4. Регулирование отпуска теплоты

4.1. Регулирование отпуска теплоты в закрытых системах

теплоснабжения

В системах теплоснабжения с разнородными тепловыми на­грузками применяют многоступенчатую систему регулирования отпуска теплоты, имеющую следующий принцип построения:

- центральное регулирование производят на ТЭЦ или в ко­тельной по преобладающей тепловой нагрузке района;

- групповое или местное регулирование в узлах присоединения отдельных видов тепловых нагрузок;

- индивидуальное регулирование непосредственно у теплопотребляющих приборов.

Применение многоступенчатого регулирования приводит к снижению расхода теплоты на отопление за счет ликвидации «перетопов» зданий в диапазоне от +8 °С до температуры наружно­го воздуха, соответствующей точке излома графика температур воды, и к снижению расхода теплоносителя на единицу отпущенной теплоты.

Согласно [4], в водяных тепловых сетях следует применять центральное качественное регулирование отпуска теплоты путем изменения температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха.

В водяных тепловых сетях принимают центральное каче­ственное регулирование отпуска теплоты по нагрузке отопления или по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабже­ния.

Если тепловая нагрузка на жилищно-коммунальные нужды составляет менее 65 % от суммарной тепловой нагрузки, а также при отношении , регулирование отпуска теплоты принимают по нагрузке отопления. При этом в тепловой сети поддерживается отопительно-бытовой температурный график.

Построение графика центрального качественного регулиро­вания отпуска теплоты по отопительной нагрузке основано на определении зависимости температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях от температуры наружного воздуха.

Для зависимых схем присоединения отопительных устано­вок к тепловым сетям температуру воды в подающей и обратной магистралях в течение отопительного периода, т.е. в диапазоне температур наружного воздуха +8 – t₀, рассчитывают по выражениям:

, (4.1)

, (4.2)

Δt – температурный напор нагревательного прибора, °С:

, (4.3)

где τ_э ˚C – температура воды в подающем трубопроводе системы отопле­ния после элеватора при t_o,˚C;

τ₂ – температура воды в обратном трубопроводе после системы отопления при t_o,˚C;

Δτ˚C = τ₁- τ₂ – расчетный перепад температур воды в тепловой сети, ˚C

τ₁ – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха t_o;

θ – расчетный перепад температур воды в местной системе отопления, θ = τ_э – τ₂.

Задаваясь различными значе­ниями t_н в пределах от +8 ˚C до t_o, определяют τ_1,0 и τ_2,0и строят отопительный график температур воды в тепловой сети (рис. 4.1).

Рис. 4.1. График температур воды в подающей

и обратной магистралях при центральном

регулировании по отопительной нагрузке

При независимых схемах присоединения отопительных установок к тепловой сети температуру воды в подающей и обратной магистралях определяют по [7, форм.(4.43), (4.44)] или [9, форм.(IV.34), (IV.35)].

Так как по тепловым сетям од­новременно подается тепло на отопление, вентиляцию и горячее водо­снабжение, то для удовлетворения тепловой нагрузки горячего водоснабже­ния необходимо внести коррективы в отопительный график температур воды. Температура нагреваемой воды на выходе из водоподогревателя горячего водоснабжения должна быть 60 – 65 °С, поэтому ми­нимальная температура сетевой воды в подающей магистрали принимается равной 70°С для закрытых систем теплоснабжения. Для этого отопительный график срезается на уровне 70 °С, полученный график температур воды в тепловой сети называется отопительно-бытовым. Температура наружного воздуха, соответ­ствующая точке излома графика, обозначается t΄_н. Точка излома графика делит его на две части с различными режимами регули­рования: в диапазоне температур наружного воздуха от t΄_н до t_o осуществляется центральное качественное регулирование отпуска теплоты, в диапазоне +8 °С - t΄_н – местное регулирование.

