2.3. Выбор метода регулирования водяных систем теплоснабжения и построение температурного графика системы теплоснабжения
В нашей стране и во многих других странах отопление является основной тепловой нагрузкой, а в некоторых случаях – единственная тепловая нагрузка. Доля других видов тепловой нагрузки, например, горячего водоснабжения (ГВС) и вентиляции в период отопительного сезона обычно существенно ниже отопительной нагрузки. Поэтому в основу центрального регулирования часто закладывают закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха.
Задача регулирования состоит в поддержании расчетной внутренней температуры в отапливаемых помещениях. В водяных системах централизованного теплоснабжения принципиально возможно использовать три метода регулирования:
1. Качественное – изменение температуры теплоносителя на источнике теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха;
2. Количественное – изменение расхода теплоносителя в тепловых сетях на выходных задвижках источника теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха;
3. Центральное качественно-количественное по совместной нагрузке отопления, вентиляции и горячего водоснабжения – путем регулирования на источнике теплоты, как температуры, так и расхода сетевой воды.
Регулирование отпуска теплоты предусматривается: центральное – на источнике теплоты, групповое – в центральных тепловых пунктах (ЦТП), индивидуальное в индивидуальных тепловых пунктах ИТП.
Для водяных тепловых сетей следует принимать, как правило, качественное регулирование отпуска теплоты по нагрузке отопления или по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения согласно графику изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха.
При центральном качественном регулировании в системах теплоснабжения с преобладающим (более 65 %) жилищно-коммунальной нагрузкой, следует применять регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, а при тепловой нагрузке жилищно-коммунального сектора менее 65 % и доле средней нагрузке горячего водоснабжения менее 15 % от расчетной нагрузки отопления должно быть регулирование по нагрузке отопления [4].
В обоих случаях центральное качественное регулирование теплоты ограничивается наименьшими температурами воды в подающем трубопроводе для подогрева воды, поступающей в системы горячего водоснабжения потребителей, подключенным к двухтрубным тепловым сетям:
- для закрытых систем теплоснабжения - не менее 70ºС;
- открытых систем теплоснабжения – не менее 60ºС.
При автоматизации абонентских вводов основное применение получило центральное качественное регулирование, дополняемое на групповых и местных тепловых подстанциях количественным регулированием или регулирование пропусками.
В основу качественного регулирования закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха [4]:
,
где
-
безразмерная удельная тепловая нагрузка
отопительной установки;
-
водяной эквивалент сетевой воды, Вт/К;
-
температура сетевой воды в подающем
трубопроводе,
оС;
-
произведение удельной теплопотери
здания на его наружный объем или, что
тоже самое, теплопотеря здания в единицу
времени на 1
ºС разности внутренней и наружной
температур.
Автором [4] выводится выводится уравнение характеристики отопительных установок с учетом режима работы смесительного узла присоединения к тепловой сети
где tн – текущая температура наружного воздуха, oC;
– расчетная
температура наружного воздуха для
проектирования систем отопления,
oC;
tнор
=
минус 31 оС
для г.Ярос-лавль, [6];
–
расчетная
температура воздуха внутри помещения,
oC,
(в нашем случае tнор
> минус 30 оС,
значит принимаем
=20
оС,
при tнор
≤
минус 30 оС
=18
оС)
[14];
-
температурный перепад между отопительными
приборами и окружающей средой, ºС;
-
относительный расход теплоты на отопление
при tн
воздуха;
где
-
расход теплоты на отопление при текущей
температуре наружного воздуха tн;
–
расход
теплоты на отопление при расчетной
температуре наружного воздуха tнор,
МВт;
-
температурный перепад между температурой
сетевой воды в подающем и обратном
трубопроводе, ºС;
-
относительный расход сетевой воды на
отопление при
tн
воздуха;
где
-
эквивалент расхода теплоносителя на
отопление при текущей температуре
наружного воздуха tн;
–
эквивалент
расхода теплоносителя на отопление при
расчетной температуре наружного воздуха
tнор;
При качественном регулировании отпуска теплоты и зависимой схеме подключения к тепловой сети температуры сетевой воды (теплоносителя) в подающем трубопроводе перед отопительной установкой - τ01; в обратном трубопроводе после отопительной установки - τ02; после смесительного насоса-элеватора, перед отопительными приборами - τ03, определяются по следующим уравнениям:
Внутренняя температура отапливаемых помещений при различных температурах наружного воздуха
Температурный
перепад между горячей водой после
смешения и обратной сетевой водой
,
oC;
Температурный перепад между отопительными приборами и окружающей средой
где
-
температура сетевой воды в обратном
трубопроводе при расчетной температуре
наружного воздуха tнор,
=70
оС;
-
температура воды в подающем трубопроводе
после элеватора или смесительного
насоса при расчетной температуре
наружного воздуха tнор,
oC,
=95
оС;
Температурный перепад между температурой сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе
где
-
температура сетевой воды в подающем
трубопроводе при расчетной температуре
наружного воздуха tнор,
оС.
Зависимость нагрузки от температуры наружного воздуха носит практически линейный характер.
