ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7918| Title: | Дослідження ефективності роботи системи опалення при змінних параметрах теплової мережі |
| Authors: | Калейніков, Геннадій Євгенійович Галасун, Олександр Володимирович |
| Keywords: | опалення;змінні параметри |
| Issue Date: | 30-Jan-2024 |
| Abstract: | Мета кваліфікаційної роботи магістра є проведення розрахункового аналізу порушення якості теплопостачання при якісно-кількісному регулюванні параметрів теплоносія на прикладі адміністративної будівлі з навантаженням на опалення 0,302 Гкал/год. В результаті виконання роботи було: - визначено граничні та оптимальні значення роботи тепломеханічного обладнання теплового пункту; - проведено оцінку регулювання параметрів системи опалення та визначено відхилення, при яких можливе використання обладнання при зміні температурного режиму теплової мережі; - визначено графіки регулювання опалювального навантаження системи, що розглядається; - розроблено низку рекомендацій та пропозицій, які дозволять забезпечити необхідні експлуатаційні характеристики тепломеханічного обладнання на абонентських вводах будівель при зміні температурного та гідравлічного режиму теплової мережі. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/7918 |
| Appears in Collections: | 144 Теплоенергетика (Теплоенергетика) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Галасун.pdf Restricted Access | 1.37 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій
„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
_______________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“___” ___ 2023 р.
МАГІСТЕРСЬКА КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
на тему:
«ДОСЛІДЖЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ РОБОТИ
СИСТЕМИ ОПАЛЕННЯ ПРИ ЗМІННИХ ПАРАМЕТРАХ
ТЕПЛОВОЇ МЕРЕЖІ»
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
код роботи МКР 23.144.ХХ ПЗ
Спеціальність 144 - Теплоенергетика
Виконавець роботи:
_________________________ Галасун Олександр Володимирович ______________________
(підпис, дата)
Науковий керівник:
_________________Калейніков Г.Е., к.т.н., доц.__________________________
(підпис, дата)
Рецензент:
____________________________________________________________________
(підпис, дата)
Черкаси, 2023 р.
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Черкаський державний технологічний університет
Факультет електронних технологій, автотранспорту та машинобудування
Кафедра Енерготехнологій
„ЗАТВЕРДЖУЮ”
Завідувач кафедри Енерготехнологій
________________ Геннадій КАЛЕЙНІКОВ
“____” _____ 2023 р.
ЗАВДАННЯ
до магістерської кваліфікаційної роботи____________________________________________
(прізвище, ім’я та по-батькові студента)
1. Тема «Підвищення енергетичної ефективності будівель»
затверджена наказом ректора університету від “____”____. 2023 р., №__________
2. Термін здачі студентом завершеної роботи __10.12.2023____________________________
3. Вихідні дані: _система опалення адміністративної будівлі з тепловим навантаженням 0,302
Гкал/год ________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
4. Перелік питань, які повинні бути розроблені в роботі: ______вставити назву
розділів________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
5. Перелік графічного матеріалу___________вставити назву
слайдів________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
6. Консультанти з роботи з зазначенням розділів роботи, які їх стосуються
Підпис, дата
Розділ Консультант завдання видав завдання прийняв
Розділи 1-3 Калейніков Г.Е.
ОП та безпека в НС Цікановський В.Л.
Нормоконтроль
7. Дата видачі завдання “_____”______. 20____ р.
Керівник _____________________
Завдання прийняв до виконання _________________
РЕФЕРАТ
Кваліфікаційна робота магістра на тему «Дослідження ефективності роботи
системи опалення при змінних параметрах теплової мережі» містить 60 сторінок
текстового документа, 16 використаних джерел, 8 малюнків.
Об'єктом дослідження кваліфікованої роботи магістра є адміністративна
будівля з навантаженням на опалення Q = 0,302 Гкал/год.
Мета кваліфікаційної роботи магістра є проведення розрахункового аналізу
порушення якості теплопостачання при якісно-кількісному регулюванні
параметрів теплоносія на прикладі адміністративної будівлі з навантаженням на
опалення 0,302 Гкал/год.
В результаті виконання роботи було:
- визначено граничні та оптимальні значення роботи тепломеханічного
обладнання теплового пункту;
- проведено оцінку регулювання параметрів системи опалення та визначено
відхилення, при яких можливе використання обладнання при зміні
температурного режиму теплової мережі;
- визначено графіки регулювання опалювального навантаження системи, що
розглядається;
- розроблено низку рекомендацій та пропозицій, які дозволять забезпечити
необхідні експлуатаційні характеристики тепломеханічного обладнання на
абонентських вводах будівель при зміні температурного та гідравлічного режиму
теплової мережі.
ЗМІСТ
ВСТУП 4
РОЗДІЛ 1 ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ 5
1.1 Методи регулювання теплового навантаження
1.2 Структура та принцип роботи теплових пунктів 12
1.3 Гідравлічний режим системи теплопостачання 19
1.4 Висновки та постановка задачі дослідження 24
РОЗДІЛ 2 РОЗРАХУНКОВЕ ДОСЛІДЖЕННЯ ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ
ОБЛАДНАННЯ ПРИ РЕЖИМАХ ТЕПЛОВОЇ, ЯКІ ЗМІНЯЮТЬСЯ МЕРЕЖІ 26
2.1 Підбір обладнання індивідуального теплового пункту
проведення аналізу працездатності системи 26
2.2 Оцінка функціонування регулюючої арматури теплового
пункту 31
2.3 Аналіз порушення якості теплопостачання 38
2.4 Висновки за розділом 2 43
РОЗДІЛ 3 РЕГУЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ 45
3.1 Визначення режиму роботи теплообмінного апарату 45
3.2 Регулювання теплового навантаження на опалення 51
3.3 Висновки за розділом 3 56
ВИСНОВОК 58
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 59
МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Галасун О.В. Літ. Арк. Акрушів
Пере вір. Калейніков Г.Є. Зміст
Реценз. магістерської роботи
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
ВСТУП
Центральне теплопостачання міських населених пунктів в Україні
забезпечують теплові джерела (ДРЕС, ТЕЦ, котельні) різної потужності.
Неефективність роботи системи теплопостачання є причиною значного
перевитрати енергетичних та матеріальних витрат, а також погіршення
екологічної ситуації. У зв'язку з подорожчанням палива, збільшенням його
споживання з кожним роком, ускладненням процесу видобутку вуглеводнів, що
залишилися, і посиленням вимог в екологічному законодавстві, ефективне
використання енергетичних ресурсів є актуальним і пріоритетним напрямом
політики держави.
РОЗДІЛ 1. ЕКСПЛУАТАЦІЯ
ЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Галасун О.В. Експлуатація централізованих Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є.
Реценз. систем теплопостачання
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 1. ЕКСПЛУАТАЦІЯ ЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМ
ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
1.1 Методи регулювання теплового навантаження
У зв'язку з різним тепловим навантаженням споживачів, підключених до
теплових мереж (опалення, вентиляція, ГВП), тепловими навантаженнями, що
змінюються за сезонними та добовими графіками, транспортуванням теплоносія
по розгалуженим і протяжним тепловим мережам, інерційністю систем
центрального теплопостачання, забезпеченням споживачів теплом необхідної
кількості існує необхідність ефективного теплопостачання споживачів і розподіл
теплового навантаження між ними, що в системах теплопостачання можливо
здійснити за допомогою регулювання теплового навантаження.
У міських системах теплопостачання джерелом теплоти є котельні, ТЕЦ,
ДРЕС, до яких підключені протяжні теплові мережі з великою кількістю
споживачів, які мають різне навантаження і різні схеми приєднання до теплової
мережі. Теплові мережі поділяють на магістральні, що прокладаються головними
напрямами населених пунктів; розподільні, що прокладаються всередині
кварталу, мікрорайону; та відгалуження до окремих будівель. У практиці
застосовуються схеми теплових мереж радіальні (тупикові), радіально-кільцеві
та кільцеві. Радіальні мережі (рис. 1а) найбільш прості та економічні за
початковими витратами, їх споруджують із поступовим зменшенням діаметрів
теплопроводів у напрямку джерела теплоти. Їхній основний недолік - відсутність
резервування. Відповідно до СНиП 2.04.07-86, щоб уникнути перерв
теплопостачання (у разі аварії на магістралі радіальної мережі припиняється
теплопостачання споживачів на аварійній ділянці) має передбачатися
резервування подачі теплоти споживачам за рахунок улаштування перемичок між
тепловими мережами суміжних районів та спільної роботи джерел тепло кілька).
Радіус дії теплових мереж у багатьох містах дуже значний (15-20 км). Пристрій
перемичок перетворює теплову мережу на радіально-кільцеву, відбувається
частковий перехід до кільцевих мереж (рис. 1б). Для підприємств, у яких не
допускається перерва у теплопостачанні, передбачають дублювання чи кільцеві
(з двосторонньою подачею теплоти) схеми теплових мереж. Хоча кільцювання
теплових мереж суттєво подорожчає їх, проте значно підвищує надійність
теплопостачання, створює можливість резервування підприємства [4].
