Качественное регулирование систем центрального отопления осуществляют

Обновлено: 30.06.2024

Режимы регулирования централизованного теплоснабжения

Тепловые потери из зданий существенно меняются в зависимости от температуры наружного воздуха. ПО укрупненной формуле нагрузка на отопление выражается зависимостью:

Поэтому в системах теплоснабжения необходимо осуществлять регулирование расхода тепловой энергии. Объем подаваемой тепловой энергии в двухтрубной системе теплоснабжения определяется формулой:

где - теплоемкость теплоносителя; - расход (м 3 /с) и температура теплоносителя (К) в подающем трубопроводе ; - расход (м 3 /с) и температура теплоносителя (К) в обратном трубопроводе.

Классификация методов регулирования водяных систем приведены на рис. 4. В водяных системах теплоснабжения различают два способа регулирования подачи тепловой энергии: количественный и качественный. При количественном способе регулирования в зависимости от температуры наружного воздуха меняется расход теплоносителя. При качественном регулировании меняется температура теплоносителя. Возможно использование количественно-качественного регулирования. В настоящее время предпочтение отдается качественному регулированию.

Рис. 4. Методы регулирования централизованных систем теплоснабжения

Зависимость температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха при качественном регулировании называется температурным графиком качественного регулирования. Графики регулирования зависят от типа системы теплоснабжения (рис. 5.). Они могут быть определены для систем с чисто отопительной нагрузкой или по суммарной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение.

Рис. 5. Режимы регулирования в зависимости от типа системы теплоснабжения

Рис. 6. Примерные графики качественного регулирования систем теплоснабжения

В системах теплоснабжения с преобладающей (более 65%) жилищно-коммунальной нагрузкой следует принимать регулирование по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, то есть по повышенному (скорректированному) графику температур воды (рис. 13.6. б, в, г). Применение данного метода регулирования позволяет определять диаметры трубопроводов тепловых сетей по суммарному расходу сетевой воды на отопление и вентиляцию без учета расхода воды на горячее водоснабжение. Однако для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающем трубопроводе должна быть выше, чем по отопительному графику. Некоторая недоподача теплоты в системы отопления в часы максимального водоразбора компенсируется в ночное время при отсутствии водоразбора на горячее водоснабжение. При этом строительные конструкции зданий служат аккумуляторами теплоты, выравнивающими неравномерность подачи теплоты на отопление.

Начало и конец отопительного периода принимаются при среднесуточной температуре наружного воздуха в течении 3 дней ниже (начало отопительного периода) и выше (конец периода) t_н = +8°С.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Регулирование отпуска теплоты в системе теплоснабжения

Методы регулирования тепловых нагрузок

Тепловые нагрузки потребителей теплоты как правило не постоянны. Они могут меняться от климатических условий. К нагрузкам, которые зависят от климатических условий относятся отопительная тепловая нагрузка Q_О = f(t_Н, 0 С; V_Н, м/с), вентиляционная тепловая нагрузка Q_В = f(t_Н, 0 С; V_Н, м/с). Эти нагрузки также по характеру протекания во времени являются сезонными. Также тепловые нагрузки могут изменяться в зависимости от количества включенных водоразборных приборов, степени их открытия и числа людей, которые ими пользуются. К таким нагрузкам относится тепловая нагрузка на ГВС Q_ГВС = f(N_ПРИБ, q_ПРИБ, м). Q_ГВС не зависит от климатических условий и по характеру протекания во времени является круглогодичной.

Также тепловые нагрузки могут изменяться от количества работающего технологического оборудования, степени его загрузки и режима его работы. К таким нагрузкам относится технологическая тепловая нагрузка Q_Т = f(N_ОБ, q_Т, К_ОДН, К_ЗАГР). Q_Т также не зависит от климатических условий и по характеру протекания во времени является круглогодичной.

Для того, чтобы качественно обеспечивать теплоснабжением необходимо, чтобы все потребители тепловой энергии получали именно то количество теплоты, которое им требуется. И поэтому, чтобы постоянное удовлетворять запросы потребителя тепловые нагрузки должны регулироваться.

Регулирование тепловых нагрузок бывает:

– центральное, которое осуществляется на источнике теплоснабжения одновременно для вех потребителей.

– местное, которое осуществляется только для отдельной группы потребителей на центральных или индивидуальных тепловых пунктах.

– индивидуальное, которое осуществляется непосредственно на нагревательных приборах и установках потребителей теплоты.

Регулирование отопительных нагрузок терморегулирующими клапанами на каждый отопительный прибор.

Тепловая энергия, поступающая из системы теплоснабжения, передается потребителям теплоты в различных теплообменных аппаратах (радиаторы, вентиляционные калориферы, подогреватели ГВС). В любом из этих теплообменных аппаратах количество передаваемой теплоты определяется по выражению:

К_ТА – коэффициент теплопередачи (кДж/м 3 *t 0 С)

К_ТА – площадь поверхности нагрева (м 3 )

Δt – средняя разность температуры между греющим теплоносителем и нагреваемой средой (температурный напор)

n – время работы теплообменного аппарата

Поверхность нагрева любого теплообменного аппарата рассчитывается и выбирается по самому неблагоприятному для него режиму работы, в котором для передача требуемого количества теплоты требуется максимальная поверхность нагрева. Этот режим работы теплообменного аппарата называется расчетным. Выбранная для расчетного режима работы максимальная поверхность нагрева во всех остальных режимах работы теплообменного аппарата остается постоянной.

