книги из ГПНТБ / Сафонов А.П. Автоматизация систем централизованного теплоснабжения

вопросов его автоматического регулирования необходи­ мо также знать динамические характеристики этого зда­ ния. Однако недостаточная изученность динамических свойств отапливаемых зданий является одной из причин, затрудняющих автоматизацию режима отпуска тепла.

Отапливаемое здание с водяной системой отопления представляет собой объект регулирования с распреде­ ленными параметрами. Переходные процессы подобных объектов описываются дифференциальными уравнения­ ми в частных производных. Как известно из теории не­ стационарного процесса теплопроводности плоской одно­ родной неограниченной стенки заданной толщины, урав­ нение, описывающее изменение избыточных температур во времени в различных точках по толщине этой стенки, представляет собой сумму бесконечного ряда, члены ко­ торого расположены по быстроубывающим экспоненци­ альным функциям.

Для реальных условий на динамические свойства отапливаемого здания помимо наружной теплоемкой ограждающей конструкции будут влиять также нетепло­ емкие ограждения (окна). Поэтому при точных расчетах необходимо отдельно учитывать теплоемкие и нетепло­ емкие наружные ограждения, а также учитывать тепло­ емкие внутренние ограждения [Л. 26].

Однако, как показывает анализ натурных наблюде­ ний процесса охлаждения зданий, с допустимой для ин­ женерных расчетов точностью для описания переходных процессов отапливаемого здания можно воспользовать­ ся двумя первыми членами указанного выше уравнения теплопроводности плоской неограниченной стенки задан­ ной толщины, а остальные члены этого уравнения заме­ нить некоторой величиной времени запаздывания. Ины­ ми словами, объект регулирования (здание) можно аппроксимировать дифференциальным уравнением инер­ ционного звена второго порядка. Решением этого урав­ нения при скачкообразном воздействии будет выраже­ ние

Это же выражение можно написать в другом виде:

Более точным будет выражение (7-11), которое учи­ тывает время запаздывания т3.

208

В последнем случае выражение для передаточной функции будет иметь вид:

В приведенных выражениях приняты следующие обо­ значения: ф=Д1в/1в.п— относительное отклонение регули­ руемого параметра (температуры внутреннего воздуха); ДД = /В—^в.и — отклонение температуры внутреннего воз­ духа помещений от номинальной величины, °С; tB.н— но­ минальное значение температуры внутреннего воздуха, °С; tB— текущее значение температуры внутреннего возду­ ха, °С; Т \ , Т 2 — постоянные времени двух последовательно

вания.

При воздействии полным прекращением подачи сете­

8-4. ПРОЦЕССЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ И ОПЫТ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТОВ

В настоящее время об опыте эксплуатации регулято­ ров отпуска тепла на отопление имеются весьма огра­ ниченные сведения. Прежде всего необходимо остано­ виться на опыте местного пофаеадного автоматического

ПТР-П.

Длительной эксплуатационной проверке этих автома­ тизированных установок предшествовало теоретическое исследование процесса регулирования. Все эти работы осуществлялись под руководством канд. техн. наук. В. Т. Благих. Им была предложена математическая мо-

Цель замкнутой системы автоматического регулирования отпуска тепла на отопление фасада здания [Л. 16].

Расчеты проводились применительно к пофасадным бифилярным панельным системам отопления. Объект регулирования по каждому из каналов внешних возму-

Р и с . 8 -1 4 . М а т е м а т и ч е с к а я м о д е л ь с и ст е м ы а в т о м а т и ч е с к о г о р е г у л и ­ р о в а н и я о т п у с к а т е п л а н а о т о п л е н и е с п р и м е н е н и е м р е г у л я т о р а П Т Р - П .

щающих воздействий (температура наружного воздуха, ветер, солнечная радиация — температура внутри поме­ щений) аппроксимировался инерционным звеном второ­ го порядка и звеном запаздывания. По каналу возму­ щающего воздействия «солнечная радиация — внутрен-

210

^ р а з (р) - ( Д л Р + Ч [Та2р + \ ) (Тю р + 1) (7V./7+ 1) X

fky

стемы может быть получена из передаточной функции путем замены р на ш.