Поэтому для графического построения температурного графика качественного регулирования отпуска теплоты достаточно будет рассчитать нагрузки для двух температур: +20 оС и tнор.
Для tн=20 оС:
- относительный расход теплоты на отопление
,
то есть тепловая нагрузка не требуется.
- температуры сетевой воды в подающем, обратном и перед отопительными приборами
.
Для tнор= -31 оС:
- относительный расход теплоты на отопление
- температуры сетевой воды в подающем, обратном и перед отопительными приборами
.
Так как по заданию система теплоснабжения закрытая двухтрубная, следовательно, по подающему трубопроводу передается теплота на отопление, вентиляцию и ГВС, поэтому ограничиваемся наименьшей температурой воды в подающем трубопроводе для подогрева воды, поступающей в системы горячего водоснабжения потребителей 70 ºС - температура точки излома температурного графика.
При
оС
графически определяем
температуру наружного воздуха,
соответствующей точки излома температурного
графика
оС.
На рисунке 2.3 показана зависимость отопительной нагрузки от наружной температуры.
Для
примера приведем расчет температурного
графика в
диапазоне
при
оС:
- относительный расход теплоты на отопление:
- температуры сетевой воды в подающем, обратном и перед отопительными приборами
При
температура
воды в подающей линии поддерживается
постоянной, так как система теплоснабжения
закрытая,
ºС,
поэтому при
наблюдаться
повышение температуры внутреннего
воздуха
и в этом случае следует рассчитать
внутреннюю температуру отапливаемых
помещений, а затем температуру
сетевой воды в обратном трубопроводе.
Для
примера приведем расчет температурного
графика в
диапазоне
при
оС:
- относительный расход теплоты на отопление:
- внутренняя температура отапливаемых помещений:
оС.
- температура сетевой воды в обратном трубопроводе:
- температура теплоносителя после линии смешения:
В данном случае при всех температурах наружного воздуха осуществляется качественное регулирование отопительной нагрузки и расход сетевой воды на отопление не изменяется.
Таблица 2.3. Температурный график 150/70 ºС качественного регулирования отпуска теплоты по двухтрубной тепловой сети без подрегулирования отопительных установок
tн, oС |
τ01,oС |
τ02,oС |
τ03,oС |
|
tв,oС |
8 |
70,0 |
44,9 |
52,7 |
0,235 |
24,0 |
7 |
70,0 |
44,4 |
52,4 |
0,255 |
23,3 |
6 |
70,0 |
44,0 |
52,1 |
0,275 |
22,6 |
5 |
70,0 |
43,5 |
51,8 |
0,294 |
21,9 |
4 |
70,0 |
43,1 |
51,5 |
0,314 |
21,2 |
3 |
70,0 |
42,6 |
51,2 |
0,333 |
20,4 |
2,39 ( tн.из) |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,345 |
20,0 |
2 |
71,0 |
42,8 |
51,6 |
0,353 |
20,0 |
1 |
73,5 |
43,7 |
53,0 |
0,373 |
20,0 |
0 |
76,0 |
44,7 |
54,5 |
0,392 |
20,0 |
-1 |
78,5 |
45,6 |
55,9 |
0,412 |
20,0 |
-2 |
81,0 |
46,5 |
57,3 |
0,431 |
20,0 |
-3 |
83,5 |
47,4 |
58,7 |
0,451 |
20,0 |
-4 |
86,0 |
48,3 |
60,1 |
0,471 |
20,0 |
-5 |
88,4 |
49,2 |
61,5 |
0,490 |
20,0 |
-6 |
90,9 |
50,1 |
62,8 |
0,510 |
20,0 |
-7 |
93,3 |
51,0 |
64,2 |
0,529 |
20,0 |
-8 |
95,7 |
51,8 |
65,5 |
0,549 |
20,0 |
-9 |
98,2 |
52,7 |
66,9 |
0,569 |
20,0 |
-10 |
100,6 |
53,5 |
68,2 |
0,588 |
20,0 |
-11 |
103,0 |
54,4 |
69,6 |
0,608 |
20,0 |
-12 |
105,4 |
55,2 |
70,9 |
0,627 |
20,0 |
-13 |
107,8 |
56,0 |
72,2 |
0,647 |
20,0 |
-14 |
110,2 |
56,9 |
73,5 |
0,667 |
20,0 |
-15 |
112,6 |
57,7 |
74,8 |
0,686 |
20,0 |
-16 |
114,9 |
58,5 |
76,1 |
0,706 |
20,0 |
-17 |
117,3 |
59,3 |
77,4 |
0,725 |
20,0 |
-18 |
119,7 |
60,1 |
78,7 |
0,745 |
20,0 |
-19 |
122,0 |
60,9 |
80,0 |
0,765 |
20,0 |
-20 |
124,4 |
61,7 |
81,3 |
0,784 |
20,0 |
-21 |
126,8 |
62,4 |
82,5 |
0,804 |
20,0 |
-22 |
129,1 |
63,2 |
83,8 |
0,824 |
20,0 |
Продолжение табл. 2.3
tн, oС |
τ01,oС |
τ02,oС |
τ03,oС |
|
tв,oС |
-23 |
131,4 |
64,0 |
85,1 |
0,843 |
20,0 |
-24 |
133,8 |
64,8 |
86,3 |
0,863 |
20,0 |
-25 |
136,1 |
65,5 |
87,6 |
0,882 |
20,0 |
-26 |
138,4 |
66,3 |
88,8 |
0,902 |
20,0 |
-27 |
140,8 |
67,0 |
90,1 |
0,922 |
20,0 |
-28 |
143,1 |
67,8 |
91,3 |
0,941 |
20,0 |
-29 |
145,4 |
68,5 |
92,5 |
0,961 |
20,0 |
-30 |
147,7 |
69,3 |
93,8 |
0,980 |
20,0 |
-31 |
150,0 |
70,0 |
95,0 |
1,000 |
20,0 |
Построим
полученные значения температур на
графике
и соединим их прямой. Графическое
представление температурного графика
качественного регулирования отпуска
теплоты показано на рисунке 2.3.