Когда изменяется количество теплоты, проходящей через любой обменный аппарат, то это значит, что данный теплообменный аппарат вынужден работать в нерасчетном режиме (переменном).

Для расчетного режима работы теплообменного аппарата должны быть заданы следующие величины:

1. Расчетная (т.е. максимальная) тепловая нагрузка Q Р
2. Расчетные температуры греющего теплоносителя и нагреваемой среды на входе/выходе теплообменного аппарата (τ₁ Р , τ₂ Р ) (t₁ Р , t₂ Р )
3. Расчетный коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата, К_ТА.

Принципиальная схема движения теплоносителей для теплообменного аппарата в расчетном режиме

Противоточный теплообменный аппарат. Расчетные расходы теплоносителей определяются после составления теплового баланса теплообменного аппарата:

G_ГТ Р – расчетный (максимальный) расход греющего теплоносителя

G_НС Р – расход нагреваемой среды

С_ГТ, С_НС – массовые теплоемкости

n_ТА – КПД теплообменного аппарата.

Изменение режима работы теплообменного аппарата можно осуществлять воздействуя на:

– коэффициент теплообменного аппарата, К_ТА

– среднюю разность температуры Δt

– время работы аппарата (n, час)

– расход греющего теплоносителя.

В реальности изменять в широких пределах коэффициент теплопередачи теплообменного аппарата сложно, и остается только 3 способа воздействия на количество теплоты передаваемое потребителю.

1. Метод качественного регулирования тепловой нагрузки

При этом методе регулирования изменяется температура греющего теплоносителя, подающегося в трубопровод тепловой сети, а расход греющего теплоносителя всегда остается постоянным, т.е. τ₁ Р не равно τ₁ = var, G_ГТ Р = G_ГТ = const.

При изменении температуры греющего теплоносителя меняется, и температура сетевой воды в обратном трубопроводе тепловой сети. Соответственно, по выражению (2)

меняется и тепловая нагрузка, передаваемая теплообменных аппаратом. Следовательно, Q Р не равно Q = var.

График изменения температуры и расхода греющего теплоносителя при качественном методе регулирования тепловой нагрузки

(график зависимости температуры и расхода от температуры наружного воздуха)

t_Н.РО. = t_Н.РВ. = t_Н.Х. Б – температуры наружного воздуха, расчетные для проектирования систем отопления и вентиляции зданий (принимаем по параметрам ”Б”).

t_Н.О. – температура наружного воздуха соответствующая началу и окончанию отопительного периода.

t_Н = t_В Р – температура воздуха внутри помещения.

Интервал температуры от t_Н.РО. до t_Н.О. – соответствует отопительному периоду, t_Н.О. до t_Н – летний период.

Метод качественного регулирования тепловых нагрузок получил широкое распространение при централизованном теплоснабжении и от водяных систем, т.к. снижение τ₁ и τ₂ позволяют уменьшать давление пара теплофикационных отборов турбин и увеличивать выработку электроэнергии на ТЭЦ по теплофикационному циклу. Увеличение выработки электроэнергии на ТЭЦ приводит к возрастанию экономии топлива. Следующим преимуществом метода качественного регулирования является уменьшение готовых потерь теплоты от тепловых сетей в окружающую среду.

1. Метод количественного регулирования тепловой нагрузки

При этом методе изменяется расход греющего теплоносителя, а температура греющего теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети остается постоянной: G_ГТ Р не равно G_ГТ = var; τ₁ Р =τ₁=const. Изменение расхода греющего теплоносителя приводит к изменению температуры в обратном трубопроводе тепловой сети и соответственно по выражению (2)

измененная тепловая нагрузка, переданная теплообменному аппарату.

Графики изменения температуры и расхода греющего теплоносителя при количественном методе регулирования тепловой нагрузки

Достоинством количественного метода является сокращение потребляемой электроэнергии на перекачку сетевой воды. Экономия электроэнергии достигается либо отключением части работающих сетевых насосов котельной или ТЭЦ, либо установкой на работающих насосах частотно-регулирующего привода.

Недостатком метода является резкое колебание расхода сетевой воды во всей системе теплоснабжения. Это обстоятельство приводит к разрегулированию системы отопления и вентиляции здания и нестабильной работе отопительных приборов и вентиляции калориферов.

1. Метод регулирования тепловой нагрузки ”местными пропусками”

При этом методе все теплообменные аппараты систем теплоснабжения зданий работают в расчетном режиме, т.е. остается постоянный расход греющего теплоносителя, а также температуры греющего теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети и, следовательно, по выражению (2), количество теплоты, переданное теплообменному аппарату также должно оставаться постоянным. Но при этом способе регулирования изменяется продолжительность работы теплообменного аппарата в течении суток, т.е. n=var и, следовательно, изменяется количество теплоты, переданное теплообменному аппарату. Q Р не равно Q = var.

