О режимах регулирования отпуска теплоты. Способы регулирования тепловой нагрузки систем теплоснабжения. Перспективы развития

Просматривая статистику посещения нашего блога я заметил, что очень часто фигурируют такие поисковые фразы как, например, «какая должна быть температура теплоносителя при минус 5 на улице?» . Решил выложить старый график качественного регулирования отпуска тепла по среднесуточной температуре наружного воздуха . Хочу предупредить тех, кто на основании этих цифр попытается выяснить отношения с ЖЭУ или тепловыми сетями: отопительные графики для каждого отдельного населенного пункта разные (я писал об этом в статье ). По данному графику работают тепловые сети в Уфе (Башкирия).

Так же хочу обратить внимание на то, что регулирование происходит по среднесуточной температуре наружного воздуха, так что, если, например, на улице ночью минус 15 градусов, а днем минус 5 , то температура теплоносителя будет поддерживаться в соответствии с графиком по минус 10 о С .

Как правило, используются следующие температурные графики: 150/70 , 130/70 , 115/70 , 105/70 , 95/70 . Выбирается график в зависимости от конкретных местных условий. Домовые системы отопления работают по графикам 105/70 и 95/70. По графикам 150, 130 и 115/70 работают магистральные тепловые сети.

Рассмотрим пример как пользоваться графиком. Предположим, на улице температура «минус 10 градусов». Тепловые сети работают по температурному графику 130/70 , значит при -10 о С температура теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети должна быть 85,6 градусов, в подающем трубопроводе системы отопления — 70,8 о С при графике 105/70 или 65,3 о С при графике 95/70. Температура воды после системы отопления должны быть 51,7 о С.

Как правило, значения температуры в подающем трубопроводе тепловых сетей при задании на теплоисточник округляются. Например, по графику должно быть 85,6 о С, а на ТЭЦ или котельной задается 87 градусов.

Температура наружного воздуха Тнв, о С	Температура сетевой воды в подающем трубопроводе Т1, о С			Температура воды в подающем трубопроводе системы отопления Т3, о С		Температура воды после системы отопления Т2, о С
	150	130	115	105	95
8	53,2	50,2	46,4	43,4	41,2	35,8
7	55,7	52,3	48,2	45,0	42,7	36,8
6	58,1	54,4	50,0	46,6	44,1	37,7
5	60,5	56,5	51,8	48,2	45,5	38,7
4	62,9	58,5	53,5	49,8	46,9	39,6
3	65,3	60,5	55,3	51,4	48,3	40,6
2	67,7	62,6	57,0	52,9	49,7	41,5
1	70,0	64,5	58,8	54,5	51,0	42,4
0	72,4	66,5	60,5	56,0	52,4	43,3
-1	74,7	68,5	62,2	57,5	53,7	44,2
-2	77,0	70,4	63,8	59,0	55,0	45,0
-3	79,3	72,4	65,5	60,5	56,3	45,9
-4	81,6	74,3	67,2	62,0	57,6	46,7
-5	83,9	76,2	68,8	63,5	58,9	47,6
-6	86,2	78,1	70,4	65,0	60,2	48,4
-7	88,5	80,0	72,1	66,4	61,5	49,2
-8	90,8	81,9	73,7	67,9	62,8	50,1
-9	93,0	83,8	75,3	69,3	64,0	50,9
-10	95,3	85,6	76,9	70,8	65,3	51,7
-11	97,6	87,5	78,5	72,2	66,6	52,5
-12	99,8	89,3	80,1	73,6	67,8	53,3
-13	102,0	91,2	81,7	75,0	69,0	54,0
-14	104,3	93,0	83,3	76,4	70,3	54,8
-15	106,5	94,8	84,8	77,9	71,5	55,6
-16	108,7	96,6	86,4	79,3	72,7	56,3
-17	110,9	98,4	87,9	80,7	73,9	57,1
-18	113,1	100,2	89,5	82,0	75,1	57,9
-19	115,3	102,0	91,0	83,4	76,3	58,6
-20	117,5	103,8	92,6	84,8	77,5	59,4
-21	119,7	105,6	94,1	86,2	78,7	60,1
-22	121,9	107,4	95,6	87,6	79,9	60,8
-23	124,1	109,2	97,1	88,9	81,1	61,6
-24	126,3	110,9	98,6	90,3	82,3	62,3
-25	128,5	112,7	100,2	91,6	83,5	63,0
-26	130,6	114,4	101,7	93,0	84,6	63,7
-27	132,8	116,2	103,2	94,3	85,8	64,4
-28	135,0	117,9	104,7	95,7	87,0	65,1
-29	137,1	119,7	106,1	97,0	88,1	65,8
-30	139,3	121,4	107,6	98,4	89,3	66,5
-31	141,4	123,1	109,1	99,7	90,4	67,2
-32	143,6	124,9	110,6	101,0	94,6	67,9
-33	145,7	126,6	112,1	102,4	92,7	68,6
-34	147,9	128,3	113,5	103,7	93,9	69,3
-35	150,0	130,0	115,0	105,0	95,0	70,0

Прошу не ориентироваться на диаграмму в начале поста — она не соответствует данным из таблицы.

Расчет температурного графика

Методика расчета температурного графика описана в справочнике (Глава 4, п. 4.4, с. 153,).

Это довольно трудоемкий и долгий процесс, так как для каждой температуры наружного воздуха нужно считать несколько значений: Т 1 , Т 3 , Т 2 и т. д.

К нашей радости у нас есть компьютер и табличный процессор MS Excel. Коллега по работе поделился со мной готовой таблицей для расчета температурного графика. Её в свое время сделала его жена, которая трудилась инженером группы режимов в тепловых сетях.

Для того, чтобы Excel расчитал и построил график достаточно ввести несколько исходных значений:

• расчетная температура в подающем трубопроводе тепловой сети Т 1
• расчетная температура в обратном трубопроводе тепловой сети Т 2
• расчетная температура в подающем трубопроводе системы отопления Т 3
• Температура наружного воздуха Т н.в.
• Температура внутри помещения Т в.п.
• коэффициент «n » (он, как правило, не изменен и равен 0,25)
• Минимальный и максимальный срез температурного графика Срез min, Срез max .

