Регистрация / Вход
Прислать материал

14.576.21.0032

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.576.21.0032
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Исполнитель проекта
Общество с ограниченной ответственностью "Межрегиональная энергосберегающая компания"
Название доклада
Проведение исследований по разработке программно-аппаратного комплекса "Модульная интеллектуальная самообучающаяся энергосберегающая система автоматического управления вентиляцией" (ПАК "МИСЭС АУВ" ) с новыми типами датчиков, способных определить наличие в воздухе малых концентраций летучих органических веществ
Докладчик
Крупнов Юрий Анатольевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Разработка экспериментального образца программно-аппаратного комплекса «Модульная интеллектуальная самообучающаяся энергосберегающая система автоматического управления вентиляцией», включая разработку и создание новых типов датчиков, способных селективно определять наличие в воздухе малых концентраций (не более 0,5 предельно допустимой концентрации) летучих органических веществ, являющихся основными загрязнителями воздуха в помещениях.
Актуальность и новизна исследования
Согласно исследованиям всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) химические вещества, содержащиеся в воздухе помещений, оказывают серьёзное воздействие на здоровье людей, вызывая рак и заболевания дыхательной системы. Эта проблема актуальна для всех стран вне зависимости от их уровня благосостояния. В настоящий момент не только на рынке, но и среди известных перспективных разработок, описанных в литературе, отсутствуют датчики, позволяющие селективно определять концентрации летучих органических соединений (ЛОС), что делает решение этой задачи значимым для дальнейшего прогресса в области создания аналитических систем и систем обеспечения качества воздуха. Способность детектировать и измерять концентрации именно летучих органических соединений является необходимым условием современных систем контроля воздуха в жилых и коммерческих помещениях.
Данный проект направлен на разработку самообучающейся системы автоматизации на основе новых флуоресцентных хемосенсорных материалов, предназначенных для детектирования летучих органических веществ и датчиков на основе данных материалов для применения в системах вентиляции. Жесткие требования к наличию примесей в воздухе помещений требуют от материла сочетания высокой чувствительности и селективности, данные характеристики раннее не были достигнуты не только для материалов данного типа, но и для всех имеющихся на сегодняшний момент материалов. А возможность
системы самостоятельно определять состояние системы вентиляции в целом и состояние воздушной среды в рабочей области, а также поддерживать заданное состояние с использованием алгоритмов самообучения делает ее уникальной.
Описание исследования

При создании автоматизированных систем управления вентиляцией возникает ряд задач, решение которых можно найти путем проведения исследований на объекте, проведения пуско-наладочных работ, отладки алгоритмов, что в конечном итоге приводит к увеличению сроков внедрения системы, что, в свою очередь, влечет за собой и увеличение расходов. Для сокращения сроков внедрения автоматизации, снижения расходов и увеличения эффективности системы автоматизации самым целесообразным решением является использование модульных самообучающихся систем автоматизации с использованием сенсоров опасных органических веществ.

В основе достижения цели, поставленной в данном проекта лежит системный иерархический подход к проектированию сенсорных материалов, которые позволяют создавать материалы для широкого круга задач. В рамках используемого подхода материал представляет собой иерархическую структуру. Элементы, спроектированные на данном уровне структуры, будут использованы в качестве строительных блоков следующего уровня. Получение элементов данного уровня происходит в результате самоорганизации элементов предыдущих уровней и основано на идеологии построения систем снизу-вверх.

При проектировании хемосенсорных материалов обычно выделяют следующие уровни иерархии:
• молекулярный;
• супрамолекулярный;
• наноразмерный;
• микроуровень.

При проектировании на молекулярном уровне выбирается основной чувствительный элемент материала – молекула-индикатор. Молекула-индикатор выбирается исходя из ее способности (избирательно) изменять свои спектрально-люминесцентные свойства при взаимодействии с молекулами ЛОС. В общем случае данная проблема может решаться путем скрининга с использованием компьютерного моделирования для ускорения и удешевления процесса. 
На супрамолекулярном уровне, задаются свойства супрамолекулярного рецепторного центра, который представляет собой молекулу-индикатор и ее ближайшее молекулярное окружение. Окружение молекулы-индикатора конструируется таким образом, чтобы оптимизировать взаимодействие молекулы-индикатора с молекулой-аналитом, максимально повысить избирательность такого взаимодействия, а также минимизировать негативные физические процессы возможные в данной системы (например, фотохимические реакции).

На следующем, наноразмерном уровне, задается структура используемой матрицы носителя, содержащей супрамолекулярные рецепторные центры на ее поверхности или в объеме. Возможны различные варианты структуры, включая наноночастицы, нанонити, различные высокопористые структуры. При построении сенсорного материала на наноразмерном уровне необходимо создать пористую структуру, максимально увеличить доступную поверхность, обеспечить легкое проникновение молекул аналита к рецепторным
центрам.
На следующем по иерархии микроуровне формируется макроэлемент материала (двух- или трехмерный), имеющий определенную геометрию. Данный микроэлемент содержит индикаторные молекулы одного определенного вида. Он характеризуется определенной величиной отклика на конкретную молекулу-аналит. Такой макроэлемент является основным чувствительным элементом датчика.

