Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Централизованное теплоснабжение предприятий, поселений и городских округов. Курсовое и дипломное проектирование. Учебное пособие
.pdf
61
температуры горячей воды в тепловой сети и по трубопроводу горячего
теплоносителя 10 поступает в КГВ 9, из которого по трубопроводам Т
Т
направляется в тепломагистрали горячей воды Т
1.3.1
1.1.
., Т
1.2.., Т1.3
., Т
1.1.1
1.2.1.,
. Далее в
зависимости от режима «натопа» или «недотопа» в районы направляют горячий
теплоноситель, например («натоп») в ТР1, где он отдает тепловую энергию
потребителям и остывает до температуры охлажденного теплоносителя, а в ТР2
и ТР3 направляют либо смесь горячего теплоносителя и теплоносителя,
поступающего из КОВ, либо полностью расход воды из КОВ в зависимости от
потребности района в теплоте. Затем по магистралям охлажденной воды Т
Т
2.2.
, Т
теплоноситель попадает в коллектор охлажденной воды 6, где
2.3
2.1
смешивается.
Теплоноситель непосредственно из КОВ или имеющий температуру
смеси, полученной в РК из потоков горячей воды и воды КОВ, поступает в ТР2
и ТР3, где остывает до температур более низких, чем температура
,
охлажденного теплоносителя после ТР1. Далее по магистралям охлажденной
воды Т
расхода охлажденного теплоносителя из Т
поступающими из Т
2.2
и Т
направляется в КОВ 6. В последнем происходит смешивание
2.3
с теплоносителями,
2.1
и Т
2.2
, имеющими более низкие температуры.
2.3
Полученная в КОВ смешанная охлажденная вода поступает в сетевой насос.
Затем цикл движения теплоносителя повторяется.
В рассмотренном режиме циркуляции теплоносителя система
функционирует в течение 1-го расчетного периода времени. Период подачи
теплоты устанавливается в зависимости от тепловой нагрузки районов,
протяженности сети, обеспечивает «натоп» в ТР1 и «недотоп» в ТР2 и ТР3 и
выдерживается таймером.
По истечении расчетного периода по показаниям таймера контроллер
дает сигнал на переключение магистралей. Клапаны 12, 13 и 14 осуществляют
переключение магистралей на режим «натопа» в ТР2 и «недотопа» в ТР1 и ТР3.
Далее, в течение 2-го расчетного периода времени, система теплоснабжения
функционирует аналогично рассмотренной выше схеме.
62
По истечении 2-го расчетного периода времени вновь осуществляется
переключение магистралей. Клапаны 12, 13 и 14 осуществляют режим «натопа»
в ТР3 и «недотопа» в ТР2 и ТР1. Нагрев теплоносителя и подача его расхода в
режиме «натопа» в тепломагистрали Т
осуществляется в течение 3-го
1.3
расчетного периода времени. Затем происходит очередное переключение
магистралей с помощью регулирующих клапанов в первоначальное состояние и
подача теплоты потребителям повторяется.
Таким образом, в результате периодической подачи в магистрали
горячего теплоносителя из теплоприготовительной установки происходит
попеременная подача теплоносителя более высокотемпературного потенциала
каждому из теплоснабжаемых районов в течение расчетного периода времени,
определяемого числом магистралей, их протяженностью и тепловой нагрузкой.
Район, в который подается высокотемпературный теплоноситель, работает в
режиме «натопа», и происходит накапливание дополнительной теплоты
массивами зданий. Потребителям теплоты других ТР осуществляется подача
теплоты более низкого температурного потенциала, и они работают в режиме
«недотопа». В этот период происходит поступление теплоты в помещения
отапливаемых зданий не только от отопительных приборов, но и от массива
(аккумулятора) самого здания.
При большом различии величин тепловых нагрузок по теплоснабжаемым
районам в сочетание подачи теплоносителя в отдельный ТР или группу ТР
может меняться. Например, из трех существующих ТР в две тепломагистрали
подают теплоноситель из ТПУ, а в третью тепломагистраль поступает
теплоноситель с температурой смеси. Если существует большее количество ТР,
то для одной части тепломагистралей, обеспечивающих тепловой энергией
соответствующие ТР, подают теплоноситель из ТПУ, а в другие, оставшиеся
тепломагистрали подают теплоноситель с температурой смеси, минуя
теплоприготовительную установку. Постоянство расхода теплоносителя в
тепломагистралях создает стабильный гидравлический режим в системе
теплоснабжения.
63
Качество и экономичность теплоснабжения зависят от правильной
тпот
QQ
в
t
от1 тп1
QQ
организации и надлежащего осуществления регулирования отпуска теплоты. В
связи с этим в системах теплоснабжения, где в течение рабочей смены, суток
или др. периода времени требуются разные тепловые режимы, в целях
экономии тепловой энергии затрачиваемой, на отопление, необходимо
использовать теплоту аккумулируемую зданиями. Для снабжения потребителей
тепловой энергией путем периодической подачи максимального количества
теплоты необходима соответствующая методика.
