Б. Расчет графиков температур теплоносителя у потребителя поддерживаемых при автоматизации систем отопления

При автоматизации систем отопления заданный график подачи теплоты обеспечивается путем поддержания регулятором соответствующего графика температур теплоносителя.

Могут применяться следующие способы поддержания графика температур теплоносителя, циркулирующего в системе отопления:

1) поддержание графика температур теплоносителя в подающем трубопроводе — t₀₁;

2) поддержание графика температур теплоносителя в обратном трубопроводе — t₂;

3) поддержание графика разности температур теплоносителя в обоих трубопроводах

Dt = t₀₁ -t₂.

Первый способ, наиболее распространенный за рубежом, приводит к завышению подачи теплоты в теплый период отопительного сезона примерно на 4 % годового теплопотребления на отопление вследствие необходимости спрямления криволинейного графика температур воды в подающем трубопроводе.

Второй способ рекомендуется применять при автоматизации систем, в которых возможно изменение расхода циркулирующего теплоносителя (например, при подключении системы отопления к тепловым сетям через элеватор с регулируемым сечением сопла, с корректирующим насосом, установленным на перемычке между подающим и обратным трубопроводами). Контроль температуры в обратном трубопроводе гарантирует нормальный прогрев последних по ходу воды в стояке отопительных приборов.

Третий способ наиболее эффективен, так как при нем повышается точность регулирования, из-за того, что график разности температур — линейный, в отличие от криволинейных графиков температур воды в подающем и обратном трубопроводах систем отопления. Но он может применяться только в системах отопления, в которых поддерживается постоянный расход циркулирующего теплоносителя (например, при независимом присоединении через водоподогреватель или с корректирующими насосами, установленными на подающем или обратном трубопроводах системы отопления). При известном расходе воды, циркулирующей в системе, этот способ регулирования является наиболее точным, так как еще устраняет ошибки в подаче теплоты при наличии запаса в поверхности нагрева отопительных приборов (при других способах регулирования поддержание расчетного графика приведет к перерасходу теплоты и из-за незнания фактического значения показателя степени т в формуле коэффициента теплопередачи отопительного прибора).

На рис. 2 и 3 представлены графики изменения относительной температуры воды в подающем и обратном трубопроводах систем отопления с постоянной циркуляцией воды (температурного критерия системы отопления)_ в зависимости от относительного теплового потока на отопление Q₀, определенного по разделу А настоящего приложения, и с учетом возможных значений показателя степени m в формуле коэффициента теплопередачи отопительного прибора (здесь b далее с индексом «т» — значения температур при текущей температуре наружного воздуха).

 

Рис. 2. Графики изменения температурного критерия системы отопления по температуре воды в подающем трубопроводе для различных значений показателя степени m и при постоянной циркуляции теплоносителя в системе

 

 

Рис. 3. Графики изменения температурного критерия системы отопления по температуре воды в обратном трубопроводе при постоянной циркуляции воды в системе

 

Эти рисунки иллюстрируют значительное влияние на степень криволинейности графиков температур воды фактического значения коэффициента m, который зависит от типа отопительных приборов и способа прокладки стояка. Так, например, в системах отопления с замоноличенными стояками и конвекторами «Прогресс» следует принимать m = 0,15, а в системах отопления с конвекторами «Комфорт» и открыто проложенными стояками m = 0,32. В системах с чугунными радиаторами m = 0,25.

Используя эти графики, находят искомую температуру воды в подающем или обратном трубопроводе при различных температурах наружного воздуха: для требуемой t_н находят по формулам (1) и (2) или из графика рис. 1 относительный расход теплоты на отопление Q₀, а по нему — из графиков рис. 2 или 3 относительную температуру воды. Затем по нижеперечисленным формулам — искомую температуру воды:

(3)

(4)

Значения t_i и t_i^опт принимаются теми же, что и при определении .

На рис. 4 приведены для однотрубных систем отопления требуемые графики изменения относительной температуры воды в подающем (t^T₀₁-t_i^опт)/(t₀₁ -t_i) обратном (t^T₂-t_i^опт)/(t₂ -t_i) трубопроводах и их разности (t^T₀₁-t^T₂)/(t₀₁ -t₂), обозначаемые далее критерием Q, и определенные исходя из обеспечения одинакового изменения теплоотдачи первых и последних по ходу воды в стояке отопительных приборов. При этом в системах отопления расход циркулирующего теплоносителя должен изменяться (количественно-качественное регулирование) в соответствии с графиками, приведенными на рис. 5. Графики построены по следующим формулам для различных m:

 

Рис. 4. Графики изменения относительных температур теплоносителя в однотрубных системах отопления при количественно-качественном регулировании

(5)

(6)

где G₀, G_0max расход циркулирующего теплоносителя соответственно при текущей наружной температуре и расчетной для проектирования отопления.

