ТГС для Строительства / Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регули

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

•заменено стеклопакетами окна на лестничных клетках многосе мейных зданий.

За счет предпринятых мероприятий эффект энергосбережения соста вил: на отопление зданий – 58,6 %; на горячее водоснабжение – 52,1 %. При этом стоимость тепловой энергии за рассматриваемый период воз росла на 55,3 %, что отразилось на изменении стоимости коммунальных услуг: за отопление – уменьшилась на 16 %; за горячее водоснабжение увеличилась на 16 %. Таким образом, термомодернизация здания с ком плексной автоматизацией его инженерных систем приносит ощутимый экономический эффект, заключающийся в 50 % снижении потребления тепловой энергии. Оцененный период возврата инвестиций составляет 3,8 года.

При адаптации европейского опыта в энергосбережении и методик его оценки к условиям Украины необходимо учитывать то, что по срав нению с нашими зданиями европейские здания отличаются следую щим:

•в несколько раз лучшей теплозащищенностю ограждающих кон струкций и, следовательно, меньшим теплопоступлением от сол нечной радиации;

•оснащенностью системами горячего водоснабжения с меньшим в три раза водопотреблением и, следовательно, меньшим теплопос туплением от этих систем;

•применением бытовой техники с более высоким к.п.д. и, следова тельно, меньшим теплопоступлением от нее;

•использованием кухни в значительно меньшей степени и, следо вательно, меньшим теплопоступлением.

Унаших зданий также иная пропорция между бытовыми теплопо ступлениями и теплопотерями, иной способ теплоснабжения, характе ризующийся большой инерционностью… Поэтому энергосберегающий эффект от применения автоматизации инженерных систем зданий у нас несколько выше, несмотря на то, что мы постепенно приближаемся к ев ропейским показателям: по утеплению зданий, автоматизации инже нерных систем и оснащению качественным бытовым оборудованием. Так, экономический эффект лишь от модернизации тепловых пунктов в 2000 г. школ г. Днепродзержинска превысил все ожидания (табл. 7.3). Это свидетельствует о значительной экономической выгоде автомати зации тепловых пунктов и учета теплопотребления не только во вновь возводимых, но и в существующих зданиях.

231

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Таблица 7.3 Экономический эффект от модернизации тепловых пунктов

При модернизации тепловых пунктов школ применено минималь ное автоматическое оснащение: заменен элеватор на насос, установлен регулятор теплового потока и тепломер. Регулирование теплопотребле ния осуществлено по погодным условиям и по времени суток. Основ ной экономический эффект получен, прежде всего, за счет несоответ ствия расчетного теплопотребления, по которому ранее осуществлялась оплата, фактическому. Это несоответствие представлено в процентном отношении, а разница в оплате расчетного и фактического теплопотреб ления – в денежном выражении (табл. 7.3).

Расчетное теплопотребление определено по утвержденным методи кам, исходя из удельных затрат тепловой энергии на 1 м2 отапливаемой площади. Фактическое – регистрировалось тепломерами. Полученные данные показывают, что окупаемость затрат на модернизацию теплово го пункта составляет не более одного отопительного периода, посколь ку затраты составляли примерно 12000 грн. Целесообразность модер низации теплового пункта для отечественного потребителя состоит не только в автоматизации абонентского ввода, но и в фактическом учете теплопотребления.

Чем выше автоматическое регулировочно техническое оснащение теплового пункта, тем выше экономический эффект.

Термомодернизация зданий, включающая комплексную автоматиза цию инженерных систем и теплоизоляцию ограждающих конструк ций здания, приводит к примерно 50 % экономии тепловой энергии и сохранению коммунальных платежей на прежнем уровне при росте стоимости тепловой энергии примерно на 50 %.

232

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

СБОРНИК ВЫВОДОВ

1. Теплоноситель

Качество теплоносителя является исходным фактором эффектив ной работоспособности автоматического оборудования.

Применение водогликолевых смесей требует корректировки гидрав лических и тепловых показателей системы отопления, рассчитан ной для теплоносителя воды. Водопропиленгликолевая смесь оказы вает значительно меньшее влияние на изменение теплогидравличес ких характеристик системы, чем водоэтиленгликолевая смесь.

