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

привод — как последовательное соединение интегрирую­ щего и инерционного звеньев. Жесткая обратная связь охватывает все три последних звена.

Передаточная функция рассматриваемой разомкнутой системы для регулирующего воздействия расходом сете­

Условие устойчивости для рассматриваемой системы

flafli—а3ао>0

или

( 7 0 . р 7 Д 1 + 7 o . p 7 W2 , + 7 д 1 Т д 2 ) ( 7 0 .р + 7 Д 1 + Г д г ) —

—70.рГд17Д2(1 -\-k) >0.

Критическое значение коэффициента усиления

*KP~ f c + т ; + (7'о,р + Гд1 + 7'д2) — 1.

238

Динамика температурного режима здания как объек­ та регулирования зависит от динамических свойств кон­ струкций здания и нагревательных приборов. Примене­ ние воздушного отопления или воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией, позволяет улучшить дина­ мические свойства объекта регулирования по сравнению с системами водяного отопления.

Г Л А В А Д Е С Я Т А Я

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

10-1. ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ НАГРУЗКИ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РЕЖИМ СИСТЕМ

ОТОПЛЕНИЯ

В системах централизованного теплоснабжения наи­ более важным с точки зрения получаемого экономиче­ ского эффекта является автоматическое регулирование режима отпуска тепла на тепловых пунктах. Сюда преж­ де всего следует отнести автоматическое регулирование

'режима отпуска тепла на отопление, которое обеспечи­ вает существенный экономический эффект, в основном

за счет экономии тепла.

При одном центральном регулировании на станции для двухтрубных водяных тепловых сетей со смешанной нагрузкой невозможно добиться соответствия фактиче­ ского и теоретически необходимого отпуска тепла на отопление. Одной из причин, вызывающей такое несоот­ ветствие, является изменение расхода сетевой воды на горячее водоснабжение в открытых и закрытых системах теплоснабжения вследствие изменения нагрузки горячего водоснабжения в течение суток, а также при сезонном изменении температуры сетевой воды подающего трубо­

провода.

Изменение расхода сетевой воды на горячее водо­ снабжение при отсутствии автоматических регуляторов на отопительных вводах приводит к так называемой ги­ дравлической разрегулировке' этих вводов, т. е. к .изме­ нению расхода сетевой воды на отопление. Это обычно ведет к перерасходу тепла на отопление. Наиболее зна­ чительные колебания расхода сетевой воды имеют место в закрытых системах теплоснабжения с параллельной схемой присоединения абонентов при существующем ме­

239

тоде регулирования температуры местной воды, посту­ пающей в систему горячего водоснабжения.

Для двухступенчатой смешанной схемы присоедине­ ния изменения расхода сетевой воды будут меньше, чем при параллельной схеме присоединения, поскольку мень­ ше абсолютная величина расхода воды. Еще меньше бу­ дут изменения расхода сетевой воды на горячее водо­ снабжение в открытых системах теплоснабжения.

В закрытых системах теплоснабжения с последова­ тельной двухступенчатой схемой присоединения абонен­ тов и центральным регулированием по отопительной на­ грузке перерасход тепла на отопление вызывается сезон­ ной тепловой разрегулировкой. При существующей ча­ стичной автоматизации таких тепловых пунктов расход' сетевой воды на отопление поддерживается примерно постоянным, благодаря чему с понижением температуры наружного воздуха повышается средняя за сутки темпе­ ратура сетевой воды перед отопительной системой про­ тив теоретически необходимой. Это происходит за счет повышения производительности первой (нижней) ступе­ ни подогревателя горячего водоснабжения и соответст­ вующего снижения производительности второй (верхней) ступени подогревателя.

Наконец, при двухступенчатой последовательной схе­ ме присоединения и центральном регулировании по сум­ марной нагрузке основной перерасход тепла будет иметь место главным образом на тепловых пунктах с чисто отопительной нагрузкой вследствие завышенной против теоретически необходимой температуры воды перед дан­ ной системой отопления.

Таким образом, при всех схемах присоединения або­ нентов и любом методе центрального регулирования от­ сутствие автоматического регулирования отопительных вводов приводит к перерасходу тепла на отопление из-за влияния переменной нагрузки горячего водоснабжения при существующих методах регулирования последней.

