Центральное качественное регулирование отопительной тепловой нагрузки в водяных системах отопления зданий

Элеваторный узел

Приветствую Вас, дорогие и уважаемые читатели сайта «world-engineer.ru». Итак, продолжим наш курс лекций. Теперь же затронем — центральное качественное регулирование отопительной тепловой нагрузки в водяных системах отопления зданий. Ниже представлена схема центрального качественного регулирования отопительной тепловой нагрузки в водяных системах отопления.

а) схема водяного отопления со струйным смешением

б) схема водяного отопления с насосным смешением

Схема водяного отопления с насосным смешением

1 – отопительные приборы систем водяного отопления

2 – смешивающие устройства (элеваторы и центробежные насосы)

3 – регуляторы температуры

Системы водяного отопления здания состоят из:

1. Отопительные приборычерез эти устройства тепловая энергия отбирается от нагретой сетевой воды и передается потребителю теплоты, при этом воздух внутри помещений нагревается от температуры наружного воздуха (tН) до внутренней температуры (tН.ВР).

Отопительные приборы систем водяного отопления разделяют на следующие типы:

а) регистры – эти отопительные приборы выполняются из нескольких гладких стальных труб, которые располагаются горизонтально друг над другом. Эти приборы просты в изготовлении и легко очищаются от пыли и грязи, выдерживают давление сетевой воды до 1 МПа и температуру сетевой воды до 150 0С. Однако, регистры дороги и занимают в помещении много места. Как правило, они широко используются в помещениях промышленных зданий при значительных выделениях пыли.

б) чугунные секционные и стальные панельные радиаторы – эти отопительные приборы выдерживают давление сетевой воды от 0,6 до 0,9 МПа и температуру нагретой сетевой воды на уровне 95-105 0С. Такие приборы применяются, как правило, в помещениях жилых, административно-бытовых, общественных зданиях.

в) конвекторы – выполняются из стальных труб с диаметром от 15 до 25 мм. На эти трубы устанавливаю оребрение из стали с шагом ребер до 20 мм и высотой ребер от 80 до 200 мм. Отопительные приборы конвекторы выдерживают давление сетевой воды до 1 МПа и температуру до 150 0С. Конвекторы могут устанавливаться в помещениях жилых, административно-бытовых, общественных зданиях, а также в промышленных зданиях с малым выделением пыли.

2. Разводящие трубопроводы, стояки и подводящие трубопроводы к отопительным приборам. Через эти элементы сетевая вода подводится к отопительным приборам и отводится от них.

3. Запорная арматура, регуляторы температуры и измерительные приборы.

Измерительные приборы фиксируют температуры сетевой воды в системе отопления (t, G, P), а также измеряют количество теплоты, которое передано в системе отопления (теплосчетчики), регуляторы температуры — осуществляют контроль за фактической температурой воздуха внутри помещения здания (tВФ = tВР + 1-1,5 0С).

Регуляторы температуры работают следующим образом – в одном или нескольких контрольных помещениях устанавливаются датчики, которые фиксируют температуру внутреннего воздуха, когда значение внутренней температуры воздуха опускается ниже чем фактическая температура (tВФ < tВР — 1-1,5 0С), подается сигнал на регулятор температуры и он полностью открывается и подается максимальный расход теплоты на здание, как только значение внутренней температуры tВНУТР становится больше чем температура наружного воздуха (tВФ > tВР + 1-1,5 0С), от датчика снова подается сигнал на регулятор температуры и он полностью закрывается и, следовательно, прекращается подача теплоты в систему отопления здания. Раз прекращается подача теплоты, то здание начинает остывать, и внутренняя температура tВНУТР падает, таким образом осуществляется регулирование температуры отопительной тепловой нагрузки местными пропусками.

Недостатком этого метода регулирования является то обстоятельство, что требуется полностью оснащать системы отопления зданий автоматикой. Другим недостатком этого метода является тот фактор, что очень трудно подобрать контрольные помещения зданий, по температуре внутреннего воздуха tВНУТР которого можно судить обо всем здании в целом.

4. Смешивающие устройства (элеваторы или центробежные насосы).

