• 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

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

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).

___________ – 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:

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

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:

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

Здраствуйте! Передача тепла системами теплоснабжения осуществляется в отопительных приборах внутренних систем теплоснабжения потребителей. По теплоотдаче этих отопительных приборов судят о качестве всего централизованного теплоснабжения. Изменение параметров и расходов теплоносителя в соответствии с фактической потребностью потребителей называется регулированием отпуска тепла.

Регулирование отпуска тепла повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива. Существуют следующие методы регулирования: центральное, групповое, местное, и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование — выполняется на теплоисточнике (ТЭЦ, котельной) по тому виду нагрузки,который преобладает у большинства потребителей. Чаще всего, это конечно отопление, либо совместная нагрузка на отопление и горячее водоснабжение. Реже нагрузка на вентиляцию, технологию.

Групповое регулирование — осуществляется в ЦТП (центральных тепловых пунктах) для группы однотипных потребителей, например для многоквартирных домов. В ЦТП поддерживаются необходимые параметры, а именно расход и температура.

Местное регулирование — это регулирование в ИТП (индивидуальных тепловых пунках). Проще говоря, в теплоузлах. Здесь уже проводится дополнительная корректировка с учетом особенностей конкретного потребителя тепла.

Индивидуальное регулирование — это регулирование непосредственно внутренних систем теплоснабжения. То есть стояков, радиаторов, отопительных приборов. Об этом я писал в этой .

Суть методов регулирования можно понять из уравнения теплового баланса: Q=Gc*(τ1-τ2)*n/3600=κ*F*Δt*n;

где Q — количество тепла, полученное отопительным прибором от теплоносителя и отданное на нагрев среды, Квтч;

G — расход теплоносителя, кг/ч;

c — теплоемкость теплоносителя, кДж/кг°С;

τ1, τ2 — температуры теплоносителя на входе и на выходе,°С ;

n — время, ч;

κ — коэффициент теплопередачи, кВт/м² °С;

F — поверхность нагрева, м²;

Δt — температурный напор между греющей и нагреваемой средой, °С.

Из этого уравнения можно понять, что регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами, а именно — изменением температуры — качественный метод; изменением расхода — количественный метод; периодическим полным отключением, а затем включением систем теплопотребления — регулирование пропусками.

Качественное регулирование — это изменение температуры при постоянном расходе. Это самый распространенный вид центрального регулирования тепловых сетей. Так например, теплоисточники работают по температурному графику изменения температур теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха.

Количественное регулирование — осуществляется путем изменения расхода теплоносителя при его постоянной температуре в подаче.

Регулирование пропусками, или прерывистое регулирование — это периодическое отключение систем, то есть пропуски подачи теплоносителя. Применяется на практике относительно редко, обычно в начале или в конце отопительного сезона, при сравнительно высокой температуре наружного воздуха.

Вот такие основные виды и методы регулирования отпуска тепла. Буду рад комментариям к статье.

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)

Тепловая нагрузка на отопление и вентиляцию изменяется в за­висимости от температуры наружного воздуха. Расход теплоты на го­рячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха. В этих условиях необходимо регулировать параметры и расход тепло­носителя в соответствии с фактической потребностью абонентов.

4.1. Температурный график сетевой воды

При наличии разнородной нагрузки (отопление, вентиляция и ГВС) в общей тепловой сети расчет и построение температурного графика сетевой воды проводят по преобладающей тепловой нагрузке и для самой распространенной схемы присоединения абонентских ус­тановок. Преобладающей, как правило, является отопи­тельная нагрузка. Предпочтительной системой регулирования тепловой нагрузки является качественное регулирование, когда изменение тепловой нагрузки на отопление при изменении температуры наружного воздуха производится за счет изменения температуры сетевой воды при неизменном расходе. Такое регулирование производится на источнике теплоты.

Расчетные температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе ( - температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе и в системе отопления при ее зависимом присоединении соответственно) на коллекторах источника теплоты соответствуют расчетной температуре наружного воздуха и задаются при проектировании системы теплоснабжения , например, 150/70, 130/70 и т.д. Если тепловая нагрузка однородна, в частности, отопительная, то во всем диапазоне наружных температур можно проводить качественное регулирование. При этом тепловая нагрузка прямо пропорциональна температуре теплоносителя в подающем трубопроводе и обратно пропорциональна температуре наружного воздуха. Поэтому на температурном графике зависимости температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе изображаются при однородной нагрузке и качественном регулировании прямыми линиями. За начальную точку этих прямых принимают температуру наружного воздуха +20 0 С (+18), когда тепловая нагрузка равна нулю. Тогда температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе тоже будет +20 0 С (+18). Конечными точками будут соответственно . При зависимом присоединении системы отопления на графике будет третья прямая, соединяющая начальную точку с расчетной температурой .

