Центральное качественное регулирование отпуска тепла потребителям. Регулирование нагрузки в системах теплоснабжения

⁰

С начала развития централизованного теплоснабжения в нашей стране в качестве основного метода регулирования отпуска тепла был принят метод центрального качественного регулирования по основному виду тепловой нагрузки. В течение длительного времени основным видом тепловой нагрузки являлась нагрузка отопления, присоединяемая к тепловой сети по зависимой схеме через водоструйные элеваторы. Центральное качественное регулирование заключалась в поддержании на источнике теплоснабжения температурного графика, обеспечивающего в течение отопительного сезона заданную внутреннюю температуру отапливаемых помещений при неизменном расходе сетевой воды. Такой температурный график, называемый отопительным, широко применяется в системах теплоснабжения и в настоящее время.

С появлением нагрузки горячего водоснабжения минимальная температура воды в тепловой сети была ограничена величиной, необходимой для подачи в систему горячего водоснабжения воды с температурой не ниже 60 0 С, требуемой по СНиП, т.е. величиной 70-75 0 С в закрытых системах и 60-65 0 С в открытых системах теплоснабжения, несмотря на то, что по отопительному графику требуется теплоноситель более низкой температуры. «Срезка» отопительного температурного графика при указанных температурах и отсутствии местного количественного регулирования расхода воды на отопление приводит к перерасходу тепла на отопление при повышенных наружных температурах т.е. возникают так называемые весеннее-осенние «перетопы». Появление нагрузки горячего водоснабжения привело не только к ограничению нижнего предела температуры сетевой воды, но и к другим нарушениям условий, принятых при расчете отопительного температурного графика. Так, в закрытых и открытых системах теплоснабжения, в которых отсутствуют регуляторы расхода сетевой воды на отопление, расход воды на горячее водоснабжение приводит к изменению сопротивления сети, расходов воды в сети, располагаемых напоров и в конечном счете расходов воды в системах отопления. В двухступенчатых последовательных схемах включения подогревателей нагрузка горячего водоснабжения приводит к снижению температуры воды, поступающей в системы отопления. В этих условиях отопительный температурный график не обеспечивает требуемую зависимость расхода тепла на отопление от наружной температуры. Именно поэтому основной задачей регулирования отпуска тепла в системах теплоснабжения является поддержание заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях при изменяющихся в течение отопительного сезона внешних климатических условий и заданной температуре воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, при изменяющимся в течение суток расходе этой воды.

Существует только три принципиально различных метода регулирования отпуска тепловой энергии на нужды теплоснабжения: качественный, количественный и качественно-количественный. При качественном методе регулирования температура теплоносителя изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, а расход теплоносителя остается постоянным. При количественном методе регулирования, наоборот, температура теплоносителя остается постоянной, а расход теплоносителя в системе теплопотребления изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха. Качественно-количественный принцип регулирования сочетает в себе оба названных метода. В свою очередь все эти методы подразделяются на центральное регулирование (на источнике тепла) и местное регулирование. На сегодняшний день, давайте скажем прямо, фактически свершился вынужденный переход от качественного регулирования к качественно-количественному. И для того, чтобы обеспечить в этих условиях температуру внутри помещений согласно СНиП, а также сэкономить потребляемую тепловую энергию, особенно в весенний и осенний периоды отопительного сезона и модернизируются системы теплопотребления, т.е. решаются проблемы «перетопов» и «недотопов» с помощью современных микропроцессорных систем регулирования с применением качественно-количественного принципа регулирования.

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)

Графики температур и расходов воды в тепловой сети и местной системе отопления при качественном и количественном регулировании отпуска тепла для отопительного комплекса с элеваторным узлом при ведены на рис. 5.3.

При поверхностном отопительном теплообменнике и насосном узле виды регулирования отпуска тепла в местной системе отопления и параметров сетевой воды, поступающей в теплообменник, могут совпадать или быть различными. Так, в местной системе отопления может осуществляться качественное регулирование при количественном регулировании расхода сетевой воды. При таких теплообменных устройствах на вводе перерывы в поступлении сетевой воды в абонентский теплообменник не прекращают циркуляции воды в местной системе отопления, приборы которой продолжают некоторое время отдавать помещениям тепло, аккумулированное в воде и трубопроводах местной системы.

В этой статье показаны основные характеристики модуля для мониторинга теплового потока через температурное зондирование у пациентов, находящихся в послеоперационном состоянии, в качестве решения недостатков и недостатков современных методов мониторинга потребления калорий, Этот проект является прототипом, который построен для дальнейших исследований по этому вопросу, поэтому калибровочные испытания тепла и температуры не будут выполняться у людей, а в контролируемых теплогенераторах.