Опыт эксплуатации в г. Челябинске нескольких уста­ новок пофасадного автоматического регулирования от­ пуска тепла на отопление с использованием терморегуля­ торов ПТР-П в комплекте с поворотно-регулирующей заслонкой показал их хорошую работу. В течение всего отопительного сезона в помещениях поддерживается до­ пустимая температура. В период повышенной солнечной радиации расход сетевой воды для южного фасада за­ метно снижается.

В результате снижения отпуска тепла в период сол­ нечной радиации и в осенне-весенний период, когда под­ держивается завышенная температура сетевой воды про­ тив отопительного графика, экономия тепла в здании

савтоматическим регулированием составила сущест­ венную величину по сравнению с контрольным зданием

сручным регулированием отпуска тепла. Следует отме­ тить, что повышенная величина экономии' тепла, по-ви- димому, объясняется большой продолжительностью пе­

риода работы сети с минимальной температурой воды в подающем трубопроводе (70°С), при низкой темпера­ туре воды после смесительных насосных.

Для получения данных о работе опытных автомати­ зированных абонентских отопительных вводов с регуля­ торами местных пропусков (рис. 8-8) Теплосетью Мос­ энерго были организованы тщательные непрерывные на-

212

блюдения за ними в течение ряда лет. Результаты ра­ боты регулятора местных пропусков с одним термореле у одного из абонентов (школа) за недельный период приведены на рис. 8-15. График показывает регулярное отключение системы отопления при повышении темпера­ туры воздуха в контрольной точке сверх установленной. Повышение температуры воздуха в контрольной точке в дневные часы вызывалось внутренними тепловыделе­ ниями учащихся.

Март

Рис. 8-15. Работа регулятора местных пропусков за недельный пе­ риод марта.

Особый интерес представляет работа регулятора вну­ тренней температуры в осенний и весенний периоды, ког­ да температура воды в подающей магистрали тепловой сети (из-за наличия горячего водоснабжения) держится выше требуемой для отопления.

Зависимость длительности отключения системы ото­ пления регулятором местных пропусков от средней тем­ пературы наружного воздуха для отопительного ввода одного учреждения за дни круглосуточной работы тепло­ вой сети (в апреле) приведена на рис. 8-16. Как видно из приведенного графика, на диапазоне температур на­ ружного воздуха от 0 до +12°С фактическая среднесу­ точная температура воды в подающей трубе держалась практически постоянной и равной в среднем 66°С, тогда как по нормальному отопительному графику для г. Москвы такая температура должна быть только при наружной температуре 0°С, а при более высоких темпе­ ратурах наружного воздуха должна постепенно снижать-

213

ся, достигая при температуре наружного воздуха Ю°С примерно 40°С (пунктирная линия).

Значительное завышение температуры воды приводи­ ло к повышению внутренней температуры и длительным отключениям отопительной системы от сети регулятором

пропусков ряда абонентских отопительных вводов в тече­ ние нескольких отопительных сезонов, показали, что про­ должительность автоматических отключений отопитель­ ных систем составляла от 110 до 900 ч, а число отключений от 90 до 390. Эти отключения сокращали расход сетевой воды по автоматизированным отопительным вводам от 4 до 18%. Экономия тепла будет несколько меньше приве­ денных выше цифр экономии расхода воды и ориентиро­ вочно может быть оценена от 3 до 15%.

Эксплуатация отопительных вводов с опытными об­ разцами регуляторов местных пропусков позволила выя­ вить их недостатки и наметить пути решения задачи регулирования отпуска тепла на отопление по отклоне­ нию регулируемого параметра. Недостатки,, отмеченные в результате проведенных наблюдений за опытными

214

теплового пункта помещениям, при применении двухпо­ зиционного принципа регулирования открыто полно­ стью— закрыто полностью; к возникновению вертикаль­ ной разрегулировки отопительной системы, . т. е. нерав­ номерного прогрева помещений по этажам, при двухпо­ зиционном принципе регулирования открыто полностью— открыто частично в случае значительного снижения рас­ хода воды в подающей линии отопительной системы и к неудачному выбору контрольных помещений (наличие значительных внутренних тепловыделений и т. п.).

Отмеченные недостатки присущи не только рассмо­ тренному методу двухпозиционного регулирования, они в той или иной степени могут иметь место также при дру­ гих способах регулирования отпуска тепла на отопление по отклонению температуры внутри отапливаемых поме­ щений.