Все. больше ничего от вас не требуется. Результаты вычислений будут в первой таблице листа. Она выделена жирной рамкой.

Диаграммы также перестроятся под новые значения.

Также таблица считает температуру прямой сетевой воды с учетом скорости ветра.

• метеорологических условий;
• режимов работы теплопотребляющего оборудования;
• состояния воздушной среды в промышленных и жилых зданиях;
• характера разбора воды для горячего водоснабжения.

Однако в каждый момент времени потребители должны получать требующееся количество теплоты.

Так как основное количество полезной теплоты Q п отпускается через поверхность нагрева разнообразных теплообменных аппаратов и рассчитывается по соотношениям

Q п = K×F×Δt×n, Q п =G×(c 1 ×τ 1 - c 2 ×τ 2),

то регулировать отпуск теплоты можно, воздействуя на любой из сомножителей (здесь K - коэффициент теплопередачи через поверхность нагрева теплообменника; F - площадь поверхности нагрева аппарата; Δt - температурный напор, достаточно точно определяемый как разность средней температуры проходящего через аппарат греющего теплоносителя и средней температуры нагреваемой им среды; n – время работы аппарата за рассматриваемый отрезок времени; G - расход греющего теплоносителя; τ 1 и τ 2 - температуры теплоносителя на входе и выходе из аппарата; c 1 и c 2 - удельные теплоемкости теплоносителя при этих температурах).

При индивидуальном регулировании, воздействуя на любой из сомножителей или на их комплекс, можно очень точно удовлетворять запросы потребителя к количеству и качеству теплоты. Однако это потребует установки сложной и дорогостоящей регулирующей аппаратуры на каждом аппарате.

При централизованном регулировании изменение температуры и расхода теплоносителя на выходе из источника теплоты приводит к соответствующим изменениям ∆t и K в каждом присоединенном к СТС теплообменном аппарате. Это позволяет существенно сократить затраты на авторегуляторы, но обеспечивает точное удовлетворение теплотой только одного вида потребителей, использующих одинаковые типы теплообменников. Для потребителей других видов или с другими типами теплообменников количество поступающей теплоты будет отличаться от потребности в ней.

Для достижения высокой точности, при приемлемых экономических показателях, в современных СЦТ используют одновременно три уровня регулирования.

В паровых СЦТ:

• централизованно регулируют давление пара на выходе из энергетического источника, добиваясь постоянства давления пара на входе в ЦТП при изменениях паропотребления;
• на ЦТП корректируют давление на входе в распределительные паропроводы к цехам;
• на входе в каждый аппарат дросселируют пар, изменяя его давление и температуру конденсации для соответствия между подведенной и необходимой теплотой.

В водяных СЦТ:

• централизованно регулируют температуру и расход горячей воды на выходе из источника теплоснабжения для обеспечения запросов отопительных систем;
• местное регулирование на ЦТП и ИТП корректирует параметры и расход для всех видов тепловой нагрузки обслуживаемых групп потребителей;
• индивидуальное регулирование осуществляют изменениями расходов теплоносителей через каждый теплопотребляющий аппарат.

При централизованном регулировании в водяных тепловых сетях используют следующие методы воздействия на ∆t и K:

• качественный метод, при котором, сохраняя постоянство расходов воды для систем отопления – G о, изменяют ее температуру на входе в тепловую сеть – τ о.1 ;
• количественный метод, при котором, сохраняя постоянство температуры теплоносителя на входе в тепловую сеть – τ о.1 р, изменяют ее расход;
• количественно - качественный метод, при котором на входе в тепловую сеть изменяют и температуру, и расход теплоносителя. Для жилых районов и предприятий, получающих теплоту из двухтрубных водяных тепловых сетей, используется только качественный метод центрального регулирования отопительной нагрузки.

Количественный или количественно-качественный методы используют для корректировочной регулировки различных видов нагрузки на ЦТП, ИТП и теплообменных аппаратах.

Методика 1 – методика получения расчетных зависимостей для изменения параметров теплоносителя при централизованном качественном регулировании отопительной нагрузки включает следующие этапы:

1-А. Выбирают расчетные параметры наружного воздуха и греющего теплоносителя.

Для систем отопления и вентиляции конкретного региона расчетная температура наружного воздуха - t нх Б5 , °С, принимается из табл.2.7 или из СНиП 23-01-99 «Строительная климатология». При этой температуре определяется необходимая площадь поверхности нагрева отопительных приборов и калориферов,

Расчетное значение температуры теплоносителя на входе в тепловую сеть - τ о.1 р, °С (при выбранной t нх Б5) принимают после технико-экономических обоснований в пределах τ о.3 р < τ о.1 р < 150°С. Расчетное значение температуры теплоносителя на входе в отопительные приборы - τ о.3 р,°С, определяется из табл. 2.3 или [ 3 ]. Расчетное значение температуры теплоносителя на выходе из отопительных приборов - τ о.2 р, °С, должно выбираться на основе технико-экономических обоснований в пределах t в.р о < τ о.2 р < τ о.3 р. Однако в зданиях, построенных в настоящее время и в предшествующие периоды, площадь поверхности установленных отопительных приборов позволяет охлаждать сетевую воду только до температуры τ о.2 р =70 °С. Поэтому для СЦТ с большим количеством функционирующих зданий принимают τ о.2 р =70 °С.

1-Б. Определяют характеристику изменения коэффициента теплопередачи отопительных приборов - K о, кДж/(с×м 2 ×°С), при изменениях температуры теплоносителя.

Для отопительных приборов и конвекторов, при постоянстве расхода теплоносителя, изменение K о подчиняется зависимости

K о =А о ×Δt о m ,

(2.113)

где А о - постоянный коэффициент, зависящий только от типа отопительного прибора и схемы его подключения, кДж/(с×м 2 ×(°С) (1+m)); Δt о =0,5×(τ о.3 + τ о.2)-t в.р о - разность между средней температурой теплоносителя в отопительном приборе и температурой внутреннего воздуха в отапливаемом помещении, °С; m - безразмерный показатель степени, постоянный для конкретного типа прибора и схемы его подключения. Для разных типов приборов m находится в пределах 0,17 < m < 0,33 [ 3 ].