Необходимость установки этих устройств обусловлено тем обстоятельством, что очень часто температура сетевой воды, поступающей из наружной тепловой сети выше чем требуемая температура в отопительных приборах. Для того, чтобы понизить температуру сетевой воды до тех значений, которые требуются в отопительных приборах устанавливают элеваторы или центробежные насосы. Эти устройства к основному потоку сетевой воды подмешивают воду из обратного трубопровода системы отопления с температурой τ02Р <= 700С. За счет подмешивания, температура сетевой воды снижается от значения τ01Р<=150 0С до τ03Р <950С и поступает в отопительные приборы, в них сетевая вода передает свою теплоту внутреннему воздуху, охлаждается до температуры τ02Р и поступает в обратный трубопровод. Затем часть воды идет на подмешивание в элеватор, а другая часть поступает в обратный трубопровод тепловой сети.

[adsense1]

Функции элеватора:

1-я функция элеваторов – понижение температуры нагретой сетевой воды, которая подается из внешней тепловой сети до уровня допустимых температур в отопительных приборах.

2-я функция элеваторов – понижение давлений нагретой сетевой воды до уровня допустимых давлений в отопительных приборах.

Элеваторы просты в конструкции и надежны в работе, однако для нормальной работы элеватора и хорошей циркуляции сетевой воды необходимо выдерживать разность давлений между подающим и обратным трубопроводом системы отопления примерно на уровне 0,15-0,25 МПа, т.е. должно выполняться условие ΔРЭ = ΔРО >=РО1 – РО2 >=0,15-0,25 МПа.

Очень часто у потребителей, которые находятся на конечных участках водяной тепловой сети и значительно удалены от источника теплоты эту разность давлений обеспечить не удается, в таких случаях вместо элеваторов используются центробежные насосы.

Недостатком схемы с насосным смешением является постоянный расход электроэнергии на привод центробежного насоса.

Основной характеристикой элеваторов и смешивающих центробежных насосов является коэффициент инжекции (смешения).

Коэффициент инжекции – это отношение расхода подмешивающей сетевой воды после системы отопления GМ к расходу сетевой воды, поступающей в систему отопления из внешней тепловой сети GО.

И = GМ / GО = (GОЗ – GО) / GО                      (*)

GМ – расход охлажденной сетевой воды подаваемой в элеватор из обратного трубопровода системы отопления

GО = QО / (СВ01 – τ02))

GО – расход нагретой сетевой воды поступающее в систему отопления из подающего трубопровода внешней тепловой сети (кг/с).

GОЗ = GО + GМ = QО / (СВ03 – τ02))

GОЗ – расход смешивающей сетевой воды, поступающей в отопительные приборы здания (кг/с)

СВ – массовая теплоемкость воды.

Если в формулу (*) поставить выражения для расхода сетевой воды GО и GОЗ, то эта формула преобразуется к виду:

И = (τ01 – τ03) / (τ03 – τ02) = const

Учитывая что ”И” является постоянной величиной и не зависит от температуры наружного воздуха, то очень часто его численное значение определяют при температуре наружного воздуха расчетной для проектирования отопления.

При tН = tН.РО. = tНХБ:

И = (τ01Р – τ03Р) / (τ03Р – τ02Р) = const                         (**)

τ01Р – максимальное значение температуры сетевой воды на входе в систему отопления здания

τ02Р – максимальное значение температуры сетевой воды на выходе из системы отопления здания

τ03Р – максимальная температура сетевой воды на входе в отопительные приборы здания.

Значения температуры τ01Р, τ02Р, τ03Р определяются из температурного графика системы отопления. Температурным графиком называется зависимость температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети от температуры наружного воздуха, т.е. (τ01 / τ02) = f (tНО, 0С).

Как правило энергоснабжающие организации в чьем ведении находится котельная или ТЭЦ устанавливают максимальные значения температуры сетевой воды, т.е. (τ01Р / τ02Р) при tН.РО. = tНХБ (0С) температура наружного воздуха расчетная для проектирования.