Ключевые слова: калориметрия, тепловой поток, обмен веществ, температура. В этой статье представлены основные характеристики конструкции и конструкции прототипа для измерения теплового потока, получения изменения температуры и использования неинвазивных датчиков температуры. Условия послеоперационного пациента связаны с потреблением энергии как часть метаболического ответа из-за стресса, который представляет состояние распада пациента. Одним из действий, принятых для улучшения и ускорения процесса выздоровления пациента, является надлежащее обращение с метаболизмом, поскольку его адекватный контроль вносит вклад в необходимые питательные вещества для эволюции и восстановления лица, находящегося под опекой.

При элеваторных уздах с постоянным коэффициентом смешения качественное регулирование параметров сетевой воды приводит к качественному регулированию параметров местной воды, а чисто количественное регулирование сетевой воды, поступающей в элеватор, приводит не только к пропорциональному из менению расхода воды в местной системе, но и к изменению температуры] местной воды, т. е. приводит к количественно-качественному изменению параметров воды местной системы отопления. Прекращение подачи сетевой воды в элеватор вызывает немедленное прекращение циркуляции воды в местной системе отопления и, соответственно, быстрое прекращение подачи тепла в отапливаемые помещения.

Этот проект является прототипом, и поэтому испытания не должны использоваться на людях, а только на контролируемых теплогенераторах. В этой статье описывается конструкция прототипа для измерения теплового потока с использованием метода прямой калориметрии с использованием датчиков для определения изменений температуры; раскрываются различные этапы прототипа и критерии выбора устройств для построения аппаратного обеспечения, а также основные характеристики программного обеспечения, разработанные для представления полученных данных.

Рис. 5.3. Графики температур (а) и относительных расходов (б) воды в тепловой сети и местной системе отопления при качественном и количественном регулировании отпуска тепла

1, 1’ - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети соответственно при качественном н количественном регулировании; 2, 2’- температура воды в местной системе отопления соответственно при качественном и количественвом регулировании; 3, 3’- температура обратной воды соответственно при качественном и количественном регулировании; 4,4" - относительный расход воды cоответственно при качественном и количественном регулировании

Клинические заболевания и постхирургическое заболевание обычно повышают затраты энергии как часть метаболического ответа организма на стресс, который представляет это условие распада у пациента. Это увеличение зависит от тяжести заболевания и степени страдания или от определенных состояний, таких как наличие лихорадки, инфекционные осложнения и терапевтические меры, принятые для ее выздоровления.

Мониторинг метаболизма у пациентов, находящихся в послеоперационном состоянии, является важным аспектом процесса восстановления и выявления возможных энергетических или питательных дисбалансов, которые препятствуют правильному продвижению их здоровья. Этот контроль и контроль за питанием можно определить с помощью изменений количества тепла, выделяемого организмом в процессе производства и потребления энергии.

Рассмотрим некоторые особенности регулирования отпуска тепла на отопление. Основная особенность состоит в том, что в теплоснабжаемом районе могут быть здания с различным значением относительных внутренних тепловыделений по отношению к потерям тепла через наружные ограждения. Следовательно, при одной и той же наружной температуре к разным зданиям должна поступать сетевая вода с разной температурой что практически невозможно. В этих условиях наиболее рациональным является назначение температур воды в сети по расходу тепла на отопление жилых зданий. Объясняется это следующими причинами: во-первых, на жилые здания приходится до 75% суммарного расхода тепла на отопление жилых и общественных зданий городской застройки, а во-вторых, учет внутренних тепловыделений в жилых зданиях позволяет сократить годовой расход тепла на их отопление на 10%. Для тех общественных зданий, относительные внутренние тепловыделения в которых в период пребывания в них людей меньше, чем в жилых зданиях, недостаточная температура воды в тепловой сети должна компенсироваться увеличением расхода сетевой воды.

Чтобы провести исследование энергии, необходимо определить вещество или область в интересующем пространстве, в этом случае человеческое тело, которое отделено изолирующим и защитным слоем, известным как кожа, который будет называться границей, поскольку он изолирует изучаемую систему от ее окружения. Эта система, несмотря на ее изоляцию, находится в непрерывном обмене массой и энергией, необходимой для поддержания ее функционирования; эта концепция известна в термодинамике как открытая система . Масса и энергия можно понимать как продукты, вещества и питательные вещества, которые входят в систему и вмешиваются во внутренний метаболизм для производства других видов энергии, которые отвечают различным требованиям организма.

Активное регулирование отпуска тепла (абонентское, приборное и т. п.) должно только уменьшать теплоотдачу нагревательных дриборов по сравнению с ее нормированным значением, но ни в коем случае не превышать этого значения. Обусловливается это тем, что в настоящее время централизованное теплоснабжение рассчитывается на лимитированный отпуск тепла на отопление (в размере, необходимом для поддержания, нормативного значения температуры воздуха в отапливаемых помещениях). При этом ограничении всякий перерасход тепла одним из абонентов системы теплоснабжения- или одним из приборов местной системы отопления влечет недополучение тепла другим абонентом или другим прибором.

Основным продуктом и мотивом нашего исследования с точки зрения энергии является тепло. Термодинамика - это отрасль физики, известная как наука о энергии, и позволяет нам находить различные отношения между теплом и его способностью производить работу. Можно рассматривать проблему измерения потока тепла с помощью изменения температуры, пока есть четкое знание термодинамических представлений о тепловом потоке и температуре. Эти два параметра коррелированы, но не представляют одинакового.

Температура представляет собой физическую величину , которая позволяет узнать степень концентрации тепловой энергии. В частности, температура является физическим параметром, описывающим систему, которая характеризует теплоту или передачу тепловой энергии между одной системой и другими, а тепловой поток - скорость передачи энергии на единицу площади. Тепло понимается как энергетическое взаимодействие и происходит только из-за разницы температур. Теплопередача - это обмен тепловой энергией.

Теоретическое обоснование методики гидравлического расчета трубопроводов водяных тепловых сетей (применение уравнения Дарси, предельное число Рейнольдса, практические скорости теплоносителя, гидравлический режим работы).

В результате гидравлического расчета тепловой сети определяют диаметры всех участков теплопроводов, оборудования и запорно-регулирующей арматуры, а также потери давления теплоносителя на всех элементах сети. По полученным значениям потерь давления рассчитывают напоры, которые должны развивать насосы системы. Диаметры труб и потери давления на трение (линейные потери) определяют по формуле Дарси

Где он представляет количество тепла, передаваемого во время процесса между двумя состояниями. Тепло обычно передается тремя различными способами : проводимостью, конвекцией и излучением. Проведение - это передача энергии от более энергичных частиц вещества к соседним менее энергетическим частицам из-за прямого взаимодействия между ними. Конвекция - это передача энергии между твердой поверхностью и смежной жидкостью или газом, который находится в движении. Радиация - это энергия, излучаемая веществом электромагнитными волнами; для исследований теплообмена более важно, что тепловое излучение, которое излучается телами из-за их температуры, чем выше температура, тем больше излучение, излучаемое системой.

где - потери давления на трение (линейные), Па; - коэффициент трения; l, d- длина и диаметр участка трубопровода, м; w-скорость потока, .м/с; - плотность теплоносителя, кг/м 3 .

Если энергию потока, Дж, отнести к единице силы, Н, получим формулу для расчета потерь напора, м. Для этого все члены уравнения (7.1) следует разделить на удельный вес, Н/м 3:

Связь между температурой и температурой получена из закона охлаждения Ньютона, который гласит, что при условии, что между окружающей средой и анализируемым телом не существует большой разницы, скорость теплообмена может быть найдена на единицу время к телу или от тела излучением, конвекцией и проводимостью, которая, в свою очередь, приблизительно пропорциональна разнице температур между телом и внешней средой.

Метаболизм - это сумма всех химических реакций, необходимых для преобразования энергии в живые существа и обычно характеризуется скоростью метаболизма, которая определяется как скорость преобразования энергии во время этих химических реакций. Тепло является конечным продуктом более 95% энергии, выделяемой в организме, когда нет внешнего потребления энергии.

(7.2)

Коэффициент трения зависит от режима движения жидкости, характера шероховатости внутренней поверхности трубы и высоты выступов шероховатости k.

Движение теплоносителя в водяных и паровых сетях характеризуется турбулентным режимом. При относительно небольших значениях числа Рейнольдса (2300

Процесс мониторинга затрат энергии должен проводиться в условиях полного отдыха. Расходы энергии человека, когда они находятся в этих условиях, известны как базальный метаболизм, и именно в этих контролируемых условиях используются методы измерения теплового потока.

Калориметрия - это метод измерения теплоты химической реакции или покоящегося вещества. В настоящее время для измерения теплового потока в медицинских приложениях используются два метода. Это процесс, посредством которого измеряется расход кислорода, который используется непосредственно в окислительном метаболизме, то есть реакции, которые происходят между кислородом и пищей для выработки энергии. Более 95% энергии, потребляемой организмом, происходит от реакций кислорода с разными продуктами питания, поэтому можно рассчитать скорость метаболизма всего организма от скорости использования кислорода.

(7.3)

С развитием турбулентности потока толщина ламинарного слоя уменьшается, выступы шероховатости начинают возвышаться над ним и оказывать сопротивление движению потока. При этой в потоке наблюдается как вязкостное, так и инерционное гидравлическое сопротивление. Последнее связано со срывом турбулентных вихрей с выступов шероховатости. Турбулентные вихри оказывают инерционное сопротивление ускорению, возникающему вследствие перемещения их в зону больших скоростей к оси потока.

Он основан на процессе, описываемом термодинамикой, и отвечает за измерение количества тепла, выделяемого телом внутри калориметра. Человек вводится в изолированную камеру с контролируемыми температурными условиями. Тепло, генерируемое пациентом, приводится в движение окружающим воздухом и вынуждено проходить через воду, окружающую камеру. Используя определение калорий и зная начальную температуру воды, вы можете получить количество калорий, генерируемых индивидуумом внутри калориметра.

Стоимость, сложность и время, требуемые этим методом, не позволяют его применение регулярно и ограничиваются только областью исследований и ее использованием в ограниченном количестве мест в мире. Метод Косвенной Калориметрии не дает необходимой точности, поскольку постоянная потребления кислорода изменяется в зависимости от тела с учетом переменных пола, возраста, массы тела и других факторов; Кроме того, это неудобная процедура как для пациента, так и для членов медицинской бригады. С другой стороны, метод прямой калориметрии, использующий измерительную камеру, является очень дорогостоящим, он позволяет только обратить внимание одного человека на камеру, что подразумевает низкую эффективность предоставления услуг пациентам, которым необходим этот тип будьте осторожны.

Рассмотренные режимы движения относятся к переходному турбулентному режиму. Установившийся турбулентный режим характеризуется квадратичным законом сопротивления, когда сопротивление обусловлено наличием инерционных сил и не зависит от вязкости жидкости. Коэффициент трения для этого режима рассчитывают по формуле Б. Л. Шифринсона:

В качестве предложения по решению проблемы, представленной двумя описанными выше методами измерения теплового потока, предлагается модель со следующими характеристиками. Высокий коэффициент отклонения общего режима. Фактор отклонения высокого источника.

Хорошее отношение сигнал / шум. Высокая помехоустойчивость 60 Гц. Возможность будущего беспроводного соединения. Каждый из этапов предназначен для использования с технологией поверхностного монтажа, что делает возможным небольшой размер для удобного управления и транспортировки модуля. Прототип имеет акриловую инкапсуляцию, которая изолирует датчик от цепи, а это, в свою очередь, от батареи, которая защищает измеренные данные от помех с элементами схемы и предотвращает пороки развития сигнала мощности, создаваемого генератором.

(7.4)

где k э - абсолютная эквивалентная равномерно - зернистая шероховатость, которая создает гидравлическое сопротивление, равное действительному сопротивлению трубопровода; k э /d - относительная шероховатость.

Предельное число Рейнольдса, разграничивающее переходный и установившийся турбулентные режимы, равно

При Re>Re np наблюдаетсяквадратичный закон сопротивления. Определим предельную скорость движения воды, соответствующую квадратичному закону сопротивления. Максимальные расходы воды в тепловых сетях отвечают точке излома графика температур, поэтому предельный режим рассчитаем для температуры воды t-70°C, при которой v=0,415-10 -6 м 2 /с. Эквивалентная шероховатость для водяных сетей k э =0,0005 м. Тогда:

На рисунке 1 показан обзор системы с помощью блок-схемы. Ниже приведены этапы проектирования прототипа. Характеристика измеряемой переменной. Температура у человека имеет определенное поведение и пределы, определяемые различными реакциями, которые могут иметь тело.

Датчик, используемый для этого прототипа, представляет собой термистор, который проиллюстрирован на рисунке. Он имеет эпоксидное покрытие, которое покрывает полупроводниковый материал, изолированные кабели, которые облегчают манипуляции внутри электронной схемы и небольшие размеры, которые соответствуют характеристикам модуля.

Скорость движения воды в теплопроводах обычно превышает 0,5 м/с, следовательно, в большинстве случаев они работают в области квадратичного режима.

Предельную скорость движения пара среднего давления, соответствующую границе области квадратичного закона сопротивления, определим при давлении р=1,28 МПа (абсолютном). При этом давлении температура насыщения t=190°С, а кинематическая вязкость = = 2,44-10 -6 м 3 /с. Предельная скорость при k э =0,0002 м будет равна:

Сопротивление против Температура термистора не является линейной; однако в пределах температуры тела, в которой он работает, термистор имеет характеристику, очень близкую к прямой. Представлена математическая модель используемого термистора. Понятно, что сходство между кривыми приемлемо для принятия математической модели. Мост Уитстона используется для обнаружения изменений сопротивления.

В мост Уитстона был добавлен ограничительный резистор 12, 1 кОм, который генерирует делитель напряжения для поддержания дифференциального выхода максимум на 320 мВ; более высокое напряжение генерирует насыщенность в измерительном усилителе. На рисунке 5 показана схема, используемая на этапе амплификации.

В паропроводах скорость обычно больше 7м/с, следовательно, они также работают в области квадратичного режима.

Для насыщенного пара низкого давления при t=115°C, р = 0,17 МПа (абсолютном) и = 13,27-10 -6 м 2 /с предельная скорость соответственно равна:

Эта скорость близка к максимальной в паропроводах, поэтому паропроводы низкого давления работают в основном в области гидравлически гладких труб.

Расчет гидравлического сопротивления для переходногр и установившегося турбулентных режимов можно вести по универсальной формуле А. Д. Альтшуля:

(7.5)

При Re k э /d68 она совпадает с формулой Б. Л. Шифринсона (7.4).

При гидравлических расчетах принимают следующие значения абсолютной эквивалентной шероховатости внутренней поверхности труб:

Тепловые сети Паровые Водяные Горячего водоснабжения и конденсатопроводов

k э,м. 0,0002 0,0005 0,001

20 Задачи и общие положения методики инженерного гидравлического расчета трубопроводов тепловых сетей. Определение расчетных расходов теплоносителя и потерь напора в разветвленных водяных тепловых сетях в соответствии с требованиями СНиП 2.04.07-86*.

Расчетные расходы воды для всех участков разветвленной сети определяют однозначно в зависимости от расчетных расходов теплоносителя у потребителей. Возможные потери давления в тепловых сетях зависят от напора, развиваемого принятыми для установки циркуляционными насосами, и могут быть весьма различными. Таким образом, в постановке задачи гидравлического расчета имеется неопределенность, для устранения которой необходимо добавить дополнительные условия. Такие условия формулируют из требований максимальной экономической эффективности системы теплоснабжения, определяющих собой задачи технико-экономического расчета теплопроводов. Следовательно, технико-экономический расчет органически связан с гидравлическим расчетом и позволяет по формулам гидравлики однозначно рассчитать диаметры всех элементов тепловой сети.

Основной смысл технико-экономического расчета теплопроводов заключается в следующем. От принятых диаметров элементов тепловой сети зависят гидравлические потери в них. Чем меньше диаметры, тем больше потери. С уменьшением диаметров снижается стоимость системы, что повышает ее экономическую эффективность. Но с ростом потерь растет напор, который должны развивать насосы, а с ростом напора растут их стоимость и энергия, расходуемая на перекачку теплоносителя. При таких условиях, когда с изменением диаметров одна группа стоимостных показателей уменьшается, а другая увеличивается, всегда существуют оптимальные значения диаметров, при которых суммарная стоимость, сети будет минимальной.

В данном параграфе рассмотрен гидравлический расчет тепловой сети по приближенной методике, когда для подбора диаметров теплопроводов используют значения удельных потерь давления на трение, рекомендуемые СНиП.

Рис. 7.4. Схема тепловой сети

1,2,…..,7 - номера участков

Расчет ведут в следующем порядке:

1) сначала рассчитывают основную магистраль. Диаметры подбирают по среднему гидравлическому уклону, принимая удельные потери давления на трение до 80 Па/м, что дает решение, близкое к экономически оптимальному. При определении диаметров труб принимают значение k э, равное 0,0005 м, и скорость движения теплоносителя не более 3,5 м/с;.

2) после определения диаметров участков тепломагистрали подсчитывают для каждого участка сумму коэффициентов местных сопротивлений, используя схему тепловой сети, данные по расположению задвижек, компенсаторов и других сопротивлений и значения коэффициентов местных сопротивлений. Для каждого участка находят эквивалентную местным сопротивлениям длину при = 1 и рассчитывают эквивалентную длину k э для этого участка. После определения l э заканчивают расчет тепломагистрали и определяют потери напора в ней. Исходя из потерь напора в подающей и обратной линиях и необходимого располагаемого напора в конце магистрали, который назначают с учетом гидравлической устойчивости системы, определяют необходимый располагае мый напор на выводных коллекторах источника тепла;

3) рассчитывают ответвления, используя оставшийся напор, при условии, чтобы в конце каждого ответвления сохранялся необходимый располагаемый напор и удельные потери давления на трение не превышали 300 Па/м. Эквивалентные длины и потери напора на участках определяют аналогично их определению для основной магистрали.

Методика гидравлического расчета паропроводов тепловых сетей: определение диаметров трубопроводов, расчет потерь напора, рекомендуемые скорости, учет влияния плотности пара на гидравлические потери, структура таблиц и номограмм.

Потери энергии при движении жидкости по трубам определяются режимом движения и характером внутренней поверхности труб. Свойства жидкости или газа учитываются в расчете с помощью их параметров: плотности и кинематической вязкости. Сами же формулы, используемые для определения гидравлических потерь, как для жидкости, так и для пара являются одинаковыми.

Отличительная особенность гидравлического расчета паропровода заключается в необходимости учета при определении гидравлически потерь изменения плотности пара. При расчете газопроводов плотность газа определяют в зависимости от давления по уравнению состояния, написанному для идеальных газов, и лишь при высоких давлениях (больше примерно 1,5 МПа) вводят в уравнение поправочный коэффициент, учитывающий отклонение поведения реальных газов от поведения идеальных газов.

При использовании законов идеальных газов для расчета трубопроводов, по которым движется насыщенный пар, получаются значительные ошибки. Законы идеальных газов можно использовать лишь для сильно перегретого пара. При расчете паропроводов плотность пара определяют в зависимости от давления по таблицам. Так как давление пара в свою очередь зависит от гидравлических потерь, расчет паропроводов ведут методом последовательных приближений. Сначала задаются потерями давления на участке, по среднему давлению определяют плотность пара и далее рассчитывают действительные потери давления. Если ошибка оказывается недопустимой, производят пересчет.

При расчете паровых сетей заданными являются расходы пара, его начальное давление и необходимое давление перед установками, использующими пар. Методику расчета паропроводов рассмотрим на примере.

Пример 7.2 . Рассчитать паропровод (рис. 7.5) при следующих исходных данных: начальное давление пара при выходе из источника тепла Р н =1,3 МПа (избыточное); пар насыщенный; конечное давление пара у потребителей р к =0,7 МПа; расходы пара потребителями, т/ч: D 1 =25; D II =10;, D III =20; D IV = 15; длины участков, м: l 1-2 =500; l 2-3 ==500; l 3-4 =450; l 4- IV = 400; l 2- I =100; l 3- II =200; l 4- III =100.

1.Определяем ориентировочное значение удельных потерь на трение на участках от источника тепла до наиболее удаленного потребителя IV:

Здесь -суммарная длина участков 1-2-3-4-IV; а - доля потерь давления в местных сопротивлениях, принимаемая равной 0,7 как для магистрали с П-образными компенсаторами со сварными отводами и предполагаемыми диаметрами 200-350 мм.

2.Рассчитаем участок 1-2. Начальное давление на участке p 1 = 1,4 МПа (абсолютное). Плотность насыщенного пара при этом давлении, определенная. по таблицам водяного пара, =7,l кг/м 3 . Задаемся конечным давлением на участке р 2 ==1,2 МПа (абсолютным). При этом давлении =6,12 кг/м 3 . Средняя.плотность пара на участке:

Расход пapa на участке 1-2: D l -2 =70 т/ч=19,4 кг/с. По принятым удельным потерям давления 190 Па/м и расходу 19,4 кг/с по номограмме на рис. 7.1 находим диаметр паропровода. Так как номограмма составлена для пара с плотностью р п - 1=2,45 кг/м 3 , предварительно пересчитываем удельное падение давления на табличную плотность:

Для значений (= 513 Па/м и D 1-2 =19,4 кг/с находим диаметр паропровода d 1-2 =325х8 мм ()=790 Па/м. Скорость движения пара w т = 107 м/с. Определяем действительные потери давления и скорость движения пара:
Скорость пересчитываем аналогично:

Определяем сумму коэффициентов местных сопротивлений на участке 1-2 (см. табл. 7.1):

Задвижка..........0,5

Компенсатор П-образный со сварными отводами (3 шт.) .............2,8-3=8,4

Тройник при разделении потока (проход) . . .1

Значение эквивалентной длины при = l при k э = 0,0002 м для трубы диаметром 325x8 мм по табл. 7.2 l э =17,6 м, следовательно, суммарная эквивалентная длина для участка 1- 2: 1 э = 9,9*17,6= 174 м.

Приведенная длина участка 1-2: l Пр.1-2 =500+174=674 м.

Потери давления на трение и в местных сопротивлениях на участке 1-2:

Давление пара в конце участка 1-2:

что практически равняется предварительно принятой величине в 1,2 МПа. Средняя плотность -пара также будет равна 6,61 кг/м 3 . В связи с этим пересчета не производим. При существенном отклонении полученного значения средней плотности пара от предварительно принятой величины производим пересчет.

Остальные участки паропровода рассчитываем аналогично участку 1-2. Результаты всех расчетов сводим в табл. 7.7. Расчет эквивалентных длин местных сопротив лений проводим аналогично примеру 7.1.

Гидравлический режим и надежность работы тепловых сетей. Теоретическое обоснование и методика построения пьезометрического графика, расчет требуемых напоров сетевых и подпиточных насосов.

Из-за большой плотности вода оказывает значительное гидростатическое давление на трубы и оборудование, поэтому гидравлический расчет водяных систем теплоснабжения включает две части: первую - собственно гидравлический расчет, при котором определяют диаметры теплопроводов, и вторую - проверку соответствия гидравлического режима предъявляемым требованиям.

Проверяют режим при статическом состоянии системы (гидростатический режим), когда циркуляционные насосы не работают, и при динамическом состоянии системы (гидродинамический режим) с учетом геодезических высот проложения трубопровода. В результате определяют линии максимальных давлений в подающем и обратном теплопроводах из условия механической прочности элементов системы и линии минимальных давлений из условия предотвращения вскипания высокотемпературного теплоносителя и образования вакуума в элементах системы. Пьезометрические линии проектируемого объекта не должны выходить за эти крайние границы. При разработке гидродинамического режима тепловой сети выявляют параметры для подбора циркуляционных насосов, а при разработке гидростатического режима - для подбора подпиточного насоса.

При гидравлическом расчете паровых сетей ввиду малой плотности пара разностью высотных отметок отдельных точек паропровода пренебрегают.

Для изучения режима давлений в тепловых сетях и местных системах зданий широко используют пьезометрические графики. На графиках в определенном масштабе наносят рельеф местности по разрезам вдоль тепловых трасс, указывают высоту присоединяемых зданий, показывают напор в подающих и обратных линиях теплопроводов и в оборудовании теплоподготовительной установки. Роль пьезометрического графика при разработке гидравлических режимов систем теплоснабжения очень велика, так как он позволяет наглядно показать допустимые границы давлений и фактические их значения во всех элементах системы.

Рассмотрим график напоров в теплопроводе, проложенном под землей (рис. 8.1). В населенных пунктах тепловые сети заглубляют примерно на 1 м. Ввиду малого заглубления при вычерчивании профиля трассы теплопровода его ось условно совмещают с поверхностью земли.

За горизонтальную плоскость отсчета принята плоскость ОО, проходящая через нулевую отметку. Все геодезические отметки профиля трассы соответствуют масштабу, указанному на шкале слева. Таким образом, величина z i показывает геодезическую высоту оси трубопровода в точке i над плоскостью отсчета.

Понятие надежности отражает два главных подхода к оценке работы устройства или системы. Первый - это вероятностная оценка работоспособности системы. Необходимость в вероятностной оценке связана с тем, что продолжительность работы элементов системы обуславливается рядом случайных факторов, предвидеть воздействие которых на работу элемента не представляется возможным. Поэтому детерминированная оценка времени работы элемента заменяется вероятностной оценкой, т. е. законом распределения времени работы. Учет времени работы - это второй главный подход к оценке работоспособности системы. Надежность - это сохранение качеств элементом или системой во времени. В соответствии с этими основными свойствами понятия надежности главным ее критерием является вероятность безотказной работы системы (элемента) Р в течение заданного периода t.

Рис. 8.1. График напоров в теплопроводе

1 - линия полных напоров без учета потерь на трение; 2 -линия полных напоров без учета потерь на трение и скоростного напора; 3 - линия полных напоров с учетом потерь на трение; 4-линия полных напоров с учетом потерь на трение и без учета скоростного напора; 5 - ось теплоровода.

По ГОСТу надежность определяется как свойство системы выполнять заданные функции с сохранением заданных эксплуатационных показателей в течение принятого времени эксплуатации. Для теплоснабжения заданной функцией является подача потребителям определенного количества воды с заданными температурой и давлением и определенной степени очистки.

Существуют два пути для создания надежных систем. Первый путь - это повышение качества элементов, из которых состоит система; второй - резервирование элементов. Повышают надежность, реализуя прежде всего первый путь. Но, когда исчерпываются технические возможности повышения качества элементов или когда дальнейшее повышение качества оказывается экономически невыгодным, идут по второму пути. Второй путь необходим, когда надежность системы должна быть выше надежности элементов, из которых она состоит. Повышения надежности достигают резервированием. Для систем теплоснабжения применяют дублирование, а для тепловых сетей дублирование, кольцевание и секционирование.

Надежность характеризуется долговечностью - свойством сохранять работоспособность до предельного состояния с допустимыми перерывами или без них при техническом обслуживании и ремонтах. Системы теплоснабжения - долговечные системы.

Системы теплоснабжения - ремонтируемые системы, поэтому они характеризуются ремонтопригодностью - свойством, заключающимся в приспособленности системы к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Основным показателем ремонтопригодности систем теплоснабжения является время восстановления отказавшего элемента t рем. Время восстановления имеет большое значение при обосновании необходимости резервирования системы. Оно в основном зависит от диаметров трубопроводов и оборудования сети. При малых диаметрах время ремонта может оказываться меньше допустимого перерыва теплоснабжения. В таком случае нет необходимости в резервировании.

Для возможности оценки надежности системы прежде всего необходимо точно сформулировать понятие отказа элемента и системы. При формулировке понятия отказа элемента тепловой сети исходят из внезапности и длительности перерыва в теплоснабжении потребителей. Внезапный отказ элемента - это такое нарушение его работоспособности, когда отказавший элемент необходимо немедленно выключить из работы. При постепенном отказе вначале можно провести предварительный ремонт элемента без нарушения или с допустимым нарушением теплоснабжения, перенеся полный восстановительный ремонт на некоторое время, когда его выключение не приведет к отказу системы.

При расчете надежности системы и определении степени резервирования следует учитывать только внезапные отказы.

Таким образом, отказ элемента, учитываемый при расчете надежности систем теплоснабжения, - это внезапный отказ при условии» что t рем >t д o п. Такой отказ у нерезервированных систем приводит к отказу системы, а у резервированных - к изменению гидравлического режима работы.

Причинами отказов, связанных с нарушением прочности элементов, являются случайные совпадения перегрузок на ослабленных местах элементов. Как перегрузки элементов, так и их ослабления определяются значениями ряда независимых случайных величин. Например, снижение прочности сварного шва может быть связано с непроваром, наличием шлаковых включений и других причин, которые в свою очередь зависят от квалификации сварщика, качества используемых электродов, условий сварки и т. п. Таким образом, отказы имеют случайную природу.

Изучение отказов, связанных с коррозией трубопроводов, нарушением работоспособности оборудования, приводит также к выводу, что их природа случайна. Вместе с тем совпадение ряда случайных факторов, которое может вызвать отказ, является событием редким, поэтому и отказы относятся к категории редких событий.

Таким образом, главные свойства отказов, учитываемых при расчете надежности, заключаются в том, что они представляют собой случайные и редкие события. Если нарушение работоспособности элемента не является случайным событием, то его можно предусмотреть в учесть в расчетах.

Задачей систем теплоснабжения является обеспечение требуемых уровней параметров у потребителей, при которых достигаются комфортные условия жизни людей. Аварийные отказы нарушают теплоснабжение жилых и общественных зданий, вследствие чего недопустимо ухудшаются условия труда и отдыха населения, что вызывает последствия социального характера. К этим последствиям прежде всего относится сам факт нарушения нормальных условий работы и жизни людей, который приводит к увеличению числа заболеваний людей, к падению их работоспособности. Социальные последствия не поддаются экономической оценке. Вместе с тем их значение весьма велико, поэтому в методике оценки надежности систем теплоснабжения должны учитываться социальные последствия перерывов в подаче тепла.

Учитывая изложенное, при оценке надежности теплоснабжения следует исходить из принципиальной недопустимости отказов, считая, что отказ системы приводит к непоправимым для выполнения задачи последствиям.

Как отмечалось выше, повреждения участков теплопроводов или оборудования сети, которые приводят к необходимости немедленного их отключения, рассматриваются как отказы. К отказам приводят следующие повреждения элементов тепловых сетей:

1) трубопроводов: сквозные коррозионные повреждения труб; разрывы сварных швов ;

2) задвижек: коррозия корпуса или байпаса задвижки; искривление или падение дисков; неплотность фланцевых соединений; засорыг приводящие к негерметичности отключения участков;

3) сальниковых компенсаторов: коррозия стакана; выход из строя грундбуксы.

Все отмеченные выше повреждения возникают в процессе эксплуатации в результате воздействия на элемент ряда неблагоприятных факторов. Причинами некоторых повреждений являются дефекты строительства.

Наиболее частой причиной повреждений теплопроводов является наружная коррозия. Количество повреждений, связанных с разрывом продольных и поперечных сварных швов труб, значительно меньше, чем коррозионных. Основными причинами разрывов сварных швов являются заводские дефекты при изготовлении труб и дефекты сварки труб при строительстве.

Причины повреждений задвижек весьма разнообразны: это и наружная коррозия, и различные неполадки, возникающие в процессе эксплуатации (засоры, заклинивание и падение дисков, расстройство фланцевых соединений).

Все рассмотренные выше причины, вызывающие повреждения элементов сетей, являются следствием воздействия на них различных случайных факторов. При возникновении повреждения участка трубопровода его отключают, ремонтируют и вновь включают в работу. Со временем на нем может появиться новое повреждение, которое также будет отремонтировано. Последовательность возникающих повреждений (отказов) на элементах тепловой сети составляет поток случайных событий - поток отказов.

И.М. Сапрыкин, главный технолог,
ООО ПНТК «Энергетические Технологии», г. Нижний Новгород

Введение

В системах теплоснабжения имеются весьма значительные резервы экономии теплоэнергетических ресурсов, в частности тепловой и электрической энергии.

В последнее время на рынке появилось много нового высокоэффективного оборудования и технологий, направленных на повышение комфортности проживания и экономичности систем теплоснабжения. Правильное применение новаций предъявляет высокие требования к инженерному корпусу. К сожалению, с инженерными кадрами происходит обратное явление: снижение численности квалифицированных специалистов в сфере теплоснабжения.

Для выявления и наилучшего использования резервов экономии необходимо в том числе знание законов регулирования отпуска теплоты. В технической литературе вопросам практического применения режимов регулирования отпуска теплоты не уделено должного внимания. В этой статье сделана попытка восполнить этот пробел, при этом предложен несколько иной подход к формированию основных уравнений, описывающих режимы регулирования отпуска теплоты, чем изложенные в технической литературе, например.

Описание предлагаемых методик

Известно, что законы регулирования отопительных нагрузок зданий могут быть получены из системы трех уравнений, описывающих тепловые потери здания через ограждающие конструкции, теплоотдачу нагревательных приборов в здании и подачу теплоты по тепловым сетям. В безразмерном виде эта система уравнений выглядит следующим образом }

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

И.М. Сапрыкин, главный технолог,
ООО ПНТК «Энергетические Технологии», г. Нижний Новгород

Введение

Описание предлагаемых методик