6.2.2. Центральное регулирование разнородной нагрузки

В связи с большим объёмом материала по этой теме и ограниченным объёмом опорного конспекта ниже приводится только иллюстративно-описательная часть со ссылками на теоретические основы в основном учебнике (гл. 4 [1]).

В водяных СТ от крупных ИТ обеспечивается разнородное теплопотребление (отопление, вентиляция, ГВС). Причём, нагрузка ГВС меняется количественно при обязательном поддержании нормативной температуры в подающем трубопроводе (СНиП 41-02-2003, п. 7.6) - не менее 60 °С в СТО и 70 °С в СТЗ. Это значит, что при центральном качественном регулировании разнородной нагрузки по нагрузке отопления на температурном графике появляется горизонтальный участок с τ_о1 = 60 °С в СТО или 70 °С в СТЗ, а также точка излома с ранее построенной температурной кривой для подающего трубопровода (рис. 6.6) при соответствующей температуре наружного воздуха t_н = t_ни.

Следовательно, при t_н < t_ни возможно центральное качественное регулирование, а при t_н ≥ t_ни необходимо центральное количественное регулирование за счёт применения в ИТП в этот достаточно кратковременный период насоса на перемычке элеватора или применения в ИТП элеватора с регулируемым соплом. На практике при t_н > t_ни применяют местное регулирование нагрузки отопления пропусками, т.е. кратковременным отключением СО зданий. Время их работы за сутки при этом рассчитывается по формуле

n = 24(t - t_н)/(t - t_ни). (6.38)

Регулирование по нагрузке отопления в СТЗ.

На рис. 6.7 представлено сопоставление графиков регулирования разнородной нагрузки по нагрузке отопления, преобладающей в суммарном отпуске.

а) Нагрузка отопления	б) Нагрузка вентиляции	г) Нагрузка ГВС

Рис. 6.7. Графики регулирования разнородной нагрузки по нагрузке отопления в СТЗ

На графиках выделены различные диапазоны регулирования в зависимости от вида нагрузки и метода регулирования.

Нагрузка отопления (два диапазона - рис. 6.7а). В диапазоне 1 при t_н ≥ t_ни осуществляется местное регулирование пропусками с условным снижением W_о (G_о) с W'_о (G'_о) до W_о^мин (G_о^мин) пропорционально соответствующему снижению нагрузки при сохранении постоянного значения δτ_о = δτ_ои в точке излома температурного графика. В диапазоне 2 при t_н < t_ни осуществляется центральное качественное регулирование, описанное в § 6.2.2.

Нагрузка вентиляции – система общеобменная с рециркуляцией (три диапазона – рис. 6.7б). В диапазоне 2 при t_ни ≤ t_н ≤ t (t_р.в на рис. 6.7б) осуществляется центральное качественное регулирование ( _в = _в =1) за счёт изменения δτ_в по отопительному графику, т.е. δτ_в = δτ_о. При этом обеспечивается заданный уровень температуры воздуха после калорифера К (рис. 6.8а).

В диапазоне 1 при t_н > t_ни осуществляется местное количественное регулирование с постоянной температурой сетевой воды τ_о1 = 70 °С. Уменьшение нагрузки при поддержании заданной температуры воздуха после калорифера возможно за счёт соответствующего снижения расхода сетевой воды через калорифер с помощью РК. При этом снижается температура сетевой воды после калорифера τ_в2. Система уравнений для расчёта регулирования нагрузки вентиляции (4.53а)-(4.53в) приведена в [1].

а) Калорифер	б) Подогреватель ГВС

Рис. 6.8. Схемы присоединения потребителей к тепловым сетям

В диапазоне 3 при t ≤ t_н ≤ t осуществляется местное количественное регулирование. Нагрузка вентиляции не меняется, а температура сетевой воды перед калорифером возрастает при понижении t_н из условия τ_в2 = τ_о2. В этих условиях поддержание постоянной нагрузки вентиляции возможно при соответствующем снижении расхода сетевой воды через калорифер и её температуры τ_в2 после калорифера. Расчёт регулирования производится по той же системе уравнений, что и в диапазоне 1.

Нагрузка ГВС (два диапазона – рис. 6.7г). В диапазоне 1 при t_н > t_ни осуществляется центральное качественное регулирование, обусловленное соответствующим характером графика нагрузки ( _г =1) и температуры сетевой воды в подающем трубопроводе - на входе в подогреватель ГВС (τ_г1 = τ^и_о1 = 70 °С). Выбор поверхности нагрева подогревателя ГВС (рис. 6.8б) производится по температуре сетевой воды в точке излома, т.е. 70 °С с обеспечением температуры на выходе из подогревателя τ^и_г2 не выше 30 °С.

В диапазоне 2 при t_н ≤ t_ни осуществляется местное количественное регулирование, поскольку нагрузка ГВС постоянна ( _г =1), а температура сетевой воды на входе в подогреватель возрастает с понижением t_н. Регулятор температуры РТ при повышении τ_г1 = τ_о1 обеспечивает уменьшение расхода сетевой воды на подогреватель ГВС W_г (G_г), поддерживая температуру нагреваемой воды после подогревателя на заданном уровне (не ниже 60 °С – СНиП 41-02-2003, п.14.10). Система уравнений для расчёта регулирования нагрузки ГВС (4.55а)-(4.55в) приведена в [1].

