3 Экспериментально-расчетная оценка потокораспределения теплоносителя в системе теплопотребления здания на основе температурно-манометрической съемки

3.1 Физико-техническая постановка задачи

Согласно правилам проведения энергетических обследований [17], после технической диагностики наружной тепловой сети, обеспечивающей теплоснабжение теплового абонента, внутри любого здания (коммунально-бытового, общественного или промышленного) в первую очередь производится техническая диагностика оборудования теплового узла здания. При этом производится предварительное обследование узла управления, включая оценку фактических характеристик всех теплообменных и смесительных аппаратов, насосов в случае их наличия, запорной и регулирующей арматуры, оценку схемных решений систем отопления, вентиляции, ГВС и др., анализ договора на теплоснабжение объекта, включая все прилагаемые к нему акты (раздела границ балансовой принадлежности тепловых сетей, приемки системы теплопотребления к эксплуатации после ее ввода в эксплуатацию, готовности системы к отопительному периоду и др.). В приложении приведены примеры данных документов, которые, как правило, заполняются энергоснабжающей организацией и согласовываются с официальным представителем потребителя тепловой энергии.

В результате предварительных обследований определяются, в первую очередь, расходы сетевой воды и соответственно теплового потока, которые перераспределяются между индивидуальными системами отопления, вентиляции и ГВС. В случае установки на тепловом вводе здания узла учета тепловой энергии (с соответствующим набором аппаратных средств) решение данной задачи не представляет затруднений.

При отсутствии же данных приборов учета, решение данной задачи является весьма проблематичным. К тому же система теплопотребления большого числа зданий имеет много самостоятельных веток, принадлежащих различным юридическим лицам. Еще одним серьезным препятствием при приборной оценке потокораспределения между различными системами является короткое расстояние трубопроводов в точках измерений между соседними гидравлическими сопротивлениями (ответвлениями) и малые диаметры трубопроводов, которые сводят на нет смысл применения даже самых эффективных переносных расходомерных устройств. Поэтому, естественно, возникает необходимость использования иных способов, которые позволяют косвенно определить расходы воды.

3.2 Алгоритм построения компьютерной программы. Основные расчетные зависимости определения потокораспределения между отдельными системами теплопотребления

Первым шагом при оценке общего потокораспределения в системе при наличии водоструйного элеватора является снятие режимных параметров теплоносителя в зоне действия самого струйного насоса. А именно, необходимо иметь показания термо-манометрических приборов установленных до элеватора, после него и на обратном трубопроводе после системы отопления (см. рис. 3.1). Тогда можно воспользоваться системой уравнений, описывающих режим работы и геометрические характеристики водоструйного элеватора:

; (3.1)

, (3.2)

где – коэффициенты, характеризующие конструктивные и гидродинамические параметры водоструйного элеватора;

–соответственно диаметр сопла и камеры смешения элеватора, мм;

– диаметр сопла элеватора, мм;

– площадь сечения горловины, мм; , мм;

– коэффициент смешения элеватора;

– перепад давления в сопле элеватора;

– перепад давления на выходе из элеватора;

– характеристика гидравлического сопротивления отопительной системы, присоединенной к водоструйному элеватору;

.

Особенностью зависимости (3.1.) является то, что в общем случае в не известен диаметр сопла элеватора, а также давление обратного теплоносителя (после системы отопления) в камере смешения. В общем случае данную величину можно найти следующим образом:

, (3.3)

где – коэффициент, характеризующий динамические характеристики подмешиваемого в элеватор потока обратного теплоносителя;

– диаметр и длина элеваторной перемычки;

– коэффициент гидравлического трения трубы перемычки;

– сумма к.м.с. от точки врезки перемычки в обратный трубопровод до камеры смешения (включая все возможные сопротивления, в том числе несанкционированные);

– давление обратного теплоносителя после системы отопления;

– расход обратного (подмешиваемого) теплоносителя в перемычке.

Таким образом, можно построить функционал, который позволит определить все 3 неизвестных параметра, а именно , , . Данный функционал можно представить в виде:

, (3.3)

где – соответственно правые части уравнений (3.1,3.2) с учетом зависимости (3.3).

Минимизация функционала (3.4), как функции многих переменных, осуществляется любым численным методом нелинейного программирования. При этом расход сетевой воды осуществляется по формуле :

.

Зная расход теплоносителя в отопительной системе, становится возможным найти расходы сетевой воды во всех других ветках (калориферов вентиляции Х(1), ГВС Х(2) и др.). Для этого необходимо дополнительно измерить температуры стенок обратных трубопроводов различных систем, а также температуры стенок обратных труб в узлах смешивания различных потоков. Составляя уравнения тепловых балансов для данных узлов, получим систему - линейных уравнений с - неизвестными (для случая 3-х типовых систем теплопотребления: зависимой системы отопления, калориферов вентиляции, и закрытой системы ГВС с водоводяными подогревателями). Однако результаты типового решения линейной системы по методу Гаусса или Гаусса-Жордана могут быть зачастую неточными. Это объясняется тем, что в данном случае имеем дело с некорректно поставленной обратной задачей, в которой набор измеренных температур задан приближенно. Поэтому необходимо применить метод регуляризации А.Н. Тихонова и систему балансовых уравнений представить в виде функционала:

, (3.5)

, (3.6)

, (3.7)

где , – соответственно температуры обратных труб вентиляции и ГВС,

, – соответственно температуры смешанных потоков в узлах;

– параметр регуляризации;

, – искомые расходы теплоносителя.

Ниже приведены распечатки программы, реализующей данный алгоритм.