Обоснование применения частотно-регулируемых электроприводов в системе доставки потребителю холодной и горячей воды1 ю.И.Мамлеева, о.И.Петухова
(Магнитогорский государственный технический университет,
г. Магнитогорск)
Жилые дома и общественные здания получают холодную и горячую воду через сеть тепловых пунктов, где осуществляется подготовка воды нужного напора и температуры. К одному тепловому пункту может подсоединяться несколько (до десятка) зданий, при этом он называется центральным (ЦТП), или им обслуживается только одно здание, в подвальном помещении которого он и расположен – индивидуальный тепловой пункт (ИТП) [1].
На рисунке 1 показана упрощенная схема водоснабжения. Холодная вода поступает из городского водопровода 1 и с помощью повысительного насоса 2 подается во внутридомовой водопровод – стояки 3 холодной воды. Горячая вода образуется в теплообменнике 4 (сеть первичного теплоносителя не показана), а прокачивается через него и подается в стояки 5 горячей воды тем же насосом холодного водоснабжения (ХВС). Для предотвращения выстывания воды в стояках горячей воды при малом водоразборе в системе горячего водоснабжения имеется циркуляционный контур с обратным трубопроводом 6 и циркуляционным насосом 7.
Система доставки холодной и горячей воды потребителю характеризуется ярко выраженным переменным гидросопротивлением в зависимости от угла открытия водоразборных кранов в квартирах. Кроме того, она имеет переменную составляющую статического напора в зависимости от этажа здания, где установлены водоразборные краны [2].
Рисунок 1 – Схема водоснабжения многоэтажных домов
1 – городской водопровод; 2 – повысительный насос холодного водоснабжения;
3 – этажные стояки холодной воды; 4 – теплообменник; 5 – этажные стояки горячей воды с полотенцесушителями; 6 – трубопровод циркуляционного контура;
7 – циркуляционный насос горячей воды
Зависимость Q-H характеристики от величины гидросопротивления, показанная на рисунке 2, является зоной, ограниченной осью ординат. В режиме такого ограничения – при минимальном ночном водоразборе, насос потребляет ~50% своей номинальной мощности (паспортные характеристики представлены на рисунке 3).Гидросистема описывается серией характеристик в границах кривых 1 и 4 (рис. 2), и насосный агрегат имеет только одну, причем, паспортную характеристику 2.
Рисунок 2 – Регулирование расхода гидросистемы дросселирующими
устройствами у потребителя
1, 5 – характеристики гидросистемы;
2, 3, 4 – паспортные характеристики насоса
Рисунок 3 – Режимы работы насоса в замкнутых гидросистемах
Для анализа работы гидравлической системы необходимо совместное рассмотрение характеристик гидромагистрали (нагрузка) и насосного агрегата. Удобно начать с гидромагистрали, с наложением на ее характеристику характеристик насосного агрегата, как показано на рис. 3 сплошными линиями.
Характеристики Q-H магистрали 1 и Q-H насоса 2 пересекаются в точке а, которая определяет режим работы и магистрали, и насоса: величину расхода Q0 и развиваемый напор H0. Энергетические показатели насоса – потребляемая мощность с вала N и КПД (кривые 3 и 4), также зависят от Q, а их конкретные величины определяются по точкам их пересечения с вертикальной линией, соответствующей режиму (точки б и в).
Так как подаваемая вода не должна иметь меньший напор, чем необходим на самом верхнем этаже дома, то главными показателями водоснабжения являются напор в диктующей точке Hд.т. и суммарный расход Q, зависящий от водопотребления жителями присоединенных домов.
Расход воды является переменным во времени с утренними и вечерними максимумами и ночным минимумом. В существующей практике водоснабжения регулирование напора методом дросселирования не применяется. Это значит, что напор воды, подаваемой на дома, равен сумме напоров городского водопровода и развиваемого насосом. Очевидно, что при превышении давления воды на верхних этажах дома на нижних оно может оказаться недопустимо высоким. Это второй после электросбережения аргумент в пользу регулируемого электропривода насосов.
Из практики следует, что превышение фактического напора воды над требуемым значением во внутридомовых системах равно двум. Именно это обстоятельство требует обратить внимание на насосы холодной воды. Часто случается, что их паспортные характеристики как по давлению, так и по расходу превышают необходимые. Причин несколько: во-первых, для бесперебойности водоснабжения насосы следует выбирать, исходя из гарантированного давления городского водопровода 10 м.в.ст., а реально оно составляет 20-30 м.в.ст.; во-вторых, проектные решения зачастую ориентированы «на вырост», что не оправдано с точки зрения энергосбережения; в третьих, при замене изношенных насосов их мощность по тем или иным причинам может возрастать в сравнении с проектной.
Перерасход энергоресурсов, вызванный первой причиной и суточным колебанием водопотребления, может быть ликвидирован с помощью регулируемого электропривода, что является его главным предназначением.Превышение мощности насосов по двум другим причинам необходимо устранить путем замены существующих насосов, что снизит мощность и стоимость преобразователя частоты.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Крылов Ю. А. Медведев В.Н. Корнилов Г.П. Энергосбережение в теплоэнергетическом хозяйстве города средствами регулируемого электропривода: монография. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО «МГТУ», 2012. – 202 с.
2. Регулируемый электропривод как средство энергосбережения в гидравлических системах насосных агрегатов / В.Р. Храмшин, О.И. Карандаева, Ю.И. Мамлеева и др. // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: “МГТУ”, 2012. Вып. 20. С. 354 – 360.
УДК 621.771.23