Существуют следующие стандартные температурные графики:

1) τ01Р / τ02Р = 150 / 70 0С; И = 2,2

2) τ01Р / τ02Р = 140 / 70 0С; И = 1,8

3) τ01Р / τ02Р = 130 / 70 0С; И = 1,4

4) τ01Р / τ02Р = 120 / 70 0С; И = 1

5) τ01Р / τ02Р = 110 / 70 0С; И = 0,6

6) τ01Р / τ02Р = 105 / 70 0С; И = 0,4

7) τ01Р / τ02Р = 95 / 70 0С; И = 0

И тогда значение коэффициента инжекции, который рассчитывается по формуле (**) будет следующим:

τ03Р = 95

1) И = 2,2; 2) И = 1,8; 3) И = 1,4; 4) И = 1; 5) И = 0,6; 6) И =0,4; 7) И = 0

[adsense2]

Принципиальная схема системы водяного отопления здания без смешивающих устройств

Принципиальная схема системы водяного отопления здания без смешивающих устройств

1 – отопительные приборы

2 – регулятор температуры

Для того, чтобы рассчитать температурный график и получить значения температуры τ01, τ02, τ03 в течении всего отопительного периода и в интервале температур от tН.Ро. до tН.О. = +-8 0С (+100С) используют уравнение теплового баланса, которое составляется для систем отопления здания.

Тепловой баланс составляется для температуры tН.РО. = tНХБ (0С), когда система отопления работает в расчетном режиме и для любой произвольно взятой температуры наружного воздуха, tН 0С.

Для жилых, общественных, административно бытовых зданий тепловой баланс записывается следующим образом:

QОР ≈ QОГРР ≈ qOV * V * (tВР – tН.РО.) = GОР * СВ *( τ01Р – τ02Р) = kОР * FО *ΔtОР                             (3)

При любой tН , 0С:

QО ≈ QОГР ≈ qOV * V * (tВР – tН.) = GО * СВ *( τ01 – τ02) = kО * FО *ΔtО                             (4)

Для производственных зданий при tН = tН.РО. = tНХБ, 0С:

QОР = QОГРР + QИНФР – QТВ = qOV * V * [(1+МИНФ)*( tВР – tН.РО.) – qТВ] = GОР * СВ *( τ01Р – τ02Р) = kОР * FО *ΔtОР               (5)

При любой tН , 0С:

QО = QОГР + QИНФ – QТВ = qOV * V * [(1+МИНФ)*( tВР – tН.) – qТВ] = GО * СВ *( τ01 – τ02) = kО * FО *ΔtО                (6)

QОГР – потери теплоты через ограждающие конструкции здания (кВт);

QОГРР – максимальные потери теплоты через ограждающие конструкции здания (кВт);

QИНФ – расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха (кВт);

QИНФР – максимальный расход теплоты на нагрев инфильтрующегося наружного воздуха (кВт);

QТВ – величина внутренних тепловыделений в самом здании

qОТ – удельная отопительная характеристика здания. Эта величина показывает какими будут потери теплоты с 1 м3 здания за 1 сек. при разности внутренней и наружной температуры в 1 0С (кВт/м3*0С) удельной теплопотери здания.

МИНФ = QИНФ / QОГР = QИНФ / QИНФР

МИНФ – коэффициент инфильтрации, учитывающий длю затрат на нагрев инфильтруемого наружного воздуха

qТВ = QТВ / qOV*V

qТВ – коэффициент тепловыделений, показывает на сколько градусов нагреется внутренний воздух в помещениях за счет внутренних тепловыделений (величина безразмерная).

V – объем здания по наружному обмеру (м3)

FО – площадь поверхности нагрева отопительных приборов зданий

kО и kОР – коэффициенты теплопередачи отопительных приборов зданий (в расчетном режиме и при любой tН).

kО = А*(ΔtО)N

kОР = А*(ΔtОР)N

А – безразмерный коэффициент

n – показатель степени, который учитывает тип отопительных приборов, установленных в здании.

n = 0,25; n = 0,14-0,45

Для проектировочных систем отопления, когда точно не известно какие именно отопительные приборы будут установлены в здании принимаем n = 0,25.

ΔtО = [(τ02 + τ03) / 2] – tВР – температурный напор отопительных приборов при любой tН.

ΔtОР = [(τ02Р + τ03Р) / 2] – tВР – температурный напор отопительных приборов в расчетном режиме.

Разделив почленно выражение (3) на (4) и (5) на (6) получим следующие соотношения:

{QО} = QО / QОР = [qOV*V*(tВР – tН)] / [qOV*V*(tВР – tН.РО)] = [GОВ *( τ01 – τ02)] / [GОРВ *( τ01Р – τ02Р)] =

= (kО*FО*ΔtО) /(kОР*FО*ΔtОР);                     (+)

{QО} = QО / QОР = [qOV*V*(1+МИНФ)* (tВР – tН) – qТВ] / [qOV*V*(1+МИНФ)* (tВР – tН.РО) – qТВ] =

=  [GОВ *( τ01 – τ02)] / [GОРВ *( τ01Р – τ02Р)] = (kО*FО*ΔtО) /(kОР*FО*ΔtОР);                          (++)

{QО} – относительная отопительная тепловая нагрузка

Приняты следующие допущения: kО ≈ kОР (т.к. не изменяется в широких пределах).