Исследуем влияние изменения нагрузки горячего водоснабжения на расход воды отопительными вводами при закрытой системе теплоснабжения. Для упрощения решения поставленной задачи во всех рассматриваемых случаях принимаем следующие допущения:

1) к тепловой сети присоединены только системы отопления и горячего водоснабжения (систем вентиля­ ции нет):

240

2)теоретически необходимые расходы тепла на отоп­ ление (при рассматриваемой температуре наружного воздуха) у всех абонентов одинаковы;

3)расходы тепла на горячее водоснабжение у всех абонентов с горячим водоснабжением изменяются по одному графику в течение суток и в любой рассматри­ ваемый момент времени одинаковы;

4)во всех сравниваемых случаях суммарный расход

тепла на горячее водоснабжение по тепловой сети в це­ лом одинаков для определенного момента времени;

5) потери напора на каждом участке магистральных трубопроводов при расчетном режиме одинаковы.

Рассмотрим вначале вопрос о влиянии изменения на­ грузки горячего водоснабжения на режим работы систем отопления для водяных двухтрубных закрытых систем теплоснабжения с параллельной схемой присоединения. Принимаем, что подогреватели горячего водоснабжения на абонентских тепловых пунктах оборудованы автома­ тическими регуляторами, которые поддерживают посто­ янную температуру местной воды, выходящей из подо­ гревателей, путем изменения расхода сетевой воды. Для всех последующих расчетов введем следующие обозна­ чения: in, f н, t'"н-— температура наружного воздуха: произвольная, расчетная для отопления и соответствую­

воды после системы отопления при £н, £'н и t"'m °С; £3— температура воды в подающем стояке системы отопле­ ния при t„, °С; £Пп = 0,5(£3+ toZ) — средняя температуоа нагревательных приборов системы отопления при £тт, °С; bt0='t1 — £02 и 6£/o= £'i—?о2 — перепад температуры воды

отопительного ввода при £н и £'тт, °С; £г2— температура сетевой воды после подогревателя горячего водоснаб­ жения, включенного по параллельной схеме, °С; Ыт— суммарное снижение температуры сетевой воды в подо­

тура местной воды до и после подогревателя горячего

отопления при £н и Vп, Вт; (5o= Qo/Q'o— относительный теоретический расход тепла системой отопления при £н; On гь— фактический расход, тепла системой отопления при

(н, Вт; y=-Qo.$/Qo — коэффициент расхода тепла для

системы отопления при #н; Qr, Qpp, Q®, Qp — произволь­ ный, средний, балансовый и расчетный (для гидравличе­ ского режима) расход тепла на горячее водоснабжение,

Вт; %= QT/Qcp, хб = CfjQc, ир = Qp/Q^p — произвольный,

балансовый и расчетный для гидравлического режима ко­

отопление для абонента i при произвольном и расчетном

ном режимах, м3/с; А #ст — разность напоров подающего и обратного коллекторов станции, м; AHoi, Д #р,—потери

напора на отопительном вводе абонента I при произволь­ ном и расчетном режимах, м; % — Voj/V 'oj—коэффициент расхода сетевой воды (степень изменения расхода сете­ вой воды) отопительного ввода абонента t;

отопительного ввода для произвольного и расчетного ре­

и конечного абонента т при расчетном режиме в долях

жения абонента г, участка тепловой сети и всей тепло­ вой сети; т — число абонентов тепловой сети.

Возьмем тепловую сеть с числом абонентов т, каж ­ дый из них имеет отопительный узел и узел горячего

242

водоснабжения, присоединенные параллельно, причем при расчетном режиме потери напора на всех абонент­ ских тепловых пунктах одинаковы. В данном случае все отопительные вводы тепловой сети имеют одинаковую гидравлическую разрегулировку, которая зависит толь­ ко от величины нагрузки горячего водоснабжения [Л. 26]. Это обстоятельство значительно упрощает исследование гидравлического режима отопительных вводов при из­ менении нагрузки горячего водоснабжения, поскольку в данном случае можно рассматривать не всю тепловую сеть, а условную тепловую сеть с одним абонентом, имеющим постоянное сопротивление отопительного узла S 0 и переменное сопротивление узла горячего водо­ снабжения Sr, включенные параллельно. Общее сопро­ тивление такого абонента составляет:

Поскольку сопротивление абонента Sa включено по­ следовательно с сопротивлением трубопроводов (подаю­ щего и обратного) тепловой сети ST, то суммарное со­ противление всей упрощенной тепловой сети составит:

С другой стороны, для коэффициента расхода сете­ вой воды отопительного ввода можно написать следую­ щую зависимость:

Решая совместно уравнения (10-3) и (10-4), полу­ чаем следующую формулу для определения коэффици­ ента расхода воды отопительного ввода:

