RUS  ENG 

Новости

1 июня 2021

ZuluGIS и ZuluThermo в обучении студентов

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Санкт-Петербургский горный университет
Кафедра теплотехники и теплоэнергетики
доцент: В.М. Пискунов
студены: Григоруца Д.В. Корзинин А.Н

Применение геоинформационной системы ZuluGIS и ZuluThermo в обучении студентов

Геоинформационная система представляет собой систему сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах. Наравне с характерным применением ГИС в мире предпринимательской и коммерческой деятельности и природных ресурсов, ГИС широко используются в государственной сфере, сфере транспорта и коммунального хозяйства.

Последнее время геоинформационные системы приобретают все большую популярность в сфере теплоэнергетики, происходит интенсивная цифровизация данной области. Цифровые модели и схемы различных объектов заменяют привычные ранее способы хранения информации, а простота обращения с новым программным обеспечением способствует ускорению процесса проектирования элементов и систем теплоэнергетики.

Лидером в данной области является продукт компании Политерм – ZuluThermo, представляющий собой набор программ для расчета теплосетей в системе ZuluGIS. Помимо мощного вычислительного аппарата, пользователь получает удобную программу, в которой без труда возможны как перенос данных с уже имеющихся схем, так и проектирование новых объектов системы теплоснабжения.

Цель данной работы – сформировать общее представление о применении программного обеспечения ZuluGIS и ZuluThermo в обучающих целях. Из-за растущего использования цифровых систем в сферах промышленности, рано или поздно любому специалисту понадобится ознакомиться с новой программой. Именно поэтому учебные заведения, выпускающие высококвалифицированных специалистов, обязаны дать студентам как можно больше передовой информации и навыков. В постоянно обновляющемся мире очень важно идти в ногу со временем.

Статья носит ознакомительный характер и состоит из описания и анализа работы программы. Будут определены и охарактеризованы навыки, которые можно получить в течение обучения.

Области применения в обучении

Для применения и освоения программного обеспечения в полной мере его необходимо интегрировать в рабочие программы различных дисциплин. Интеграция позволит в обязательном порядке ознакомиться с программой, а самое главное – поможет развить профессиональные компетенции.

В ходе обучения студенты выполняю множество практических, лабораторных, курсовых и иных работ. На схеме (рисунок 1) представлены основные направления специальности «Теплоэнергетика и теплотехника», в которых может быть внедрен комплекс ZuluThermo, и часть конкретных примеров.

Схема применения ПО в обучении.
Рисунок 1 - Схема применения ПО в обучении.

Начало работы в программе

Первое время использования любого программного обеспечения тесно связано с изучением расположения основных элементов и методов выполнения требуемых операций.

Простота интерфейса – одно из преимуществ комплекса ZuluGIS. Расположение объектов напоминает привычные всем программы, например программы компании Autodesk, поэтому сложности при первой встрече не возникают. Помимо простоты, интерфейс можно подстроить под себя, убрав всё ненужное и добавив необходимые для работы элементы.

Неопытный пользователя, вероятнее всего, столкнется с определенными трудностями, поэтому рекомендуется воспользоваться справочными данными, расположенными в программе или на официальном сайте компании. Перед работой следует ознакомиться с базовыми функциями и особенностями программы. Хорошим помощником выступит YouTube канал компании, на котором представлены десятки видеоуроков по всем направлениям.

После редактирования интерфейса под нужды пользователя наступает этап отрисовки сети. Создавать теплосети рекомендуется из подпрограммы ZuluThermo (Сервис – Создать новую сеть), так как в базах данных элементов теплосети будут автоматически занесены все параметры, и пользователю останется лишь добавить численные значения. Помимо этого, будут даны рисунки условных обозначений элементов теплосети. Также ПО позволяет нарисовать новый элемент или добавить дополнительные параметры в базу данных.

Задания по проектированию теплосетей можно придумать самые разные, например, придумать новую сеть каждому студенту или отрисовать уже имеющуюся. Данный этап помогает студенту визуализировать расположение тепловых сетей, их протяженность и взаимосвязанность. Стоит отметить, что тепловую сеть можно отрисовать поверх реальных карт или растровых объектов, это улучшит качество усвоенной информации.

Перенос сетей со старых бумажных схем на новую электронную модель является первым этапом цифровизации сетей в любом городе. Следует внимательно изучить внутренний редактор слоя и все его возможности. Навык качественного и быстрого проецирования окажется очень полезным при работе над цифровизацией. Именно поэтому можно придумать задачу по привязке растрового объекта к реальной карте, что тоже окажется в бедующем полезным.

Редактирование слоя позволяется студенту без особых трудностей изучить расположение и взаимосвязи между элементами, позволяет укрепить знания условного обозначения элементов тепловых сетей, изменять по своему желанию уже имеющиеся сети или создавать новые.

Расчеты тепловых сетей

Для выполнения расчетов в программе необходимо разработать тепловую сеть. Теплосеть можно отрисовать как через заранее данные условные обозначения (через ZuluThermo), так и поручить каждому студенту самостоятельно внести условные обозначения. Второй способ окажется более трудоемким, однако позволит укрепить знания условного графического обозначения элементов теплоснабжения, а также улучшит навык создания слоя с нуля. Отрисовкой сети, как отмечалось ранее, можно заниматься самостоятельно или всей группой вместе, попросту срисовав с готового шаблона.

Рекомендуется заранее подготовить схему тепловой сети (или несколько), сформировать отдельные варианты и произвести расчеты по каждому из них. Такой метод позволит наиболее точно оценить освоение студентами материала, особенно при наличии группы с большим числом студентов. Часть проверки займет сверка полученных данных, остальное время можно уделить проверке знаний методики расчета.