Рис. 1- Схеми тупикової (а) та кільцевої (б) теплових мереж: 1 - променевий
магістральний теплопровід; 2 – теплові споживачі; 3 – перемички; 4-районні
(квартальні) котельні; 5- секційні камери; 6 – кільцева магістраль; 7 - центральні
теплові пункти [4].
За такої системи надійне та якісне теплопостачання споживачів можливе при
центральному регулюванні теплового навантаження. Способи регулювання
теплового навантаження у вітчизняних системах теплопостачання були
розроблені у 50-ті роки XX ст. та розвивалися одночасно із зростанням міст,
розвитком теплофікації, появою різних теплових навантажень опалення,
гарячого водопостачання та вентиляції, у зв'язку з цим з'явилася додаткова
необхідність урахування навантажень гарячого водопостачання та вентиляції у
балансі навантажень систем теплопостачання. У зв'язку з виникненням
необхідності подачі споживачам теплоносія з різною розрахунковою
температурою при розподілі теплового навантаження (при розрахунковій
температурі зовнішнього повітря для проектування опалення максимальний
температурний графік відповідно до СНиП 41-01-2003 "Теплові мережі" може
становити 150/70°С , температурний графік для внутрішньої системи опалення
приймається 105/70°С та 95/70°С, на гаряче водопостачання, необхідно подавати
воду з температурою: для закритих систем теплопостачання – не менше 70°С, для
відкритих систем теплопостачання – не менше 60° З, для закритих і відкритих не
більше 75 °C), компенсації добової нерівномірності навантажень опалення та
гарячого водопостачання, яка стала причиною коливань температури
внутрішнього повітря в приміщеннях, вдосконалення способів регулювання
теплового навантаження полягало в розробці умов роботи систем
теплопостачання з різнорідними навантаженнями та коригування їх розрахунку.
Централізовано регулювати теплове навантаження споживачів можливо
зміною витрати первинного теплоносія або його температури. Змінювати
коефіцієнт теплопередачі теплообмінника або опалювального приладу та
кількість годин їх роботи можна лише безпосередньо у споживачів або на
тепловому введенні абонентської установки, здійснюючи місцеве або
індивідуальне регулювання.
Залежно від місця здійснення регулювання розрізняють центральне,
групове, місцеве та індивідуальне регулювання. Для ефективнішого
теплопостачання центральне регулювання доповнюється груповим, чи
індивідуальним, т. е. здійснюється комбіноване регулювання. Комбіноване
регулювання, що складається з декількох ступенів, що взаємно доповнюють один
одного, створює найбільш повну відповідність між відпусткою тепла та
фактичним теплоспоживанням. За способом здійснення регулювання може бути
ручним та автоматичним [1].
Центральне регулювання виконують на теплоджерелі (ТЕЦ, котельня) за
навантаженням, що переважає, для більшості споживачів. У міських теплових
мережах таким навантаженням може бути опалення або спільне навантаження
опалення та гарячого водопостачання. Залежність температури мережі від
температури зовнішнього повітря, необхідна реалізації центрального
регулювання теплової навантаження, називається температурним графіком.
Вибір будь-якого температурного графіка здійснюється на підставі техніко-
економічних розрахунків, оскільки від параметрів графіка залежить
економічність роботи теплоджерела, рівні максимально та мінімально
допустимих напорів у тепломережі, капіталовкладення у системи
теплопостачання, пов'язані з підбором діаметрів теплової мережі та обладнання
абонентських вводів, витрати на транспорт теплоносія, питома витрата мережної
води на абонентську установку, теплові втрати у тепловій мережі.
При центральному регулюванні теплового навантаження, для підтримки
постійної температури внутрішнього повітря при температурі зовнішнього
повітря, що змінюється, регулювання можливо здійснити різними способами:
зміною температури теплоносія - якісний метод, зміною витрати теплоносія -
кількісний метод і спільною зміною температури і витрати теплоносія - якісно -
кількісний метод, періодичним відключенням систем, т. е. перепустками подачі
теплоносія - регулюванням перепустками [7].
Якісне регулювання здійснюється зміною температури теплоносія при його
постійному витраті в магістралі, що подає. У системах централізованого
теплопостачання джерело тепла і теплоприймачі розміщені на значній відстані
один від одного, збільшення з будь-якої причини витрати мережної води у
абонентів, розташованих ближче до джерела, призводить до значного зниження
наявних напорів і порушення циркуляції теплоносія у абонентів, підключених до
кінцевих ділянок. тепломережі. При якісному регулюванні теплового
навантаження створюються найбільш сприятливі гідравлічні умови для всіх
абонентських установок, що досягається сталістю витрати мережевої води в
системі теплопостачання, зі зміною температури зовнішнього повітря
змінюється температура мережевої води, як подачі, так і в зворотній магістралі.
Широкому застосуванню якісного методу регулювання як основного способу
центрального регулювання теплового навантаження також сприяли невисокі ціни
на паливно-енергетичні ресурси, відсутність гострої необхідності
енергозбереження в енергетичній галузі та недосконалість або відсутність
приладів автоматичного регулювання витрати та температури у абонентів.
Зазвичай, при якісному регулюванні застосовується температурний графік Т1 '
/Т2' =150/70 °C. Цей графік був регламентований СНиП 2.04.07-86*, що діяв
раніше, і прийнятий як розрахунковий при проектуванні більшості вітчизняних
систем теплопостачання. Обґрунтуванням техніко-економічного вибору даного
графіка є те, що при його використанні виходить найбільша величина
комбінованого вироблення електроенергії на тепловому споживанні. У ряді
випадків на ТЕЦ застосовується температурний графік 150/70 °C із зрізанням при
120, 130, 135 або 140 °C. При техніці-економічному обґрунтуванні можливе
застосування температурних графіків без зрізання з нижчою температурою
мережної води в магістралі тепломережі, що подає, наприклад, з параметрами Ті
' /Т2' = (95, 105, 130, 140) /70 °C.
Принцип стабільності гідравлічного режиму теплових мереж і постійної
витрати води в них висувався свого часу, головним чином, для підтримки
постійної витрати води в опалювальних системах, оскільки передбачалося, що
постійна витрата води в опалювальних системах забезпечує найкращий режим їх
експлуатації. Істотним недоліком якісного способу регулювання є те, що
збереження витрати води постійним за підвищених температур зовнішнього
повітря призводить до перегріву опалювальних приладів. Підтримка постійної
витрати води в опалювальних системах протягом усього опалювального періоду
не забезпечує нагрівальних приладів, розташованих на різних поверхах
рівномірного прогріву [1].
Кількісне регулювання відпустки тепла здійснюється зміною витрати
теплоносія через місцеві установки споживачів залежно від температури
зовнішнього повітря при незмінній його температурі в магістралі, що подає. При
кількісному регулюванні від зовнішньої температури залежить лише
температура зворотної мережної води.
Якісно-кількісне регулювання виконується шляхом спільної зміни
температури та витрати теплоносія в залежності від температури зовнішнього
повітря. Способи кількісного та якісно-кількісного регулювання теплового
навантаження практично не набули поширення у вітчизняних системах
теплопостачання. Одним із факторів, що стримують розвиток цих способів
регулювання, була відсутність необхідних приладів автоматичного регулювання
параметрів теплоносія на абонентських вводах та окремих споживачів.
Система теплопостачання з розгалуженими протяжними тепловими
мережами характеризується значною тепловою інертністю: час руху потоку
теплоносія від теплоджерела до найбільш віддаленого споживача може досягати
декількох годин. Тому при якісному способі теплове навантаження регулюють за
середньодобовою або середньою за кілька (8-12) годин температурі зовнішнього
повітря, що призводить до невідповідності температури мережної води
температурі зовнішнього повітря та порушення температурного режиму
приміщень найбільш віддалених споживачів.
На зміну тиску води система теплопостачання реагує значно швидше
приблизно зі швидкістю звуку, яка у воді становить 1500 м/с. Таким чином,
система теплопостачання при кількісному та якісно-кількісному регулюванні
зможе швидше зреагувати на зміну температури зовнішнього повітря, ніж при
якісному регулюванні. Змінна витрата мережної води при кількісному та якісно-
кількісному регулюванні можна організувати такими способами: зміною числа
оборотів насосів; зміною числа паралельно працюючих насосів; установкою на
теплоджерелі насосів із різними характеристиками.
Найбільш економічним є регулювання продуктивності насосів зміною їх
оборотів. При такому регулюванні залежність витрати води в тепловій мережі від
напору на станції буде найбільш близька до розрахункової. Плавна зміна напору
дозволить уникнути дроселювання надлишкового напору, а отже, гідравлічних
втрат. Зміною кількості паралельно працюючих насосів з однаковими
характеристиками можна організувати тільки ступінчасте регулювання, що
вимагатиме дроселювання надлишкового напору в регулюючих клапанах або
запірній арматурі і призведе до зниження ККД насосів. Дроселювання
пояснюється невідповідністю витрати води, що визначається температурним
графіком, продуктивності насосів, що виникне при встановленні на станції
насосів з однаковою характеристикою.
Найкращі результати можуть бути отримані, якщо для кожного ступеня
регулювання витрати води буде встановлений насос із відповідною
характеристикою. У разі застосування на теплоджерелі насосів з різною
продуктивністю дроселювання надлишкового напору також буде необхідним, але
за рахунок підбору характеристик насосів ці втрати можна звести до мінімуму.