где А = 1—£2Р + Qp (1 + (Тр)2-

Величину сг при параллельной схеме присоединения подогревателей горячего водоснабжения определяют по формуле

Для тепловой сети с параллельной схемой присоеди­ нения абонентов и одинаковой их гидравлической разре­

для случая 1а при задан­ ном характере изменения нагрузки горячего водоснабже­ ния в течение суток (рис. 10-2,а) и величины б4 (см. рис. 7-3) составлен график значений коэффицеинта ср для различных периодов суток (рис. 10-2). Этот график состав­ лен для минимальной и максимальной температуры 4 Из

горячего водоснабжения для расчета магистральных и распределительных тепловых сетей с параллельной схе­ мой присоединения (хр = 1,4).

244

Для рассматриваемого случая идеализированной те­ пловой сети с одинаковой гидравлической разрегулиров­ кой у абонентов теоретически расчет гидравлического режима можно было бы вести по балансовой нагрузке горячего водоснабжения ( к р = Х б = 1 , 2 ) . В данных иде­ альных условиях перерасход тепла на отопление можно предотвратить путем кор­

горячего водоснабжения у абонентов, различной раз­ ности напоров на абонентских вводах и т. п.) прихо­ дится производить полный расчет гидравлического режи­ ма тепловой сети без регуляторов на отопительных вводах.

Такому расчету обычно предшествует определение сопротивления каждого участка сети и каждого отопи­ тельного абонентского ввода. Обычно эти сопротивления определяются по пьезометрическому графику для расчет­ ного режима. Поскольку для такого режима известен

245

'д//Р

Собственно расчет гидравлического режима начина­ ется со сложения параллельно и последовательно вклю­ ченных участков, причем это сложение производится по­ следовательно, начиная с конечного ответвления [Л. 19,

21].

Найденное суммарное сопротивление всей тепловой сети 5 позволяет определить расход сетевой воды на станции по формуле

После определения расхода сетевой воды на станции представляется возможным определить расходы сетевой воды на каждом участке сети и на каждом отопитель­ ном узле. Определение коэффициентов расхода воды для всей сети в целом и для отдельных отопительных узлов при различной нагрузке горячего водоснабжения прихо­ дится производить (за исключением случая сг=0) путем последовательного приближения (итерации). Значитель­ ную экономию времени по проведению подобного рода сложных расчетов дает применение ЭЦВМ.

Для тепловой сети с параллельной схемой присоеди­ нения при прежней относительной суммарной нагрузке

Рис. 10-3. Коэффициенты расхода

(см. табл. 10-3).

а — случай 2; б — случай 3; 1 — абоненты с горячим водоснабжением; 2 — або­ ненты без горячего водоснабжения.

246

графике рис. 10-3,а. Как видно из этого графика, коэф­ фициент расхода воды у ближайшего от станции нечет­ ного абонента составляет cpi= 1,61, тогда как у ближай­ шего от станции четного абонента он составляет всего лишь ф2=1,04.

Следует отметить, что в целом по тепловой сети за­ висимость ф = /( о 'тс) для случая 2 имеет примерно та­

кой же характер, как для случая 16, но угол наклона касательной при определенной величине а^г, для случая

ренных выше двух случаев разность напоров на абонент­ ских вводах при расчетных условиях иногда снижается

ление гидравлической разрегулировки идеализированной тепловой сети, у которой полностью отсутствуют потери в ответвлениях к абонентам, каждый из которых имеет нагрузку горячего водоснабжения (случай 3).

Результаты расчета по определению коэффициентов Ф у отдельных абонентов для случая 3 при Qpm=0,25 хр=1,4 и полном выключении нагрузки горячего водо­

(считая от станции), а по оси ординат — коэффициенты расхода воды отопительных вводов этих абонентов. Из представленного графика видно, что у ближайших к станции абонентов коэффициент расхода приближает­ ся к единице (ф^1), а у наиболее удаленных от стан­ ции достигает своего максимума.

Зависимость ф=/(стТп) по тепловой сети в целом для случая 3 дана кривой 3 на рис. 10-1. Как видно из графика, для тепловой сети без потерь в ответвлениях отклонение коэффициента расхода от единицы будет меньше, чем в сети с одинаковой потерей напоров на вводе при расчетных условиях. Это объясняется тем, что гидравлическая устойчивость тепловой сети без потерь напора в ответвлениях будет более высокой, так как

Q„i>Qp2> •••

247