Для большинства схем подключения и типов приборов m = 0,25, что и принимают для централизованного регулирования. А корректировку для других схем подключения и типов приборов производят у индивидуальных аппаратов.

1-В . Получают расчетные зависимости метода качественного регулирования систем водяного отопления.

Для района с известными значениями V зд, м 3 ; q о, кВт/(м 3 ×°С); μ зд.ж р, рассчитанными по (2.8) и (2.37а), составляют балансовые уравнения расхода теплоты на отопление жилого здания - Q о.зд.ж, кВт, при произвольном значении температуры наружного воздуха t н и при ее расчетном значении t н.х Б.5 - Q о.зд.ж р:

Это система из двух независимых уравнений с тремя неизвестными (t н,τ 0.3 ,τ 0.2). Принимая 1+ m = 1,25, решают систему уравнений (2.115) относительно температуры τ 0.2 при различных значениях t i:

При присоединении отопительной системы здания к тепловой сети по зависимой схеме через элеватор (рис. 2.2.1, а), сетевая вода от источника теплоснабжения подается с температурой τ 0.1 >τ 0.3 . Коэффициент инжекции элеватора сохраняет постоянное значение во всем диапазоне качественного регулирования, определяемое уравнением

Рис.2.9.1 По уравнениям (2.117), (2.118), (2.120) и по построенным с их использованием графикам (рис. 2.9.1) при любом значении температуры наружного воздуха t н вычисляют величины температур τ 0.1 , τ 0.2 , τ 0.3 при качественном регулировании отопительной нагрузки жилого района.

Рис. 2.9.1. Графики изменения температуры (а) и расхода (б) сетевой воды при качественном регулировании отопительных систем:

___________ – водяное отопление; - - - - - - – воздушное отопление без тепловыделений в цехах; – . – . – . – . – . – . – – то же с тепловыделениями; 1 – τ 0.1 =f(t н); 2 – τ 0.2 =f(t н); 3 – τ 0.3 =f(t н)

1-Г . Получают расчетные зависимости метода качественного регулирования систем воздушного отопления цехов промпредприятий как тех, в которые не поступает теплота внутренних тепловыделений, так и в тех, где имеются значительные тепловыделения.

В помещениях промышленных предприятий широко используют системы воздушного отопления с безэлеваторным присоединением водовоздушных калориферов к тепловым сетям (см. рис. 2.2.2). Особенностью этих систем является постоянство величины коэффициента теплопередачи калориферов при любых изменениях t н.

В случае получения теплоты для отопления цехов от собственного источника теплоснабжения уравнения для регулирования температуры отпускаемой им сетевой воды имеют вид:

• для цехов без внутренних тепловыделений

τ 0.2 тв = t в.р о + (τ 0.2 р -t в.р о)*[(t в.р о -t н)*Σ i=1 i=Mн *(1+μ п ср)*10 -3 -Q тв ]/[(t в.р о -t н.х Б.5)*Σ i=1 i=Mн *(1+μ п ср)*10 -3 -Q тв ]

(2.124)

Графики изменения температур и расхода этих систем представлены на рис. 2.9.1.

Методика 2 – методика регулирования отпуска теплоты в водяных тепловых сетях, одновременно обеспечивающих потребителей с разнородными видами теплопотребления.

В подавляющем большинстве двухтрубных водяных сетей горячая вода из подающей трубы одновременно поступает в системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения (см. рис. 2.1.1).

Различие в требованиях к температурам сетевой воды, предъявляемых разнородными потребителями, вводит ограничения на используемые методы централизованного регулирования, вынуждая переходить на их комбинирование в ходе отопительного периода. В таких сетях метод качественного регулирования отопительной нагрузки применяется в интервале изменения температуры наружного воздуха t н.х Б.5 ≤ t н ≤ t н.и (I зона). Здесь t н.и - температура наружного воздуха, при которой величина t[], вычисляемая по (2.120), (2.121), (2.123), понижается до τ 0.1.и = 70ºС (при использовании закрытой системы горячего водоснабжения) или до τ 0.1.и = 60ºС (при открытой).

В интервале температур наружного воздуха t н.и ≤ t н ≤ t в.р о (II зона) потребность отопительных систем в теплоте удовлетворяется при τ 0.1 = τ 0.1.и = const и местном изменении продолжительности их подключения к тепловой сети. Температуры τ 0.3 = τ 0.3.и и τ 0.2 = τ 0.2.и тоже остаются постоянными (рис. 2.9.2).

Рис. 2.9.2. Графики изменения температуры (а) и расхода (б) сетевой воды в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения:

___________ – водяное отопление и горячее водоснабжение с параллельным включением подогревателей; . . . . . . . – системы вентиляции; – . – . – . – . – . – . – – смешанное включение подогревателей горячего водоснабжения

Время подключения отопительной системы здания к тепловой сети - n 0 , ч/сут:

n 0 =24×(t в.р о -t н)/(t в.р о -t н.и).

(2.125)

2-А . Режим потребления теплоты для открытой системы теплоснабжения.

Получают расчетные зависимости регулирования отпуска теплоты для открытой системы горячего водоснабжения (рис. 2.1.1). В открытых системах горячего водоснабжения к потребителям поступает смесь воды из подающей трубы тепловой сети с температурой τ 0.1 , определяемой по (2.120) или (2.121) и из обратной трубы с температурой τ 0.2 , определяемой по (2.117) или (2.122).

Расход сетевой воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода G г п ]и из обратного трубопровода G г п, кг/с:

G г п =Q г.в ср.н (t г -τ 0.2)/[(t г -t х)С(τ 0.1 -τ 0.2),

G г о =Q г.в ср.н (τ 0.1 -t г)/[(t г -t х)С(τ 0.1 -τ 0.2).

2-Б. Режим потребления теплоты для закрытой системы теплоснабжения при параллельном включении подогревателей системы горячего водоснабжения и системы отопления.