4.3. Методика регулирования отпуска теплоты
При нарушении равенства отпуска теплоты и тепловых потерь
возникает «натоп» или «недотоп», т.е. происходит во времени изменение
значения температуры внутреннего воздуха
новое равенство
.
до тех пор, пока не установится
Рассмотрим постановку задачи для расчета «натопа» и «недотопа»
применительно к условиям управления отпуском теплоты в теплоснабжаемые
районы централизованной системой теплоснабжения (рис.7).
При использовании аккумулирующей способности здания для покрытия
неравномерности подачи теплоты в него в режимах «натопа» и «недотопа» в
зависимости от назначения здания допускают колебания температуры
внутреннего воздуха. В жилых зданиях колебания температуры допуска-
ют 1,5 °С; в общественных зданиях нормируется внутренняя температура 1416 °С и допустимо возможное снижение температуры до 12 °С. В
промышленных зданиях часто понижают температуру внутреннего воздуха до
условий, диктуемых технологическим процессом [5, 25].
В системе теплоснабжения режим «натопа» и «недотопа» осуществляется
на источнике, и подача теплоты в одинаковой степени повышается или
снижается для всех потребителей теплоснабжаемых районов. Режим «натопа» в
одном из ТР достигается подачей частично перегретого теплоносителя из ТПУ
в этот район. Режим «недотопа» создается либо смешиванием части
64
теплоносителя из ТПУ и части из КОВ и подачей смеси в трубопроводы других
p
Dc
s
p
c
ТР при помощи регулирующих клапанов, либо непосредственно подачей в ТР
теплоносителя из КОВ. В результате в район «натопа» поступает расчетный
расход теплоносителя, подаваемого от ТПУ с повышенной температурой. В
районы (район) «недотопа» подаются расчетные расходы воды, имеющие
температуру, полученную в результате смешивания воды из ТПУ и КОВ либо
только из КОВ. Таким образом, сохранение расчетного расхода теплоносителя
обеспечивает стабильный гидравлический режим в магистральных и
распределительных сетях ТР и системах отопления зданий.
Режим «натопа» и «недотопа» каждого теплоснабжаемого района следует
ориентировать на наиболее распространенное здание. При этом в зданиях с
меньшей аккумулирующей способностью необходимо проверить отклонения
температуры внутреннего воздуха от средней величины (например 12 °С). При
наличии таких зданий выбирают представительное здание для каждого района,
а из них здание с минимальной аккумулирующей способностью. В итоге здание
должно выявляться из анализа всего перечня и закладываться как основная
исходная информация для определения расчетного значения коэффициента
аккумуляции .
Учитывая неизбежную укрупненность подхода к расчету «натопа» и
«недотопа» здания, связанного прежде всего с обоснованием
представительного здания и его конструкции, оценочный коэффициент
аккумуляции здания [28], выполненного из того или иного строительного
материала, определяют по формуле
, (48)
где D – тепловая инерция ограждающих конструкций; s – коэффициент
теплоусвоения ограждений, Вт/(м2°С); – коэффициент теплопроводности
материалов, Вт/(м °С);
– теплоемкость наружных ограждающих
конструкций, кДж/(кг °С); – - коэффициент теплоотдачи от наружных
ограждений здания, Вт/(м2 °С).
65
Для периодического осуществления режимов «натопа» и «недотопа»
в
t
в.норматив
t
тпот
QQ
в
t
)1(
тп
)1(
от
QQ
необходимо на источнике теплоты проводить совокупность мероприятий для
управления гидравлическим и тепловым режимами.
Рассмотрим постановку задачи расчета такого процесса и приближенный
метод расчета.
При переходе с установившегося стационарного теплового режима на
новый («натоп» или «недотоп», изменение температуры внутреннего
воздуха 2…4 °С) время остывания (нагрева) составляет для различных зданий
от 1,5 до 3-х десятков часов [25]. При этом время прохождения теплоносителя
от источника теплоты до наиболее удаленного прибора зависит от
протяженности сетей. При средней протяженности магистралей и квартальных
сетей 2…3 км время прохождения пути составляет от 0,22…0,37 часа до
0,33…0,55 часа.
Время изменения температурного режима чугунного радиатора или
стального трубного регистра не более 0,1 ч [25].
Как показывает сравнение, время нагрева и остывания здания примерно
на два порядка больше, чем время всех остальных процессов. Из этого следует,
что для решения поставленной задачи достаточно учитывать только
аккумулирующую способность здания и считать все процессы, протекающие в
других элементах системы, очень быстрыми, рассматривая их как смену
стационарных состояний.