Для исследования сенсорных характеристик материалов с целью их последующей оптимизации у соисполнителя проекта имеется уникальный стенд, позволяющий измерять спектрально-люминесцентные характеристики флуоресцентных хемосенсорных материалов в заданных условия, при воздействии контролируемых концентраций ЛОС. Одним из основных преимуществ разрабатываемых материалов является возможность их нанесения с использованием технологий струйной печати, что значительной увеличивает технологичность процесса производства сенсорных элементов для датчиков. В рамках данного проекта разработаны методы нанесения полученных материалов с использованием специализированного программно-аппаратного комплекса, предназначенного для нанесения функциональных жидких материалов на различные типа подложек. 

Модульность системы создается для того, чтобы использовать при создании систем автоматизации лишь необходимый инструментарий. Модульная система позволит использовать ПАК «МИСЭС АУВ» на разных вентиляционных установках, независимо от их предназначения и производительности. Задача разработки алгоритма взаимодействия сводится к поиску наиболее оптимального способа объединения модулей в единый комплекс управления системой вентиляции.

Результаты исследования

В результате исследований разработан экспериментальный образец ПАК "МИСЭС АУВ", который интегрирован в систему вентиляции реального объекта, проведены исследовательские испытания экспериментального образца, разработан проект ТЗ на проведение ОКР, проведены маркетинговые исследования с целью выбора направлений коммерциализации, сформулированы обобщения и выводы по результатам исследований, разработаны рекомендации и предложения по использованию результатов исследований в реальном секторе экономики.

Получены 2 свидетельства о регистрации программы для ЭВМ.

В ходе реализации проекта написаны и опубликованы 5 научных статей в журналах, индексируемых в базе данных Scopus.

Ожидается, что разрабатываемые датчики нового типа найдут свое применение не только в системах вентиляции зданий, но и смогут стать составной частью коммерческих систем газоанализа, в которых требуется селективное определение состава воздуха в смеси летучих соединений, а также смогут стать платформой (основным элементом) для создания портативных переносных устройств контроля качества воздуха в жилых и прочих помещениях. Одной из наиболее вероятных перспектив, в случае достижения низких ценовых характеристик этой продукции, является использование этих устройств в качестве индивидуальных систем контроля. Их использование позволит повысить качество воздуха в помещениях и обезопасить находящихся в них людей от отравления органическими веществами. Таким образом, настоящая разработка имеет реальную перспективу межотраслевого применения результатов исследований.

Использование всего программно-аппаратного комплекса «МИСЭС АУВ» позволит в кратчайшие сроки автоматизировать вентиляционную установку любой сложности, обеспечить диспетчеризацию системы вентиляции, снизить затраты на энергопотребление системой вентиляции, значительно повысив при этом ее эффективность, за счет использования в управлении действительных, а не расчетных характеристик именно данной системы.

Разрабатываемое решение ПАК «МИСЭС АУВ» может легко масштабироваться за счет возможностей интеграции с различными коммерческими системами вентиляции, используемыми на рынке.

Практическая значимость исследования
Значимость проекта и достигнутых результатов заключается в повышении энергоэффективности разрабатываемых решений систем вентиляции зданий (не менее 20%), а также в значительном улучшением качества экологической обстановки в помещениях за счет целевого и точечного контроля концентраций вредных летучих органических соединений. Этот эффект также напрямую приведет к значимому социально-экономическому эффекту, а именно, улучшению здоровья людей, живущих или работающих в помещениях, оборудованных такими системами вентиляции или хотя бы имеющими датчики загрязнения воздуха контролируемыми ЛОС.
Важной особенностью предлагаемой продукции является возможность определять концентрацию различных газов или паров органических соединений в смеси. Подавляющее большинство существующих решений нацелено на детектирование или измерение лишь одного компонента (аналита) в воздухе. Причем все приборы, умеющие решать задачу измерения компонентов газовой смеси, являются либо стационарными (лабораторного применения), либо переносными, но достаточно громоздкими. Портативных решений подобного типа практически не существует, в особенности для измерения или детектирования ЛОС.
Не менее важной потребительской характеристикой разрабатываемого решения является то, что это будут устройства очень небольшого размера, позволяющие производить контроль ЛОС в реальном времени.
Единственным способом, благодаря которому можно добиться максимальной эффективности использования вентиляционных установок, является использование системы, которая сама подстраивается под установку, высчитывает разницу между началом времени воздействия и временем, когда произошел эффект от воздействия. Это значение записывается в базу данных и используется системой в дальнейшем, если подобная ситуация происходит вновь. Таким образом мы добиваемся максимально эффективного использования ресурсов вентиляции.