При регулировании подачи теплоты в системах отопления центральных тепловых пунктов (ЦТП) температурные графики определяются по тем же зависимостям, как и для систем отопления отдельных зданий, подставляя иное значение расчетной температуры. Например, для ЦТП с независимым присоединением квартальных сетей отопления t₀₁=120 °С, а для ЦТП с зависимым присоединением —t₀₁ =150 °С.

 

 

Рис. 5. Графики изменения относительного расхода воды в однотрубной системе отопления при количественно-качественном регулировании

Если вентиляционная нагрузка потребителей, подключенных к ЦТП, не превышает 15 % отопительной, более оптимальным в ЦТП остается регулирование по разности температур воды в подающем и обратном трубопроводах (при размещении корректирующих насосов на перемычке устанавливают дополнительный регулятор для стабилизации расхода воды в квартальных сетях). При этом, соблюдая принцип ограничения максимального расхода сетевой воды на вводе теплового пункта, для компенсации недогрева зданий в часы прохождения максимального водоразбора график температур, задаваемый регулятору, повышается на 3 °С против отопительного. Тогда в часы максимального водоразбора график все равно не будет выдерживаться, но за счет превышения его в остальные часы в целом за сутки здание получит норму расхода теплоты. Примерные графики регулирования подачи теплоты для условий расчетной наружной температуры минус 25 °С приведены на рис. 6.

При регулировании подачи теплоты на отопление в ЦТП, когда постоянство расхода теплоносителя не обеспечивается (отсутствует корректирующий насос или при установке корректирующего насоса на перемычке отсутствует регулятор стабилизации расхода воды) и системы отопления подсоединены к квартальным сетям через элеваторные узлы, следует поддерживать график температур воды в обратном трубопроводе. При этом значение параметра (t^T₂-t_i^опт)/(t₂ -t_i) следует определять исходя из соответствия изменения теплоотдачи в последних по ходу воды стояках отопительных приборов, т.е. на основе зависимостей, приведенных на рис. 3, и формулы (4).

Если вентиляционная нагрузка потребителей, подключенных к ЦТП, превышает 15 % отопительной (т.е. создается нестабильность изменения температуры обратной воды, поступающей в ЦТП, и из-за малой инерционности калориферов не допускается снижение температуры теплоносителя, поступающего к ним), подачу теплоты в квартальные сети следует регулировать поддержанием температурного графика в подающем трубопроводе без повышения его из-за ограничения расхода сетевой воды. Последнее выполняется в этом случае исходя из максимального часового расхода теплоты на горячее водоснабжение и путем воздействия на клапан, изменяющий расход теплоносителя на водоподогреватель горячего водоснабжения, а не отопления, что имеет место при меньшей вентиляционной нагрузке.

Рис. 6. Графики изменения разности температуры воды в подающем

и обратном трубопроводах системы отопления Dt в зависимости от t_н

1—3—Dt = 150...70°С соответственно наветренная ориентация фасада здания, заветренная и с ограничением максимального расхода воды, 4 — 6 Dt = 120...70°С, тоже;

7—Dt = 105...70 °С— заветренная ориентация, 8 — Dt = 95...70 °С—тоже

 

 

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

 

Q_0max — максимальный тепловой поток на отопление при t₀, Вт.

Q¢₀ — тепловой поток на отопление в точке излома графика температуры воды при температуре наружного воздуха t ' _н, Вт.

Q_vmax — максимальный тепловой поток на вентиляцию при t₀ или при t_HB, Вт.

Q_hmax — максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение в сутки наибольшего водопотребления за период со среднесуточной температурой наружного воздуха 8 °С и менее (отопительный период), Вт.

Q_hm — средний тепловой поток на горячее водоснабжение в средние сутки за неделю в отопительный период.

Q^SP₀ — расчетная тепловая производительность водоподогревателя систем отопления и вентиляции (при общих тепловых сетях), Вт.

Q^SP_h — расчетная тепловая производительность водоподогревателя для систем горячего водоснабжения, Вт.

Q_ht — тепловые потери трубопроводами от ЦТП и в системах горячего водоснабжения зданий и сооружений, Вт.

