Магистерская диссертация | ИТМО | Направление 13.04.02 «Электроэнергетика и электротехника» | 2026 г.
Исследование посвящено снижению электропотребления системы вентиляции большого кинозала на 135 мест (объект — СПб ГБУК «Петербург-кино», Ярославский пр., 55). Базовая система работает с постоянным расходом воздуха круглые сутки независимо от заполнения зала, что приводит к избыточным энергозатратам.
Для решения задачи построена расчётная модель в OpenStudio / EnergyPlus и проведено почасовое энергетическое моделирование шести сценариев на горизонте одного года. По результатам сравнения выбран оптимальный вариант, для которого разработана схема автоматического управления с реализацией в среде Node-RED.
| № | Сценарий | Файл модели | Краткое описание |
|---|---|---|---|
| 0 | Base | kinozal_Base.osm |
Базовый — постоянный расход, рекуп. КПД 76 % |
| 1 | Recuperator | kinozal_Recuperator.osm |
Роторный рекуператор КПД 85 % |
| 2 | Heat Pump | kinozal_HeatPump.osm |
Тепловой насос «воздух–воздух» COP 2,5 |
| 3 | DCV | kinozal_DCV.osm |
Управление по CO₂ (уставка 800 ppm, мин. расход 20 %) |
| 4 | DCV + Recuperator | kinozal_DCV_Recuperator.osm |
DCV + роторный рекуператор КПД 85 % |
| 5 | DCV + Heat Pump | kinozal_DCV_HeatPump.osm |
DCV + тепловой насос COP 2,5 |
Оптимальный сценарий — DCV (сценарий 3): экономия электроэнергии 56,8 % в год, срок окупаемости 0,7 лет, NPV 1 254 тыс. руб.
| Сценарий | E_год, кВт·ч | Экономия | CAPEX, руб. | PP, лет | NPV, тыс. руб. | IRR |
|---|---|---|---|---|---|---|
| База | 46 906 | — | — | — | — | — |
| Рекуп+ | 32 236 | 31,3 % | 175 000 | 1,38 | 603 | 73 % |
| ТН | 23 036 | 50,9 % | 430 000 | 2,09 | 837 | 48 % |
| DCV | 20 264 | 56,8 % | 160 000 | 0,70 | 1 254 | 144 % |
| DCV+Рекуп+ | 14 699 | 68,7 % | 335 000 | 1,20 | 1 375 | 83 % |
| DCV+ТН | 11 343 | 75,8 % | 590 000 | 1,92 | 1 298 | 52 % |
Рекомендован сценарий DCV как оптимальный по совокупности критериев: наименьший срок окупаемости, наивысший IRR, минимальная стоимость внедрения.
├── ВКР_Кинозал_DCV_финал.docx # Полный текст ВКР (финальная версия)
│
├── По_частям/ # Документ по главам (для поэтапной сдачи)
│ ├── Часть_1.docx # Введение, Гл. 1 (теория), Гл. 2 (моделирование)
│ ├── Часть_2.docx # Гл. 3 (оценка результатов, экономика)
│ ├── Часть_3.docx # Гл. 4 (разработка автоматизации DCV)
│ └── Часть_4.docx # Заключение и список источников
│
├── models/ # Модели OpenStudio / EnergyPlus (.osm)
│ ├── kinozal_Base.osm # Сц. 0: Базовый
│ ├── kinozal_Recuperator.osm # Сц. 1: Рекуператор+ (КПД 85 %)
│ ├── kinozal_HeatPump.osm # Сц. 2: Тепловой насос (COP 2,5)
│ ├── kinozal_DCV.osm # Сц. 3: DCV-управление по CO₂
│ ├── kinozal_DCV_Recuperator.osm # Сц. 4: DCV + Рекуператор+
│ └── kinozal_DCV_HeatPump.osm # Сц. 5: DCV + Тепловой насос
│
├── figures/ # Графики и схемы (вставлены в docx)
│ ├── ris21_schema.png # Рис. 2.1 — структурная схема вентустановки
│ ├── ris22_annual_energy.png # Рис. 2.2 — годовое электропотребление по сценариям
│ ├── ris23_monthly_savings.png # Рис. 2.3 — помесячная экономия DCV vs Base
│ ├── ris31_payback.png # Рис. 3.1 — сравнение сроков окупаемости
│ ├── ris32_npv.png # Рис. 3.2 — NPV за 10 лет по сценариям
│ ├── ris33_structure.png # Рис. 3.3 — структура электропотребления
│ ├── ris34_monthly_compare.png # Рис. 3.4 — экономия по месяцам Base vs DCV
│ ├── ris35_co2_annual.png # Рис. 3.5 — годовой профиль CO₂ и расхода воздуха
│ ├── ris41_state_machine.png # Рис. 4.1 — диаграмма режимов DCV-автоматизации
│ ├── ris42_automation_scheme.png # Рис. 4.2 — структурная схема автоматизации
│ ├── ris43_wiring.png # Рис. 4.3 — схема подключения датчиков и ЧП к ПЛК
│ └── ris44_power_circuit.png # Рис. 4.4 — однолинейная схема силовых цепей ЩА
│
├── automation/
│ └── node_red_flow.json # Поток Node-RED для DCV-контроллера
│ # Требует: node-red-contrib-modbus, node-red-dashboard
└── README.md
CO₂-датчик №1 (зал) CO₂-датчик №2 (вытяжка)
│ 4–20 мА │ 4–20 мА
└──────────┬─────────────┘
▼
ПЛК ОВЕН ПЛК110 (AI1, AI2)
│ Modbus TCP 192.168.1.100:502
▼
Node-RED (DCV-контроллер)
Алгоритм: CO₂ < 500 ppm → 20% (минимум)
500–800 ppm → ПИ-регулирование
> 1400 ppm → 100% + авария
│ Modbus TCP → HR10, HR11
▼
ЧП П1 (приточный) ЧП В1 (вытяжной)
расход 20–100 % расход 20–100 %
- Установить зависимости в директории Node-RED:
npm install node-red-contrib-modbus node-red-dashboard
- Открыть Node-RED (
http://localhost:1880). - Меню → Import → вставить содержимое
automation/node_red_flow.json. - В настройках узла
ПЛК ОВЕН ПЛК110задать IP-адрес контроллера. - Нажать Deploy.
openstudio app models/kinozal_Base.osm # Сц. 0: Базовый
openstudio app models/kinozal_Recuperator.osm # Сц. 1: Рекуператор+
openstudio app models/kinozal_HeatPump.osm # Сц. 2: Тепловой насос
openstudio app models/kinozal_DCV.osm # Сц. 3: DCV (оптимальный)
openstudio app models/kinozal_DCV_Recuperator.osm # Сц. 4: DCV + Рекуп+
openstudio app models/kinozal_DCV_HeatPump.osm # Сц. 5: DCV + ТН- OpenStudio 3.7 / EnergyPlus 23.2 — почасовое энергетическое моделирование
- Node-RED — реализация алгоритма DCV-управления
- ПЛК ОВЕН ПЛК110-220.60.Р — программируемый логический контроллер (Modbus TCP/RTU)
- ЧП Danfoss VLT-2800 — частотные преобразователи вентиляторов (RS-485 Modbus)
- Датчик CO₂ MOS-4001 — измерение CO₂, T, RH (4–20 мА)