Качество воды в системе горячего водоснабжения со временем ухуд шается, если проектно и эксплуатационно не обеспечено ее эффек тивное (термическое) обеззараживание.

2. Присоединение абонентов

2.1.Присоединение систем отопления

Осуществить полную автоматизацию системы отопления можно только с циркуляционным насосом.

Нерегулируемый и регулируемый гидроэлеватор не создает доста точного располагаемого давления ни для двухтрубной, ни для одно трубной системы отопления с терморегуляторами у отопитель ных приборов и автоматическими регуляторами гидравлических па раметров на стояках либо приборных ветках.

Регулирование пропусками теплоносителя соленоидными клапанами на абонентском вводе противоречит строительным нормам и не приемлемо для систем отопления высотных зданий во всем темпе ратурном диапазоне отопительного периода.

Независимое подключение системы отопления является идеальным решением для обеспечения ее автоматизации.

2.2.Особенности присоединения систем отопления с переменным гидравлическим режимом

В системах отопления с переменным гидравлическим режимом необ ходимо устанавливать перепускной клапан на перемычке за насосом либо байпасе вокруг него.

233

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Применение перемычки либо байпаса с перепускным клапаном осу ществляют исходя из условий обеспечения работоспособности насо са и источника теплоты.

Настройку перепада давления перепускного клапана рекомендуется устанавливать на 10 % выше от перепада давления в точках присое динения перемычки либо байпаса.

Выбор перепускного клапана рекомендуется осуществлять по рас ходу теплоносителя, равному максимальному расходу системы ото пления.

2.3.Обвязка насосов

Выбор способа и арматуры обвязки насоса зависит от тепловой мощности системы отопления, типа и функциональных особеннос тей насосов.

2.4.Присоединение систем отопления с учетом распределения давления в тепловой сети

Тепловой пункт каждого здания имеет индивидуальное техническое оснащение.

Минимальное автоматическое оснащение теплового пункта норми ровано требованиями СНиП 2.04.07 89 "Тепловые сети" и изм. № 2 к СНиП 2.04.05 91 "Отопление, вентиляция и кондиционирование", а также предопределяется теплогидравлическими параметрами теплосети в динамическом и статическом состоянии на абонент ском вводе.

2.5.Заполнение, подпитка и опорожнение системы отопления

Заполнение и подпитку системы отопления теплоносителем пред почтительно осуществлять с обратной магистрали теплосети.

2.6.Коммерческий учет теплопотребления

Коммерческий учет теплопотребления обязателен для всех зданий, присоединяемых к теплосети.

2.7.Присоединение систем горячего водоснабжения

Подключение систем горячего водоснабжения современных зданий к системе централизованного теплоснабжения преимущественно ре ализуют через скоростные пластинчатые теплообменники.

234

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

2.8.Особенности современных систем горячего водоснабжения

Проектирование системы горячего водоснабжения с гравитацион ной циркуляцией усложняет ее дальнейшую модернизацию с приме нением энергоэффективного оборудования.

Терморегулирование циркуляционных трубопроводов систем горяче го водоснабжения современных зданий создает всем потребителям равные условия обеспечения горячей водой с требуемыми парамет рами; обеспечивает рациональную циркуляцию воды; имеет возмож ность термической дезинфекции трубопроводов, снижает теплопот ребление до 55 %.

2.9.Теплоснабжение систем вентиляции

Теплоснабжение калориферов при наличии вероятности их замора живания следует осуществлять по схемам с постоянным гидравли ческим режимом.

Трехходовые клапаны в системах теплоснабжения калориферов требуют проектного обеспечения их работоспособности во всех эксплуатационных режимах.

3. Модернизация тепловых пунктов

Замена гидроэлеватора на насос позволяет реализовать множество энергосберегающих функций автоматического регулирования тепло потребления здания как в момент модернизации теплового пункта, так и при последующей модернизации системы отопления и горяче го водоснабжения.