Тому економічніше встановлювати на станції насоси з різними характеристиками
для кожного ступеня регулювання, ніж кілька паралельно працюючих насосів:
втрати енергії на дроселювання надмірного напору зменшаться.
Необхідно відзначити, що підтримання постійної температури в магістралі,
що подає, може призвести до збільшення теплових втрат в тепловій мережі.
Однак застосування сучасних конструкцій теплопроводів, зокрема з
пінополіуретановою теплоізоляцією, дозволяє звести теплові втрати до
мінімальних значень. Так само, необхідною умовою ефективного застосування
кількісного та якісно-кількісного способів регулювання теплового навантаження
є 100% автоматизація теплових пунктів та місцевих абонентських установок [7].
Уривчасте регулювання досягається періодичним відключенням систем,
тобто пропусками подачі теплоносія, у зв'язку з чим цей метод називається
регулюванням пропусками. Центральні перепустки можливі лише в теплових
мережах з однорідним теплоспоживанням, що допускає одночасні перерви у
подачі тепла. У сучасних системах теплопостачання з різнорідним тепловим
навантаженням регулювання перепустками використовується для місцевого
регулювання [1].
1.2 Структура та принцип роботи теплових пунктів
Крім центрального, регулювання теплового навантаження виконується в
теплових пунктах, які є вузлами підключення споживачів теплової енергії до
теплових мереж і призначені для підготовки теплоносія, регулювання його
параметрів перед подачею до місцевих систем. Від правильної роботи теплових
пунктів залежать надійне функціонування та техніко-економічні показники всієї
системи централізованого теплопостачання.
Групове регулювання проводиться в центральних теплових пунктах (ЦТП)
для групи споживачів (кілька будівель, кварталу або мікрорайону), що дозволяє
винести циркуляційні насоси систем гарячого водопостачання і весь вузол
приготування гарячої води з підвалів будинків в окрему будівлю, з метою
запобігання перевищенню рівнів. та вібрації, що допускаються ГОСТ 12.1.003,
ГОСТ 12.1.012 та СНиП П-12-77 у будівлях із вбудованими тепловими пунктами
та прилеглими до теплових пунктів.
Опалювальні системи в кожній будівлі приєднують до квартальної мережі
через елеватори, через вузли змішування або безпосередньо до теплової мережі.
У ЦТП підтримуються необхідні витрати і температура теплоносія, що надходить
у розподільні або внутрішньоквартальні мережі. Розрахункова температура води
в трубопроводах водяних теплових мереж після ЦТП при приєднанні систем
опалення будівель за залежною схемою повинна прийматися рівною
розрахунковій температурі води в трубопроводі теплових мереж, що подає, до
ЦТП, але не вище 150 °С.
У закритих системах теплопостачання рекомендується передбачати один
ЦТП на мікрорайон або групу будівель із витратою теплоти в межах 12-35 МВт
(за сумою максимального теплового потоку на опалення та середнього теплового
потоку на гаряче водопостачання). При теплопостачанні від котелень потужністю
35 МВт і менше рекомендується передбачати у будівлях лише ІТП. Приєднання
систем опалення, вентиляції, гарячого водопостачання та технологічних
тепловикористовувальних установок однієї будівлі або її частини здійснюється в
індивідуальних теплових пунктах (ІТП). Пристрій ІТП є обов'язковим для кожної
будівлі незалежно від наявності ЦТП, при цьому в ІТП передбачаються лише ті
функції, які необхідні для приєднання систем споживання теплоти даної будівлі
та не передбачені в ЦТП.
Дозволяється пристрій ЦТП для приєднання систем теплоспоживання однієї
будівлі, якщо для цієї будівлі потрібний пристрій кількох ІТП [2]. У теплових
пунктах передбачається розміщення обладнання, арматури, приладів контролю,
управління та автоматизації, за допомогою яких здійснюється:
- Перетворення виду теплоносія або його параметрів; контроль параметрів
теплоносія;
- облік теплових потоків, витрат теплоносія та конденсату;
- регулювання витрати теплоносія та розподіл за системами споживання
теплоти (через розподільні мережі у ЦТП або безпосередньо у системи ІТП);
- Захист місцевих систем від аварійного підвищення параметрів теплоносія;
- заповнення та підживлення систем споживання теплоти;
- збирання, охолодження, повернення конденсату та контроль його якості;
акумулювання теплоти;
- Водопідготовка для систем гарячого водопостачання.
Прилади контролю параметрів теплоносія та обліку витрати теплоти слід
передбачати у всіх теплових пунктах. Склад обладнання, встановленого у
тепловому пункті, залежить від схем підключення систем опалення та гарячого
водопостачання, параметрів теплоносія, режимів споживання тепла та інших
факторів.
Для приєднання систем опалення з розрахунковою температурою води
нижче температури в трубопроводі подачі тепломережі за залежною схемою
встановлюють елеватори, прості і надійні в експлуатації і забезпечують сталість
коефіцієнта змішування при зміні теплового режиму мереж.
Для підвищення тиску в падаючому або зниження тиску в зворотному
трубопроводах, а також для циркуляції води в системах гарячого водопостачання
або підвищення тиску водопровідної води, що використовується на гаряче
водопостачання, замість елеваторів в теплових пунктах застосовують насоси.
Змішувальні насоси підбирають за кількістю води, що підмішується, і
гідравлічному опору опалювальної системи. Насоси на трубопроводі, що подає і
зворотному, підбираються за величиною недостатнього або надлишкового
напору в місцевій установці. Продуктивність цих насосів приймається
відповідно до необхідної витрати води у системі [2].
На абонентських вводах центральне регулювання доповнюється місцевим
та індивідуальним регулюванням до необхідних теплових та гідравлічних
режимів теплової мережі споживачів, у яких здійснюється ручне або автоматичне
регулювання.
В даний час автоматизація теплових пунктів здійснюється дуже активно. На
ринку представлений широкий асортимент різного обладнання, від багатьох
виробників, таких як Segnetic, МЗТА, ОВЕН, Clorius, Honeywell, Siemens,
Schneider electric, Danfoss та ін. На Рис. 2 і Рис. 3 представлені типові
технологічні схеми індивідуальних теплових пунктів.
Рис. 2 - Технологічна схема автоматизованого теплового пункту при закритій
системі теплопостачання та залежному приєднанні системи опалення до теплової
мережі
Рис. 3 - Технологічна схема автоматизованого теплового пункту при
відкритій системі теплопостачання та незалежному приєднанні системи
опалення до теплової мережі.
Залежно від прийнятої технологічної схеми теплового пункту тип вузлів, що
застосовуються, їх кількість і поєднання можуть змінюватися в широких межах.
При цьому вузли введення теплової мережі, обліку теплоспоживання та
узгодження тиску є обов'язковою приналежністю будь-якого теплового пункту
[6].
Роботою автоматизованого теплового пункту управляє програмований
контролер, до якого підключені електропривод клапана, що впливає на відбір
теплоносія з теплової мережі, датчик температури зовнішнього повітря і датчик
температури теплоносія, що надходить в систему опалення. У контролер
вноситься залежність температури теплоносія на вході в систему опалення від
зовнішньої температури.
Контролер із певною періодичністю вимірює температуру зовнішнього
повітря і порівнює фактично вимірювану температуру теплоносія із заданим для
поточних умов значенням. Окрім регулювання теплового споживання,
автоматика на вводах виконує захист місцевих систем від аварії, розрегулювань
та спорожнень. Найбільш поширеним методом регулювання відпуску теплоти в
систему централізованого теплопостачання сучасних міст з різнорідним
тепловим навантаженням (опалення, гаряче водопостачання, вентиляція) є
поєднання центрального якісного регулювання опалювального навантаження або
за сумарним навантаженням опалення та гарячого водопостачання з груповим
або місцевим кількісним навантаженням.
Вибір основного параметра для автоматичного регулювання залежить від
типу та режиму роботи установки. В установках гарячого водопостачання як
такий параметр вибирається температура води після підігрівача в закритих
системах або після змішувального пристрою у відкритих системах. У
вентиляційних установках як основний параметр вибирається температура
повітря після калориферів. Для регулювання опалювального навантаження вибір
параметра складніший, оскільки температура в окремих приміщеннях
опалюваних будинків може суттєво відрізнятися і залежить не тільки від
кількості теплоти, поданої до будівлі, а й від якості роботи опалювальної
установки будівлі, умов експлуатації окремих приміщень, побутових
тепловиділень. Тому для економічного здійснення опалювального навантаження
необхідно на додаток до групового та (або) місцевого регулювання здійснювати
індивідуальне регулювання окремих приміщень або окремих зон кожної будівлі.
При використанні зовнішньої температури або інтегрального
метеорологічного показника регулювання опалювального навантаження як
параметра для автоматичного регулювання здійснюється за розрахунковою
програмою в якій закладено режими теплоспоживання, характеристики
обладнання групової або місцевої підстанції та теплотехнічні характеристики
конструкцій, що захищають, і акумулюючої здатності будівлі. Програмою
визначається витрата мережної води при різних зовнішніх температурах.