При наличии нагрузки горячего водоснабжения (гвс) температура воды в подающем трубопроводе не может быть снижена ниже 60 0 С при присоединении системы гвс по открытой схеме и ниже 70 0 С при присоединении по закрытой схеме, т. к. температура воды в водоразборных приборах должна быть от 55 0 С до 65 0 С, а в теплообменнике гвс теряется порядка 10 0 С. Таким образом, на температурном графике производится отсечка, как показано на рис.4 и 5. На графике регулирования закрытой схемы системы теплоснабжения температура наружного воздуха, соответствующая отсечке, , делит график на две области: область качественного регулирования II и область количественного регулирования I. На графике регулирования открытой системы теплоснабжения в зоне качественного регулирования появляется зона III, когда температура воды в обратном трубопроводе достигает 60 0 С и разбор воды на горячее водоснабжение производится только из него.

Рисунок 4. Температурный график регулирования открытой зависимой системы теплоснабжения

Рис.5 Температурный график регулирования закрытой независимой системы теплоснабжения

Наличие или отсутствие на графике регулирования ломаной зависит от того, является ли система теплоснабжения зависимой (рис. 4) или независимой (рис. 5).

Если , то регулирование рационально проводить по совместной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение. При этом строится так называемый повышенный температурный график регулирования, позволяющий компенсировать повышенный расход тепла на горячее водоснабжение за счет увеличения разности температур прямой и обратной воды по сравнению с графиком регулирования по отопительной нагрузке.

При построения повышенного графика расход тепла на горячее водоснабжение принимается балансовым:

где - балансовый коэффициент, принимаемый обычно равным величине 1.2.

Вид графика представлен на рис.6.

Рисунок 6. Повышенный температурный график регулирования.

На рисунке: - температуры теплоносителя на коллекторах ТЭЦ; - температуры теплоносителя по отопительному графику; - температура теплоносителя в системах отопления.

Величины

Связаны уравнениием

(10)

Здесь, расчетная разность температур сетевой воды по отопительному графику

В начале определяется величина из уравнения

. (11)

Температура водопроводной воды после первой ступени подогревателя системы гвс где =5…10 о C – величина недогрева воды в подогревателе.

4.2. Расчет и построение графиков расхода сетевой воды

4.2.1. Расчетный расход сетевой воды на отопление:

(12)

где с=4,19 кДж/(кг×К) - теплоемкость воды.

В зоне качественного регулирования II расход теплоносителя на отопление постоянный, в зоне количественного регулирования I падает с ростом температуры наружного воздуха до 0 при +20 (18) 0 С (рис. 5 и 6).

4.2.2. Расчетный расход сетевой воды на вентиляцию:

определяется по (13):

(13)

Характер графика расхода на вентиляцию повторяет ход графика расхода на отопление (рис. 6 и 7).

4.3.3 Расход сетевой воды на горячее водоснабжение:

В открытых сетях теплоснабжения средний часовой расход воды на горячее водоснабжение будет:

(14)

В закрытых системах теплоснабжения средний часовой расход на горячее водоснабжения определяется по (13, 14).

При параллельной схеме присоединения водоподогревателей

(15)

Температура воды после параллельно включенного водоподогревателя горячего водоснабжения в точке излома графика температур воды; рекомендуется принимать = 30 °С.

При двухступенчатых системах присоединения водоподогревателей

, (16)

где - температура воды после первой ступени подогрева при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей, °С.

По отношению к зонам регулирования температурного графика системы теплоснабжения расходы ведут себя следующим образом.

В зоне количественного регулирования I при постоянной температуре в подающем трубопроводе с учетом средней нагрузки на горячее водоснабжение расход сетевой воды на горячее водоснабжение остается постоянным и при открытой, и при закрытой системе теплоснабжения (рис. 5 и 6).

Эти расходы сетевой воды определяются следующим образом.

В зоне качественного регулирования (II, III – при открытой схеме и II – при закрытой) характер кривых существенно различается.

