Инновационный потенциал ИПС РАН в области энергосбережения

Задачи экономии энергии требуют
Энергия не исчезает, она диссипирует в окружающую среду. В процессах заданной производительности диссипация неизбежна.
Для ее экономии необходимо:
А) Определить ту минимальную диссипацию, которая неизбежна в процессе данной интенсивности.
Б) Вычислить для действующей системы избыточную диссипацию энергии, а значит оценить возможности экономии энергии при сравнении с А).
В) Найти организацию процесса, для которой при данной производительности диссипация энергии приближается или равна минимально-возможной.

Наиболее перспективные процессы
Строительство : (40%) энергии тратится на отопление и кондиционирование зданий.
Системы разделения, и прежде всего ректификация: 6%-10% энергии добываемой нефти тратится на ее разделение.
Теплообменные системы регенерации энергии в химии, металлургии и пр.

Пакет прикладных программ «Энергосбережение в строительстве»
Исследовательский центр
системного анализа
(ИЦСА ИПС РАН)

Пакет прикладных программ «Энергосбережение
в строительстве»
Пакет основан на разработках ИЦ Системного анализа ИПС РАН в области оптимизационной термодинамики.
Он позволяет:
считать тепловые сопротивления, распределение влажности и температуры в многослойных ограждающих конструкциях, включающих воздушные прослойки и отражающую изоляцию;
Находить внешнюю температуру, при которой возможна влагоконденсация, и сечение, в котором она возникает, расположение слоев, предотвращающее влагоконденсацию;
рассчитывать оптимальное распределение потоков тепла и поверхностей теплообмена при отоплении и кондиционировании зданий для различных способов отопления, включая тепловые насосы.

Пакет прикладных программ «Энергосбережение в строительстве»
Пакет составлен с учетом последних требований СНИПП и предназначен для проектных строительных организаций, использующих новые виды конструкций, материалов и энергосберегающие системы отопления.
Партнеры:
Институт строительной физики Госстроя;
Ассоциация Энергосберегающего строительства Северо-запада России
Задачи, решаемые в пакете
Расчет сопротивления теплопередаче и профиля температуры при граничных условиях 3-го рода.
Выбор расположения слоев с целью предотвращения внутренней конденсации.
Расчет теплопотребления помещения.
Пример работы пакета

Пакет прикладных программ для оценки существующих и проектирования новых энергосберегающих технологий
ИЦСА ИПС РАН

Пакет прикладных программ для оценки существующих и проектирования новых энергосберегающих технологий
Пакет основан на исследованиях ИЦ Системного анализа в области Оптимизационной термодинамики. Его использование позволит:
Оценить совершенство существующей технологии с заданной производительностью с точки зрения энергосбережения и обоснованно решить вопрос о ее замене и улучшении;
Принять оптимальные решения при проектировании таких процессов как теплообменные системы, системы разделения (в том числе ректификации); теплоизоляция криогенных систем; системы вентиляции и охлаждения.
1. Для рассматриваемой системы ввести уравнения макродинамических балансов и параметры системы;
Общая схема расчета
2. При заданных ограничениях, наложенных на систему, определить минимальное значение средней за период процесса диссипации smin как функцию наложенных ограничений;
3. Условие в форме неравенства s ≥ smin вместе с уравнениями макродинамических балансов определяет область реализуемых режимов;
4. В области реализуемости решить задачу о предельном значении того или иного показателя системы. Обычно оптимум находится на границе области реализуемости.

Пакет прикладных программ для оценки существующих и проектирования новых энергосберегающих технологий
Предназначен для фирм, занимающихся проектированием и модернизацией процессов химической технологии, пищевой промышленности.
Основные задачи выявления предельных возможностей энергосбережения
Расчет максимально-возможного при тех или иных условиях значения интенсивности целевого потока;
Определение минимальных затрат энергии при заданном значении интенсивности целевого потока;
Исследование условий равновесия в замкнутых или открытых системах.

Определение минимальных затрат энергии в процессах разделения
ИЦСА ИПС РАН

Структуры потоков в механической и термической системах разделения
Для термического разделения поток теплоты q+, отбираемый от горячего источника с температурой T+, не может быть меньше, чем

Разделение трехкомпонентной смеси
Если на первом этапе отделяют первый компонент с концентрацией x10 потери от необратимости при единичном расходе (g0=1) равны

Термические системы разделения
Для термических систем максимальная производительность определяется минимальной из предельных производительностей двух ступеней каскада. Так что задача сводится к расчету максимума из двух минимумов и для трехкомпонентной смеси легко решается алгоритмически.
Поверхности теплообмена надо распределять между ступенями так, чтобы их предельные производительности были одинаковы.
В этом случае в силу монотонной зависимости предельной производительности от мощности разделения, условие минимума необратимых затрат мощности определяет и выбор варианта разделения для термической системы.

Оптимизация
теплообменных систем
ИЦСА ИПС РАН

Оптимизация теплообменных систем
Зависимость минимальных затрат мощности от температур подсистем.

Разработка системы непрерывной диагностики дизельного оборудования
с использованием методов искусственного интеллекта
(ИЦИИ ИПС РАН)

Разработка системы непрерывной диагностики дизельного оборудования
с использованием методов
искусственного интеллекта
Система позволяет
обнаруживать изменения в работе топливной аппаратуры
корректировать сигналы контура управления
контролировать уровни вибрации и шума
Используемые средства
искусственные нейронные сети (ИНС);
поиск и интерпретация особых точек
когнитивная визуализация данных
экспертная система и базы знаний
Интерфейс фильтра сигнала частоты вращения двигателя