Основные виды расчетов, которые рекомендуется использоваться в целях обучения, следующие: конструкторский расчет, наладочный расчет, поверочный расчет, расчет резервов и построение температурного и пьезометрического графиков.

Первым этапом после отрисовки станет выполнение конструкторского расчета. Данный расчет позволяет определить диаметры трубопроводов, располагаемые напор в точке подключения, расходы, потери напора и скорости движения воды на участках сети. Расчет позволит внести в базу данных часть важных параметров для дальнейших расчетов сети. Однако, имея в распоряжении точные значения параметров теплосети, можно обойтись без данного расчета и вручную добавить в базу все значения.

Наладочный расчет используется для оптимизации тепловой сети. Расчет позволяет подобрать смесительные и дросселирующие устройства и определить места их установки. Наладочный расчет способствует укреплению понимания зависимостей параметров сети при ее наладке. Хорошим примером окажется моделирование аварии, при которой необходимо качественно обеспечить оставшихся потребителей теплом. Этот вид расчетов является первостепенным, ведь качественное обеспечение теплом всех подключенных потребителей – приоритет теплоснабжения.

Третий вид расчетов, поверочный, служит для вычисления параметров реального режима работы с установленными устройствами. С помощью поверочного расчета студенты смогут определить фактические расходы теплоносителя на участках тепловой сети и у потребителей, а также количество тепловой энергии, получаемой потребителем при заданной температуре воды в подающем трубопроводе и располагаемом напоре на источнике. Вместо многочисленных формул студенты получают возможность быстро и легко рассчитать данный участок. Комплекс ZuluThermo может служить помощником при ручном расчете участка сети, студенты могут сравнивать свои расчетные значения и значения той же сети, рассчитанной через поверочный расчет. Теплоэнергетики обязаны хорошо понимать, как меняются параметры сети при возникновении аварии, подключения дополнительных участков, передачи воды и тепловой энергии от одного источника другому и других наиболее часто встречающихся ситуаций, и именно поверочный расчет хорошо справляется с построением этого навыка.

Кроме перечисленных расчетов, в обучении высококвалифицированных сотрудников помогут расчеты резервов. Расчет резервов определяется максимальные расходы, которые можно подключить, для каждого участка. Рекомендуется разработать практическое задание по подключению дополнительных потребителей к сети, моделированию аварии с подключением имеющихся потребителей к другой сети или другую подобную задачу, в которой студенту будет предложено обдумать все варианты подключения, произвести расчет и аргументировать выбранный вариант с учетом местных и других особенностей.

На этом функции расчетного комплекса не заканчиваются. Для анализа результатов, полученных в ходе выполнения расчетов, ZuluThermo имеет функции построения температурного и пьезометрического графика. Кроме того, обучающимся может быть предложена задача по поиску решений по достижению надежности оборудования и определения основных параметров надежности, решение которой в большей части выполняется в расчете надежности системы ZuluThermo.

Иллюстрация работы в программе

В этой части статьи мы приведём пример внешнего вида элементов программ ZuluGIS и ZuluThermo при проведении различного вида расчётов тепловой сети.

Начинается работа в программе с создания слоя тепловой сети. Топологическая сетевая модель представляет собой граф сети, узлами которого являются точечные объекты (источники, потребители и т.д.), а ребрами графа являются линейные объекты - трубопроводы. Модель сети является основой для работы модуля расчетов тепловых сетей ZuluThermo.

Рисунок 2 – Пример созданного слоя с тепловой сетью

Перед тем как приступить к любому инженерному расчету, в том числе расчёту тепловой сети, необходимо внести исходные данные для различных элементов сети как узловых (источник, потребители), так и участков трубопроводов сети.

Рисунок 3 – Ввод исходных данных для проведения расчёта сети

Для того чтобы перейти непосредственно к расчёту сети необходимо открыть диалог теплогидравлических расчётов ZuluThermo и перейти во вкладку нужного нам вида: наладка, поверка, конструкторский и т.д. После выбора слоя и источника, для которого будет производиться расчёт, необходимо задать параметры проводимого расчёта и нажать кнопку «Расчёт».

Окно подпрограммы для проведения расчётов тепловой сети – ZuluThermo
Рисунок 4 – Окно подпрограммы для проведения расчётов тепловой сети – ZuluThermo

После того как расчёт будет произведён, его результаты можно просмотреть, открыв окно семантической информации по рассчитанным элементам тепловой сети.

Результаты проведённых расчётов
Рисунок 5 – Результаты проведённых расчётов

Анализ выполненного расчета удобно проводить с помощью пьезометрического графика. Для этого необходимо выбрать путь между двумя объектами и построить график.

Пьезометрический график и таблица данных
Рисунок 6 – Пьезометрический график и таблица данных
Путь для построения пьезометрического графика
Рисунок 7 – Путь для построения пьезометрического графика

Итог обучения

В ходе обучения с помощью ZuluGIS и ZuluThermo студент в полной мере ознакомится со строением тепловой сети, с видами расчетов, получит современные навыки по цифровизации в теплоэнергетике. Благодаря программному обеспечению учащийся проверит и укрепит свои знания в этой области, получит дополнительное понимание изменений параметров тепловой сети в наиболее часто встречающихся ситуациях. Ко всему прочему, получив новые компетенции, студент станет подготовленным к работе в сфере цифровизации.

Список используемой литературы

  1. Геоинформационная система [Электронный ресурс]: Википедия. Свободная энциклопедия. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Геоинформационная_система (дата обращения: 01.05.21).
  2. Руководство пользователя ZuluThermo [Электронный ресурс]: Политерм. – Режим доступа (дата обращения: 27.04.21).

Возврат к списку