При открытой схеме в зоне II сетевая вода на горячее водоснабжение разбирается из подающего и обратного трубопроводов. Из подающего трубопровода расход сетевой воды уменьшается от максимальной величины при температуре наружного воздуха до нуля при температуре наружного воздуха . Наоборот, расход сетевой воды из обратного трубопровода меняется от нуля до максимального значения при тех же температурах наружного воздуха. В зоне III разбор сетевой воды на горячее водоснабжение идет только из обратного трубопровода и несколько падает по мере роста температуры воды от 60 до 70 0 С (рис. 5).

При закрытой схеме присоединения системы горячего водоснабжения теплообмен между системами теплоснабжения и горячего водоснабжения происходит в одноступенчатом (на подающей магистрали) или в двухступенчатом (на обеих магистралях) теплообменнике. В зоне II расход сетевой воды на горячее водоснабжение уменьшается от максимального при до нуля при для двухступенчатого теплообменника (рис. 6, сплошная линия) и до величины

(17)

(рис. 6, штриховая линия).

Затем, для наглядности, строится график суммарных расходов сетевой воды (рис. 7 и 8) согласно условию

. (18)

Рисунок 7. График расходов открытой тепловой сети

Рисунок 8. График расходов закрытой тепловой сети (сплошная линия – двухступенчатый подогрев горячей воды: штриховая – одноступенчатый).

Необходимый для гидравлического расчета тепловой сети расчетный расход сетевой воды в двухтрубной сети в открытых и закрытых системах теплоснабжения определяется по формуле (19):

. (19)

Коэффициент, учитывающий долю среднего расхода воды при регулировании по отопительной нагрузке., принимаемый из следующих соображений:

· открытая система: 100 и более МВт =0.6, менее 100МВт, =0.8;

· закрытая система: 100 и более МВт =1.0, менее 100МВт, =1.2.

При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения при корректированном графике регулирования коэффициент принимают равным 0.

При проектировании тепловых сетей в задачу гидравлического расчета входит определение диаметров трубопроводов и падения дав­ления по участкам и в целом по магистрали. Расчет ведется в два этапа: предварительный и поверочный.

5.1. Порядок проведения гидравлического расчета

Исходными данными для расчета являются: расчетная схема (см. рис. 1); расчетные расходы сетевой воды по участкам; вид и коли­чество местных сопротивлений на каждом участке.

Одним из основных параметров, определяющих гидравлическое сопротивление, является скорость воды в трубопроводах. В магист­ральных сетях скорость воды рекомендуют принимать в пределахl¸2 м/с, а в распределительных трубопроводах - 3¸5 м/с.

На первом, предварительном, этапе определяется расчетный ди­аметр трубопровода по принятым значениям скорости воды w и удельного падения давления . Для магистральных трубопрово­дов значение £ 80 Па/м, для распределительных сетей и ответв­лений =100¸300 Па/м. Условный диаметр рассматриваемого участка определяется с помощью номограммы для гидравлического расчета трубопровода (Приложение П) по расходу воды и принятому удельному падению давления . Т. к. точка пересечения на номограмме не попадает на какую-либо линию стандартного диаметра, то необходимо сместиться по линии расходов вверх или вниз до пересечения с линией стандартного диаметра. Если смещаться вверх, то выбирается меньший стандартный диаметр, но реальное удельное линейное сопротивление оказывается больше, а если вниз – то диаметр больше, а сопротивление меньше. Обычно, на участках трубопровода, близких к теплоисточнику переходят на большие диаметры, а ближе к концу магистрали – на меньшие. Необходимо также отслеживать, чтобы скорости воды на участке трубопровода не вышли за указанные пределы. Полученные фактические значения удельного линейного сопротивления и скорости движения воды заносятся в таблицу 2.

Таблица 2

Гидравлический расчет теплосети

Продолжение таблицы 2

Гидравлический расчет теплосети

По расчетной схеме и выбранной трассе трубопроводов опреде­ляются типы и количество местных сопротивлений: арматуры, отво­дов, компенсаторов и пр. По приложению П8 в зависимости от услов­ного диаметра и типа местных сопротивлений определяется эквива­лентная длина местных сопротивлений и заносится в таблицу 2. Расчетная длина участка трубопровода определяется суммированием фактической и эквивалентной длины.

Падение давления на расчетном участке вычисляется по формуле (20), Па:

(20)

где - длина расчетного участка, м;

Суммарная эквивалентная длина местных сопротивлений на дан­ном участке.