В этом случае в систему горячего водоснабжения (рис. 2.4.5) поступает сетевая вода с температурой τ 0.1 , определяемой по (2.120) или (2.121); необходимо вычислить температуру воды, сливаемой из системы, – t г.2 и ее расход G г. Расчетным значением температуры наружного воздуха для определения минимально необходимой площади поверхности нагрева подогревателей является температура t н.и. При этой температуре с учетом технико-экономических расчетов задают температуру сливающейся из подогревателей сетевой воды в период прохождения максимальной часовой нагрузки Q г р. Обычно эта температура находится в диапазоне t г.2.и р = (30–35) ºС.

Определив расчетную разность температур в подогревателях

Δt г р =[(τ 0.1.и -t г)-(t г.2.и р -t х)]/ln[(t г -t х)/(t г.2.и р -t х)],

расчетные расходы сетевой G г.и р и водопроводной G г.в р воды, поступающей в подогреватели

G г.и р =Q г р /[С(τ 0.1.и -τ г.2.и р)]; G г.в р =Q г р /[С(t г -t х ],

вычисляют расчетное значение коэффициента теплопередачи – К г р =А г ×(G г.в р) 0,5 ×(G г.и р) 0,5 и максимально необходимую площадь поверхности нагрева подогревателей F г = Q г.1 р /(К г р ×Δt г р) .

При изменении в течение суток потребления на цели горячего водоснабжения подогретой водопроводной воды изменяется и потребление сетевой воды – G г, и ее температура – τ г.2.и.

График регулирования ориентирован на удовлетворение средненедельной потребности в теплоте – Q г ср.н. Для его построения необходимо установить значения τ г.2.и и Q г.и ср.н, в связи с чем составляется отношение уравнения теплового баланса подогревателей при температуре t н.и в часы прохождения средненедельной тепловой нагрузки Q г ср.н к аналогичному уравнению при прохождении расчетного значения тепловой нагрузки Q г р:

G г.и ср.н =Q г.в ср.н *С(τ 0.1.и -τ г.2.и).

На основе уравнения теплового баланса подогревателей при средненедельной нагрузке и любом произвольном значении температуры t н в I зоне, а также аналогичного уравнения при температуре t н.и получается соотношение

τ г.2 =τ 0.1 -(τ 0.1.и -τ г.2.и)×[(τ 0.1 -t г)-(τ г.2 р -t х)]/[Δt г.и ср.н *ln[(τ 0.1 -t г)/(τ г.2 р -t х)] 2

(2.128)

Во II зоне τ г.2 =τ г.2.и. Характер изменения τ г.2 в I и II зонах представлен на рис. 2.9.2.

2-В. Режим потребления теплоты для закрытой системы теплоснабжения при последовательно-параллельном включении подогревателей системы горячего водоснабжения и системы отопления.

Как и в случае 2-Б, за расчетную температуру наружного воздуха при проектировании этой системы принимают t н.и, а расчетная тепловая нагрузка составляет Q г р.

При выборе поверхности нагрева подогревателя первой ступени задаются температурой нагрева в ней водопроводной воды t пр р =τ 0.2.и р -(5-10), °С. Определяют: расчетную тепловую нагрузку первой ступени - Q г.1 р =G г.в р ×C×(t пр р -t х.з); расчетную нагрузку второй ступени - Q г.2 р =G г.в р

Вычислив расчетную логарифмическую разность температур в подогревателях каждой ступени

Δt г.1 р =[(τ 0.2.и р -t пр р)-(τ 2.и р -t х.з)]/, Δt г.2 р =[(τ 0.1.и р -t г)-(τ 0.2.и р -t пр р)]/,

определяют для них площади поверхности нагрева:

F г.1 = Q г.1 р /(К г.1 р ×Δt г.1 р) и F г.2 = Q г.2 р /(К г.2 р ×Δt г.2 р).

Графики расхода сетевой воды, поступающей во вторую ступень, - G г.2 ср.н и температуры сетевой воды после подогревателя первой ступени - τ 2 ср.н строят для постоянной тепловой нагрузки Q 2 ср.н при различных значениях t н в границах I зоны.

С этой целью, по аналогии с выражением (2.126), составляют отношение балансовых уравнений первой и второй ступени и из них определяют численные значения t пр.и, τ 2.и, τ 0.2.и, G г.2.и.

После их нахождения, раздельно для первой и второй ступени, а также для системы в целом, составляют уравнения отношений тепловых балансов при средненедельной нагрузке и любом произвольном значении t н в первой зоне, к аналогичному балансу при t н.и:

/ =(t пр -t х.з)/(t пр.и -t х.з) = [(G о +G г.2)/(G о +G г.2.и)] 0,5 *[(τ 0.2 -t пр)-(τ 2 -t х.з)]/Δt г.1.и ;

(2.129)

=(t г -t пр)/(t г -t пр.и) 0,5 *[(τ 0.1 р -t г)-(τ 0.2 -t пр)]/Δt г.2.и ;

(2.130)

1= /= [(G о +G г.2)/(G о +G г.2.и)] 0,5 *[(τ 0.2 -t пр)-(τ 2 -t х.з)]/Δt г.1.и + 0,5 *[(τ 0.1 р -t г)-(τ 0.2 -t пр)]/Δt г.2.и .

(2.131)

Решая эту систему уравнений, получают изменение значений τ 2 и G г.2 от t н в первой зоне. Во второй зоне τ 2 =τ 2.и и G г.2 = G г.2.и остаются постоянными. Характер этих изменений показан на рис. 2.9.2.

2-Г. Режим потребления теплоты для закрытой системы теплоснабжения при последовательном включении подогревателей системы горячего водоснабжения и системы отопления.

Расчетные зависимости регулирования отпуска теплоты в систему горячего водоснабжения при последовательной схеме включения ее подогревателей и отопительной системы изложены в .

2-Д. Режим потребления теплоты для системы теплоснабжения при включении системы вентиляции.

Получают расчетные зависимости регулирования отпуска теплоты для системы вентиляции (рис. 2.1.1). В двухтрубных водяных тепловых сетях вода из подающего трубопровода поступает в водовоздушные калориферы вентиляционных установок с температурой τ 0.1 . Коэффициент теплопередачи этих калориферов К в =А в ×(ρ×W в.з) P ×(W в) L, где ρ×W в.з – удельный массовый расход воздуха, проходящего через калориферы, кг/(м 2 ×с); W в – скорость движения сетевой воды, проходящей через калорифер, м/с; А в, P, L - постоянные величины, принимаемые по .