При регулировании по отопительной нагрузке водоподогреватели горячего водоснабжения присоединяются к тепловым сетям в зависимости от отношения максимальной тепловой нагрузки горячего водоснабжения Q_hmax к расчетной отопительной нагрузке Q_omax и типа регуляторов по следующим схемам:

– при Q_hmax / Q_omax = 0,2-1,0 – с установкой регулятора рас­хода - по двухступенчатой смешанной схеме;

– то же – с электрон­ным регулятором расхода – по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода воды на ввод;

– при осталь­ных отношениях – по параллельной схеме.

В системах теплоснабжения с жилищно-коммунальной на­грузкой более 65 % от суммарной тепловой нагрузки принимают центральное качественное регулирование отпуска теплоты по сов­мещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

Применение данного метода регулирования позволяет рас­считывать магистральные теплопроводы по суммарному расходу сетевой воды на отопление и вентиляцию, не учитывая расход воды на горячее водоснабжение. Для удовлетворения же нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающем теплопро­воде принимается выше, чем по отопительному графику, и большинство потребителей системы отопления и горячего водоснабжения должны присоединяться к тепловой сети по принципу свя­занной подачи теплоты. При этом строительные конструкции зданий служат аккумуляторами теплоты, выравнивающими неравномерность суточного графика тепловой нагрузки горячего водоснабжения.

Водоподогреватели горячего водоснабжения присоединяются к тепловым сетям в зависимости от отношения максимальной тепловой нагрузки горячего водоснабжения Q_hmax к расчетной отопительной нагрузке Q_omax и типа регуляторов по следующим схемам:

– при Q_hmax / Q_omax = 0,2 -1,0 – с установкой регулятора рас­хода — по двухступенчатой последовательной схеме;

то же – с элек­тронным регулятором расхода теплоты – по двухступенчатой смешанной схеме с ограничением максимального расхода воды на ввод;

при остальных отношениях – по параллельной схеме.

При этом способе регулирования отпуска теплоты в тепловой сети поддерживается повышенный температурный график, кото­рый строится на основании отопительно-бытового температурного графика.

Расчет повышенного температурного графика заключается в определении перепада температур сетевой воды в подогревателях верхней δ₁ и нижней δ₂ ступеней при различных температурах наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего водоснабже­ния.

, (4.4)

где χ – балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность расхода теплоты на горячее водоснабжение в течение суток, χ = 1,2.

Суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступеней δ в течение всего отопительного периода постоянен и определяется по [9, по форм.(IV.71)]:

. (4.5)

Задаваясь величиной недогрева водопроводной воды до тем­пературы греющей воды в нижней ступени подогревателя Δt_н = 5-10 °С, определяют температуру нагреваемой водопроводной воды после нижней (первой) ступени подогревателя t΄ при темпе­ратуре наружного воздуха, соответствующей точке излома гра- фика t΄_н:

, (4.6)

где '(штрих) означает, что значения величин взяты при t΄_н.

Перепад температур сетевой воды в нижней ступени подо­гревателя δ₂, при различных температурах наружного воздуха определяют по выражениям:

при t΄_н –

; (4.7)

при t₀ –

, (4.8)

где t_h – температура воды, поступающей в систему горячего водо­снабжения, °С;

t_c – температура холодной водопроводной воды в отопительный период, °С.

Зная δ΄₂ и δ₂, находят температуру сетевой воды в обратной магистрали по повышенному температурному графику:

, . (4.9)

Перепад температур сетевой воды в верхней (второй) ступени подогревателя при t_o и t΄_н:

, . (4.10)

Температура сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети для повышенного температурного графика:

, . (4.11)

Определив значения температур воды в подающей и обрат­ной магистралях тепловой сети, строят повышенный температур­ный график (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Повышенный температурный график центрального

качественного регулирования для закрытых систем водоснабжения

ПРИМЕР 4.1. Построить для закрытой системы теплоснабжения график центрального качественного регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке (отопительно-бытовой температурный график). Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления t_o= -25 °С, воздуха в отапливаемых помещениях t_i = 18 °С, сетевой воды в подающей и обратной магистралях при t_o: τ₁ = 150 °С, τ₂ = 70 °С.

Потребите­ли присоединены к тепловой сети по зависимым схемам.