Розрахунок відбуваються з урахуванням постійної відповідності температури
води в трубопроводі теплової мережі, що подає, температурі зовнішнього
повітря. При відхиленні фактичної температури води в тепловій мережі від
розрахункової для цієї температури зовнішнього повітря виникає небаланс
теплоти у всіх опалювальних будинках. У великих міських системах
централізованого теплопостачання зазвичай здійснюється центральне якісне
регулювання за суміщеним навантаженням опалення та гарячого
водопостачання. Сучасні методи розрахунку дозволяють при заданому
температурному графіку центрального якісного регулювання визначити для
кожної будівлі або групи будівель необхідну витрату мережної води за будь-якої
зовнішньої температури при заданому відносному навантаженні гарячого
водопостачання. Ці витрати води закладаються в програму групового або
місцевого кількісного регулювання, що працює за зовнішньою температурою
повітря, яка вимірюється за допомогою інерційного датчика температур.
Застосування системи автоматичного програмного регулювання опалення
дозволяє здійснювати подальше вдосконалення режиму опалення, наприклад,
знижувати температуру повітря в житлових будинках у нічний час або знижувати
відпустку теплоти на опалення промислових та адміністративних будівель у
неробочий час, що забезпечує додаткову економію теплоти та створення
комфортних умов. Для цієї мети в схему електронного пристрою вводиться
додаткове реле часу, яке певний час знижує на певне значення витрата мережної
води на опалення. Автоматизовані індивідуальні теплові пункти забезпечують
ефективне енергозбереження завдяки збалансованій роботі режимів. Головним
фактором, який обмежує їх застосування на сьогоднішній день, є висока вартість
даного обладнання, що не дозволяє на сьогоднішній день провести
реконструкцію теплових пунктів та здійснити перехід усіх споживачів на закриту
систему ГВП. У той же час велика кількість споживачів залишається
обладнаними елеваторними вузлами.
1.3 Гідравлічні режими теплової мережі
Взаємозв'язок між витратою теплоносія та тиском у різних точках системи в
даний момент часу визначається гідравлічним режимом. Розрахунковий
гідравлічний режим характеризується розподілом теплоносія відповідно до
розрахункового теплового навантаження абонентів. Тиск у вузлових точках
мережі та на абонентських вводах дорівнює розрахунковому. Наочне уявлення
про цей режим дає п'єзометричний графік, побудований за даними гідравлічного
розрахунку.
Однак у процесі експлуатації витрата води у системі змінюється. Змінна
витрата викликається нерівномірністю водоспоживання на гаряче
водопостачання, наявністю місцевого кількісного регулювання різнорідного
навантаження, і навіть різними перемиканнями у мережі. Зміна витрати води та
пов'язана з ним зміна тиску призводять до порушення як гідравлічного, так і
теплового режиму абонентів. Розрахунок гідравлічного режиму дає можливість
визначити перерозподіл витрат і тисків у мережі та встановити межі допустимої
зміни навантаження, що забезпечують безаварійну експлуатацію системи.
Розрахунок гідравлічного режиму виходить з основних рівняннях
гідродинаміки. У теплових мережах, як правило, має місце квадратична
залежність падіння тиску ДР (Па) від витрати:
∆�� = ����2, (2)
де S - характеристика опору, що є падіння тиску при одиниці витрати
теплоносія, Па/(м/3ч)2;
V - витрата теплоносія, м3/год.
На основі розрахунку гідравлічного режиму вирішується ціла низка питань,
пов'язаних з експлуатацією системи теплопостачання, а саме: можливість
приєднання нових абонентів до існуючої мережі, аварійне резервування системи,
перевіряється робота мережі за максимального водорозбору на гаряче
водопостачання. Також для забезпечення розрахункового гідравлічного режиму
відповідно до СНиП 41¬02-2003 необхідно дотримуватися таких умов:
- статичний тиск у системах теплопостачання при теплоносії воді має
визначатися для температури мережної води, яка дорівнює 100 °С;
- слід виключати при статичних режимах неприпустиме підвищення тиску у
трубопроводах та устаткуванні;
- тиск води у зворотних трубопроводах водяних теплових мереж відкритих
систем теплопостачання у неопалювальний період, а також у подавальному та
циркуляційному трубопроводах мереж гарячого водопостачання слід приймати
не менше ніж на 0,05 МПа більше статичного тиску систем гарячого
водопостачання споживачів;
- тиск води в трубопроводах водяних теплових мереж при роботі мережевих
насосів повинен прийматися, виходячи з умов невкипання води при її
максимальній температурі в будь-якій точці трубопроводу, що подає, в
обладнанні джерела теплоти і в приладах систем споживачів, безпосередньо
приєднаних до теплових мереж;
- тиск води у зворотних трубопроводах водяних теплових мереж при роботі
мережевих насосів повинен бути надлишковим (не менше 0,05 МПа) та на 0,1
МПа нижче за допустимий тиск у системах тепловикористання споживачів;
- тиск води у зворотних трубопроводах водяних теплових мереж відкритих
систем теплопостачання у неопалювальний період, а також у подавальному та
циркуляційному трубопроводах мереж гарячого водопостачання слід приймати
не менше ніж на 0,05 МПа більше статичного тиску систем гарячого
водопостачання споживачів;
- при визначенні напору мережевих насосів перепад тисків на введенні
двотрубних водяних теплових мереж у будівлі (при елеваторному приєднанні
систем опалення) слід приймати рівним розрахунковим втратам тиску на
введенні та місцевій системі з коефіцієнтом 1,5, але не менше 0,15 МПа.
Рекомендується надмірний тиск гасити в теплових пунктах будівель.
При підключенні за залежною схемою гідравлічні умови роботи теплових
мереж мають прямий вплив на системи опалення. У цьому випадку
застосовується безпосереднє (враховується вимоги дод.11 СНиП 2.04.05-91* про
забезпечення невскипаемости перегрітої води при динамічному та статичному
режимах системи), або елеваторне приєднання систем опалення житлових та
громадських будівель до теплової мережі.
Перевагою залежної схеми приєднання є простота та відносно невисока
вартість абонентських установок порівняно із незалежною схемою. Крім того,
при залежному приєднанні в абонентській установці може бути отриманий
більший, ніж при незалежному приєднанні, перепад температур мережної води,
що сприяє зниженню витрат води в тепломережі і, відповідно, зменшенню
діаметрів трубопроводів тепломережі та зниженню капітальних витрат у теплові
мережі.
Основним недоліком залежних схем приєднання опалювальних установок є
вплив гідравлічного режиму роботи теплових мереж на режим роботи системи,
низька механічна міцність опалювальних приладів. до 1,0 МПа [1]) суттєво
знижує надійність роботи та ускладнює експлуатацію великих систем
теплопостачання, що пояснюється наявністю великої кількості абонентів з
різнорідним тепловим навантаженням та протяжних систем транспорту теплоти.
Істотним недоліком залежної схеми приєднання з елеваторним змішуванням
є також неможливість застосування місцевого регулювання теплового
навантаження опалювальної системи, т.к. при зміні витрат мережної води через
елеватор може статися припинення циркуляції води в системі опалення,
перекидання циркуляції або спорожнення системи опалення.
Безпосереднє приєднання при залежному приєднанні опалювальних
установок застосовують, в системах опалення промислових підприємств, в
житлових і громадських будинках, при температурі води в магістралі подачі
тепломережі не перевищує 95-105°С. При температурі мережевої води в
магістралі, що подає тепломережі перевищує 105°C і наявному натиску на
введенні достатньому для роботи струминного насоса - елеватора (10-15 м. вод.
ст.), використовують елеваторне приєднання до тепломережі. Необхідна
температура води, що надходить у систему опалення, при елеваторному
підключенні досягається за рахунок змішування в елеваторі високотемпературної
мережної води з магістралі, що подає, з зворотною водою із системи опалення.
Для унеможливлення припинення циркуляції в системі опалення внаслідок
припинення подачі мережної води через елеватор на абонентському введенні
замість елеватора встановлюється насос змішувача. При аварійному відключенні
теплової мережі такий насос здійснює циркуляцію води в системі опалення, що
запобігає заморожуванню протягом досить тривалого часу (8-12 годин).
Змішувальні насоси для систем опалення встановлюються як на перемичці
між подавальним і зворотним трубопроводами, при напорі перед вузлом
змішування, достатньому для подолання гідравлічного опору системи опалення і
теплових мереж після ЦТП, і при тиску в зворотному трубопроводі теплової
мережі після теплового пункту не менше ніж на 0,05 МПа вище статичного тиску
в системі опалення, так і на зворотному трубопроводі перед вузлом змішування
або на трубопроводі, що подає після вузла змішування при наявному натиску
перед вузлом змішування, недостатньому для подолання гідравлічного опору,
системи опалення і теплових мереж після ЦТП.
Приєднання систем опалення за незалежною схемою дозволяє виключити
вплив гідравлічного режиму тепломережі та вплив добової нерівномірності
навантаження гарячого водопостачання на роботу систем опалення, що
обґрунтовується підвищенням вимог до надійності теплопостачання. Відповідно
до СНиП 2.04.07-86* "Теплові мережі", за незалежною схемою допускається
приєднувати системи опалення та вентиляції будівель з числом поверхів 12 і
вище, а також при обґрунтуванні системи опалення та вентиляції інших
споживачів теплоти. Основним елементом незалежної схеми приєднання є
проміжний теплообмінник - водо-водяний підігрівач, в якому вода, що циркулює
в системі опалення, нагрівається до необхідної температури. Як гріюче
середовище в такому теплообміннику використовується мережева вода.