Количество теплоты, переданное от теплообменного аппарата в течение суток определяется по выражению:

Центральное качественное регулирование отопительной тепловой нагрузки в водяных системах отопления зданий

а) схема водяного отопления со струйным смешением

б) схема водяного отопления с насосным смешением

1 – отопительные приборы систем водяного отопления

2 – смешивающие устройства (элеваторы и центробежные насосы)

3 – регуляторы температуры

Системы отопления зданий состоят из:

1. Отопительные приборы – через эти устройства тепловая энергия отбирается от нагретой сетевой воды и передается потребителю теплоты, при этом воздух внутри помещений нагревается от температуры наружного воздуха (t_Н) до внутренней температуры (t_Н.ВР).

Можно разделить следующие типы отопительных приборов систем водяного отопления:

а) регистры – эти отопительные приборы выполняются из нескольких гладких стальных труб, которые располагаются горизонтально друг над другом. Эти приборы просты в изготовлении и легко очищаются от пыли и грязи, выдерживают давление сетевой воды до 1 МПа и температуру сетевой воды до 150 0 С. Однако, регистры дороги и занимают в помещении много места. Как правило, отопительные регистры широко используются в помещениях промышленных зданий при значительных выделениях пыли.

б) чугунные секционные и стальные панельные радиаторы – эти отопительные приборы выдерживают давление сетевой воды от 0,6 до 0,9 МПа и температуру нагретой сетевой воды на уровне 95-105 0 С. Такие приборы применяются, как правило, в помещениях жилых, административно-бытовых, общественных зданиях.

в) конвекторы – выполняются из стальных труб с диаметром от 15 до 25 мм. На эти трубы устанавливаю оребрение из стали с шагом ребер до 20 мм и высотой ребер от 80 до 200 мм. Отопительные приборы конвекторы выдерживают давление сетевой воды до 1 МПа и температуру до 150 0 С. Отопительные конвекторы могут устанавливаться в помещениях жилых, административно-бытовых, общественных зданиях, а также в промышленных зданиях с малым выделением пыли.

2. Разводка труб, стояк отопления, подводящие трубопроводы к отопительным приборам. Через эти элементы сетевая вода подводится к отопительным приборам и отводится от них.

3. Запорная арматура, регуляторы температуры и измерительные приборы.

Недостатком этого метода регулирования является то обстоятельство, что требуется полностью оснащать системы отопления зданий автоматикой. Другим недостатком этого метода является тот фактор, что очень трудно подобрать контрольные помещения зданий, по температуре внутреннего воздуха t_ВНУТР которого можно судить обо всем здании в целом.

4. Смешивающие устройства (элеваторы или центробежные насосы).

Необходимость установки смешивающих устройств обусловлено тем обстоятельством, что очень часто температура сетевой воды, поступающей из наружной тепловой сети выше чем требуемая температура в отопительных приборах. Для того, чтобы понизить температуру сетевой воды до тех значений, которые требуются в отопительных приборах устанавливают элеваторы или центробежные насосы. Эти устройства к основному потоку сетевой воды подмешивают воду из обратного трубопровода системы отопления с температурой τ₀₂ Р <= 70 0 С. За счет подмешивания, температура сетевой воды снижается от значения τ₀₁ Р <=150 0 С до τ₀₃ Р <95 0 С и поступает в отопительные приборы, в них сетевая вода передает свою теплоту внутреннему воздуху, охлаждается до температуры τ₀₂ Р и поступает в обратный трубопровод. Затем часть воды идет на подмешивание в элеватор, а другая часть поступает в обратный трубопровод тепловой сети.

Функции элеватора:

1-я функция элеваторов – понижение температуры нагретой сетевой воды, которая подается из внешней тепловой сети до уровня допустимых температур в отопительных приборах.

2-я функция элеваторов – понижение давлений нагретой сетевой воды до уровня допустимых давлений в отопительных приборах.

Элеваторы просты в конструкции и надежны в работе, однако для нормальной работы элеватора и хорошей циркуляции сетевой воды необходимо выдерживать разность давлений между подающим и обратным трубопроводом системы отопления примерно на уровне 0,15-0,25 МПа, т.е. должно выполняться условие ΔР_Э = ΔР_О >=Р_О1 – Р_О2 >=0,15-0,25 МПа.

Очень часто у потребителей, которые находятся на конечных участках водяной тепловой сети и значительно удалены от источника теплоты эту разность давлений обеспечить не удается, в таких случаях вместо элеваторов используются центробежные насосы.

Недостатком схемы с насосным смешением является постоянный расход электроэнергии на привод центробежного насоса.

Основной характеристикой элеваторов и смешивающих центробежных насосов является коэффициент инжекции (смешения).

Коэффициент инжекции – это отношение расхода подмешивающей сетевой воды после системы отопления G_М к расходу сетевой воды, поступающей в систему отопления из внешней тепловой сети G_О.

G_М – расход охлажденной сетевой воды подаваемой в элеватор из обратного трубопровода системы отопления

G_О – расход нагретой сетевой воды поступающее в систему отопления из подающего трубопровода внешней тепловой сети (кг/с).

G_ОЗ – расход смешивающей сетевой воды, поступающей в отопительные приборы здания (кг/с)

С_В – массовая теплоемкость воды.

Если в формулу (*) поставить выражения для расхода сетевой воды G_О и G_ОЗ, то эта формула преобразуется к виду:

Учитывая что ”И” является постоянной величиной и не зависит от температуры наружного воздуха, то очень часто его численное значение определяют при температуре наружного воздуха расчетной для проектирования отопления.