Применение в ИТП и (или) ЦТП двухступенчатой смешанной схемы подогревателя ГВС к тепловым сетям (рис. 5.2 (6)) обеспечивает некоторое снижение расхода и температуры сетевой воды, что особенно эффективно в теплофикационных системах.

Таким образом, регулирование нагрузок отопления, вентиляции и ГВС представляет собой сочетание центрального качественного и местного количественного.

Регулирование по нагрузке отопления в СТО

Регулирование нагрузок отопления и вентиляции в СТО ничем не отличается от СТЗ, за исключением некоторого сужения диапазона 1 вследствие естественного повышения t_ни, соответствующей точке излома отопительного температурного графика. Существенные отличия обусловлены тем, что потребителям ГВС отпускается сетевая вода из тепловых сетей (рис. 6.9). На графиках выделяются два диапазона, а для регулирования нагрузки ГВС в ЦТП или ИТП на подающем трубопроводе перед смесителем С устанавливают регулятор температуры РТ, а на обратном трубопроводе после смесителя обратный клапан ОК.

Рис. 6.9. Графики регулирования нагрузки ГВС в СТО

В диапазоне 1 при t_н > t_ни вода на водоразбор подаётся только из подающего трубопровода (t_г = τ_г1 = τ^и_о1 = 60 °С).

В диапазоне 2 при t_н ≤ t_ни в смеситель одновременно подаётся вода из подающего (G_гп = βG_г) и обратного (G_гоб = (1-β)G_г) трубопроводов, а РТ обеспечивает при этом поддержание на выходе из С заданной температуры горячей воды t_г = 60 °С (β – доля отбора сетевой воды на ГВС из подающего трубопровода). Такой режим работы сохраняется до тех пор, пока температура сетевой воды в обратном трубопроводе τ_о2 не достигает 60 °С, что сопровождается полным закрытием РТ и подачей сетевой воды в С только из обратного трубопровода. Дальнейшее снижение t_н (на рис. при t_н ≤ -15 °С) сопровождается ростом τ_о2 от 60 до 70 °С, что приводит к пропорциональному снижению расхода сетевой воды на ГВС. Из совместного решения уравнений материального и теплового баланса смесителя следует выражение для расчёта β в виде

β = (t_г - τ_о2)/(τ_о1 - τ_о2), (6.39)

где – при τ_о1 =60 °С (в диапазоне 1) β = 1, а при τ_о2 ≥ 60 °С (в холодной части диапазона 2) β = 0.

Графики суммарного расхода сетевой воды в СТЗ и СТО

Графики суммарного расхода сетевой воды при регулировании разнородной нагрузки по нагрузке отопления получают простым суммированием рассмотренных выше графиков (рис. 6.10).

СТЗ 1 – отопление; 2 – вентиляция; 3 – ГВС; 4 – отопление и вентиляция; 5 – суммарный расход	СТО 1 – отопление; 2 – вентиляция; 3 – ГВС; 4 – суммарный расход (п, об – подающий, обратный трубопровод)

Рис. 4.15. Графики суммарного расхода сетевой воды в СТЗ и СТО

Расчётное значение суммарного расхода сетевой представляет собой, кг/с

G_р = G_ор + G_вр + G_гр, (6.40)

где G_ор, G_вр, G_гр – расчётные расходы сетевой воды на отопление, вентиляцию и ГВС, определяемые по формулам

G_ор = Q'_о/[с_в (τ'_о1 - τ'_о2)], (6.41)

G_вр = Q'_в/[с_в (τ_в1 - τ_в2)], (6.42)

G_гр = Q'_г/[с_в (τ^и_о1 - τ^и_г2)], (6.43)

G_гр = Q'_г/[с_в (t_Г - t_Х)], (6.44)

В формулах (6.41)-(6.44) значения Q'_о вычисляются по формуле (2.7), Q'_в – (2.14), а Q'_г – (2.3) и подставляются в кВт. Формулы (6.43) и (6.44) применяются соответственно в СТЗ (при параллельной схеме присоединения подогревателя ГВС) и СТО. Из них, в частности, следует, что расчётный расход сетевой воды на ГВС в СТО меньше, чем в СТЗ, а их соотношение равно (τ^и_о1 - τ^и_г2)/ (t_Г - t_Х) = (70 – 30)/(60 – 5) = 0,73.

Сопоставление графиков на рис. 6.10 показывает:

• Максимум суммарного расхода в СТЗ и СТО имеет место при t_ни, т.е. в точке излома температурного графика. Этот максимум при одинаковом уровне расчётных тепловых нагрузок в СТО несколько меньше, чем в СТЗ вследствие разницы в расчётных расходах сетевой воды на ГВС.

• В СТЗ расход сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе практически одинаков. Незначительная разница обусловлена тем, что при общем уровне нормативной утечки, равной 0,25 % от объёма трубопроводов тепловых сетей и присоединённых к ним потребителей, 2/3 этой утечки приходится на подающие трубопроводы, а 1/3 - на обратные.

• В СТО расход сетевой воды в подающем трубопроводе (G_п = G_о + G_в + β G_г) всегда больше, чем в обратном на величину расхода на ГВС (G_п = G_о + G_в – (1 - β)G_г). Только при τ_о2 ≥ 60 °С понижение t_н сопровождается снижением водоразбора из обратного трубопровода. Следовательно, в сопоставимых условиях (при одинаковых нагрузках подключённых потребителей) гидравлическое сопротивление тепловых сетей в СТО меньше, чем в СТЗ.