При
центральном регулировании по отопительной
нагрузке для поддержания стабильной
расчетной внутренней температуры в
отапливаемых зданиях
для
наружных температур
температура
сетевой воды в обратном трубопроводе
зависти
от метода регулирования отопительной
нагрузки. Регулирование может производится
как количественным методом, так и
местными пропусками, то есть посредством
периодического отключения отопительных
установок от тепловой сети.
При установке на абонентских вводах струйных насосов (элеваторов) количественное регулирование приводит к разрегулировке отопительных установок. Этот недостаток устраняется при установке на абонентских вводах кроме струйных смесителей также механических – центробежных насосов. Схема такой установки показана на рисунке 2.4. Это позволяет при поддерживать постоянный расход воды в отопительной установке при уменьшении расхода сетевой воды из тепловой сети.
Рис.2.3. Температурный график 150/70 ºС качественного регулирования отпуска теплоты
по двухтрубной тепловой сети без подрегулирования отопительных установок
Рис.2.4. Зависимая схема присоединения потребителей
отопления с насосом смешения
При
снижении расхода сетевой воды возрастает
расход механического смесительного
насоса, а суммарный расход воды в
отопительной установке остается
постоянным. При такой схеме присоединения
в самой отопительной установке
осуществляется качественное регулирование
при переменном расходе воды, поступающий
из тепловой сети в отопительную установку.
В этом случае температура обратной воды
после отопительной установки
и
после смешения
изменяется
по закону качественного регулирования.
Температурный график качественного
регулирования с количественным
подрегулированием в диапазоне температур
tн˃tн.изл.
представлен в таблицеТаблица 2.4 и на
рисунке
2.6.
Для примера приведем расчет температурного графика с количественным подрегулированием в диапазоне при оС:
- относительный расход теплоты на отопление
- температура сетевой воды в обратном трубопроводе
.
- температура теплоносителя после линии смешения
Таблица 2.4. Температурный график 150/70 ºС качественного регулирования отпуска теплоты по двухтрубной тепловой сети с количественным подрегулированием в диапазоне температур
tн, oС |
τ01,oС |
τ02,oС |
τ03,oС |
|
tв,oС |
8 |
70,0 |
36,7 |
42,6 |
0,235 |
20,0 |
7 |
70,0 |
37,8 |
44,1 |
0,255 |
20,0 |
6 |
70,0 |
38,8 |
45,7 |
0,275 |
20,0 |
5 |
70,0 |
39,8 |
47,2 |
0,294 |
20,0 |
4 |
70,0 |
40,8 |
48,6 |
0,314 |
20,0 |
3 |
70,0 |
41,8 |
50,1 |
0,333 |
20,0 |
2,39 ( tн.из) |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,345 |
20,0 |
При
регулировании отопительной нагрузки
при
местными
пропусками график температур обратной
линии
может
быть принят в виде прямой горизонтальной
линии, параллельной графику температур
подающей линии. Такому характеру графика
соответствует постоянство всех факторов,
влияющих на теплоотдачу отопительных
приборов, таких как температура
поступающей сетевой воды, температура
внутреннего воздуха, расход теплоты за
период реальной работы. Температурный
график качественного регулирования с
подрегулированием местными пропусками
в диапазоне температур
представлен
в таблице 2.5 и на рисунке
2.5.
Таблица 2.5. Температурный график 150/70 ºС качественного регулирования отпуска теплоты по двухтрубной тепловой сети с подрегулированием местными пропусками в диапазоне температур
tн, oС |
τ01,oС |
τ02,oС |
τ03,oС |
|
tв,oС |
8 |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,235 |
20,0 |
7 |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,255 |
20,0 |
6 |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,275 |
20,0 |
5 |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,294 |
20,0 |
4 |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,314 |
20,0 |
3 |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,333 |
20,0 |
2,39( tн.из) |
70,0 |
42,4 |
51,0 |
0,345 |
20,0 |
Рисунок 2.5. - Температурный график 150/70 ºС качественного регулирования отпуска теплоты по
двухтрубной тепловой сети с местным подрегулированием отопительных установок в диапазоне температур . 1-количественное регулирование, 2-регулирование местными пропусками