Для системы вентиляции помещений коэффициент теплопередачи в вентиляционных калориферах К в =А в * ×(В п) P ×(W в) L, где В п - массовый расход воздуха, проходящего через калорифер, кг/с. Для большинства типов калориферов показатели степени P = 0,5; L = 0,15.

Расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции t н = t н.х Б.5 , а максимальное количество теплоты, переданное в калорифере, - Q в р = В п ×С в.з (t в.п - t н.х Б.5). При t н = t н.х Б.5 температуру сетевой воды на выходе из калорифера на основании технико-экономических расчетов принимают равной τ в.2 р = (50…70 °С). Расчетная разность температур в калорифере Δt в р =0,5×(τ 0.1 р +τ в.2 р - t в.п - t н.х Б.5), где t в.п - температура воздуха перед вентилятором, °С.

Определив требуемую поверхность калориферов F в =Q в р /(К в ×Δt в р), переходят к определению характера изменений температуры τ в.2 и расхода G в в I зоне.

Составляя отношение теплового баланса калорифера вентиляционных установок при любом значении t н (не выходящем за пределы I зоны температурного графика) к аналогичному тепловому балансу при t н.х Б.5 , получают

Для нормального функционирования технологических процессов, комфортного пребывания человека в помещениях должны обеспечиваться условия в соответствии с технологическими и санитарно-гигиеническими нормами. Комфорт в помещениях обеспечивают инженерные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, подачу теплоты, в которые осуществляют водяные централизованные системы теплоснабжения.

Тепловой баланс помещений должен поддерживаться в течение всего отопительного сезона и потребители должны получать требуемое количество теплоты, независимо от того какой способ регулирования применяется на источнике теплоты, как спроектированы тепловые магистрали и какова тепловая защита здания. В городах и жилых поселках России основными потребителями тепловой энергии от систем централизованного теплоснабжения являются системы отопления жилых, административных и общественных зданий. Промышленные объекты также потребляют тепловую энергию для отопления из централизованных систем.

Большинство крупных водяных систем теплоснабжения спроектированы и построены в 1950-1970 годах. В системах теплоснабжения жилых районов городов, например, города Липецка и др., в системах теплоснабжения предприятий, например, ОАО «НЛМК», ОАО «Свободный Сокол» регулирование отпуска теплоты преимущественно центральное качественное по отопительной нагрузке. Проектный график температур сетевой воды 150/70 °C, системы отопления зданий подключены к тепловым сетям по гидравлически зависимой схеме.

Сложившиеся в последние годы условия эксплуатации систем теплоснабжения существенно отличаются от проектных. Строительство новых зданий, реконструкция действующих, как гражданских, так и промышленных в большинстве случаев идет без существенной реконструкции действующих инженерных сетей жизнеобеспечения.

Реконструируемые и вновь строящиеся объекты интенсивно оснащаются автоматизированными тепловыми пунктами. Оснащение зданий и сооружений пунктами регулирования отпуска теплоты не исключает центральное качественное регулирование, а только дополняет его абонентским. Абонентское регулирование, как правило, предусматривает либо количественное, либо количественно-качественное изменение расходов тепловой энергии. В результате ввода таких объектов в эксплуатацию, в период наружных температур от температуры начала отопительного сезона до температуры точки излома графика температур, в водяных тепловых сетях происходит заметное изменение расходов сетевой воды. Изменение расходов теплоносителя в сети тем существеннее, чем выше доля объектов с автоматизированными абонентскими вводами. Колебания расходов воды приводят к гидравлической разрегулировке водяной тепловой сети.

Тепловой баланс помещений должен поддерживаться в течение всего отопительного сезона и потребители должны получать требуемое количество теплоты, независимо от способа регулирования.

Одновременно с вновь вводимыми в эксплуатацию зданиями действующие системы теплоснабжения обеспечивают тепловой энергией множество зданий и сооружений, в которых полностью отсутствует какое-либо абонентское дорегулирование отпуска теплоты. Подача энергии в системы отопления в период наружных температур выше точки излома графика осуществляется теплоносителем с температурой превышающей требуемые значения.

Наличие такого конгломерата объектов, подключенных к единой централизованной системе водяного теплоснабжения, не позволяет централизованно осуществлять экономически выгодное и энергетически оправданное регулирование отпуска теплоты по отопительной нагрузке зданий и приводит к перерасходам тепловой энергии.

В последние годы предприятия, вырабатывающие тепловую энергию под предлогом экономии топлива, снижения потерь в сетях, либо по другим причинам прибегают к снижению расчетной температуры сетевой воды. Температуру понижают от 150 °C до 140, 130 °C и ниже, как в периоды резкого похолодания, так и в течение отопительного периода, то есть, проводят срезку температурного графика или переходят на пониженный температурный график. Например, такое предприятие как ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ОАО «НЛМК») получает тепловую энергию от собственной ТЭЦ и ТЭЦ «Территориальная генерирующая компания № 4» (ТГК-4) и работает по температурному графику 105/70 °C, 130/70 °C. Липецкий металлургический завод «Свободный Сокол» получает теплоту от собственной ТЭЦ и котельной Липецкой городской энергетической компании (ЛГЭК) (115/70 °C), завод «Центролит» — от промышленной котельной (115/70 °С). Применение «срезки» участилось в последние два-три года и связано с массовым внедрением в системах отопления зданий трубопроводов из полимеров при их реконструкции, а также новом строительстве. В результате «срезки» и перехода на пониженный температурный график происходит снижение температурного напора теплоносителя, что приводит к «недоподаче» необходимого количества теплоты в системы отопления зданий и сооружений, спроектированных на более высокие температуры теплоносителя.

Поставщики тепловой энергии «недоподачу» теплоты вследствие понижения температурного напора пытаются компенсировать увеличением расхода теплоносителя, включая в работу дополнительные насосные группы. Применяемая температурная «срезка» при той или иной температуре наружного воздуха сопровождается разовым увеличением расхода сетевой воды для всего диапазона наружных температур от температуры срезки до расчетной температуры на отопление.