При такой постановке задачи физическую модель процесса «натопа» –
«недотопа», можно представить следующим образом.
В режиме «натопа» в здание подается количество теплоты больше
необходимого. Здание начинает нагреваться, т.е. из установившегося теплового
режима (при
=
), когда
, переходит в новое состояние. При
этом с течением времени происходит увеличение температуры внутреннего
воздуха
до тех пор, пока не установится новое равенство
.
66
В режиме «недотопа» в здание подается количество теплоты меньше
в
t
)2(
тп
)2(
от
QQ
в
t
'
ТПУ
Q
в
t
в
t
вв
"
в
ttt
натопа
'
о
'
ТПУ
QQQ
натопа
Q
"
в
t
'
2
'
1
''
ТПУ
cGQ
'
G
'
1
'
2
необходимого. Здание начинает остывать, что приводит к снижению
температуры внутреннего воздуха
стационарное состояние
Таким образом, температура внутреннего воздуха
до тех пор, пока не наступит новое
.
рассматривается как
текущая переменная для системы и в то же время является обратной реакцией
здания (с замедлением) на изменение параметров теплоносителя,
поступающего в отопительные приборы систем отопления.
Этот процесс можно представить непрерывным и написать для него
балансовые уравнения теплоты как для расчетных условий, так и для текущих
условий температур наружного воздуха в режиме «натопа» и в режиме
«недотопа». Количество теплоты, которое вырабатывается
теплоприготовительной установкой
, определяется исходя из условий, что
нормируемая температура воздуха внутри отапливаемых помещений
,
соответствующая установившемуся стационарному тепловому режиму здания,
возрастает на
теплоты будет равно
и достигнет некоторой величины
, где
– теплота, необходимая для
. Количество
возмещения тепловых потерь при выходе системы на новое стационарное
состояние, когда внутри помещений установится температура воздуха
.
Выработанное количество теплоты на источнике транспортируется
теплоносителем к отопительным приборам здания и определяется как
где
– расчетный расход теплоносителя нагреваемого в ТПУ; c –
теплоемкость воды;
и
- расчетные параметры теплоносителя.
, (49)
В зданиях теплоснабжаемых районов тепловая энергия в отапливаемые
помещения передается отопительными приборами. Количество теплоты,
которое передают отопительные приборы в помещения, в расчетных условиях
67
в
'
вых
'
вх
''
ТПУ
2
tfkQ
'
k
'
вх
'
вых
'
в
t
'
но
'
c.cpp
'
но
'
2c
'
1c
p
'
ак
2
ttcFt
tt
cFQ
p
c
'2.'
c.1,c
tt
'
c.cp
t
c.cpp
''
но
'
в
dtcFsdzQdzttVq
oo
Vq
Q
tt
dt
Vq
Q
tt
dt
Vq
csF
dz
в
o
'
o
'
но
'
в
в
o
'
o
'
но
'
в
o
p
2
, (50)
где
теплоносителя; f – теплоотдающая площадь отопительных приборов,
– коэффициент теплопередачи прибора при расчетных параметрах
,
–
соответственно расчетные параметры теплоносителя на входе и выходе в
отопительные приборы;
– температура внутреннего воздуха помещения
здания в расчетных условиях.
При установившемся тепловом режиме количество теплоты, поступившее
от отопительного прибора, соответствует потерям теплоты через ограждающие
конструкции здания (10).
Количество теплоты, аккумулируемой в наружных ограждениях здания,
составит
, (51)
где F - площадь поверхности наружной стены; - толщина стены; -
плотность материала стены;
температура стены здания на внутренней и внешней поверхности;
- теплоемкость материала стены;
–
- средняя
температура наружной стены.
Дифференциальное уравнение теплового баланса здания за бесконечно
малый промежуток времени dz запишется как
, (52)
откуда
, (53)
где – коэффициент тепловой аккумуляции здания, ч.
При нарушении баланса между подачей теплоты на отопление и
теплопотерей здания средняя температура наружных ограждений в
зависимости от «натопа» (или «недотопа») повышается, что вызывает
68
повышение температуры отапливаемых помещений на удвоенное значение
c.cpв
2dtdt
2
в
c.cp
dt
dt
2
"
вp
'
но
'
вo
'
ак
'
пот
'
ТПУ
'
o
tcF
ttVqQQQQQ
"
в
t
"
в
t
изменения средней температуры наружной стены 4, т.е.
или
.
В новых установившихся условиях баланс теплоты будет складываться из
поступлений и потерь. Количество теплоты, которое выработает ТПУ, доставит
в помещение теплоноситель по трубопроводам при помощи сетевых насосов,
отопительные приборы отдадут помещению, а ограждения здания с учетом их
аккумулирующей способности потеряют эту теплоту в окружающую среду.
где
– температура воздуха внутри помещения в новых условиях («натоп» –
, (54)
«недотоп»).
Соответственно новому значению
изменится температурный режим
теплоносителя на источнике теплоты. Это изменение дойдет до приборов через
12…33 мин и еще через несколько минут, отопительные приборы и вся система
теплоснабжения выйдут на новый стационарный режим с новыми значениями
температур сетевой воды. Однако тепловое равновесие между системой
теплоснабжения, зданием и окружающей средой не наступит. Этот процесс
будет протекать медленнее.
Управление подачей теплоты в отапливаемые помещения с учетом
аккумулирующей способности зданий в системе (рис.7) предполагает
проведение совокупности мероприятий по изменению расходов и температур
теплоносителя, подаваемого в район в режимах «натопа» и «недотопа» в
зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Для этого
необходимо знать: температуру внутреннего воздуха, которая установится в
отапливаемом помещении после изменения теплового режима; промежуток
времени, в течение которого эта температура понизится до минимально
допустимых значений; температуру и расход теплоносителя, поступающего
69
непосредственно в ТПУ, магистрали после КОВ и после ТПУ; температуру и
22
''
в
pн
"
внo
"
в
выхвх
21o
t
cFttVqtkfGcQ
22
в
р
'
но
'
внo
'
в
'
вых
'
вх
''
2
'1''
о
t
cFttVqtfkcGQ
'
G
1
'
1
2
'
2
1вх
2вых
"
"
12
"
в
в
o н в н
12
o
'
''
' ' '
''
в
''
o
12
12
o н в но
в
2
2
2
2
p
p
t
kf t
q V t t F c
Gc
Q
Q
t
Q
Gc
q V t t F c
k f t
н
t
нсм
tf
расход смешенной воды в коллекторе, которая по байпасным линиям пойдет на
обогрев помещений.
Отпуск тепловой энергии потребителям основан на уравнениях баланса
тепла, транспортируемого от источника до отапливаемого здания; теплоты,
отдаваемой отопительными приборами; тепловых потерях и теплоты,
аккумулируемой зданием, составленных для текущих и расчетных
климатических условий:
где G,
– текущий и расчетный расход теплоносителя, кг/ч; с – теплоемкость
теплоносителя, кДж/(кг °С);
,
,
,
– температура теплоносителя в
, (55)
, (56)
подающем и обратном трубопроводах в текущих и расчетных условиях.
При непосредственной подаче теплоносителя в отопительные приборы
, а
общее уравнение регулирования отпуска теплоты получено в
результате отношения равенств текущего теплопотребления (55) к расчетному
(56):
. (57)
При отпуске теплоты потребителям по нескольким магистралям в каждой
из магистралей расход сетевой воды G остается постоянным. Периодически в
трубопроводе горячей воды каждой из магистралей устанавливается
максимальная температура теплоносителя (период «натопа»). В остальных
подающих трубопроводах магистралей, которые обеспечивают в ТР режимы
«недотопа», температура теплоносителя устанавливается в зависимости от
т.е.
. Температуру теплоносителя получают либо только смешением в
КОВ, либо смешением частей воды, поступающих в магистрали из КГВ и из
КОВ.
,
70
Количество теплоты, подаваемое в разные периоды времени в районы,
zfQ ,,
смТПУ
(min)2
(max)в
'
2
'
1
(min)в
(min)21
нов
нв
'
2
'
1
(min)21
2
2
t
t
tt
tt
Q
i
(min)2
1
2
cp 1 2
вых 2
2
2
i i i i i в i i i
2i
i i i
05
"
cGQ cG k f t , Q k f
k f cG
1i 2i
пр ср
2
kf
kftQ
вi
српр
куда направляется теплоноситель как с повышенным, так и с пониженным
температурным потенциалом, определяется температурой теплоносителя после
ТПУ, температурой воды, образованной в коллекторе охлажденной воды и
временем, в течение которого подается тепловая энергия, т.е.
Время подачи теплоты в режимах «натопа» и «недотопа» ограничивается
минимально допустимой температурой воздуха в отапливаемых помещениях
t
, а также минимально допустимой температурой воды, поступающей в
в(min)
смесительный коллектор из тепломагистралей
. При этом уравнение
теплового баланса для регулирования отпуска тепла примет вид:
где
– минимально допустимая температура охлажденной воды, °С;
– текущая температура горячей воды, °С;
- температура охлажденной
, (58)
.
воды, °С.
Из балансового уравнения (55) температура воды после отопительных
приборов систем отопления
определяется по формуле
. (59)
При определении температуры воды на выходе из системы величину
температуры отопительного прибора, определяемую как
можно представить
. (60)
При режиме «натопа» или «недотопа», который обеспечивается
теплоприготовительной установкой, тепловой поток определяется по формуле
,
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]