:

,

где

L(х,у) - контур области,

(х,у) - координаты контура области,

Тмах - наибольшая температура внутри области L(x,y),

Tmin - наименьшая температура внутри области L(x,у),

ΔТдеф - изменение температуры поверхности, обусловленной минимальным дефектом,

Dуч - размер участка L(х,у) по исследуемой поверхности,

Нконстр - толщина исследуемой конструкции,

Нконстр=Н₁+Н₂+…+Н_n,

n - количество слоев конструкции,

H₁,H₂,…Н_n - толщины слоев конструкции.

На фиг.5 отмечен контур области L(x,y). Координаты контура определяются, например, с использованием математических моделей построения по точкам и воспроизведения кривых.

Анализ формы объектов представляет собой одну из основных задач распознавания образов и имеет определенное значение для решения задач машинной графики в интерактивном режиме. Анализ формы оказывается полезным во всех случаях, когда требуется принять некоторое решение на основе формы наблюдаемых объектов.

Рассмотрим два подхода к распознаванию формы объектов.

При использовании первого подхода рассматриваем объект в целом и принимаем решение, исходя из его общей структуры.

При втором подходе исследуется контур силуэта: обычно определяются углы, выступы, впадины и другие точки с высокими значениями кривизны.

Дальнейший анализ контура проводиться несколькими способами. Простейшая методология предусматривает получение несложного представления контура, например, в цепном коде. При использовании более развитой методологии контур аппроксимируется участками гладких кривых (например, В-сплайнами). Последнее предпочтительно в тех случаях, когда данные зашумлены, а также при использовании признаков, отражающих особенности значительной части контура. Первый подход более уместен при работе с данными, отличающимися низким уровнем шума, и использовании локальных признаков. Широкое применение аппроксимации многоугольниками объясняется не только связанной с ней возможностью обнаруживать максимумы кривизны, но и тем, что ее реализация оказывается проще реализации других методов построения кривых по точкам.

Отыскание кривой, проходящей через заданное множество точек, составляет задачу интерполирования, а отыскание кривой, проходящей вблизи заданного множества точек - задачу аппроксимации. Разработан метод, предусматривающий использование кусочно-полиномиальных функций различных типов. При решении задач аппроксимации уделяется внимание выбору критерия, характеризующего качество приближения.

Для решения поставленной задачи разработан метод интерполирования с помощью многочленов.

Пусть (х₁,у₁), (х₂,у₂), …, (x_n,у_n) - последовательность точек, заданных на плоскости, причем х=х при i=j. Для таких точек можно непосредственно написать формулу интерполяционного многочлена (n-1)-ной степени:

интерполяционный многочлен можно представить в более строгом виде:

Из приведенного выражения следует, что значение y умножается на дробь, равную 1 при х=х и 0 при остальных значениях х, принимаемых им в заданных координатах. Частному случаю n=2 соответствует уравнение линии, соединяющей две точки:

Следует отметить некоторые недостатки, присущие разработанному методу: существенные колебания, которые может претерпевать кривая, построенная между двумя точками. Однако достоинства метода - простота, достаточно простые формулы и т.п. перекрывают недостатки

Определяют геометрические координаты точки (х₀, у₀) области L(х,у) путем решения системы уравнении:

В районе центра определенных участков L(х,у) с координатами (х₀, у₀) устанавливают на наружной и внутренней поверхностях датчики температуры и теплового потока, которые с определенным выше временным интервалом регистрируют и сохраняют в памяти значения температуры и теплового потока. При этом количество датчиков практически не ограничено.

На фиг.6 показана схема устройства, реализующего способ определения сопротивления теплопередаче.

На наружную и внутреннюю поверхность контролируемого объекта (1) устанавливаются датчики температуры и теплового потока (2, 3), которые последовательно измеряют значения температуры T_н(t_i), T_в(t_i) на противоположных сторонах конструкции в области с координатами контура L(x,y) вблизи точки с координатами (х₀, у₀), с временными интервалами (τ_тн) и (τ_тв), соответственно, в течение времени (τ_из) и тепловой поток на внутренней стороне конструкции q_в(t_j) и наружной стороне конструкции на противоположной стороны q_н(t_j) с временными интервалами (τ_qв) и (τ_qн), соответственно, последовательно во времени в течение интервала времени (τ_из), при этом интервал времени измерения определяется следующим образом

τ_из={τ₀; iхΔτ_из}_,

где

τ₀ - начальное время измерения,

i=1…М - номер интервала измерения,

Δτ_из - период интервала измерения,

М - наибольший номер интервала измерения,

Датчики устанавливаются по всей выделенной области L(х,у) в близи точки с координатами (х₀, у₀). В качестве примера, некоторые реализации представлены на фиг.7. Под наружной поверхностью конструкции будем понимать поверхность, обращенную к внешней климатической среде.

Измеренные значения температуры и теплового потока в цифровом виде с блоков (2) и (3) поступают на два входа блока определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта (12), где осуществляется определение сопротивления теплопередаче контролируемого объекта (1). С выхода блока (12) значение величины сопротивления теплопередаче контролируемого объекта поступает на первый вход блока определения энергоэффективности контролируемого объекта (11), на два вторых входа поступает информация о величине вводимой и выводимой тепловой энергии с блоков (4, 5) контролируемого объекта (1). С выхода блока (11) информация о сверхнормативных потерях тепловой энергии и коэффициенте полезного действия (определение приведено в настоящей заявке) поступает в блок (13) - принятия решения интеллектуального энергосбережения, где формируются сигналы управления и на вход регулятора тепловой энергии (7), который осуществляет оптимальное дозирование тепловой энергии в объект (1) в зависимости от сигналов блоков (11) и (13).

Блок определения (мониторинга) сопротивления теплопередаче контролируемого объекта (12) работает следующим образом.

Значения температуры и теплового потока в цифровом виде с блоков (2) и (3) поступают на два входа счетчика времени измерения (t_i), который в зависимости от текущего времени измерения переключает эти сигналы на вход блока (15) - t=t_i, либо вход блока (16) - t=t_i+1. В этих блоках осуществляется определение текущего значения сопротивления теплопередаче по вы