Перерасход воды в сетях в таких случаях достигает 40-50 % от проектного расхода. Однако увеличением расхода не всегда удается восполнить дефицит теплоты. Повышенный расход сетевой воды нарушает стабильный гидравлический режим системы и приводит к разрегулировке тепловой сети. Качество отпускаемого тепла в таких случаях значительно отличается от нормативного. Срезка температурного графика сокращает период времени в течение отопительного сезона, когда осуществляется централизованное качественное регулирование.

Таким образом, при продолжительности отопительного сезона около 6 месяцев в году центральное качественное регулирование осуществляется 2-4 месяца, и 2-4 месяца в течение отопительного сезона выпадают из какого-либо регулирования.

Оценка влияния отсутствия абонентского дорегулирования и температурной «срезки» на продолжительность центрального качественного регулирования в течение отопительного сезона проведена для климатических условий города Липецка на примерах «срезки» температурного графика 150/70 °C до 130, 115 и 95 °C.

Только для 51,4 % отпускаемого количества теплоты в течение всего отопительного периода применяется центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке. Абонентскому регулированию, либо его отсутствию подвержено 27,6 % отпускаемого количества теплоты и отсутствию какого-либо регулирования в результате проводимой «срезки» — 21 %.

Для условий «срезки» с 150/70 °C на 130 °C центральному качественному регулированию подвержено 68,9 % отпускаемой в течение отопительного сезона теплоты. Для «срезки» со 150 °C на 115 °C — 60,3 % и для условий «срезки» на 95 °C — 35,8 % отпускаемой тепловой энергии.

Таким образом, при продолжительности отопительного сезона около 6 месяцев в году центральное качественное регулирование осуществляется два-четыре месяца, и два-четыре месяца в течение отопительного сезона выпадают из какого-либо регулирования. Проводимая «срезка» температурного графика с последующим увеличением расхода сетевой воды и абонентское дорегулирование у потребителей нарушают стабильный гидравлический режим тепловых сетей и приводят к его разрегулировке.

Чтобы обеспечить требуемым количеством тепловой энергии здания и сооружения при текущих наружных температурах воздуха в течение всего отопительного сезона предлагается способ теплоснабжения потребителей с периодической максимальной подачей теплоты. Снабжение тепловой энергией потребителей осуществляется по нескольким тепломагистралям, оснащенным запорной арматурой.

Известно, что использование теплоаккумулирующей способности зданий позволяет проводить регулирование отпуска теплоты на отопление не по текущей температуре наружного воздуха, а по средней величине наружной температуры за некоторый период, с соответствующим сдвигом времени .

Организация подачи теплоты основана на неизменяющемся гидравлическом режиме водяной тепловой сети и на способности зданий и сооружений аккумулировать тепловую энергию .

На источнике теплоты имеются: теплоприготовительная установка, коллектор охлажденной воды, где смешивают теплоноситель, поступающий из обратных трубопроводов отдельных магистралей, коллектор горячей воды, запорная арматура.

Предлагаемый способ теплоснабжения потребителей с периодической максимальной подачей теплоты заключается в следующем. Сетевой насос обеспечивает стабильный гидравлический режим во всей системе. Теплоноситель с повышенным температурным потенциалом поступает из теплоприготовительной установки (ТПУ) в одну из отдельных магистралей в течение определенного (первого) расчетного периода времени. Расход и температура теплоносителя поддерживаются постоянными, а в остальные магистрали направляют расходы сетевой воды, минуя теплоприготовительную установку по обводному трубопроводу. Теплоноситель поступает в другие магистрали и имеет температуру смеси, образованной в коллекторе охлажденной воды (КОВ). С течением времени (первый расчетный период) температура смеси понизится, следовательно, понизится температура внутреннего воздуха в отапливаемых помещениях. Сигналом для переключения запорной арматуры служит температура внутреннего воздуха у потребителей, и в следующий расчетный период, уже в другой район поступает теплоноситель от источника с повышенной температурой и т.д.

Происходит периодическое повышение и понижение температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах каждой из магистралей. Система, используя способность зданий и сооружений в течение определенного времени накапливать и отдавать тепловую энергию, периодически подает потребителям несколько завышенное количество теплоты.

Таким образом, происходит периодическое повышение и понижение температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах каждой из магистралей. Система, используя способность зданий и сооружений в течение определенного времени накапливать и отдавать тепловую энергию, периодически подает потребителям несколько завышенное количество теплоты. В предлагаемом способе подачи теплоты происходит периодическое повышение и понижение температуры теплоносителя при подаче теплоты по отдельным тепломагистралям в теплоснабжаемые районы (ТР) при стабильном гидродинамическом режиме системы.

Предлагаемый способ теплоснабжения потребителей с периодической максимальной подачей теплоты в централизованных системах теплоснабжения позволит создать стабильный гидравлический режим в водяных сетях и обеспечит регулирование отпуска теплоты в течение всего отопительного сезона.

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Изд-во МЭИ, 2001.

2. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Логинов В.В., Ермаков О.Н., Крамченков Е.М. Способ снабжения тепловой энергией потребителей в централизованных системах. Патент на изобр. КИ № 2334173 С1, Р24Б 3/02 (2006.01).

Если доля средней нагрузки горячего водоснабжения составляет менее 15% от расчетной нагрузки отопления (0,15), то регулирование отпуска теплоты принимают по нагрузке отопления, более 15 % от суммарной тепловой нагрузки - регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. В данном курсовом проекте, т.е. доля средней нагрузки горячего водоснабжения составляет более 15% от суммарной тепловой нагрузки, следовательно, принимаем регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения суммарный расчетный расход сетевой воды не включает расхода воды на горячее водоснабжение. Для обеспечения тепловой нагрузки системы горячего водоснабжения вода в подающей магистрали должна иметь температуру, большую, чем при регулировании по отопительной нагрузке. Поэтому график при регулировании по совмещенной нагрузке называется повышенным. Он строится на основании графика регулирования по нагрузке отопления.

