Задачи, связанные с анализом работы реальных водяных тепловых сетей и управлением их эксплуатацией и развитием, решаются в условиях той или иной неопределенности. Факторы неопределенности существенно влияют на процесс принятия решений, а также на сами решения и их фактическое последствие.
Незнание истинных параметров и топологии тепловой сети, недостаточная оснащенность измерительными приборами и датчиками, большая погрешность и неоднородность тех данных, которые удается получить, приближенность математического моделирования и т.д. – вот те факторы, из которых складывается неопределенность при управлении эксплуатацией.
Эта неопределенность может быть существенно уменьшена при проведении детальной и грамотной паспортизации всех объектов и трубопроводов сети.
Хотя паспортизация является рекомендованным [1] видом деятельности организации, эксплуатирующей тепловую сеть, сбор и ввод информации осуществляется только при наличии воли руководства. Процесс паспортизации – процесс продолжительный и постоянный: тепловые сети и ремонтируются, и реконструируются, и модернизируются, и развиваются. Паспорт любого объекта, будучи только что заполненным, уже требует внесения изменений.
Последовательность проведения паспортизации не регламентирована, поэтому ее, к сожалению, начинают не с топологии сети, а с отдельных объектов (абонентских вводов, трубопроводов, запорной арматуры и т.д.), не представляя до конца, как вся собранная информация будет между собой стыковаться. В результате информации много, а тепловую сеть, как единое целое, как систему, представить не удается.
Идентификация – процесс приближенного отображения (отождествления) функционирующей системы в виде математической модели, способной замещать реальный объект в процессе его анализа и принятия решений. Идентификация – обязательный этап управления и неизбежно проходит в условиях неопределенности.
Математическое моделирование всегда является приближенным, и степень его точности должна согласовываться с целями исследования и управления, количеством и качеством исходных данных. Но в любой задаче существуют факторы, пренебрежение которыми недопустимо.
Принято рассматривать движение теплоносителя как одномерное, усредняя по сечению трубы скорость, плотность, давление и температуру.
Используя классификацию гидравлических цепей [2], тепловые сети следует характеризовать как сети с переменными параметрами. В частном случае при отсутствии насосных станций, регуляторов расходов и давлений и упрощенном моделировании источников, при котором полагается независимость располагаемого напора от расхода, тепловые сети переходят в категорию цепей с сосредоточенными параметрами.
Полная математическая модель установившегося неизотермического распределения потоков в тепловой сети строится на законах Кирхгофа, представляющих собой математическую запись физических законов сохранения массы (1) и энергии (2), замыкающих соотношениях (3),(4), связывающих расход и потери напора на участке и уравнений теплового баланса в узлах (5),(6) :