Решение. Температуру воды в подающей и обратной магис­тралях в течение отопительного периода, т.е. в диапазоне температур наружного воздуха +8^….–25 °С определяем по формулам (4.1), (4.2). Температурный напор нагревательного прибора находим по формуле (4.3), принимая τ_o = 95 °С:

Δt = (95+70)/2-18 = 64,5 °С.

Расчетный перепад температур воды в тепловой сети:

Δτ = 150 -70 = 80 °С.

Расчетный перепад температур воды в местной системе отопления

θ = 95-70 = 25 °С.

Задаваясь различными значениями t_н, в пределах от +8 °С до –25 °С, определяем τ_1,0 и τ_2,0. Полученные результаты сводим в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Температура сетевой воды в подающем и обратном теплопроводах

tн τ, °С	Температура наружного воздуха, °С
	8	5	0	-5	-10	-15	-20	-25
τ1,0	53,5	63,2	78,4	93,2	107,7	122,0	136,1	150
τ2,0	35,1	39,0	44,9	50,4	55,6	60,6	65,4	70

По полученным значениям строим графики τ_1,0 = f (t_н) и τ_2,0 = f (t_н) (см. рис. 4.2).

Для обеспечения требуемой температуры воды в системе горячего водоснабжения минимальную температуру сетевой воды в подающей магистрали тепловой сети принимаем равной 70 °С. Поэтому из точки, соответствующей 70 °С на оси ординат, проводим горизонтальную прямую до пересечения с температурной кривой для подающей магистрали. Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графика А, обозначается t΄_н и равна +2,5 °С.

ПРИМЕР 4.2. Построить для закрытой системы теплоснабжения график центрального качественного регулирования отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный температурный график). Температуру воды в тепловой сети при регулировании по отопительной нагрузке принять из приме- ра 4.1. Водоподогреватели горячего водоснабжения у абонентов присоединены по двухступенчатой последовательной схеме. Расчетный тепловой поток на отопление Q_omax = 200 кВт, горячее водоснабжение Q_hmax = 50 кВт, балансовый коэффициент χ = 1,2. Температура горячей воды в системе горячего водоснабжения t_h = 55 °С, холодной воды t_c = 5 °С.

Решение. Балансовая тепловая нагрузка горячего водоснабжения = 1,2·50 = 60 кВт.

Суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях нижней и верхней ступеней определяем по формуле (4.8):

δ = 60·(150-70)/200 = 24 °С.

По вычисленным значениям τ_1,0 и τ_2,0 строим отопительно-бытовой температурный график (см. рис. 4.1), по которому устанавливаем, что t΄_н = +2,5 °С, τ΄₁ = 70 °С, τ΄₂ = 42 °С. Принимая подогрев водопроводной воды до температуры греющей воды в подогревателе нижней ступени равным 10°С, находим температуру нагреваемой водопроводной воды после нижней (первой) ступени подогревателя при t΄_н:

t΄ = 42-10 = 32 °С.

По формулам (4.8), (4.9) определяем перепад температур сетевой воды δ₂ в нижней ступени подогревателя:

при t΄_н –

δ΄₂ = 24·(32-5)/(55-5) = 13 °С;

при t_o –

δ₂ = 13·(70-5)/(42-5) = 22,8 °С.

Температуру сетевой воды в обратной магистрали для повышенного температурного графика находим по формуле (4.9):

τ_2П = 70-22,8 = 47,2 °С;

τ΄_2П = 42-13 = 29 °С.

Строим график τ_2П = f(t_н) (см. рис. 4.2). По формуле (4.10) находим перепад температур сетевой воды в верхней ступени подогревателя при t_o и t΄_н:

δ₁ = 24-22,8 = 1,2 °С;

δ΄₁ = 24-13 = 11 °С.

Температуру сетевой воды в подавшей магистрали тепловой сети для повышенного температурного графика вычисляем по фор- муле (4.11):

τ_1П = 150+1,2 = 151,2 °С;

τ΄_1П = 70+11 = 81 °С.

Строим график τ_1П = f(t_н) (см. рис. 4.2).