Чтобы избежать отмеченных недостатков, необходимо прежде всего исключить возможность возникновения го­ ризонтальной и вертикальной разрегулировок отопитель­ ной системы. Горизонтальная разрегулировка исключа­ ется, если отказаться от полного закрытия регулирую­ щего органа при двухпозиционном регулировании. Раз­ регулировка отопительной системы по этажам при зна­ чительном снижении расхода сетевой воды может быть исключена путем применения независимой схемы при­ соединения, применения схемы присоединения с насосом на перемычке или с насосом на всасывающем патрубке элеватора. Для этой же цели может быть использован элеватор с переменным сечением сопла. Однако здесь возможен и другой путь — путь повышения гидравличе­ ской устойчивости системы отопления за счет шайбирования, который применили в г. Челябинске для бифилярных панельных систем отопления.

Правильный выбор контрольных помещений пред­ определяет удовлетворительную работу регулятора. Однако выбор контрольных' (представительных) поме­ щений связан с большими трудностями. Как правило, в качестве контрольных помещений следует выбирать наиболее неблагоприятные, к которым относятся угло­ вые помещения первого этажа (при верхней разводке). Электропроводка к датчикам температуры должна быть

215

скрытой, причем датчики температуры не должны тре­ бовать обслуживания. Настройка регулятора на но­ вую температуру отапливаемых помещений должна осу­ ществляться в тепловом пункте или вблизи от него.

Выше отмечалось, что применение физической модели здания освобождает от необходимости установки датчи­ ков в контрольных помещениях и осуществления элек­ тропроводки к ним. Проверка работы такого двухпози­ ционного метода регулирования отпуска тепла на отопле­ ние в весенний период отопительного сезона (рис. 8-11)

Апрель 1977- г.

0)

Рис. 8-17. Работа двухпозиционного регулятора режима отпуска теп­ ла на отопление с использованием модели здания.

а — температура наружного воздуха; б — температура воздуха в помещении; в — расход сетевой воды.

была осуществлена на вводе одного из абонентов Тепло­ сети Мосэнерго. Темп охлаждения модели был подоб­ ран примерно равным темпу охлаждения угловых поме­ щений отапливаемого здания. Термореле-датчик был настроен на зону нечувствительности (дифференциал) 2°С. Замыкание термореле происходило при темпера­ туре модели здания 21 °С, а размыкание — при 19 °С. Общая мощность двух нагревательных элементов модели составила примерно 8 Вт.

Результаты работы этого двухпозиционного регулято­ ра за весенний период приведены на рис. 8-17. Как вид­ но из приведенного графика, установка четко реагирова­ ла на изменение метеорологических условий, в первую очередь на изменение температуры наружного воздуха,

216

снижая расход сетевой воды при повышении этой тем­ пературы сверх +2,5°С. По мере повышения темпера­ туры наружного воздуха сверх +2,5 °С длительность работы установки с нормальным расходом сетевой воды снижалась и соответственно росла длительность работы с минимальным расходом сетевой воды. При температу­ ре наружного воздуха +10°С и выше на тепловом пунк­ те поддерживался все время минимальный расход сете­ вой воды.

8-5, РЕГУЛИРОВАНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РЕЖИМА НА ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ

Для поддержания заданного давления в обратном трубопроводе тепловых пунктов после отопительных си­ стем высоких и высокорасположеиных зданий наиболь­ шее распространение нашли регуляторы давления «до себя» прямого действия РР и УРРД.

Анализ устойчивости такой замкнутой САР можно про­ изводить обычными методами, представив ее в виде двух звеньев, включенных последовательно. Одним из звеньев является объект регулирования, который можно пред­ ставить в виде инерционного звена, а другим — регуля­ тор, который можно рассматривать как колебательное звено. Передаточную функцию рассматриваемой САР, если ее разомкнуть, можно записать в следующем виде:

где k 0.v, k v, kp.o — коэффициенты усиления объекта регу­

лирования, регулятора и регулирующего органа; Г0.Р— постоянная времени объекта регулирования, с; ГрЬ Тр2— постоянные времени регулятора, с.

Из выражения (8-15), используя условие lFpa3(p) + + 1=0, находим характеристическое уравнение замкну­ той САР

217