6.4. Режимы и способы регулирования отпуска теплоты

Зависимость потребления теплоты от климатических условий требует постоянного и целенаправленного регулирования отпуска теплоты, что обеспечивает высокое качество и эффективность теплоснабжения потребителей. Отпуск теплоты источником определяют в соответствии с уравнением:

Q = G (Т₁ - Т₂), (6.3)

где G - расход теплоносителя;

Т₁, Т₂ - температура теплоносителя в прямой и обратной магистрали тепловой сети.

Поэтому в системах теплоснабжения применяют 3 метода регулирования отпуска теплоты:

• качественное, при котором отпуск теплоты регулируется за счет изменения температуры теплоносителя при постоянном его расходе;

• количественное, когда отпуск теплоты регулируется изменением расхода теплоносителя при постоянной температуре;

• количественно-качественное, при котором измеряется как температура, так и расход теплоносителя.

Для двухтрубных водяных тепловых сетей рекомендуется применять центральное качественное регулирования по отопительному графику, которое дополняется групповым регулированием в центральных (рис. 6.2) и индивидуальных тепловых пунктах, а также местным регулированием непосредственно у отдельных теплоиспользующих установок потребителей. Центральное регулирование осуществляется в источнике теплоснабжения за счет изменения параметров теплоносителя. Групповое и местное регулирование должно осуществляться автоматически регуляторами расхода, давления, температуры и напора.

Рис. 6.2. Схема центрального теплового пункта:

1 – задвижка; 2,11 – грязевики; 3 и 4 - подогреватели ГВС

первой и второй ступени; 5 - регуляторы температуры;

6 – циркуляционные насосы ГВС; 7 - подогреватель отопления;

8 - регуляторы температуры; 9 – циркуляционные и 10 - подпиточные насосы системы отопления; 12 - регулятор давления; 13 - тепло счетчик и 14 - водомер

В основе регулирования отпуска теплоты лежит температурный график сети - зависимость температуры теплоносителя в прямой и обратной магистралях от температуры наружного воздуха. Этот график строится для преобладающей отопительной нагрузки, а затем корректируется в зависимости от требований других потребителей.

В основе всех расчетов по регулированию отпуска теплоты на отопление лежит три уравнения теплового баланса здания:

• количество теплоты, теряемое зданием

• Q = q₀ V (t_в - t_н), (6.4)

• количество теплоты, передаваемое от приборов отопления к воздуху

• Q = F k (t_ср - t_в), (6.5)

• количество теплоты, передаваемое от теплоносителя приборам отопления

Q = G c (t_з - t₂), (6.6)

где F - поверхность нагрева приборов отопления;

k - коэффициент теплопередачи прибора отопления;

t_ср=0,5(t₃+t₂) - средняя температура воды в приборах отопления;

t_3,2 - температуры воды в подающей и обратной линиях отопительной системы здания;

G - расход теплоносителя.

Для поддержания постоянной температуры внутри помещений при изменении температуры наружного воздуха необходимо соблюдать тепловое равновесие:

G c (t_з - t₂) = F k (t_ср - t_в) = q₀ V (t_в - t_н), (6.7)

из которого и выводятся зависимости графиков отпуска теплоты t₁ = f(t_н), t₂ = f(t_н) и t₃ = f(t_н). В частности, при подключении систем отопления зданий по зависимой схеме через смесительные устройства (элеватор или подмешивающий насос):

t₃ = t_вр + 0,5(t_3p - t_2p) q + 0,5(t_3p + t_2p - 2 t_3p) qⁿ, (6.8)

t₂ = t₃ - (t_3p - t_2p)q, (6.9)

t₁ = t₃ (1 - U ) - U_см t₂, (6.10)

где p - индекс расчетных значений, соответствующих расчетному режима отпуска теплоты при наружной расчетной температуре самой холодной пятидневки (t_нр );

q - отношение расхода теплоты на отопление при данной температуре к расходу при расчетной температуре наружного воздуха

q = (t_вр - t_н)/(t_вр - t _нр). (6.11)

Зависимость между температурами воды в подающих трубопроводах тепловой сети и местных систем, подсоединенных через смесительное устройство, устанавливается расчетным коэффициентом смешения

U = (t_1p - t_3p)/(t_3p - t_2p). (6.12)

В случае подключения системы отопления по независимой схеме через теплообменник

t₁ = t_вр + (t_1p - t_в) q, (6.13)

t₂ = t₁ - (t_1p - t_2р) q. (6.14)

При расчете графиков отпуска теплоты принимают:

• начало и конец отопительного сезона при среднесуточной температуре наружного воздуха в течение 10 дней ниже +8С;

• расчетная температура воздуха в жилых помещениях t_вр=+18С;

• расчетная температура воды в подающем трубопроводе t_1p по проектным данным (t_1p=95, 110, 120, 130, 140 или 150С);

• расчетная температура в обратном трубопроводе t_2р=70С,

• расчетная температура в системе отопления здания t_зр=95(105)С.

Следовательно, при t_нр температуры теплоносителя t₁ и t₂ достигают максимальных значений. При t_нр=+18⁰С наступает тепловое равновесие, когда t₁ = t₂ = t₃.

При смешанной тепловой нагрузке графики отпуска теплоты корректируются. В частности, если имеется нагрузка горячего водоснабжения, тогда температура теплоносителя должна быть не ниже требуемой для систем ГВС (t₁ = 60-65С в закрытой и t₁ = 70-75С в открытых системах с непосредственным водоразбором) в диапазоне наружных температур выше температуры в точке излома графика (t_и). При низких температурах наружного воздуха t_н < t _и график температура теплоносителя в подающей линии строится по законам изменения отопительной нагрузки.

Групповое и местное регулирование всех видов тепловой нагрузки рекомендуется проводить количественным методом. В качестве импульса для регулирующего устройства следует использовать температуру наружного или внутреннего воздуха отапливаемых помещений. Дополнение центрального качественного регулирования отпуска теплоты групповым (местным) обеспечивает комфортность проживания и экономию энергии в системах теплоснабжения.

Нарушение режима отпуска теплоты, как правило, проявляется в отклонении температуры воды в подающей линии тепловой сети от расчетных значений. Это приводит к изменению температуры в подающем и обратном трубопроводах отопительной системы и, следовательно, температуры воздуха в отапливаемых помещениях

t_в = t_н + (t_вр - t_н) , (6.15)

где t - фактическая температура воды в подающей линии, С.

В результате нарушается тепло влажностный режим эксплуатации ограждающих конструкций зданий, что проявляется в увеличении влажности строительных материалов, глубине промерзания конструкций, повышения теплопроводности материалов и росте тепло потерь здания в 1,5-2 раза. Кроме того, замерзание и оттаивание влаги в порах строительных материалов ведет к ускоренному физическому износу и сокращению долговечности ограждающих конструкций зданий. Чем больше переходов через 0⁰С, выше скорость замерзания и ниже температура, тем больше напряжения в материале и меньше срок службы ограждающих конструкций здания.