Циркуляція води у системі опалення здійснюється за допомогою насоса. У
теплових пунктах застосовуються водяні горизонтальні секційні кожухотрубні
або пластинчасті водопідігрівачі.
Для водо-водяних підігрівачів слід приймати протиточну схему потоків
теплоносіїв. При незалежному приєднанні систем опалення потрібні додаткові
капіталовкладення системи теплопостачання, ускладнюється експлуатація
обладнання теплових пунктів та абонентських установок за рахунок появи
додаткових елементів: проміжного теплообмінника та циркуляційного насоса.
Також, при незалежній схемі приєднання може виникнути необхідність роботи
системи теплопостачання за підвищеним температурним графіком для
компенсації недогріву в проміжному теплообміннику.
Незалежна схема приєднання опалювальних установок має цілу низку
переваг: суттєве підвищення надійності роботи систем теплопостачання,
можливість підтримувати рівень тисків, що не перевищує допустимий за умов
механічної міцності опалювальних приладів, підвищується надійність роботи
систем опалення за рахунок унеможливлення спорожнення. Можливість
застосування місцевого регулювання при незалежному приєднанні дозволяє
підвищити якість роботи опалювальних установок за рахунок виключення
коливань температури внутрішнього повітря опалюваних приміщень щодо
значень, визначених СНіП та санітарно-гігієнічними нормами.
1.4 Висновки та постановка задачі
1. Показники якості теплової енергії визначаються межі експлуатаційної
відповідальності. Як цей кордон приймається лінія поділу елементів системи
теплопостачання за ознакою обов'язків експлуатації її елементів.
2. Для житлових і громадських будівель важливим критерієм щодо
параметрів теплоносія є дотримання санітарних норм в опалюваних
приміщеннях, а також у системі гарячого водопостачання. У будівельних нормах
та правилах рекомендується використовувати в системах опалення будівель як
теплоносій воду з температурою від 85 до 105°С.
3. Якість теплової енергії характеризується термодинамічних властивостей
і параметрів теплоносія, які визначаються в залежності від температури
зовнішнього повітря. Основними показниками є витрата теплоносія та його
температура.
4. Під час проектування системи опалення та теплового вузла на
абонентському вводі для міста Красноярська приймається графік
централізованого якісного регулювання 150/70°С. Відповідно при розрахунковій
температурі зовнішнього повітря мінус 37 °С, на межі експлуатаційної
відповідальності, температура в трубопроводі, що подає теплова мережа повинна
становити 150°С, що не відповідає насправді.
Метою кваліфікаційної роботи магістра є проведення розрахункового
аналізу порушення якості теплопостачання за зміни температурного графіка
якісно-кількісного регулювання параметрів теплоносія на прикладі типової
адміністративної будівлі з навантаженням на опалення 0,302 Гкал/год.
Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:
1. Відповідно до вимог, викладених у СП 41-101-95 «Проектування теплових
пунктів» виконати розрахунок та підбір обладнання індивідуального теплового
пункту, приєднаного до теплової мережі за незалежною схемою.
2. Виконати розрахунок впливу змінних параметрів теплової мережі на
режим роботи підібраного тепломеханічного обладнання та забезпеченості
необхідної температури в опалюваних приміщеннях.
3. Розробити рекомендації для забезпечення необхідного навантаження на
опалення будівель при змінних параметрах теплової мережі.
РОЗДІЛ 2. РОЗРАХУНКОВИЙ АНАЛІЗ
ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ ОБЛАДНАННЯ ПРИ
ТЕМПЕРАТУРНИХ РЕЖИМАХ ТЕПЛОВОЇ
МЕРЕЖІ, ЩО ЗМІНЯЮТЬСЯ
МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Галасун О.В. Розрахунковий аналіз Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є. параметрів роботи обладнання
Реценз. при температурних режимах
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
теплової мережі
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 2. РОЗРАХУНКОВИЙ АНАЛІЗ ПАРАМЕТРІВ РОБОТИ
ОБЛАДНАННЯ ПРИ ТЕМПЕРАТУРНИХ РЕЖИМАХ ТЕПЛОВОЇ
МЕРЕЖІ, ЩО ЗМІНЯЮТЬСЯ
В даний час ще немає єдності думок щодо формулювання поняття «якість
теплопостачання». Для споживачів неважливо, яка буде якість тепла та
теплоносія, для нього важливо, щоб у квартирі було тепло, коли на вулиці
холодно. Під якістю теплопостачання слід розуміти сукупність властивостей
системи теплопостачання, що зумовлюють надійне постачання споживачів
тепловою енергією у необхідній кількості та необхідної якості відповідно до
заданого режиму функціонування. Якість теплопостачання має враховувати
надійність постачання за обов'язкового дотримання режиму відпустки тепла
споживачам. Для оцінки даного параметра при температурних режимах теплової
мережі, що змінюються, необхідно розглянути режими роботи тепломеханічного
обладнання індивідуального теплового пункту та системи опалення
адміністративної будівлі.
2.1. Підбір обладнання індивідуального теплового пункту для аналізу
працездатності системи
Аналіз параметрів якості теплопостачання розглянемо на прикладі
індивідуального теплового пункту забезпечує нагрівання двотрубної системи
опалення з навантаженням Q0T = 0,302 Гкал/год, підключеної до системи
теплопостачання за незалежною схемою, представленою на Рис. 4.
Рис. 4 - Принципова схема індивідуального теплового пункту, що
розглядається.
Проект індивідуального теплового пункту (ІТП) складено з урахуванням
вимог, викладених у СП 41-101-95 "Проектування теплових пунктів". Згідно з
методикою описаної у зведенні правил, розрахункова максимальна витрата води
на опалення з теплової мережі визначається за формулою:
3,6∗��
�� = от
0 , (1)
(��1−��2)∗��
Циркуляційна витрата на внутрішньому контурі системи опалення
визначається за формулою: де G0 - максимальна витрата води на опалення з
теплової мережі, кг/год;
3,6∗��
��0=
от , (2)
(��1−��2.1)∗��
QOT: – максимальний тепловий потік на опалення, Вт;
t1 - температура води в трубопроводі теплової мережі, що подає, при
розрахунковій температурі зовнішнього повітря, °С;
t2 - температура води у зворотному трубопроводі теплової мережі при
розрахункової температури зовнішнього повітря, °С;
t11 - температура води в трубопроводі внутрішнього контуру системи
опалення при розрахунковій температурі зовнішнього повітря, °С; t2.i -
температура води у зворотному трубопроводі внутрішнього контуру системи
опалення при розрахунковій температурі зовнішнього повітря, °С; с - питома
теплоємність води, кДж/(кг · ° С).
Розрахункова, циркуляційна витрата у внутрішньому контурі системи
опалення будівлі, при температурному графіку 95/70 °С, при навантаженні на
опалення 0,302 Гкал, згідно з формулою 2 становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 10,067 �� = 10,272 м3/ч
(��1 − ��2) (95 − 65)
Втрати напору в системі опалення та на місцевих опорах перед насосом
становлять 9,5 м. в. ст. Необхідний напір, що розвивається насосом, із запасом
1,5 м. в. ст. становитиме 11 м. в. ст. таким характеристикам відповідає насос
Magna 1 40-180 F компанії Grundfos. Витратно напірна характеристика і робоча
точка насоса представлена на Рис. 5.
Для підбору регулюючого клапана та клапана-регулятора перепаду тиску
необхідно визначити розрахункову витрату води на опалення з теплової мережі
при температурному графіку 150/70 °С при максимальному навантаженні на
опалення 0,302 Гкал, згідно з формулою 1:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 3,775 �� = 3,852 м3/ч
(��1 − ��2) (150 − 70)
Підбір діаметра регулюючого клапана провадиться за значенням
розрахункової пропускної здатності:
��от 3,852
������ = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 5,96 м3/ч
√(∆��) √0,55
Втрати тиску на повністю відкритому клапані:
��� 3,852
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,058 бар
������ 16
Регулюючий клапан підібрано з урахуванням максимальної витрати. Втрати
тиску в клапані при максимальній витраті прийнято 0,3 бар. Таким
характеристикам відповідає клапан VM 2, DN-25MM, Kvs=6,3 м3/год,
Tmax=150°C, з регулюючим блоком AMV 20 компанії Danfoss.
Автоматичний регулятор перепаду тисків VFG2 DN-20 ММ, PN-16 бар, Kvs
- 6,3 М3/год, діапазон регулювання 0,15-1,5 бар з регулюючим блоком AFP,
компанії Danfoss.
Характеристики даної системи опалення, для забезпечення теплового
навантаження - 0,302 Гкал, при витратах теплоносія за зовнішнім контуром 3,852
м3/год, за внутрішнім контуром 10,272 М3/Ч, відповідає розбірний
пластинчастий теплообмінник Alfa Laval MFG6, розрахунковий тиск -26 кг -
160°C, кількість пластин - 22, площа поверхні теплообміну - 11,4 М2, G max -14,3
м3/год., матеріал пластин - AISI316, матеріал прокладок - EPDM.