τ₀₁ Р – максимальное значение температуры сетевой воды на входе в систему отопления здания

τ₀₂ Р – максимальное значение температуры сетевой воды на выходе из системы отопления здания

τ₀₃ Р – максимальная температура сетевой воды на входе в отопительные приборы здания.

Значения температуры τ₀₁ Р , τ₀₂ Р , τ₀₃ Р определяются из температурного графика системы отопления. Температурным графиком называется зависимость температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети от температуры наружного воздуха, т.е. (τ₀₁ / τ₀₂) = f (t_Н О , 0 С).

Как правило, энергоснабжающие организации в чьем ведении находится котельная или ТЭЦ устанавливают максимальные значения температуры сетевой воды, т.е. (τ₀₁ Р / τ₀₂ Р ) при t_Н.РО. = t_НХ Б ( 0 С) температура наружного воздуха расчетная для проектирования.

Существуют следующие стандартные температурные графики:

1) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 150 / 70 0 С; И = 2,2

2) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 140 / 70 0 С; И = 1,8

3) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 130 / 70 0 С; И = 1,4

4) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 120 / 70 0 С; И = 1

5) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 110 / 70 0 С; И = 0,6

6) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 105 / 70 0 С; И = 0,4

7) τ₀₁ Р / τ₀₂ Р = 95 / 70 0 С; И = 0

И тогда значение коэффициента инжекции, который рассчитывается по формуле (**) будет следующим:

1) И = 2,2; 2) И = 1,8; 3) И = 1,4; 4) И = 1; 5) И = 0,6; 6) И =0,4; 7) И = 0

Принципиальная схема системы водяного отопления здания без смешивающих устройств

1 – отопительные приборы

2 – регулятор температуры

Для того, чтобы рассчитать температурный график и получить значения температуры τ₀₁, τ₀₂, τ₀₃ в течении всего отопительного периода и в интервале температур от t_Н.Ро. до t_Н.О. = +-8 0 С (+10 0 С) используют уравнение теплового баланса, которое составляется для системы отопления зданий.

Тепловой баланс составляется для температуры t_Н.РО. = t_НХ Б ( 0 С), когда система отопления работает в расчетном режиме и для любой произвольно взятой температуры наружного воздуха, t_Н 0 С.

Тепловой баланс для жилых, общественных, административно-бытовых зданий записывается следующим образом:

При любой t_Н , 0 С:

Тепловой баланс для производственных зданий при t_Н = t_Н.РО. = t_НХ Б , 0 С:

При любой t_Н , 0 С:

Q_ОГР – потери теплоты через ограждающие конструкции здания (кВт);

Q_ОГР Р – максимальные потери теплоты через ограждающие конструкции здания (кВт);

Q_ИНФ – расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха (кВт);

Q_ИНФ Р – максимальный расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха (кВт);

Q_ТВ – величина внутренних тепловыделений в самом здании

q_ОТ – удельная отопительная характеристика здания. Эта величина показывает какими будут потери теплоты с 1 м 3 здания за 1 сек. при разности внутренней и наружной температуры в 1 0 С (кВт/м 3 * 0 С) удельной теплопотери здания.

М_ИНФ – коэффициент инфильтрации, учитывающий долю затрат на нагрев инфильтруемого наружного воздуха

q_ТВ – коэффициент тепловыделений, показывает на сколько градусов нагреется внутренний воздух в помещениях за счет внутренних тепловыделений (величина безразмерная).

V – объем здания по наружному обмеру (м 3 )

F_О – площадь поверхности нагрева отопительных приборов зданий

k_О и k_О Р – коэффициенты теплопередачи отопительных приборов зданий (в расчетном режиме и при любой t_Н).

А – безразмерный коэффициент

n – показатель степени, который учитывает тип отопительных приборов, установленных в здании.

n = 0,25; n = 0,14-0,45

Для проектировочных систем отопления, когда точно не известно какие именно отопительные приборы будут установлены в здании принимаем n = 0,25.

Δt_О = [(τ₀₂ + τ₀₃) / 2] – t_В Р – температурный напор отопительных приборов при любой t_Н.

Δt_О Р = [(τ₀₂ Р + τ₀₃ Р ) / 2] – t_В Р – температурный напор отопительных приборов в расчетном режиме.

Разделив почленно выражение (3) на (4) и (5) на (6) получим следующие соотношения:

О> – относительная отопительная тепловая нагрузка

Приняты следующие допущения: k_О ≈ k_О Р (т.к. не изменяется в широких пределах).

При центральном качественном регулировании отопительной тепловой нагрузки расходы сетевой воды постоянны, т.е. G_О = G_О Р = const.

Проведя достаточно сложные и трудоемкие преобразования в формулах (+) и (++), получаем следующие соотношения для расчета температуры сетевой воды.

1. Для жилых, общественных и административно-бытовых зданий:

Выражения (а), (б) и (в) можно существенно упростить, если ввести следующие постоянные значения:

O_О Р = τ₀₃ Р – τ₀₂ Р – разность температур сетевой воды в отопительных приборах здания в расчетном режиме.

б τ₀ Р = τ₀₁ Р – τ₀₂ Р – температурный перепад в системе отопления здания в расчетном режиме

Δt_О Р = [(τ₀₃ Р + τ₀₂ Р ) / 2 – t_В Р ] – температурный напор

Выражения (а, б, в, г, д, е) – это кривые с небольшой выпуклостью вверх (из-за степени 0,8). При температуре наружного воздуха t_Н = t_Н.РО. = t_НХ Б – эти температуры принимают максимальные значения τ₀₁ = τ₀₁ Р , τ₀₂ = τ₀₂ Р , τ₀₃ = τ₀₃ Р . А при t_Н = t_В Р эти температуры сходятся в одну точку.

График изменения температур расхода сетевой воды при качественном регулировании отопительно-тепловой нагрузки для жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий.

В зданиях, в которых температуры внутреннего воздуха отличается от принятого значения t_В Р , как правило, применяют индивидуальное дополнительное регулирование отопительно-тепловой нагрузки непосредственно на отопительных приборах зданий. Также дополнительное индивидуальное регулирование необходимо в тех зданиях, где установлены отопительные приборы со значением n не равным 0,25.

1. Производственные здания

По аналогии с предыдущими выражениями (а, б, в, г, д, е) проводятся упрощения и преобразования этих формул:

Центральное качественное регулирование отопительно-тепловой нагрузки в системах воздушного отопления здания

Принципиальная схема системы воздушного отопления здания

1 – осевые или центробежные вентиляторы

2 – вентиляционные калориферы

5 – регулятор температуры

Система воздушного отопления здания работает следующим образом. Воздух в количестве L_О подается в вентиляторы, калориферы, которые находятся за пределами отапливаемых помещений зданий. В вентиляционном калорифере осуществляется нагрев воздуха до t_В Г , который несколько больше, чем t_В Р (t_В Г > t_В Р ). Нагретый воздух по воздуховодам направляется к распределительным устройствам. Воздухораспределители размещаются выше границы рабочей зоны на торцевых (боковых) стенах отапливаемого помещения.

Нагретый воздух компактным струями выходит из воздухораспределителей, проходит вглубь отапливаемых помещений, отдает свою теплоту в обслуживание (рабочей зоне). Затем охлажденный воздух вновь поступает в вентиляторы и подается в вентиляционные калориферы. Подогрев воздуха в вентиляционных калориферах осуществляется за счет теплоты сетевой воды в количестве G_О с температурой τ₀₁. Если из отапливаемых помещений часть воздуха удаляется системой вытяжной вентиляции (L_ВЫТЖКИ), то для восполнения этого количества воздуха в систему воздушного отопления подается воздух в количестве L_ПРИТОК с температурой t_Н.

Системы воздушного отопления малоинерционные и позволяют получить тепловой эффект сразу после включения. Система воздушного отопления обеспечивает интенсивное перемещение воздуха во всех отапливаемых помещениях и поддерживают одинаковые температурные условия по всему объему помещения. Затраты на оборудование систем воздушного отопления в несколько раз меньше по сравнению с водяными системами. Однако эксплуатация воздушного отопления требует постоянных расходов электроэнергии и сопровождается повышенным уровнем шума.

При качественном регулировании отопительно-тепловой нагрузки в системах воздушного отопления зданий температуры сетевой воды τ₀₁ и τ₀₂ находятся по выражениям:

Эти выражения – линейные уравнения при t_Н = t_В Р , 0 С. Эти линии сходятся в одну точку, а при t_Н расчетной для проектирования имеют максимальный характер при t_Н = t_Н.РО = t_НХ Б ; τ₀₁ = τ₀₁ Р ; τ₀₂ = τ₀₂ Р .

Графики изменения температуры и расхода сетевой воды при качественном регулировании отопительно-тепловой нагрузки в системах воздушного отопления здания.

Регулирование разнородной тепловой нагрузки в водяных системах централизованного теплоснабжения

В реальных системах теплоснабжения в жилых районах и предприятиях, как правило, к одному общему трубопроводу тепловой сети присоединяются потребители, которые имеют разнородные тепловые нагрузки. Законы регулирования отпуска теплоты для каждого вида нагрузок существенно отличаются друг от друга, а центральное качественное регулирование позволяет изменить отпуск теплоты только по какому-то первому закону.

Н: если всех потребителей теплоты регулировать по закону, изменяя отопительно-тепловые нагрузки, то для потребителей ГВС расход теплоты при изменении температуры будет меняться, хотя тепловая нагрузка на ГВС должна быть постоянной и не должна зависеть от температуры наружного воздуха. Поэтому при разнородной тепловой нагрузке потребителей теплоты центральное качественное регулирование на источнике теплоснабжения проводят только для одного основного и преобладающего вила тепловых нагрузок (отопление), остальные виды тепловых нагрузок изменяют дополнительным местным подрегулированием на тепловых пунктах или индивидуальное регулирование непосредственно на тепловых приборах потребителей. Как это осуществляется на практике, будет рассмотрено на примере водяной 2-х трубной закрытой системы.

Система теплоснабжения водяная 2-х трубная, закрытая, со струйным смешением, с зависимой схемой присоединения отопительных установок, с параллельным подключением подогревателей горячего водоснабжения и вентиляционных калориферов.

1 – отопительные приборы

3 – подогреватели горячего водоснабжения

4 – вентиляционные калориферы

6 – регуляторы температуры

7 – водоразборные приборы

8 – циркуляционные и повысительные насосы

Однако из рисунка можно заметить, что сетевая вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает как в систему отопления, так и в систему ГВС. Причем поступает во всем диапазоне изменения температуры наружного воздуха, т.е. от t_Н.РО. = t_Н Б до t_Н.О. = +8 (+10 0 С).

Из расчета температуры сетевой воды по формулам (а, б, в, г, д, е, ж, з, и) видно, что при плюсовых t_Н.РО. значение τ₀₁ может быть равно 35-45 0 С. Однако в системах ГВС температура горячей воды должна быть не ниже 50 0 С и не выше 75 0 С, т.к. 50 < t_ГВ < 75 0 C. С учетом того, что на выходе из теплового пункта должна поддерживаться более высокая температура.

При этом регулирование отопительно-тепловой нагрузки производится:

Очень часто при достижении температуры сетевой воды в подающем трубопроводе тепловой сети значения 70 или 60 0 С вообще прекращается регулирование отопительно-тепловой нагрузки. в этом случае, и температура сетевой воды в подающем трубопровод остается постоянной (τ₀₁ = 70 (60 0 С) = const) и расход остаются постоянными и время подачи теплоты в зданиях постоянен. Однако при этом нарушается качество теплоснабжения, здания переотапливаются и t_Н повышается.

Графики изменения температур и расхода сетевой воды при регулировании разнородных тепловых нагрузок

Рисунок А. График измерения температуры и расхода сетевой воды при регулировании разнородной тепловой нагрузки в водяной системе теплоснабжения (в зоне “излома” температурного графика регулирование отопительной нагрузки производится количественным методом).

Рисунок Б. График измерения температуры и расхода сетевой воды при регулировании разнородной тепловой нагрузки в водяной системе теплоснабжения (в зоне ”излома” регулирование отопительно-тепловой нагрузки производится местными пропусками).

Рисунок В. График – тоже самое (в зоне ”излома” регулирование отопительно-тепловой нагрузки не производится).

1-я зона на графиках соответствует качественному методу регулирования отопительно-тепловой нагрузки (когда изменяются температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах, а расход сетевой воды остается постоянным).

2-я зона на графиках, еще ее называют зонной ”излома” соответствует либо количественному методу регулирования, либо регулированию ”местными пропусками”, либо отсутствие регулирования отопительно-тепловой нагрузки.

Температура наружного воздуха, при котором прекращается качественное регулирование называется температурой начала излома (t_НЧ) температурного графика.

В зоне излома температурного графика температура сетевой воды в обратном трубопроводе τ₀₂ и температура сетевой воды на входе в отопительные приборы τ₀₃ вычисляются следующим образом:

1. Вычисляется относительная тепловая нагрузка в зоне ”излома” температурного графика, т.е. О>. Для нахождения О> в зоне ”излома” используется уравнение характеристики отопительных систем (уравнение Соколова).

Δt_О Р – температурный напор отопительных приборов

бτ₀ Р – температурный перепад системы отопления в расчетном режиме

О_О Р – относительный расход сетевой воды в системе отопления

Т.к. в выражении (*) искомая величина находится в неявном виде, то выражение решается методом последовательного приближения.

И решается выражение (*) до тех пор, пока левая часть не станет равной правой.

При отсутствии регулирования отопительно-тепловой нагрузки в зоне ”излома”, т.е. для рисунка В, величина О> =1 – постоянна.

1. Рассчитывается температура сетевой воды τ₀₂ и τ₀₃ для зоны ”излома” температурного графика.

Используются формулы (а, б, в, г, д, е)

Но при этом в эти формулы подставляется значения О> рассчитанные по уравнению Соколова.

Расчет по формулам (а, б, в, г, д, е) проводят для нескольких значений температур наружного воздуха лежащих в интервале t_Н.О. = +8 (+10) <=t_Н<=t_НИ 0 С. Полученные значения наносят на графики и соединяют линией.

1. Определяют расходы сетевой воды в зоне излома температурного графика.

Расчет по этим формулам (*, **, ***) проводят для нескольких значений температуры наружного воздуха, лежащие в диапазоне t_Н.О. <= t_Н <= t_НИ. Полученные значения наносят на графики.

Уравнение характеристики отопительных систем (уравнение Соколова) также используются для оценки качества и фактических режимов потребления тепловой энергии в водяных схемах центрального теплоснабжения.

Под количеством тепловой энергии в водяных системах теплоснабжения понимается соответствие фактических параметров сетевой воды к нормативным.

К нормативным и фактическим параметрам сетевой воды относят:

1. Температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети
2. Расходы сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе сети.
3. Давление сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе.

Под режимом потреблении тепловой энергии понимается соответствие фактического расхода теплоты в системах отопления, вентиляции и ГВС к требуемому, т.е. который необходим для эффективного и комфортного функционирования потребления теплоты.

При нарушении качества теплоснабжения происходят следующие явления:

1. Недоотпуск требуемого количества теплоты потребителям (т.е. Q_О Ф < Q)
2. Поступление избыточного количества теплоты потребителям (т.е. Q_О Ф > Q). Q_О Ф = О >*Q _О Р .

Основными критериями для оценки качества и фактического режима потребления тепловой энергии являются следующие показатели:

1. Коэффициент отклонения отопительно-тепловой нагрузки от требуемой.

ΔQ_О = Q_О Ф – Q_О – избыточное или недостающее количество теплоты в системах отопления зданий.

1. Фактическое значение температуры внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях зданий

t_Н – текущая температура наружного воздуха, при котором оценивается качество теплоснабжения

t_В Р – расчетная (нормативная) температуры воздуха в отапливаемых зданиях

О> – относительная отопительно-тепловая нагрузка, рассчитываемая по формуле Соколова.

t_Н.РО. – температура наружного воздуха расчетная для проектирования.

Если по последним двум выражениям значения k_О <1, а значения t_В Ф >t_В Р , то это значит, что потребителям недопоставляется тепловая энергия ”недотоп”.

Если по этим же выражениям значение k_О > 1, а t_В Ф > t_В Р – ”перетоп”.

Если k_О = 1, t_В Ф = t_В Р , то это означает, что потребителям поставляется столько сколько нужно и Q_Р Ф = Q_О Р .

Надеюсь мне удалось раскрыть для Вас тему и теперь Вам понятна система воздушного отопления.

О качественно-количественном регулировании подачи теплоты в здания

В практике реализации централизованного теплоснабжения в России принято осуществлять качественное регулирование подачи теплоты потребителям в течение отопительного периода за счет изменения температуры воды в подающей магистрали тепловой сети Т₁, о С, в зависимости от текущей температуры наружного воздуха t_н, о С [1]. Это связано с необходимостью поддержания стабильного гидравлического режима наружных тепловых сетей за счет постоянства расхода циркулирующей в них воды. Такое регулирование производится на теплоисточнике по специальному температурному графику, который рассчитывается, исходя из характеристик отопительных приборов в преобладающей части зданий, обслуживаемых данным источником. В этом случае контур регулирования получается незамкнутым, поскольку обратная связь по результатам измерения температуры воздуха в помещениях, как правило, используется только для местного и индивидуального регулирования, дополняющего центральное. Следовательно, имеет место регулирование «по возмущению».

Однако возможны ситуации, когда фактически установленные в здании отопительные приборы имеют иную зависимость теплоотдачи от среднего температурного напора, чем это было принято в расчете графика центрального регулирования. Тогда локальный температурный график для рассматриваемого объекта также будет иным. Поэтому в случае независимого присоединения местной системы отопления через поверхностный теплообменник при постоянстве расхода воды в данной системе, вызванного, опять-таки, потребностью в стабилизации ее гидравлического режима, поддержание такого графика в течение отопительного периода будет возможно только при изменении количества сетевой воды, подаваемой в теплообменник.

Следует, однако, заметить, что при оборудовании отопительных приборов автоматическими терморегуляторами (термоклапанами), что в настоящее время при новом строительстве осуществляется в обязательном порядке [2], неизменность общего расхода теплоносителя в системе отопления не столь актуальна, так как возникающее в такой конструкции высокое гидравлическое сопротивление приборных узлов значительно повышает гидравлическую устойчивость местной системы. Одновременно такие устройства производят корректировку центрального регулирования применительно к особенностям конкретных помещений и установленных там отопительных приборов, причем контур регулирования получается уже замкнутым, поскольку основным контролируемым параметром становится температура внутреннего воздуха.

Тем не менее, было бы желательно минимизировать отклонения, вносимые в работу системы индивидуальными регуляторами, и исключить необходимость компенсации систематической ошибки, связанной с несовпадением центрального и локального температурных графиков. Это связано, в том числе, и с ограниченностью зоны пропорциональности у выпускаемых сейчас термоклапанов, которая обычно лежит в диапазоне 0.5 – 2 К [3]. При выходе внутренней температуры из этих пределов клапаны либо полностью закрываются, либо открываются, и дальнейшее регулирование прекращается. К тому же при активных колебаниях расхода начинается взаимное влияние разных клапанов, и качество поддержания теплового режима еще более ухудшается. Наконец, необходимо учесть и потребности существующих зданий с приборными узлами, оснащенными традиционной ручной арматурой.

где t_н5 – расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки [4].

Как известно, график центрального качественного регулирования систем теплоснабжения описывается выражениями [1]:

(1)

где – расчетная разность температур воды в тепловой сети, вычисляемая по формуле

– средняя расчетная температура воды в тепловой сети, определяемая по соотношению:

n – показатель степени, характеризующий зависимость теплоотдачи отопительных приборов от перепада температур между водой и воздухом.

Аналогичные зависимости можно записать и для системы отопления, только вместо и здесь будут использоваться соответственно и .

На Рис.1 показаны результаты расчетов по данным выражениям. Красные линии обозначают температуры сетевой воды, черные – в системе отопления.

Рис.1. График центрального качественного регулирования систем теплоснабжения и отопления

При этом были приняты следующие расчетные значения величин:

- температура воздуха в отапливаемом здании = 18°С [5];

- расчетная температура теплоносителя при t_н = t_н5 в подающем трубопроводе тепловой сети = 150°С;

- то же, в обратном = 70°С;

- показатель n = 0.25 [2] – для преобладающей части отопительных приборов конвективно-радиационного типа в районе, обслуживаемом системой теплоснабжения;

- то же, в подающем трубопроводе системы отопления: = 90 °С;

- то же, в обратном = 90 °С;

- показатель n = 0.33 [2] – для приборов конвективного типа, установленных в рассматриваемом здании.

Формулу для основной интересующей нас величины можно получить, если решить систему уравнений, включающих соотношения (1), уравнение теплопередачи в теплообменнике и выражение для среднелогарифмической разности температур. В безразмерном виде такое решение имеет следующий вид (2):

(2)

Рис.2. Изменение относительного расхода сетевой воды через теплообменник в течение отопительного периода.

Поскольку (2) является неявной и к тому же нелинейной функцией, расчет приходится вести методом последовательных приближений.

Библиографический список:

1. А.А Ионин и др. Теплоснабжение. – М.: Стройиздат, 1982. – 336 с.

2. СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование». – М.: ГУП ЦПП, 2004.

3. А.Н.Сканави, Л.М.Махов. Отопление. – М.: Изд-во АСВ, 2002. – 576 с.

4. СНиП 23-01-99 * «Строительная климатология». – М.: ГУП ЦПП, 2004.

5. ГОСТ 30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. – М.: – ГУП ЦПП, 1999.

Методы регулирования систем централизованного теплоснабжения

Комфортные условия в помещении сохраняются при тепловом балан­се между теплопотерями помещения и тепловыми поступлениями в него.

Уравнение теплового баланса, составленное для любого вида на­грузки, имеет вид:

Q = G_пс ( )n= G_Bc(t₁-t₂)n = kF t n,

где Q -текущая тепловая нагрузка, Дж; G_п- расход первичного (греющего) теплоносителя, кг/с; G_B - расход вторичной (нагреваемой) среды, кг/с; - температуры первичного теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С; t₂, t₁- температуры нагреваемой среды на входе и выходе из теплообменника, °С; k - коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м 2 *°С); t - температурный напор в теплообменнике, °С; n- число ча­сов работы теплообменника; с -коэффициент теплоемкости, Дж/(кг*°С); F - площадь поверхности нагрева теплообменника, м 2 .

Из уравнения теплового баланса (2.1) следует, что изменение про­изводительности отопительного теплообменника, а значит регулирование тепловой нагрузки, возможно изменением следующих величин: расходов греющей и нагреваемой сред, температуры греющей среды на входе в теп­лообменник, коэффициента теплопередачи теплообменника, времени рабо­ты теплообменного аппарата.

Централизованно регулировать тепловую нагрузку абонентских систем возможно изменением расхода первичного теплоносителя или его температуры. Изменять коэффициент теплопередачи теплообменника или отопительного прибора и число часов их работы можно только непосред­ственно у потребителей или на тепловом вводе абонентской установки, осуществляя местное или индивидуальное регулирование.

В связи с этим регулирование тепловой нагрузки бывает централь­ным, групповым, местным и индивидуальным. Различие между видами регулирования характеризуется пунктом осуществления регулирования. Так, центральное регулирование осуществляется непосредственно на теплоисточнике, групповое - в центральных тепловых пунктах (ЦТП) или на групповых тепловых подстанциях (ГТП), местное - в местных тепловых пунктах (МТП) абонентских вводов, индивидуальное - непосредственно на отопительных приборах потребителей.

Для более эффективного теплоснабжения центральное регулирова­ние должно дополняться групповым, местным и индивидуальным регули­рованием. В настоящее время такое комбинированное регулирование, как правило, не применяется, что объясняется отсутствием автоматики регули­рования на абонентских вводах и на местных отопительных приборах.

Существуют три способа центрального регулирования тепловой на­грузки системы теплоснабжения: количественный, качественно-количественный и качественный.

Особенностью количественного способа является регулирование тепловой нагрузки потребителей изменением расхода сетевой воды ч/з местные абонентские установки в зависимости от t наружного воздуха при постоянной t сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети.

При качественно-количественном регулировании тепловая нагрузка системы теплоснабжения регулируется изменением расхода и t сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха.

Качественный способ, получивший наиболее широкое применение в отечественном теплоснабжении, заключается в регулировании тепловой нагрузки системы теплоснабжения путем изменения t сетевой воды при постоянном расходе сетевой воды в подающей магистрали.

В системах централизованного теплоснабжения источник тепла и теплоприемники размещены на значительном расстоянии друг от друга. Увеличение по какой-либо причине расхода сетевой воды у абонентов, расположенных ближе к источнику à к значительному снижению располагаемых напоров и нарушению циркуляции теплоносителя у або­нентов, подключенных к концевым участкам теплосети. При качественном регулировании тепловой нагрузки создаются наиболее благоприятные гид­равлические условия для всех абонентских установок, что достигается по­стоянством расхода сетевой воды в системе теплоснабжения. Эта особен­ность является основным преимуществом качественного регулирования, благодаря которому оно получило широкое применение в отечественном теплоснабжении. Внедрению качественного способа, как основного спосо­ба центрального регулирования тепловой нагрузки, также способствовали невысокие цены на топливно-энергетические ресурсы, несовершен­ство или отсутствие приборов автоматического регулирования расхода и температуры у абонентов.

Читайте также:

  
• Радиатор отопления высота 1200
  
• Можно ли использовать пеллеты в обычных печах
  
• Поддувало для печи размеры
  
• Котел roc ошибка е6
  
• Абада замена батарей отопления