G_0max — максимальный расход воды, циркулирующей в системе отопления при t₀, кг/ч.

G_hmax, G_hm — соответственно максимальный и средний за отопительный период расходы воды в системе горячего водоснабжения, кг/ч.

G_d — расчетный расход воды из тепловой сети на тепловой пункт, кг/ч.

G_vmax — максимальный расход воды из тепловой сети на вентиляцию, кг/ч.

G_dh, G_do — Расчетный расход сетевой (греющей) воды соответственно на горящее водоснабжение и отопление кг/ч.

G^SP_d — расчетный расход сетевой (греющей) воды через водоподогреватель, кг/ч.

g_h — максимальный расчетный секундный расход воды на горячее водоснабжение, л/с.

F - поверхность нагрева водоподогревателя, м².

t₀- расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С.

t¢_н — температура наружного воздуха в точке излома графика температур, °С.

t _нv — расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции по параметру А, °С.

t_c — температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается 5 °С).

t_h - температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения потребителей на выходе из водоподогревателя при одноступенчатой схеме включения водоподогревателей или после II ступени водоподогревателя при двухступенчатой схеме, °С.

t^гр_ср —средняя температура греющей воды между температурой на входе t^гр_вх и на выходе t^гр_вых, из водоподогревателя, °С.

t^н_ср— то же, нагреваемой воды между температурой на входе t^н_вх и на выходе t^н_вых из водоподогревателя, °С.

t_s — температура насыщенного пара, °С.

t_h^I — температура нагреваемой воды после I ступени водоподогревателя при двухступенчатой схеме присоединения водоподогревателей, °С.

Dt_ср — температурный напор или расчетная разность температур между греющей и нагреваемой средой (среднелогарифмическая), °С.

Dt_б; Dt_м— соответственно большая и меньшая разности температур между греющей и нагреваемой водой на входе или на выходе из водоподогревателя, °С.

t_i — средняя расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, °С.

t₁— температура сетевой (греющей) воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха t₃, °С.

t₀₁ — то же, в подающем трубопроводе системы отопления, °С.

t₂ — то же, в обратном трубопроводе тепловой сети и после системы отопления зданий, °С.

t₀₂ — то же, в обратном трубопроводе тепловой сети при независимом присоединении систем отопления, °С.

t ' ₁ — температура сетевой (греющей) воды в подающем трубопроводе тепловой сети в точке излома графика температуры воды, °С.

t ' ₂ — то же, в обратном трубопроводе тепловой сети и после систем отопления зданий, °С.

t ' ₃ — то же, после водоподогревателя горячего водоснабжения, подключенного к тепловой сети по одноступенчатой схеме, рекомендуется принимать t ' ₃ = 30 °С.

r — плотность воды при средней температуре t_ср, кг/м³, ориентировочно принимается равной 1000 кг/м³.

k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м² · °С).

a₁ — коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенке трубки, Вт/(м^{2 .} °С).

a₂ — то же, от стенки трубки к нагреваемой воде, Вт/(м^{2 .} °С).

a _п — коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к горизонтальной стенке трубки, Вт/(м^{2 .} °С).

l_ст — теплопроводность стенки трубки, Вт/ (м °С), принимается равной: для стали 58 Вт/(м °С), для латуни 105 Вт/(м °С).

l_нак — то же, слоя накипи, Вт/(м ^. °С), принимается равной 2,3 Вт/ (м °С).

W_тр — скорость воды в трубках, м/с.

W_мтр — скорость воды в межтрубном пространстве, м/с.

f _тр — площадь сечения всех трубок в одном ходу водоподогревателя, м².

f_мтр — площадь сечения межтрубного пространства секционного водоподогревателя, м².

d_ст — толщина стенки трубок, м.

d_нак —толщина слоя накипи, м, принимается на основании эксплуатационных данных для конкретного района с учетом качества воды, при отсутствии данных допускается принимать равной 0,0005 м.

D_вн — внутренний диаметр корпуса водоподогревателя, м.

d_вн — внутренний диаметр трубок, м.

d_нар — наружный диаметр трубок, м.

d_экв— эквивалентный диаметр межтрубного пространства, м.

y — коэффициент эффективности, теплообмена.

b — коэффициент, учитывающий загрязнение поверхности труб при определении коэффициента теплопередачи в водоподогревателях.

j — коэффициент, учитывающий накипеобразование на трубках водоподогревателей при определении потерь давления в водоподогревателях.