Регулирование отпуска теплоты в закрытых системах теплоснабжения

В закрытых системах теплоснабжения в зависимости от соотношения максимальных тепловых потоков на горячее водоснабжение и на отопление присоединение водоподогревателей горячего водоснабжения следует принимать при, следовательно, присоединение подогревателей горячего водоснабжения осуществляется по двухступенчатой схеме.

График регулирования по нагрузке отопления для схем присоединения местных отопительных систем строится по температурам воды в подающей ? 1,о и обратной ? 2,о магистралях, ?С, в зависимости от температуры наружного воздуха

где - расчётный температурный напор нагревательного прибора, °C;

? э = 95 ?С - расчётная температура воды в подающем трубопроводе системы отопления после элеватора, °C (из задания);

t н - текущая температура наружного воздуха, ?С;

110-70=40?С - расчетная разность температур сетевой воды, ?С, при температуре наружного воздуха t о =-21(из задания);

Расчетный перепад температур в отопительной системе, ?С.

Пример расчета для t н =8?С:

Данные расчета для построения графика заносятся в таблицу 4.

Таблица 4 - Температура воды в подающей и обратной магистрали

В закрытых системах минимальная температура сетевой воды в подающей магистрали принимается равной 70 ?С. Точка излома, в которой температура воды в подающей магистрали равна минимальному значению, делит отопительный период на два диапазона: от +8 ?С до (первый диапазон регулирования), и от до t o (второй диапазон регулирования). В первом диапазоне осуществляется местное регулирование отпуска теплоты, а во втором - центральное качественное регулирование.

Построение повышенного графика регулирования для закрытых систем теплоснабжения (рис. 3) осуществляется на основании отопительно-бытового графика регулирования отпуска теплоты. Для построения повышенного графика необходимо определить перепады температур в подогревателях верхней и нижней ступени при температурах наружного воздуха и и балансовой нагрузке горячего водоснабжения.

Суммарный перепад температур в подогревателях верхней и нижней ступени, ?С, является постоянной величиной и определяется по формуле:

Балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность суточного графика горячего водоснабжения, для закрытых систем.

Перепады температур, ?С:

При, ; (4.4)

В системах централизованного теплоснабжения регулирование отпуска теплоты осуществляется:

a) На ТЭЦ или районной котельной – центральное регулирование;

б) На ЦТП и ИТП – местное регулирование.

В зависимости от регулируемого параметра различают три метода регулирования:

а) качественное – величина теплового потока регулируется изменением температуры теплоносителя при постоянном расходе;

б) количественное – величина теплового потока регулируется изменением расхода теплоносителя при постоянной температуре;

в) качественно- количественное – величина теплового потока регулируется как изменением расхода теплоносителя, так и его температуры.

В курсовом проекте следует руководствоваться общепринятым принципом регулирования отпуска теплоты для жилых районов: на источнике осуществляется центральное качественное регулирование, в ЦТП и ИТП – местное количественное.

Целью расчета регулирования отпуска теплоты является определение температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети в зависимости от температуры наружного воздуха. Эта зависимость изображается графически и называется температурным отопительным графиком. График строится в координатах τ - t H ; и каждому значению температуры наружного воздуха (t H) соответствует определенное значение температуры сетевой воды в подающем трубопроводе (τ о1); в обратном трубопроводе (τ о2); в подающем стояке системы отопления (τ 03).

Формулы расчета τ 01 , τ 02 , τ 03 приведены в . Результаты расчета сводятся в таблицу 3.

Таблица 3 – Температурный отопительный график

Пример построения графика приведен в .

Отпуск теплоты по данному температурному графику может осуществляться только для жилых районов с отопительной и вентиляционной нагрузкой. При наличии в районе централизованной системы горячего водоснабжения в отопительный график вводится корректировка. Для обеспечения требуемой температуры горячей воды в точках водоразбора зданий, температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети не должна быть ниже 70 0 С в закрытой системе и не менее 60 0 С в открытой системе теплоснабжения .

Точка пересечения температурного графика τ 1 с максимально допустимой температурой в подающем трубопроводе (70 градусов Цельсия или 60 градусов Цельсия) называется точкой излома температурного графика и обозначается τ" о1 (τ" о2 и τ" 03). Точке излома τ 1 ΄ соответствует определенная температура наружного воздуха t" Н. Температурный график с введенной корректировкой называется комбинированным отопительным графиком.

Трасса тепловой сети

На плане жилого района нанести трассу тепловой сети от источника теплоснабжения до каждого квартала. Рекомендуется применять радиальную схему тепловой сети. При трассировке следует стремиться к наименьшей протяженности сети и двухсторонней нагрузке магистралей. В каждый квартал следует предусматривать по одному вводу и только в отдельные крупные кварталы допускается по два ввода. Подключение противолежащих кварталов целесообразно осуществлять в одной точке.

В пределах городской застройки прокладку тепловых сетей по архитектурным условиям следует принять подземную канальную.По территории вне городской черты прокладку тепловой сети студент может выбрать по своему усмотрению подземную или надземную на низких опорах.

Гидравлический расчет тепловой сети

Задачей гидравлического расчета является определение диаметров труб и потерь давления в них.

Расчетный расход сетевой воды для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения с последующим суммированием этих расходов .

Для проведения гидравческого расчета составляется расчетная схема сети, на которой показывается источник теплоснабжения, трасса тепловой сети (одной линией) и подсоединяемые к ней ЦТП или узловые камеры кварталов.

Трассу разбивают на расчетные участки, указывая на каждом номер, длину и расход теплоносителя.

Расход сетевой воды по жилым кварталам распределяют пропорционально их тепловой нагрузке (или площади). В целях сокращения однотипных расчетов разрешается выполнить гидравлический расчет магистрального направления (от источника до самого удаленного квартала) и одного ответвления трассы.

Для предварительного расчета удельные потери давления (R Λ) могут быть приняты для участков магистрального направления до 80 Па/м, для участков ответвления трассы до 300 Па/м.

