// //
Дом arrow Научная литература arrow теплоснабжение arrow Регулирование тепловой нагрузки
Регулирование тепловой нагрузки

 

2. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

 

Тепловая нагрузка в течение отопительного сезона меняется. Поэтому для поддержания требуемого теплового режима тепловую нагрузку необходимо регулировать.

Различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование. Центральное регулирование осуществляется на ТЭЦ и котельных. Групповое – на групповых тепловых подстанциях. Местное – на местных тепловых подстанциях. Индивидуальное – непосредственно у абонентов.

Если тепловая нагрузка у всех потребителей примерно одинакова, то можно ограничиться центральным регулированием. В большинстве же случаев тепловая нагрузка неоднородна. В этом случае центральное регулирование ведется по характерной тепловой нагрузке для большинства потребителей. В первую очередь это отопительная нагрузка и совместная нагрузка отопления и ГВС. Во втором случае расход воды в ТС увеличивается незначительно по сравнению с регулированием по отопительной нагрузке или не меняется.

Основное количества тепла в абонентских системах расходуется на нагрев. Поэтому тепловая нагрузка в первую очередь зависит от режима теплопередачи. Теплопередача описывается уравнением теплопередачи

Конс_2                                                                                                                (2.1)

где  n - длительность работы системы; F – площадь поверхности теплообмена; k – коэффициент теплопередачи; Dt – средняя разность температур теплообменивающихся сред. В первом приближении

            Конс_2                                                                                          (2.2)

Конс_2   - температура сетевой воды; t – температура нагреваемой воды; индексы 1 и 2 относятся ко входу и выходу теплообменника. Из уравнения теплового баланса

      Конс_2

найдем Конс_2 и подставим в (2.2).

Конс_2,             

Решая совместно (2.1) и уравнение баланса, получим    

            Конс_2.

               

Т.о., тепловую нагрузку в принципе можно регулировать изменением пяти параметров – k, F, n, Конс_2, Конс_2. Изменение Конс_2 и Конс_2 имеют ограничения. Температура сетевой воды не может быть ниже 600С, необходимой для обеспечения температуры воды ГВС и не может быть выше температуры насыщения для данного давления. Расход воды определяется располагаемым перепадом давления на ГТП и МТП. Если один из теплоносителей – пар, то его температуру можно изменять меняя давление (дросселированием).

            В водяных системах реально можно менять тепловую нагрузку тремя способами:

1.      изменением температуры сетевой воды – качественное регулирование;

2.      изменением расхода сетевой воды – количественное регулирование;

3.      изменением расхода и температуры воды – качественно-количественное регулирование.

Регулирование путем изменения длительности работы n  называется регулированием пропусками. Применяется как местное в дополнение  к центральному.

Выбор метода регулирования зависит от гидравлической устойчивости системы. Гидравлическая устойчивость - это способность системы поддерживать заданный гидравлический режим и характеризуется коэффициентом гидравлической устойчивости

Конс_2

Здесь  Конс_2        - располагаемый перепад давления  у  наиболее удаленного потребителя;

Конс_2 -  перепад  давления,  срабатываемый  в  сети. Если у Конс_2    0,4 , то  применяется качественное регулирование. Если y > 0.4, то применяется качественно-количественное регулирование. Центральное регулирование ориентируется на основной вид нагрузки района. Таковой может быть нагрузка отопления (регулирование по отопительной нагрузке), либо совмещенная нагрузка отопления  и ГВС (регулирование по совмещенной нагрузке).

Обозначим через Конс_2 расчетные значения величин при Конс_2.

Текущие  значения этих же величин обозначим через Конс_2.

Относительные  безразмерные  величины: 

Конс_2;         Конс_2;        Конс_2.

Связь между Конс_2 можно представить в виде Конс_2.

 

Конс_2

1 – качественное регулирование, m=0.

2 – качественно-количественное регулирование, Конс_2.

3,4 – количественное регулирование, m>1

 

Рис.2.1. Закон изменения расхода при различных

видах регулирования тепловой нагрузки

 

2.1 Тепловые  характеристики  теплообменных аппаратов

 

            В проектных расчетах теплообменников применяются уравнение теплопередачи

Конс_2                                                                                                                (2.3)

и уравнение теплового баланса

            Конс_2Конс_2  или  Конс_2Конс_2Конс_2                                                (2.4)

В уравнении (2.3)

Конс_2                                                                                                                  (2.5)

 Если Конс_2, то можно пользоваться среднеарифметической разностью температур.  Конс_2.                                                                                                                        (2.6)

 

Для целей расчета регулирования тепловой нагрузки уравнение (2.3) неудобно, т.к. заранее величина Dt  неизвестна. Поэтому  удобнее пользоваться максимальной разностью температур.

            Конс_2Конс_2                                                                                                                (2.7)

где Конс_2- максимальная разность температур сред. Пользуясь (2.5), можно получить аналитические выражения для D только для прямотока и противотока. Для более сложных схем этого сделать не удается. Поэтому пользуются приближенным выражением.

 

Dt=D-ad - bdtб.                                                                                                   (2.8)                

Если вычислять Dt по (2.5), то b=0.65 для всех схем, 0.35 < a < 0.65 в зависимости от схемы.

Если вычислять Dt по (2.6), то a=b=0.5.

            Тепловая нагрузка, отнесенная к максимальной разности температур, называется удельной теплопроизводительностью.

 

Конс_2        , или

 

Конс_2.                                                                                          (2.9)

                               

Отношение удельной теплопроизводительности к полной теплоемкости называется безразмерной теплопроизводительностью, или коэффициентом эффективности.

                Конс_2.                                                                                   (2.10)

Применительно  к  системам  отопления Конс_2 относится к воздуху, а Конс_2- к воде.

Если один из теплоносителей пар, то Конс_2 и

            Конс_2      .

Зависимость (2.10) действует в диапазоне

            Конс_2         Конс_2.

Зависимости (2.9) и (2.10) универсальны и справедливы для любых схем движения теплоносителей. В отопительных установках отношение Конс_2.Значение b = 0,5 если на абонентском вводе нет узла смешения и Конс_2 при наличии узла смешения, где u – коэффициент смешения.

Конс_2

Конс_2 Конс_2

 

Рис.2.2. Расчетная схема узла смешения

 

Для любого теплообменного аппарата

Конс_2,где   Конс_2   - постоянный параметр, Конс_2.

Для системы отопления  n = 0,25 , тогда:

Конс_2      Конс_2

 

2.2. Качественное регулирование однородной нагрузки

 

Рассмотрим  регулирование отпуска  тепла при  наличии только отопительной  наг-

рузки (вентиляционной нагрузки и ГВС нет).

            Качественное регулирование предполагает  Конс_2  = const.

Требуется  определить Конс_2,   Конс_2. Для отопительной установки максимальная разность температур Конс_2. Тогда

            Конс_2.

Поскольку Конс_2,                                                                               (2.11)

 то

            Конс_2.                                                                                                      (2.12)

 

Далее

Конс_2,            Конс_2.                                                         (2.13)

На расчетном режиме

Конс_2.                                                                           (2.14)

                        

Подставив (2.14) в (2.13) с учетом (2.11), получим

 

Конс_2.                                                                                     (2.15)

 

Приравнивая (2.12) и (2.15), найдем

Конс_2Конс_2, откуда получим

 

Конс_2,                                                                             (2.16)

Конс_2.                                                                                          (2.17)

 

 

       Конс_2

Рис.2.2. График температур сетевой воды при

качественном регулировании  отопительной нагрузки

 

            2.2. Качественное регулирование разнородной нагрузки

 

            Если кроме отопительной нагрузки есть еще и нагрузка ГВС, то, независимо от метода регулирования, температура воды в подающем трубопроводе не должна быть ниже уровня, определяемого условиями ГВС. Для поддержания такой температуры делается подрезка температурного графика при  65 0С - для открытой системы и 70  0С - для закрытой системы. График температур приобретает вид ломаной. Точке излома температурного графика соответствует температура наружного воздуха Конс_2.

При  Конс_2   происходит смена регулирования с качественного на количественное, либо регулирование пропусками. При Конс_2 график температур сетевой воды рассчитывается для случая регулирования либо по отопительной нагрузки, либо по совмещенной нагрузке отопления и ГВС.

Конс_2

Рис.2.4. График температур при совмещенной нагрузке

 

2.2.1 Качественное регулирование по отопительной нагрузке.

           

            При этом методе регулирования постоянным поддерживается расход только через систему отопления.

            При  Конс_2      Конс_2.

            При   Конс_2      Конс_2,

где  Конс_2текущая отопительная нагрузка.

            Температуры сетевой воды  рассчитываются  только по отопительной нагрузке по уравнениям  (2.16)  и  (2.17). Расход в сети переменен и равен в прямом трубопроводе:

Конс_2,  где  Конс_2   - расход воды на  ГВС  из прямого  трубопровода;

Gут  - потери  или утечки из сети.

В  обратном  трубопроводе в закрытых системах:

            Конс_2

B  обратном  трубопроводе в  открытых  системах:

            Конс_2

 

 

Конс_2

Конс_2 - температуры сетевой воды в точке подрезки температурного графика при Конс_2.

Конс_2 - температуры сетевой воды при Конс_2

 

Рис.2.5.График температур в системе отопления

 

Конс_2

Конс_2

 

                                    а)                                                                                 б)

Рис.2.6. Графики расходов и тепловых нагрузок

а – отопление;  б – вентиляция.

 

Система вентиляции проектируется таким образом, чтобы при Конс_2 температура сетевой воды после вентиляционной установки была равна Конс_2. Желательно, чтобы в диапазоне температур Конс_2 графики температур Конс_2 и Конс_2 совпадали. При проектировании источников тепла допускается, чтобы в течение всего отопительного периода принимать Конс_2.

           

            2.2.2. Графики расхода воды и температуры на ГВС

 

            В открытых системах вода на ГВС частично забирается из подающего трубопровода и частично – из обратного. Это необходимо для поддержания нужной температуры ГВС.

Конс_2

Рис.2.7. Схема открытой системы

При Конс_2

 

            Конс_2

Конс_2При Конс_2

            Конс_2.

Обозначим через b долю расхода воды на ГВС из подающего трубопровода.

            Конс_2;                   Конс_2.

Расходы воды из подающего и обратного трубопроводов равны

            Конс_2,        Конс_2, соответственно.

            Рассмотрим построение графика температур и расхода воды на ГВС в закрытых системах при параллельном присоединении абонентской установки к тепловой сети.

Конс_2

Рис.2.8. Схема параллельного присоединения абонентской установки

Конс_2

Максимальный расход сетевой воды на ГВС имеет место при минимальной температуре в подающем трубопроводе Конс_2 в часы максимальной нагрузки ГВС. Расчетное значение расхода на ГВС определяется по

Конс_2.

При постоянной температуре греющей воды перед подогревателем ГВС изменение нагрузки ГВС, т.е. расхода горячей воды приводит к пропорциональному изменению расхода греющей воды из тепловой сети. При этом температура сетевой воды после подогревателя остается постоянной.

Рис.2.9. Графики температуры и расхода сетевой воды на ГВС в закрытой системе при параллельном присоединении

 При проектировании источников тепла принимают Конс_2. При параллельном присоединении тепло воды из обратного трубопровода не используется для нагрева вторичной воды. Это приводит к увеличению расхода сетевой воды и снижению эффективности системы теплоснабжения. Параллельную схему рекомендуется применять при Конс_2. В большинстве случаев применяется двухступенчатые схемы. Водопроводная вода сначала подогревается водой из обратной магистрали, а затем окончательно подогревается водой из подающего трубопровода.

Конс_2

Рис.2.10. Двухступенчатая последовательная схема.

Температура водопроводной воды после подогревателя второй ступени П2 t=t02-Dtнед. Величина недогрева Dtнед принимается равной 5…10 0С. Запишем уравнения баланса тепла для подогревателя П1.

Конс_2;                  Конс_2.

Расход водопроводной воды определяется как

Конс_2. Подставив величину расхода во второе из уравнений баланса и приравняв их, получим

Конс_2.

Конс_2

1 – одноступенчатая схема

2 – двухступенчатая схема

При одноступенчатой схеме tп =tх

 

Рис.2.11. График расходов в подающем трубопроводе.

В двухступенчатой схеме температура воды, возвращаемой на станцию, ниже, чем в одноступенчатой.

            Конс_2.

Расчет тепловой схемы станции нужно вести по Конс_2. В закрытых и открытых схемах расходы сетевой воды на отопление и вентиляцию одинаковы. Однако расходы сетевой воды на нагрузку ГВС отличаются.

Конс_2

Рис. 2.12. Графики расходов в тепловой сети при регулировании по отопительной нагрузке

а) – закрытая система;  б) – открытая система

Конс_2;                     Конс_2

В открытых системах расход воды в подающем трубопроводе

Конс_2

В обратном трубопроводе

Конс_2,     Конс_2.

При одинаковых Q и одинаковых t1 в открытых системах Конс_2, а в обратном трубопроводе Конс_2.

Конс_2

Конс_2

Рис.2.13. Графики температур и доли расхода вода на ГВС в открытой системе

 

            2.2. Центральное регулирование по совмещенной нагрузке отопления и ГВС

 

            Там, где есть кроме отопительной нагрузки и нагрузка ГВС, можно значительно уменьшить расчетный расход в тепловой сети при переходе от центрального регулирования нагрузки отопления к центральному регулированию совмещенной нагрузки отопления и ГВС. При таком методе регулирования можно обеспечить нагрузку ГВС без дополнительного увеличения расхода сетевой воды или с небольшим его увеличением.

            В этом случае ориентируются на типичную для данного района относительную нагрузку ГВС.

            Конс_2.

            Для обеспечения качественного теплоснабжения при регулировании по совмещенной нагрузке необходимо, чтобы наряду с центральным регулированием на ТЭЦ или котельной проводилось дополнительно групповое или местное регулирование всех видов нагрузки на ГТП и МТП.

 

            2.2.1. Центральное регулирование по совмещенной нагрузке закрытых систем теплоснабжения

 

            Наиболее распространенной схемой присоединения абонентов является двухступенчатая последовательная схема (см.рис.2.10). Когда регулятор температуры увеличивает расход воды через подогреватель П2, регулятор расхода снижает расход так, что на сопло элеватора поступает практически постоянный расход сетевой воды. Если расход воды становится равным Конс_2, то регулятор расхода полностью закрывается, и весь расход воды идет через подогреватель П2.

            При качественном регулировании расход воды на абонентском вводе поддерживается постоянным и равным

            Конс_2=const.

Температуры сетевой воды Конс_2 и Конс_2должны быть рассчитаны с учетом нагрузки отопления и ГВС.

Конс_2Конс_2,        Конс_2. Значения Конс_2 и Конс_2 рассчитываются по уравнениям (2.16) и (2.17); Конс_2 и Конс_2- снижение температуры воды в подогревателях ГВС. Расход воды в прямом трубопроводе есть Конс_2, в обратном трубопроводе - Конс_2. Расход воды на вентиляцию рассчитывается как для отопительной нагрузки, но по температурам во ды Конс_2 и Конс_2. Для двух подогревателей Конс_2const. Величины Конс_2, Конс_2 и Конс_2найдем с помощью уравнений баланса тепла для системы в целом и подогревателей 1 и 2.

            Конс_2;        Конс_2.

Порядок расчета.

1.      По уравнениям (2.16) и (2.17) рассчитывают значения температур Конс_2 и Конс_2.

2.      Задают величину недогрева водопроводной воды в подогревателе второй ступени П2 при Конс_2 - Конс_20С. Если

Конс_2, то при Конс_2  Конс_2=0.

3.      Рассчитывают Конс_2, принимая Конс_2.

4.      Затем рассчитывают Конс_2 и Конс_2=Конс_2-Конс_2. Если для какого-либо режима получается Конс_2=Конс_2, то в последующих расчетах принимают Конс_2=Конс_2, а Конс_2=0. Таким образом, в этом случае все тепло на ГВС обеспечивается подогревателем П2. На рис.2.14 представлены графики сетевой воды для рассмотренного случая.

Конс_2

            Конс_2Рис.2.14. Графики температур сетевой воды

 

            2.2.2. Качественное регулирование по совмещенной нагрузке в открытых системах

 

            Схема открытой системы представлена на рис.2.7. Расход воды на абонентском вводе поддерживается постоянным.

            Конс_2=const.

Расход воды на отопление равен

            Конс_2 ,  где  Конс_2                                                   (2.18)

В подающем трубопроводе             Конс_2 >Конс_2, в обратном - Конс_2 <Конс_2.

По определению

            Конс_2.                                             (2.19)

С другой стороны (см. раздел 2.2)

            Конс_2.                       (2.20)

Приравняв (2.19) и (2.20), найдем Конс_2 и Конс_2.

            Конс_2;                                                              (2.21)

            Конс_2.                                                                            (2.22)

Подставим Конс_2 и Конс_2в формулу для b.

            Конс_2.                                                 (2.23)

В безразмерном виде (2.18) можно записать как

            Конс_2.                          (2.24)

Здесь учтено, что

Конс_2;       Конс_2.

Подставив (2.23) в (2.24), получим

            Конс_2.                                                     (2.25)

            Порядок расчета.

1.      Для заданной температуры Конс_2 определяем

Конс_2.

2.      По формуле (2.25) находим Конс_2. Если получается, что Конс_2>1, то принимают в дальнейшем Конс_2=1.

3.      По формулам (2.21), (2.22) находим Конс_2 и Конс_2.

Расход воды в прямом трубопроводе есть Конс_2. В обратном трубопроводе Конс_2..

Конс_2

Конс_2

Рис.2.15. Графики температур и расходов в открытой системе

 

            2.2.2. Качественно-количественное регулирование

 

            Для получения одинакового закона изменения расхода воды у всех абонентов необходимо при выключенном расходе ГВС установить одинаковые напоры в подающем и обратном трубопроводах на всех абонентских вводах.

Конс_2

Рис.2.16. Пьезометрический график

Расбаланс напоров на абонентских вводах гасится шайбами или диафрагмами.

На всех абонентских вводах должны быть обеспечены условия: Hпр=idem, Hoбр=idem, Hаб=idem. Степень изменения расхода воды у всех потребителей будет одинакова, если

            Конс_2.

 

Если равенство не соблюдается, то требуется местная подрегулировка у этого потребителя.

            Качественно – количественное регулирование нагрузки может выполняться:

1)      с заданным напором на станции;

2)      с искусственным изменением расхода воды в сети.

Разновидностью качественно-количественного регулирования является ступенчатое регулирование.

Конс_2

 

 

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.