3.1.Гидравлические особенности гидроэлеваторов

Гидроэлеватор – низкоэффективное устройство, не сочетающееся с переменным гидравлическим режимом теплопотребления совре менного здания.

3.2.Автоматизация существующих тепловых пунктов

Модернизацию теплового пункта осуществляют на основании де тального технического и теплогидравлического обследования або нентского ввода.

235

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

4. Блочные тепловые пункты

Блочный тепловой пункт представляет собой готовое техническое решение для абонентского ввода. Теплогидравлическое взаимодей ствие и геометрическое расположение всех элементов в нем осу ществляет производитель.

5. Объект регулирования

5.1.Регулирование теплового потока 5.1.1. Идеальное регулирование теплообменного прибора

Линейное управление тепловым потоком теплообменного прибора – идеальный закон регулирования, к которому следует стремиться при проектировании водяных инженерных систем здания.

Выбор вида расходной характеристики клапана зависит от вида характеристики объекта регулирования.

5.1.2. Идеальное регулирование процесса

Линейное управление процессами смесеобразования и водоразбора – идеальный закон регулирования, к которому следует стремиться при проектировании водяных инженерных систем здания.

6. Оборудование тепловых пунктов

Современное автоматическое оборудование наделено новыми свой ствами и функциями, которые требуют корректировки традици онной отечественной практики проектирования тепловых пунктов.

6.1. Клапаны

Клапаны следует применять согласно их назначению.

6.1.1. Пропускная способность клапана

Пропускная способность – основная гидравлическая характеристи ка клапана, которая учитывает его сопротивление, создаваемое проходу теплоносителя.

Подбор клапана по пропускной способности, расчетному перепаду давления и расчетному расходу теплоносителя пригоден лишь для определения типоразмера клапана и не отражает его регулировоч ную способность в системе.

236

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

6.1.2. Внешний авторитет клапана

Регулируемый участок определяет границы распространения коле бания давления теплоносителя, возникающего при работе клапана. Отношение перепада давления на максимально открытом клапане к располагаемому давлению регулируемого участка называют (внеш ним) авторитетом клапана.

В процессе работы системы обеспечения микроклимата авторите ты регулирующих клапанов, в том числе и ручных, изменяются.

Ограничения изменения диапазона внешних авторитетов регулиру ющих клапанов достигают установкой автоматических балансиро вочных клапанов – регуляторов перепада давления либо ограничи телей (регуляторов) расхода.

6.1.3. Расходная характеристика клапана

Форма затвора регулирующего клапана соответствует виду иде альной расходной характеристики.

Для автоматизируемой инженерной системы здания подбирают регулирующие клапаны с учетом их рабочей расходной характерис тики.

6.1.3.1. Линейная рабочая расходная характеристика

Рабочую расходную характеристику клапана определяют его об щим внешним авторитетом. Общий внешний авторитет учитыва ет искажение идеальной расходной характеристики клапана под воздействием сопротивления корпуса клапана (определяют базовым авторитетом клапана) и сопротивления остальных элементов регу лируемого участка (определяют внешним авторитетом клапана).

Линейная рабочая расходная характеристика клапана не претер певает существенного искажения от внешнего авторитета, если его значение находится в диапазоне 0,5...1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 линейная рабочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости системы и возможности ее наладки.

237

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

6.1.3.2. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика

Логарифмическую (равнопроцентную) расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего авторитета.

Логарифмическая расходная характеристика клапана не претерпе вает существенного изменения при внешнем авторитете 0,5...1,0.

С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 логарифмическая рабочая расходная характеристика клапана значительно искажа ется, что следует учитывать при обеспечении регулируемости объ екта регулирования и возможности его наладки.

В тепловом пункте для регулирования теплового потока теплооб менников с выпуклой характеристикой, применяют клапаны с лога рифмической рабочей расходной характеристикой.

Ручные балансировочные клапаны с логарифмической рабочей рас ходной характеристикой и малым гидравлическим сопротивлением наилучшим образом подходят для регулирования систем отопления с постоянным гидравлическим режимом и малым гидравлическим со противлением.