Потери напора на участке составят:

где =975 кг/м 3 - плотность воды при температуре 100 °С;

g =9,81 м/с 2 - ускорение свободного падения.

Полученные величины заносятся в графы поверочного расчета (таб. 2). Аналогично рас­считываются все участки магистрали.

Расчет ответвлений проводится так же, как участок магистрали, нос заданным падением давления (напора), определяемым после построения пьезометрического графика как разность напоров в подающей и обратной магистрали в точке присоединения ответвлеиия.

Также, как и для магистрали, для конкретного рассчитываемого ответвления измеряется длина трубопроводов от точки ответвления до самого дальнего потребителя (абонента) - l отв , м. Для этого ответвления протяженностью l отв предварительно удельное линейное падение давления, Па/м:

(22)

где ; Z - опытный коэффициент местных сопротивлений для ответвлений (для водоводов Z =0,03¸0,05); G отв - расчетный рас­ход теплоносителя на начальном участке ответвления, кг/с; - разность располагаемой падения давления на ответвлении и требуемого перепада давлений у последнего абонента, Па; - фактическая длина ответвления в двухтрубном исполнении.

При сложной схеме распределительных сетей ответвление делит­ся на участки аналогично разделению на участки магистральной сети.

4.2. Построение пьезометрического графика

Пьезометрический график строится на основании гидравлическо­го расчета (таб. 2). Пьезометрический график сети позволяет уста­новить взаимное соответствие рельефа местности, высоты абонент­ских систем и потерь напора в трубопроводах. По пьезометрическому графику можно определить напор в любой точке сети, располагаемый напор в местах ответвлений и на вводе в абонентские системы, а также провести корректировку схем присоединения абонентских сис­тем и действующие напоры в прямой и обратной магистралях сети.

Пьезометрический график строится в масштабе в координатах L-H (L - длина трассы, м; Н - напор, м). За начало координат при­нимается точка 0 , соответствующая установке сетевых насосов (рис. 6). Вправо от точки 0 вдоль оси L (линия I-I , отметка 0.0) нано­сится профиль трассы в соответствии с рельефом местности вдоль основной магистрали и ответвлений. Здесь принимается, что профиль трассы совпадает с рельефом местности. При несложной схеме теп­лоснабжения и небольшом числе абонентских вводов (не более 20) на ответвлениях и магистрали наносятся высоты зданий (абонентских систем). По оси ординат из точки 0 откладывается напор в метрах.

Построение пьезометрического графика начинают с гидростати­ческого режима, когда циркуляция воды в системе отсутствует, а вся система теплоснабжения, включая системы отопления или тепло­обменники систем отопления, заполнена водой с температурой до 100°С. Статическое давление в тепловой сети H ст обеспечивается подпиточными насосами. Линию статического напора S-S на графике проводят из условия прочности чугунных радиаторов, т.е. 60 м. Статическое давление должно быть выше высоты присоединенных зда­ний к системе теплоснабжения, а также обеспечить невскипание воды в тепловой сети. Если хотя бы одно из условий для абонентских вводов не соблюдается, необходимо предусмотреть разделение тепло­вой сети на зоны с поддержанием в каждой зоне своего статического давления.

Необходимый подпор современных сетевых насосов находится в пределах 10¸25 м из условия подавления кавитации на всасе в на­сос, а полный напор подпиточных насосов H ст =40¸60 м. Данное значение

Н ст откладывается по оси Н от точки 0 до А. От точки А начинается построение пьезометрического графика для обратной магистрали в динамическом режиме на основании данного гидравлического расчета. С точки А откладывается длина первого расчетного участка 0 – I (0 I). Далее по оси Н откладывается расчетная величина гидравлических потерь Δ Н І (точка 0 1 ). Выполняя описанные действия, определяем последовательно все точки пьезометрического графика обратной магистрали (точки 0 , 0 1 , 0 2 и т.д.).

От последней точки пьезометрического графика обратной ма­гистрали (точка 0 4 ) откладывается необходимый располагаемый напор у последнего абонентаDH аб » 15¸20 м при наличии элеватора или DH аб » 10м+H зд - при безэлеваторном подключении (точка П 4 ). Пьезометрический график прямой магистрали строится от точки П 4 в обратной последовательности по участкам сети. Соединяя все найденные точки (А,0 1 ,0 2 , ... ) получим пьезометрический график обратной магистрали. При правильных расчетах и построении пьезометрический график должен быть прямолинейным. В точке П , соответс­твующей месторасположению источника теплоты, вверх откладывается потеря напора в сетевых подогревателяхDH П =10¸20 м или в водо­грейном котлеDH П =15¸30 м.