Расчет начинают с головного участка, т.е. от источника до первого ответвления. По расчетному расходу теплоносителя на участке и предварительно принятым удельным потерям давления по таблице или номограмме для гидравлического расчета находят диаметр трубопровода. По таблицам 3.4 и 3.7 “ Трубы стальные” выбирают стандартный диаметр трубы близкий к предварительно полученному по номограмме. Для стандартной трубы уточняют удельные потери давления и скорость движения теплоносителя. Для рассматриваемого участка разрабатывают схему, на которой указывают трубопроводы, арматуру, неподвижные опоры, компенсаторы, углы поворота, переходы . Выделяют виды местных сопротивлений и подсчитывают эквивалентную длину участка. Расчеты сводят в таблицу 4. Закончив расчет первого участка, переходят к расчету второго и т.д. участков.

Таблица 4 – Гидравлический расчет водяной тепловой сети

Схема тепловой сети

Разработка схемы сети ведется параллельно с гидравлическим расчетом. Трубопроводы тепловой сети на схеме показываются двумя параллельными линиями и обозначаются Т1 и Т2. Подающий трубопровод Т1 располагается обязательно справа по ходу теплоносителя от источника. Все точки ответвлений закрепляются неподвижными опорами и обозначаются УТ – узлы трубопроводные . На ответвлениях тепловой сети устанавливается запорная арматура – стальные задвижки, для обслуживания которых предусматриваются тепловые камеры. Расстояние между двумя УТ (в начале и конце расчетного участка) разбивается неподвижными опорами на компенсационные участки. Расстояние между неподвижными опорами принимается в зависимости от диаметра трубопровода и типа компенсирующих устройств и не должно превышать указанного в таблице 5. Между двумя неподвижными опорами должно быть предусмотрено компенсирующее устройство. На участке от источника до жилого района целесообразно применять П- образные компенсаторы, по территории жилого района- сальниковые. Углы поворота трассы от 90 до 130 градусов должны быть использованы для самокомпенсации тепловых удлинений. Если между двумя УТ имеется угол поворота трассы, то первоначально закрепляют неподвижными опорами плечи угла, суммарная длина плеч не должна превышать расстояния указанного в таблице 5. Плечи угла могут быть как равными по величине, так и различными. Углы поворота больше 130 градусов закрепляются неподвижными опорами.

От источника по трассе тепловой сети должны быть предусмотрены секционирующие задвижки, места установки которых указаны в . Учитывая рельефные условия, в отдельных УТ необходимо предусматривать трубопроводы и арматуру для спуска воды и выпуска воздуха из труб тепловой сети .

Таблица 5 – Расстояния между неподвижными опорами трубопроводов

(при канальной и надземной прокладке) в метрах

Условный проход труб, Д У,мм	Компенсаторы П-образные	Участки самокомпенсации	Компенсаторы сальниковые
Расстояние между неподвижными опорами, при параметрах теплоносителя Т=150 0 С, Р=1,6 МПа
			-
			-
80,100			-
150,175
250,300
400,450
600,700,800

Пьезометрический график

График выполняют по результатам гидравлического расчета на листе миллиметровой бумаги размером 20 х 30 см. В нижней части листа наносят в масштабе развернутый план трассы. Слева проводят вертикальную ось, на которой в выбранном масштабе наносится шкала напоров Н в м. Над планом трассы строят рельеф местности на основании отметок горизонталей, указанных на плане района города и ТЭЦ. На рельефе местности показывают 5-12 этажные здания.

На оси Н, в точке расположения ТЭЦ откладывают от рельефа местности 5-25 м – это будет напор перед сетевыми насосами. От этой точки проводят горизонтальную линию до конца первого расчетного участка и вертикально вверх откладывают величину потерь напора на первом участке. Полученную точку соединяют с точкой напора перед сетевыми насосами на оси Н. Полученная линия характеризует изменение напора на данном расчетном участке. Для последующих участков построение проводится аналогично. В результате получают ломанную прямую линию изменения величины напора в обратном трубопроводе тепловой сети. В конечной точке сети следует отложить вверх величину располагаемого напора для квартала. В закрытой системе теплоснабжения располагаемый напор на ЦТП рекомендуется в размере 25-30 м, в открытой системе располагаемый напор в узловой камере квартала должен быть 20-25 м. Полученная точка характеризует величину напора в подающем трубопроводе перед ЦТП или узловой камерой. От этой точки строят линию напора в подающем трубопроводе путем зеркального отображения линии напора обратного трубопровода. От точки, характеризующей величину напора в подающем трубопроводе на выходе из ТЭЦ, следует отложить потери напора в тепло подготовительной установке источника в размере 10-15 м.

Линия нижнего пьезометра не должна пересекать условно обозначенные здания. Если это условие не выполняется, весь пьезометр следует поднять вверх, обеспечивая при этом избыточное давление не менее 5 метров в системе отопления самого высокого здания . Линия статического давления проводится в соответствии с .

Выбор насосов

Сетевые насосы предназначены для обеспечения создания циркуляции воды в системе теплоснабжения. Следовательно гидравлический режим системы определяется точкой пересечения гидравлических характеристик насоса и сети.

Характеристика тепловой сети представляет собой квадратичную параболу, проходящую через начало координат. Характеристику сети строят в системе координат H-V. На характеристике сети отмечают точку R, соответствующую расчетному режиму.

Сетевой насос выбирают по напору и производительности . Характеристики сетевых насосов марки СЭ приведены в . Характеристика насоса переносится в систему координат H-V. Точка пересечения характеристик сети и насоса должна быть вблизи точки R, рисунок 1. Часто получается, что одного насоса недостаточно, тогда принимают два насоса и выбирают схему их включения. При параллельном включении насосов суммарная характеристика строится путем сложения расходов (подач) при одних и тех же напорах. При последовательном включении суммарная характеристика получается путем сложения напоров при одних и тех же расходах.

2

Рисунок 1 – Гидравлическая характеристика сети (1) и насоса (2)

Число сетевых насосов следует принимать не менее двух, один из которых является резервным.

Подпиточные насосы устанавливаются для восполнения утечки воды в тепловой сети, а в открытой системе еще обеспечивают подачу воды на горячее водоснабжение. Напор и подача (производительность) подпиточных насосов определяется по формулам .

Число подпиточных насосов принимается в закрытой системе теплоснабжения не менее двух, один из которых является резервным, в открытой системе – не менее трех, один из которых также является резервным.