6.1.3.3. Логарифмическо-линейная рабочая расходная характеристика

Клапаны с логарифмическо линейной рабочей расходной характери стикой имеют зону примерно линейного регулирования в широком диапазоне изменения общего внешнего авторитета.

Расходные характеристики клапана не претерпевают существен ного изменения при внешнем авторитете 0,3...1,0.

Клапаны с логарифмическо линейной характеристикой лучше всего подходят для регулирования теплообменников с линейной характе ристикой (высоким перепадом температур теплоносителя).

6.1.3.4. Линейно-линейная рабочая расходная характеристика клапана

Линейно линейный закон регулирования объединяет положительные черты линейного и логарифмического законов.

238

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

Клапаны с линейно линейной рабочей расходной характеристикой обеспечивают регулирование по закону, подобному к логарифмичес кому.

В тепловом пункте для регулирования теплового потока теплообмен ников с выпуклой характеристикой наилучшим образом подходят клапаны с линейно линейной рабочей расходной характеристикой.

6.1.4. Расходные характеристики трехходовых клапанов

Применяя трехходовой регулирующий клапан, следует рассматри вать его работу по двум проходящим через него циркуляционным контурам.

Для минимизации колебания расхода в контуре с постоянным гид равлическим режимом трехходового линейного/линейного регулирую щего клапана его сопротивление должно быть в четыре раза больше, чем сопротивление системы (без учета сопротивления клапана).

Для минимизации колебания расхода в контуре с постоянным гидрав лическим режимом трехходового логарифмического/линейного либо линейного/логарифмического регулирующего клапана следует обес печить внешний авторитет, равный единице с регулирующей сто роны, а с подмешивающей стороны – 0,1...0,3.

6.1.5. Взаимовлияние регулирующих клапанов

Искажение расходной характеристики под воздействием конструк тивных особенностей клапана (базовый авторитет) и сопротивле ния элементов регулируемого участка (внешний авторитет) может существенно влиять на регулируемость объекта регулирования, что необходимо учитывать при проектировании и наладке системы.

Наличие на регулируемом участке нескольких клапанов требует рассмотрения совместимости диапазонов их внешних авторите тов. Лучшим вариантом проектного решения является применение только одного клапана на регулируемом участке.

Для достижения эффективной работы объекта регулирования не обходимо выбирать клапан с расходной характеристикой, соответ ствующей характеристике объекта регулирования.

239

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ. АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ

6.1.6. Кавитационная характеристика клапана

Одним из вариантов уменьшения вероятности кавитации в регулиру ющем клапане является его расположение на обратной магистрали.

6.1.7. Шумовая характеристика клапана

Образование шума в клапанах зависит от создаваемого им сопро тивления и скорости теплоносителя. Скорость теплоносителя пе ред клапанами в тепловом пункте не должна превышать 3 м/с.

6.2.Автоматические регуляторы прямого действия

Автоматические регуляторы прямого действия не требуют допол нительных источников энергии.

6.2.1. Регуляторы перепада давления

Регулятор перепада давления на абонентском вводе, помимо основ ной функции – обеспечения стабильной работы теплосети путем ограничения максимального потока теплоносителя, создает усло вия эффективной работы регулирующему клапану, повышая его внешний авторитет; улучшает качество регулирования объекта ре гулирования; защищает объект регулирования (регулируемый учас ток) от влияния колебаний давления теплоносителя извне.

6.2.2. Регуляторы расхода

Регулятор расхода стабилизирует работу системы в течение дли тельного времени эксплуатации путем компенсации возрастания гидравлического сопротивления элементов системы от коррозии и накипи, компенсации колебаний гравитационного давления, компен сации колебаний давления при работе терморегуляторов у отопи тельных приборов, компенсации колебаний давления в теплосети.

6.2.3. Регуляторы температуры

Регуляторы температуры прямого действия не используют допол нительную энергию и поддерживают заданную температуру воды в пределах ее нормативного отклонения.

6.2.4. Комбинированные регуляторы

Комбинированные регуляторы выполняют несколько функций, при сущих традиционно применяемым в тепловых пунктах однофункцио нальным регуляторам, чем обеспечивают уменьшение габаритов и упрощение монтажа теплового пункта.

240