Рисунок 9. Пьезометрический график и схема тепловой сети:

I - сетевой насос; II - подпиточный насос; III - теплоподготови-тельная установка; IV - регулятор давления; V - подпиточный бак.

5. ВЫБОР СХЕМ ПРИСОЕДИНЕНИЯ АБОНЕНТСКИХ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ К ТЕПЛОВОЙ СЕТИ

Пьезометрический график позволяет выбрать схему присоедине­ния абонентских установок к теплосети с учетом располагаемого пе­репада давлений и ограничений по избыточному давлению в трубопро­водах.

На рис. 10 представлены схемы присоединения абонентских отопительных систем к тепловой сети. Схемы (а), (б) и (в) представляют собой зависимые присоединения. Схема (а) используется в том случае, когда имеется центральный или групповой тепловой пункт, где готовится теплоноситель с требуемыми параметрами и перед системой отопления необходимо отрегулировать только давление. Рис.10б - элеваторная схема присоединения применяется при условии, что напор в обратной магистрали не превышает допус­тимого для местных отопительных систем, а располагаемый напор на вводе достаточен для работы элеватора (15¸18 м).

Если напор в обратной магистрали не превышает допустимого, а располагаемый напор недостаточен для работы элеватора, применяют зависимую схему со смесительным насосом (Рис.10в).

Если напор в обратной магистрали в статическом или динами­ческом режиме превышает допустимый напор для местных систем отоп­ления, применяют независимую схему с установкой водоводяного теплообменника (Рис.10г).

Обозначения на схеме:

ПК – пиковый котел; ТП – теплофикационный подогреватель; СН – сетевой насос; ПН – подпиточный насос; РР – регулятор расхода; Д – диафрагма; В - воздушник (кран Маевского); Э – элеватор; Н – смесительный насос; РТ – регулятор температуры; ТО – теплообменник системы отопления; ЦН – циркуляционный насос; РБ – расширительный бак.

На рис. 11 представлены схемы присоединения системы горячего водоснабжения к системе теплоснабжения.

Рисунок 11. Присоединение систем горячего водоснабжения к системе теплоснабжения

6. ВЫБОР НАСОСОВ

6.1. Выбор сетевых насосов

Сетевые насосы устанавливаются на источнике теплоты, их ко­личество должно быть не менее двух, из которых один резервный. Производительность всех рабочих насосов принимается равной сум­марному расходу сетевой воды с учетом коэффициента запаса насоса по производительности (1,05-1,1).

Напор сетевых насосов определяется по пьезометрическому гра­фику и равен, м:

H с.н. =H ст +DH п +DH о +DH аб,

где H ст - потери напора на станции, м;

DH п - потери напора в подающей линии, м;

DH аб - располагаемый напор у абонента,м;

DH о - потери напора в обратной линии, м.

Выбор насосов выполняется для отопительного и неотопительно­го периодов. При наличии подкачивающих насосов в сети напор сете­вых насосов уменьшается на напор подкачивающих насосов.

6.2. Выбор подпиточных насосов

Производительность подпиточных насосов определяется величи­ной потерь сетевой воды в системе теплоснабжения. В закрытых сис­темах потери сетевой воды составляют 0,5 % объема воды в сетях, м 3 /ч:

G подп. =0,005×V+G гвс,

где V=Q×(V с +V м) - объем воды в системе теплоснабжения, м 3 ; Q - тепловая мощность системы теплоснабжения, МВт; V с , V м - удельные объемы сетевой воды, находящейся в наружных сетях с подогрева­тельными установками и в местных системах, м 3 /МВт (V с =10¸20, V м =25).

Список литературы

1. Айзенберг И.И., Баймачев Е.Э., Выгонец А.В. и др. Учебное пособие по дипломному проектированию для студентов специальности 270109 – ТВ. – Иркутск: Иркутский дом печати, 2007, - 104 с.

Регулирование нагрузки в системах теплоснабжения

Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей теплоты, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов теплоты многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход теплоты на горячее водоснабжение и для ряда технологических процессов не зависит от температуры наружного воздуха, но изменяется как по часам суток, так и по дням недели.

В этих условиях необходимо искусственное изменение параметров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива.

В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование.

Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной попреобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое тепло-потребление.

Групповое регулирование производится в центральных тепловыхпунктах (ЦТП) для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или во внутриквартальные сети.

Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе длядополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов.

Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов, например, у отопительных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования.

Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска теплоты дополняется групповым, местным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование. Комбинированное

регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском тепло-ты и фактическим теплопотреблением.

По способу осуществления регулирование может быть авто-матическим и ручным.

Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса

где Q - количество теплоты, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой среде, кВт/ч; G c . в - расход теплоносителя - сете

вой воды, кг/ч; с - теплоемкость теплоносителя, кДж/кг°С; 1 , 2 - тем-пература теплоносителя на входе и выходе из теплообменника, °С.

Регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами: изменением температуры теплоносителя - качественный метод; измене-нием расхода теплоносителя - количественный метод; периодическим от-ключением систем - прерывистое регулирование; изменением поверхно-сти нагрева теплообменника. Сложность осуществления последнего мето-да ограничивает возможность его широкого применения.

Качественное регулирование осуществляется изменением тем-пературы при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод яв-ляется наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей.

Количественное регулирование отпуска теплоты производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе.

Качественно-количественное регулирование выполняется путем со-вместного изменения температуры и расхода теплоносителя.

Прерывистое регулирование достигается периодическим от-ключением систем, т. е. пропусками подачи теплоносителя, в связи с чем этот метод называется регулированием пропусками.

Центральные пропуски возможны лишь в тепловых сетях с однородным теплопотреблением, допускающим одновременные перерывы в пода-че теплоты. В современных системах теплоснабжения с разнородной тепловой нагрузкой регулирование пропусками используется для местного регулирования.

В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование не-приемлемо ввиду того, что изменение температур в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование паро-вых систем производится в основном количественным методом или путем пропусков. Однако периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению системы воздухом. Более эффективно местное или индивидуальное количественное регулирование.

Современные системы теплоснабжения характеризуются наличием разнородных потребителей, отличающихся как видом теплопотребления, так и параметрами теплоносителя. Наряду с отопительными установками значительное количество теплоты расходуется на горячее водоснабжение, возрастает вентиляционная нагрузка. При одновременной подаче теплоты по двухтрубным тепловым сетям для разнородных потребителей цен-тральное регулирование, выполняемое по преобладающей нагрузке, долж-но быть дополнено групповым и местным регулированием.

Температура сетевой воды в подающем трубопроводе закрытых систем не должна быть ниже 70 °С, так как при более низких температурах нагрев водопроводной воды в теплообменнике до 60-65 °С будет невозможен.

В результате такого ограничения график температур имеет вид лома-ной линии с точкой излома при минимально допустимой температуре воды (рис. 6.7). В открытых системах температура воды в подающей линии не

должна превышать 60 °С (τ 1 = t г 60 °С). Температура наружного воздуха, соответствующая точке «излома» или «срезки» графика, обозначается t н .

При температурах наружного воздуха выше t н центральное регулирование

сезонной нагрузки во избежание перегрева помещений дополняется местным регулированием.

В зависимости от соотношения нагрузок горячего водоснабжения и отопления центральное регулирование разнородной нагрузки производится по отопительной нагрузке или по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

Центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке принимается в системах теплоснабжения со среднечасовой нагрузкой горячего водоснабжения, не превышающей 15 %, от расчетного расхода теп-лоты на отопление.

Рис. 6.7. График температур при комби-нированном регулировании отопительной на-грузки: 1 , 2. о - температуры сетевой воды в

подающем и обратном трубопроводах теплосе-ти; 1 , 2. о и 1 , 2. о - температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах теплосети при t н ро и при t н соответственно

Точка излома температурного графика делит отопительный период на два диапазона (рис. 6.7): 1 - в интервале наружных температур 2 - в интервале температур . Граница между диапазонами находится графически в точке пересечения кривой с горизонтальной линией, соответствующей t = 70 °С.

График температур, приведенный на рис. 6.7, носит название отопительно-бытового.

Вопросы для самоконтроля

1. Поясните устройство водяных и паровых систем теплоснабжения, их плюсы и минусы.

2. Какие существуют схемы подключения абонентов к водяным сис-темам теплоснабжения? Начертите их и объясните принцип работы.

3. Какие существуют тепловые нагрузки?

4. Каким образом может осуществлятся регулирование нагрузок в системах теплоснабжения?