При центральном качественном регулировании отопительной тепловой нагрузки расходы сетевой воды постоянны, т.е. GО = GОР = const.

Проведя достаточно сложные и трудоемкие преобразования в формулах (+) и (++), получаем следующие соотношения для расчета температуры сетевой воды.

  1. Для жилых, общественных и административно-бытовых зданий:

τ01 = tВР + [((τ03Р + τ02Р)/2) – tВР] * {Q0}0,8 + [(τ01Р – τ02Р – (τ03Р — τ02Р)/2]*{Q0}             (а)

τ02 = tВР + [((τ03Р + τ02Р)/2) – tВР] * {Q0}0,8 – [(τ03Р – τ02Р) /2]*{Q0} = τ01 – (τ01Р — τ02Р)*{QО}                     (б)

τ03 = tВР + [((τ03Р + τ02Р)/2) – tВР] * {Q0}0,8 + [(τ03Р – τ02Р) /2]*{Q0} = τ02 + (τ03Р + τ02Р)*{QО}                    (в)

Выражения (а), (б) и (в) можно существенно упростить, если ввести следующие постоянные значения:

OОР = τ03Р – τ02Р – разность температур сетевой воды в отопительных приборах здания в расчетном режиме.

б τ0Р = τ01Р – τ02Р – температурный перепад в системе отопления здания в расчетном режиме

ΔtОР = [(τ03Р + τ02Р) / 2 – tВР] – температурный напор

τ01 = tВР + ΔtОР*{QО}0,8+[б τ0Р – (OОР/2)]* {QО}      (г)

τ02 = tВР + ΔtОР*{QО}0,8 – (OОР/2)* {QО} = τ01 – б τ0Р*{QО}  (д)

τ03 = tВР + ΔtОР*{QО}0,8 + (OОР/2)* {QО} = τ02 + О0Р*{QО}     (е)

Выражения (а, б, в, г, д, е) – это кривые с небольшой выпуклостью вверх (из-за степени 0,8). При температуре наружного воздуха tН = tН.РО. = tНХБ – эти температуры принимают максимальные значения τ01 = τ01Р, τ02 = τ02Р, τ03 = τ03Р. А при tН = tВР эти температуры сходятся в одну точку.

График изменения температур расхода сетевой воды при качественном регулировании отопительно-тепловой нагрузки для жилых, общественных, административно-бытовых и производственных зданий.

В зданиях, в которых температуры внутреннего воздуха отличается от принятого значения tВР, как правило, применяют индивидуальное дополнительное регулирование отопительно-тепловой нагрузки непосредственно на отопительных приборах зданий. Также дополнительное индивидуальное регулирование необходимо в тех зданиях, где установлены отопительные приборы со значением n не равным 0,25.

  1. Производственные здания

 τ01 = tВР + (И + 0,5)*( τ03Р – τ02Р)*[((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)] +

+ [0,5*( τ03Р + τ02Р) – tВР]* [((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)]0,8       (ж)

τ02 = tВР – 0,5*( τ03Р – τ02Р)*[((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)] +

+ [0,5*( τ03Р + τ02Р) – tВР]* [((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)]0,8       (з)

τ03 = tВР + 0,5*( τ03Р – τ02Р)*[((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)] +

+ [0,5*( τ03Р + τ02Р) – tВР]* [((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)]0,8       (и)

По аналогии с предыдущими выражениями (а, б, в, г, д, е) проводятся упрощения и преобразования этих формул:

τ01 = tВР + (И + 0,5)*OОР *[((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)] +

+ΔtОР* [((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)]0,8

τ02 = tВР – (ООР/2) *[((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)] +

+ ΔtОР * [((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)]0,8

τ03 = tВР + (ООР/2) *[((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)] +

+ ΔtОР * [((1+МИНФ)*(tВР – tН) – qТВ) /((1+МИНФ)*(tВР – tН.РО) – qТВ)]0,8

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *