О качественно-количественном регулировании подачи теплоты в здания
О.Д.Самарин, доцент, канд. техн. наук,
Пуликова М.И., инженер (МГСУ)
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 tн, 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.
Получим выражение для изменения относительного расхода сетевой воды через теплообменник
где tн5 – расчетная температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки [4].
Как известно, график центрального качественного регулирования систем теплоснабжения описывается выражениями [1]:
где
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
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
— расчетная температура теплоносителя при tн = tн5 в подающем трубопроводе тепловой сети
— то же, в обратном
— 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:
— то же, в обратном
— показатель n = 0.33 [2] – для приборов конвективного типа, установленных в рассматриваемом здании.
Формулу для основной интересующей нас величины
Здесь температуры с индексами «граф» представляют собой текущие значения, определяемые в зависимости от δt по графику центрального качественного регулирования (Рис.1). Степень 0.4 при параметре
На Рис.2 показана связь
|
| |
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.
Таким образом, при оптимальном для водяных систем отопления графике центрального регулирования определенному значению относительного расхода теплоносителя
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.
Регулирование отпуска тепла
Здраствуйте! Передача тепла системами теплоснабжения осуществляется в отопительных приборах внутренних систем теплоснабжения потребителей. По теплоотдаче этих отопительных приборов судят о качестве всего централизованного теплоснабжения. Изменение параметров и расходов теплоносителя в соответствии с фактической потребностью потребителей называется регулированием отпуска тепла.
Регулирование отпуска тепла повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива. Существуют следующие методы регулирования: центральное, групповое, местное, и индивидуальное регулирование.
Центральное регулирование — выполняется на теплоисточнике (ТЭЦ, котельной) по тому виду нагрузки,который преобладает у большинства потребителей. Чаще всего, это конечно отопление, либо совместная нагрузка на отопление и горячее водоснабжение. Реже нагрузка на вентиляцию, технологию.
Групповое регулирование — осуществляется в ЦТП (центральных тепловых пунктах) для группы однотипных потребителей, например для многоквартирных домов. В ЦТП поддерживаются необходимые параметры, а именно расход и температура.
Местное регулирование — это регулирование в ИТП (индивидуальных тепловых пунках). Проще говоря, в теплоузлах. Здесь уже проводится дополнительная корректировка с учетом особенностей конкретного потребителя тепла.
Индивидуальное регулирование — это регулирование непосредственно внутренних систем теплоснабжения. То есть стояков, радиаторов, отопительных приборов. Об этом я писал в этой статье .
Суть методов регулирования можно понять из уравнения теплового баланса: Q=Gc*(τ1-τ2)*n/3600=κ*F*Δt*n;
где Q — количество тепла, полученное отопительным прибором от теплоносителя и отданное на нагрев среды, Квтч;
G — расход теплоносителя, кг/ч;
c — теплоемкость теплоносителя, кДж/кг°С;
τ1, τ2 — температуры теплоносителя на входе и на выходе,°С;
κ — коэффициент теплопередачи, кВт/м² °С;
Δt — температурный напор между греющей и нагреваемой средой, °С.
Из этого уравнения можно понять, что регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами, а именно — изменением температуры — качественный метод; изменением расхода — количественный метод; периодическим полным отключением, а затем включением систем теплопотребления — регулирование пропусками.
Качественное регулирование — это изменение температуры при постоянном расходе. Это самый распространенный вид центрального регулирования тепловых сетей. Так например, теплоисточники работают по температурному графику изменения температур теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха.
Количественное регулирование — осуществляется путем изменения расхода теплоносителя при его постоянной температуре в подаче.
Регулирование пропусками, или прерывистое регулирование — это периодическое отключение систем, то есть пропуски подачи теплоносителя. Применяется на практике относительно редко, обычно в начале или в конце отопительного сезона, при сравнительно высокой температуре наружного воздуха.
Вот такие основные виды и методы регулирования отпуска тепла. Буду рад комментариям к статье.