Рис. 6 – Теплообмінний апарат Alfa Laval MFG6
2.2. Оцінка функціонування регулюючої арматури теплового пункту
При зміні температурного графіка та переході на 145/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
�� = = = 4,027 �� = 4,109 м3
0 /ч
(��1 − ��2) (145 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 4,109
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 9,002 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 4,109
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,066 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 140/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от∗1000 0,302∗1000
��0 = = = 4,315 �� = 4,402 м3/ч
(��1−��2) (140−70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 4,402
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 9,645 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 4,402
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,07 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 135/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 4,646 �� = 4,741 м3/ч
(��1 − ��2) (135 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 4,646
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 10,387 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 4,741
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,088 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 135/65°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 4,314 �� = 4,402 м3/ч
(��1 − ��2) (135 − 65)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 4,402
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 9,645 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 4,402
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,076 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 130/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 5,033 �� = 5,136 м3/ч
(��1 − ��2) (130 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 5,136
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 11,253 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 5,136
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,103 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 125/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 5,491 �� = 5,603 м3/ч
(��1 − ��2) (125 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 5,603
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 12,275 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 5,603
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,123 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 120/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 6,04 �� = 6,163 м3/ч
(��1 − ��2) (120 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 6,163
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 13,503 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 6,163
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,148 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 115/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 6,711 �� = 6,848 м3/ч
(��1 − ��2) (115 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 6,848
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 15,003 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 6,848
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,183 бар
������ 16
При зміні температурного графіка та переході на 110/70°С, розрахункова
витрата теплоносія при максимальному навантаженні на опалення 0,302 Гкал
становить:
��от ∗ 1000 0,302 ∗ 1000
��0 = = = 7,55 �� = 7,704 м3/ч
(��1 − ��2) (110 − 70)
Пропускна здатність регулюючого клапана опалення:
��от 7,704
���� = 1,2 ∗ = 1,2 ∗ = 16,879 м3/ч
√(∆��) √0,3
Втрати тиску на повністю відкритому регулювальному клапані опалення:
��� 7,704
∆�� = ( )2 = ( )2 = 0,232 бар
������ 16
Отримані значення зміни витрати теплофікаційної води, що подається на
введення будівлі, залежно від температурного графіка теплової мережі, зведені у
вигляді графіка, представленого нижче.
Рис. 7 - Зміна параметрів теплоносія під час переходу системи
теплопостачання на інший температурний графік:
1 – максимальна пропускна здатність регулюючого клапана;
2 – витратно-температурна залежність при навантаженні на опалення 0,302
Гкал/ч
2.3. Аналіз порушення якості теплопостачання
Кількість теплової енергії на запланований рік з розбивкою за кожним
розрахунковим періодом встановлюється орієнтовно з урахуванням
прогнозованих кліматологічних даних. Зазвичай сезонну потребу теплоти Q°,
МДж/сезон, для цього визначають за формулою:
��в−��оп
��оп = ��ор ��от��ср, (3)
��в−��нр
де Qp – розрахункові тепловтрати будівель, МДж/год;
��от��ср – розрахункова тривалість опалювального періоду, (добу) та кількість
годин роботи системи на добу (год/добу);
��оп – середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період, °С;
��в – розрахункова температура повітря у приміщенні, °С;
��нр – розрахункова температура зовнішнього повітря, °С.
Величини ��оп, ��в та ��нр зазвичай приймають за СНиП 2.01.01-82 як середні
за багаторічний період спостереження для цього населеного пункту. Однак
обидві ці величини схильні до міжрічних коливань, які носять випадковий
характер. Від їхньої мінливості залежить сезонне споживання теплоти. Таким
чином, споживання теплової енергії є функцією двох випадкових аргументів, а
табличні значення ��о�� і ��о�� можуть бути оцінками математичних очікувань.
Випадкові аргументи є незалежними, про що свідчать результати кореляційного
аналізу, проведеного для низки кліматичних районів, а характер їхнього
розподілу близький до нормального закону.
Необхідна кількість теплової енергії визначається значеннями приєднаних
розрахункових теплових навантажень споживачів. Кількість теплової енергії
встановлюється з урахуванням витрат теплоносія при заданих розрахунковим
графіком параметрах якості. Отже, знаючи
рівняння характеристики системи теплопостачання, можна визначити її
теплове навантаження за будь-яких витрат і температури мережної води.
Рівняння, що відображає характеристики системи опалення має вигляд:
��1−��н ��в��−��н��
��0̇= �� ( ), (4)
0,5+��∆������ ��
�� −�� + +∆�� ( �� 0,2 ��в��−��н��
) ( )0,2 ��в��−��н
в нр 1+�� �� �� ��0 ��в��−��н
де Qo = Q & / Qo; - відносне навантаження опалення як відношення
поточного навантаження Qo до розрахункової Q°;
�� - розрахунковий коефіцієнт змішування елеватора;
��1 - температура води в трубопроводі теплової мережі, що подає, °С,
��нр - розрахункова температура зовнішнього повітря у період, °З;
��рв - розрахункова температура повітря у приміщенні, °С;
��н - поточна довільна температура зовнішнього повітря, °З;
∆������ = ��1�� − ��2�� – розрахунковий перепад температур у тепловій мережі;
∆���� = 0,5(��3�� − ��2��) − ��в�� – розрахунковий температурний тиск у системі
опалення;
��1��, ��2��, ��3�� – температура води в трубопроводі теплової мережі, що подає і
зворотному, і в трубопроводі системи опалення, що подає, при розрахунковій
температурі зовнішнього повітря для проектування опалення, °С;
��
�� = ����/���� - відносна витрата мережної води.
Рівняння характеристики опалювальної системи споживача дає змогу
визначати її теплову продуктивність при відхиленні будь-яких параметрів від
розрахункових. Якщо відомо значення відносного навантаження, то можуть бути
визначені абсолютні значення:
- температури повітря в опалюваних приміщеннях:
�� ��
��в = ���� + 0
�� (��в − ����), (5)
��0
- зворотної мережної води:
��
�� = �� − 0
2 1 �� , (6)
������ ��
Рівняння характеристики дозволяє визначати фактичні витрати тепла та
води за виміряними температурами до та після системи опалення шляхом
зіставлення їх із розрахунковими значеннями при заданій температурі
зовнішнього повітря. Для вирішення цього завдання рівняння подається у такому
вигляді:
0,5 0,5+��
��01+ ��02−����
?̇?=1+�� 1+��
∆�� , (7)
��в��−��нр+ −0,2
��0
З цього рівняння випливає, що завищення температур Тої та То2 по
відношенню до розрахункових параметрів призводить до перевитрати тепла, а
заниження цих температур – до недотопу.
У сучасних системах теплопостачання навантаження на споживачів різна за
характером теплоспоживання та параметрами теплоносія. Комфортні умови у
приміщенні зберігаються при тепловому балансі між втратами тепла приміщення
та тепловими надходженнями до нього.
Рівняння теплового балансу для будь-якого виду навантаження має вигляд:
�� = ��всв(��1 − ��2)�� = ��всв(��1 − ��2)�� = ����∆����, (8)
де Q – поточне теплове навантаження, Дж;
Gn -витрата первинного (гріючого) теплоносія, кг/с;
Gв-витрата вторинного (нагрівається середовища), кг/с;
��1, ��2 - температури первинного теплоносія на вході та на виході з
теплообмінника, °С;
��1, ��2 -температури нагрівається середовища на вході і виході з
теплообмінника, ° С;
K-коефіцієнт теплопередачі теплообмінника, Вт/(м2-С);
∆�� -температурний тиск у теплообміннику, °С;
n- число годин роботи теплообмінника;
с-коефіцієнт теплоємності, Дж/(кг-°С);
F-площа поверхні нагрівання теплообміну, м2.
З рівняння теплового балансу випливає, що зміна продуктивності
теплообмінника, а значить регулювання теплового навантаження, можливе
зміною наступних величин: витрат гріючого і нагрівається серед на вході в
теплообмінник, коефіцієнта теплопередачі теплообмінника, часу роботи
теплообмінника [1].
Визначимо режимні параметри роботи теплообмінного апарату за зміни
параметрів теплоносія. Площа теплообміну становить 11,4 м2, коефіцієнт
теплопередачі k=685 Вт/м2-С. Схема підключення теплообмінного апарату
протиточна. Середньологарифмічний температурний напір визначається згідно з
формулою:
∆��
∆�� = б−∆��м , (9)
ln (∆��б/∆��м)
де ∆��б - різниця температур теплоносія первинного контуру на вході в
теплообмінник і теплоносія, що нагрівається на вході в теплообмінник;
∆��м - різниця температур теплоносія первинного контуру на виході з
теплообмінника і теплоносія, що нагрівається на виході з теплообмінника.
Визначимо середньологарифмічний температурний тиск на температурному
графіку 150/70°С (зовнішній контур), 95/70°С (внутрішній контур):
(150 − 70) − (95 − 70)
∆�� = = 47,3 ��,
150 − 70
ln ( )
95 − 70
Кількість теплової енергії, що передається через теплообмінний апарат для
нагрівання внутрішнього контуру системи опалення становить:
��150/70 = �� ∗ ∆�� ∗ �� = 685 ∗ 47,3 ∗ 11,4 = 369665,7 Вт = 0,318 Гкал/ч
Необхідна кількість теплової енергії для забезпечення навантаження на
опалення будівлі становить 0,302 Гкал/год відповідно площа теплообмінного
апарату підібрана з 5% запасом по площі теплообміну. З рівняння теплового
балансу визначимо необхідну площу теплообміну при зміні температурного
режиму зовнішнього контуру теплової мережі. Як розрахунковий приймає
температурний графік теплової мережі 115/70°С.
Визначимо середньологарифмічний температурний тиск на температурному
графіку 115/70°С (зовнішній контур), 95/70°С (внутрішній контур):
(115 − 70) − (95 − 70)
∆�� = = 33,9 ��,
150 − 70
ln ( )
95 − 70
Кількість теплової енергії, що передається через теплообмінний апарат для
нагрівання внутрішнього контуру системи опалення становить:
��115/70 = �� ∗ ∆�� ∗ �� = 685 ∗ 33,9 ∗ 11,4 = 264725,1 Вт = 0,228 Гкал/ч
Необхідну площу теплообміну для забезпечення навантаження на опалення
Q=0,302 Гкал/год при температурному графіку теплової мережі 115/70°С
визначимо з рівняння теплового балансу:
��150/70 369365,7
�� = = = 15,9 м2,
k ∗ ∆t 685 ∗ 33,9
Видно, що збільшення площі теплообміну склало 29%, що не дозволяє
повною мірою забезпечити об'єкт, що розглядається, достатньою кількістю
теплової енергії.
2.4 Висновки за розділом 2
1. Система теплопостачання має обмеження за температурою теплоносія,
що подається, пов'язане з віддаленістю споживача від джерела теплової енергії.
Розрахункові параметри підтримуються на колекторі джерел, падіння
температури теплоносія по довжині траси становить від 1 до 5 ° С/км, в результаті
споживач має на введенні не розрахункові параметри теплоносія. Відповідно,
підбір обладнання індивідуального теплового пункту повинен виконуватися за
фактичними параметрами теплоносія.
2. Компенсація зниженої температури за рахунок збільшення витрати
теплоносія можлива, але до певної межі. Для цього необхідно збільшити
продуктивність мережних насосів, діаметр трубопроводів та замінити
обладнання індивідуальних теплових пунктів споживачів.
3. Щільність теплового потоку, що передається через 1 м2 еквівалентної
площі поверхні теплообміну залежить головним чином не від витрати
теплоносія, а від його температури як для опалювальних приладів системи
опалення, так і для самого теплообмінного апарату, розташованого в ІТП. Щоб
збільшити тепловіддачу конвекторних опалювальних приладів на 12%,
необхідно збільшити температуру теплоносія приблизно на 5°С. Щоб досягти
того ж таки ефекту за рахунок збільшення витрати теплоносія, його необхідно
збільшити в 18 разів, що неможливо. При зміні температури та витрати
теплоносія в трубопроводі теплової мережі, що подає, необхідно виконати
перевірочний розрахунок площі теплообміну теплообмінного апарату та
пропускної спроможності регулюючої арматури індивідуального теплового
пункту.
РОЗДІЛ 3 РЕГУЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО
НАВАНТАЖЕННЯ
МКР 23.144.44 ПЗ
Змн. Арк. № докум. Підпис Дата
Розроб. Галасун О.В. Регулювання теплового Літ. Арк. Акрушів
Перевір. Калейніков Г.Є. навантаження
Реценз.
Н. Контр. ЧДТУ, МТЕ-88
Затверд. Калейніков Г.Є.
РОЗДІЛ 3 РЕГУЛЮВАННЯ ТЕПЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ
Системи теплопостачання є взаємопов'язаним комплексом споживачів
теплової енергії, що відрізняються як характером, так і величиною
теплоспоживання. Режими витрат тепла численними абонентами неоднакові.
Теплове навантаження опалювальних установок змінюється в залежності від
температури зовнішнього повітря, залишаючись практично стабільним протягом
доби. Витрата тепла на гаряче водопостачання й у низки технологічних процесів
залежить від температури зовнішнього повітря, але змінюється як у години доби,
і по днях тижня.
У цих умовах необхідна штучна зміна параметрів та витрати теплоносія
відповідно до фактичної потреби абонентів. Регулювання підвищує якість
теплопостачання, скорочує перевитрату теплової енергії та палива. Сутність
методів регулювання випливає із рівняння теплового балансу, представлене
раніше рівняння 8.
З рівняння (8) випливає, що регулювання теплового навантаження можливе
декількома методами: зміною температури теплоносія – якісний метод; зміною
витрати теплоносія – кількісний метод; зміною поверхні нагрівання
теплообмінника.
3.1 Визначення режиму роботи теплообмінного апарату
Регулювання теплового навантаження призводить до зміни витрати та
температури теплоносія у теплообмінних апаратах. Розрахунок режимів
регулювання виходячи з загального рівняння теплового балансу деяких випадках
скрутний. Невідомі значення температури води необхідно визначити методом
послідовних наближень.
Розрахунки спрощуються під час використання теплових характеристик
теплообмінних апаратів, запропонованих Соколовим Є.Я. Рівняння
характеристики теплообмінного апарату виводиться із загального рівняння
регулювання при заміні середньологарифмічної різниці температур лінійною
залежністю, що має вигляд:
∆�� = �� − ������м − ������б, (10)
де v = ��1- t2 - максимальна різниця температур гріючої і навколишнього
середовища на подають патрубках теплообмінного апарату;
а та b - постійні коефіцієнти, що залежать від схеми руху теплоносія в
теплообмінному апараті, при протиточному русі а=0,35 та b=0,65;
������м, ������б - найменший і найбільший перепади температур середовища, що
гріє і нагрівається.
Розрахункова схема підключення теплообмінного апарату представлена Рис.
8.
Рис. 8 - Розрахункова схема підключення теплообмінного апарату
Як наголошується в роботах Соколова Є.Я., заміна середньологарифмічної
різниці температур лінійною залежністю, представленою рівнянням (10), дає
розбіжність у результаті розрахунків не більше 4-6%, що не виходить за
допустимі межі точності інженерних розрахунків.
Якщо теплопродуктивність теплообмінного апарату Q віднести до
максимальної різниці температур v, то рівняння характеристики може бути
представлене в такому вигляді:
Q = Q/v, (11)
де q - теплова продуктивність апарату на 1°С максимальної різниці
температур гріючого та нагрівається середовища на вході в теплообмінний
апарат, кВт/°С.
Перетворивши рівняння, отримуємо:
�� �� 1
�� = = = �� �� 1 , (12)
�� ������м+������б+∆�� + +
��б ��м ����
де ��б, ��м - більше і менше значення водяних еквівалентів теплообмінних
середовищ;
W = G*c - еквівалент витрати води, що являє собою добуток масової витрати
теплоносія на його питому теплоємність;
����м, ����б - відповідно менший та більший перепади температур теплоносіїв.
Для протиточної схеми приєднання теплообмінного апарату рівняння (12)
дійсне при q ≤ Wм, оскільки перепад температур теплоносія не може бути більше
максимальної різниці температур між середовищем, що гріє і нагрівається.
Для проведення аналізу рівняння характеристики наводиться безрозмірному
виду. Позначимо через є безрозмірну питому теплову продуктивність
теплообмінного апарату, тоді:
��
= ⁄�� (13)
м
1
= ≤ ∗
�� 1 , (14)
а м+��+
��б ��
де ∗ - безрозмірна питома теплопродуктивність теплообмінного апарату з
нескінченно великою поверхнею нагріву, за протиточної схеми підключення ∗ =
1.
За фізичним змістом е являє собою відношення теплопродуктивності даного
підігрівача до теплової продуктивності підігрівача з нескінченно великою
поверхнею нагріву, що працює при тих же параметрах теплоносія на патрубках,
що подають теплообмінного апарату.
Знак нерівності в рівнянні (14) вказує на те, що величина е не може
перевищити ∗, так як температура середовища, що нагрівається, не може
перевищити температуру гріючого середовища.
Безрозмірна питома теплопродуктивність опалювальної системи дорівнює:
��0 1
0 = = 0,5+�� �� ≤ 1, (15)
���� +
1+�� ����
де ν=τ1-tв – різниця температур води в лінії подачі теплової мережі і повітря
в приміщенні;
W – еквівалент витрати мережної води, що надходить у змішувальний
пристрій вузла введення;
u – коефіцієнт змішування.
Рівняння можна перетворити шляхом заміни добутку kF рівнозначним
виразом, що враховує з достатньою для практичних розрахунків точністю всі
фактори, що впливають на умови теплообміну. Для водоводяних теплообмінних
апаратів:
���� = Ф√��м��б, (16)
де Ф – постійний параметр теплообмінника, кВт/°С.
Зміна коефіцієнта теплопередачі опалювальних приладів описується так:
�� = ��(∆�� )��
0 = ��(��ср − �� ��
в) , (17)
де ∆��0 – температурний напір;
��ср – середня температура теплоносія в опалювальному приладі;
��в – температура повітря у приміщенні;
А і n – константи, що залежать від типу приладу та схеми його встановлення.
З рівняння теплового балансу опалювальної системи з урахуванням
рівняння (17) випливає:
���� = Ф ��̅̅ ̅̅0,2̅
0 0 , (18)
де ��0 = ��0/��́0– відносна витрата тепла на опалення.
Безрозмірна теплопродуктивність опалювальної системи (15) з урахуванням
виразу (18) має вигляд:
1
0 = 0,5−�� 1 ≤ 1, (19)
+
1+�� ��
За допомогою отриманих залежностей теплову продуктивність
теплообмінних апаратів визначається згідно з формулою:
Q = sWv, (20)
На підставі наведених залежностей отримано графік характеристики
теплопродуктивності теплообмінного апарату, представлений на Рис. 9.
Рис. 9 - Характеристика теплопродуктивності підібраного теплообмінного
апарату:
1 - зміна теплопродуктивності теплообмінного апарату за зміни температури
теплоносіїв;
2 - точка оптимальної теплопродуктивності підібраного теплообмінного
апарату
3.2 Регулювання теплового навантаження на опалення
Режим регулювання водяних систем теплопостачання залежить від
численних факторів, але основним є вид теплового навантаження та схеми вузлів
абонентських вводів. Регулювання відпустки тепла значно спрощується при
однорідному тепловому навантаженні.
Розглянемо температурний режим системи опалення при якісному
регулюванні. Завдання розрахунку полягає у визначенні температури води
залежно від теплового навантаження. Витрата води залишається постійною
протягом усього опалювального сезону. Загальне рівняння для регулювання
опалювального навантаження опалювальних установок до теплових мереж може
бути подане в наступному вигляді:
̅̅̅̅ �� �� −�� �� −��
�� = 0 = в н = 1 2,0 ��∆��
= 0
0 , (21)
��́0 ��в−��р.о ?́?1−?́?2,0 ?́?∆?́?0
Де Qo - витрата тепла на опалення за поточної температури зовнішнього
повітря tH;
��1 − ��2,0 - відповідно температура мережевої води в трубопроводі теплової
мережі, що подає і зворотному;
k - коефіцієнт теплопередачі;
∆��0 - температурний напір в нагрівальному приладі за тих же умов;
Параметри зі штрихом означають самі величини, але при розрахунковій
температурі зовнішнього повітря tp.o.
Залежність відносної витрати тепла на опалення від зовнішньої температури
можна представити графічно за допомогою відношення
̅̅��̅̅ ��
= в−��н
0 . (22)
��в−��р.о
Розрахункові значення температур мережної води в трубопроводах, що
подає і зворотному, відповідні різним відносним витратам тепла на опалення при
якісному регулюванні опалювального навантаження представлено на Рис. 10.
Рис. 10 – Графік температур якісного регулювання опалювального
навантаження
При кількісному регулюванні температура мережної води в трубопроводі,
що подає, постійна. Регулювання теплового навантаження здійснюється зміною
витрат води. Завданням розрахунку є визначення витрати та температури
зворотної води залежно від величини опалювального навантаження.
Розрахункові вирази виводяться із загального рівняння регулювання (21), за
умови сталості температури в трубопроводі, що подає ті = const. Відносна
витрата мережної води і температуру зворотної води визначаємо з виразу:
�� ̅̅��̅̅
��̅̅ ̅
0 = 0 = 0 , (23)
��́ ∆?́?
0 1+ 0 (1−?̅?0,8)
��?́?0−0,5?́? 0
��̅̅̅̅
�� 0
2,0 = ��1́ − ����01 , (24)
̅̅��̅̅0
Графік регулювання, побудований згідно з формулами (23, 24)
представлений на Рис. 11.
Рис. 11 - Графік температури та витрати при кількісному регулюванні
опалювального навантаження
При зменшенні теплового навантаження та зниження витрати води
температура зворотної води досягає температури повітря приміщення. Основною
перевагою кількісного регулювання є скорочення витрати електроенергії на
перекачування теплоносія. Ця перевага може бути використана в магістральних
трубопроводах двоступеневих мереж, до яких абоненти приєднані за
незалежними схемами або за допомогою насосів змішувачів. При зниженні
витрати мережної води в магістральних мережах змішувальні насоси,
розташовані на внутрішньому контурі опалювальної системи, дозволяють
зберегти необхідну витрату води і тим самим усувається основний недолік
кількісного регулювання - розрегулювання опалювальної системи.
Якісно-кількісне регулювання здійснюється зміною витрати та температури
мережної води залежно від величини опалювального навантаження. При цьому
дослідженнями показано, що зміна витрати води має відбуватися залежно від
описаної виразом:
̅̅��̅̅ ̅̅ ̅̅ ̅��
0 = ?̅?0 = (��0) , (25)
де m - показник ступеня, що залежить від методу регулювання.
Для двотрубних систем опалення m=0,33, для однотрубних m=0,2-0,25.
Температура води в трубопроводах, що подає і зворотному, визначається із
загального рівняння регулювання (21) з урахуванням зміни витрати води залежно
(25).
�� = �� + ∆?́? ?̅?́ 0,8 ��̅̅̅̅
1 в 0 0 + (��?́?0 − 0,5��́) 0, (26)
��̅̅̅̅0
��̅̅̅̅
��2,0 = �� + ∆?́? ?̅?́ 0,8
в 0 0 − 0,5��́) 0, (27)
��̅̅̅̅0
Плавна зміна витрати води практично здійснити складно, тому вона
замінюється ступінчастим регулюванням, яке на підставі розрахункових формул
представлено на Рис. 12.
Рис. 12 - Графік температур та витрати води при якісно-кількісному
регулюванні опалювального навантаження:
1 - якісно-кількісне регулювання при плавній зміні витрати води;
2 - якісно-кількісне регулювання при ступінчастій зміні витрати води
Як видно з графіка, опалювальний сезон ділиться на кілька діапазонів, у
кожному з яких підтримується постійна витрата води. У найхолодніший період
система теплопостачання працює з розрахунковою витратою води. У разі
підвищення температури зовнішнього повітря витрата води знижується. Змінна
витрата забезпечується або насосами різної продуктивності або частотним
регулюванням електроприводів насосного обладнання за завданням постійної
витрати. Ступінчаста зміна витрати мережної води призводить до ступінчастої
зміни температури. При зменшенні витрати води температура в трубопроводі, що
подає, збільшується, а в зворотній лінії знижується.
Слід зазначити, що під час регулювання опалювального навантаження
неможливо забезпечити у всіх приміщеннях розрахункової температури повітря.
Це тим, що з розрахунку графіків регулювання не враховується вплив вітру,
сонячної радіації, і навіть відмінність розрахункових температур повітря
приміщеннях різного призначення.
3.3 Висновки за розділом 3
1. Визначено, що теплопродуктивності теплообмінного апарату на 1 °С
максимальної різниці температур гріючого та нагрівального середовища на вході
в теплообмінний апарат становить 7,81 кВт/°С, що відповідає перепаду
температур на патрубках, що подають зовнішнього і внутрішнього контурів 45
°С, що забезпечує нормативну температуру у приміщенні 21°С.
2. При зменшенні перепаду температури та збільшенні теплопродуктивності
до 13 кВт/°С, температура повітря в приміщенні зростає до 25°С, спостерігається
«перетоп» та перевищення температури у зворотному трубопроводі зовнішнього
контуру. Збільшення перепаду температур та зниження теплопродуктивності
призводить до зниження температури повітря в приміщеннях та зменшення
температури теплоносія у зворотному трубопроводі нижче графіка.
3. При незалежній схемі приєднання абонента до теплової мережі, найбільш
ефективним та економічним є якісно-кількісний метод регулювання з плавною
зміною витрати води.
ВИСНОВОК
У результаті вирішення поставленого завдання було зроблено такі основні
висновки:
1. Підбір обладнання індивідуального теплового пункту повинен
виконуватись за фактичними параметрами теплоносія. Тепломеханічне
обладнання має підбиратися з коефіцієнтом запасу пропускної спроможності не
менше 15% за умови, що регулювання забезпечуватиметься в середньому
положенні регулюючого органу.
2. При підборі теплообмінного апарату запас площі теплообміну
рекомендується брати не менше 20%, тому що при зміні температурного режиму
теплової мережі основним параметром, що забезпечує необхідну температуру в
опалювальних приладах і як наслідок температуру повітря в приміщенні є площа
теплообміну.
3. При незалежній схемі приєднання абонента до теплової мережі, найбільш
ефективним та економічним є якісно-кількісний метод регулювання з плавною
зміною витрати води. При цьому важливим параметром ефективної роботи
системи опалення є теплопродуктивності теплообмінного апарату, що припадає
на 1 °С максимальної різниці температур середовища, що гріє і нагрівається на
вході в теплообмінний апарат. При зміні температурного графіка збільшується
перепад температур та знижується теплопродуктивність, що призводить до
зниження температури повітря в приміщеннях та зменшення температури
теплоносія у зворотному трубопроводі нижче графіка.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