Регулирование отпуска теплоты на отопление

Классификация режимов регулирования

ОТПУСК ТЕПЛОТЫ

 

Тепловая нагрузка абонентов не постоянна. Она изменяется в зависимости от метеорологических условий (t_н, Q_инс, ν_в и т.д.), режима расхода воды на горячее водоснабжение, режима работы технологического оборудования и т.д. Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, а также экономических режимов выработки теплоты на станции и транспорта ее по тепловым сетям выбирается соответствующий метод регулирования.

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

а) центральное регулирование производится на станции или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городе такой нагрузкой является нагрузка на отопление Q_о или совместная нагрузка на отопление и горячее водоснабжение Q_о + Q_гв . На ряде промышленных предприятий преобладающей нагрузкой является нагрузка на технологию Q_тех;

б) групповое регулирование производится в ЦТП для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуемые расходы и температура теплоносителя, поступающие в распределительные или во внутриквартальные сети;

в) местное регулирование предусматривается на вводе в дом для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов;

г) индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов (у нагревательных приборов) и дополняет другие виды регулирования.

В городе применяется не менее трех ступеней регулирования: центральное; групповое или местное; индивидуальное.

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

д) комбинированное регулирование состоит из нескольких ступеней регулирования, взаимодополняющих друг друга. Обеспечивает наиболее полное соответствие между отпуском теплоты и ее потреблением.

2. По способу осуществления регулирования может быть автоматическим и ручным.

3. По методу регулирование тепловой нагрузки различают: качественное регулирование, количественное регулирование и качественно-количественное регулирование.

Сущность методов регулирования вытекает из уравнений теплового баланса

(4.1)

Из уравнения следует, что регулирование нагрузки возможно несколькими способами. Принципиально возможно изменение пяти параметров: F_нп, К_нп, G, Т₁, n (час).

Регулирование изменением поверхности нагрева приборов F и коэффициента теплопередачи К сложно и неэффективно. Регулирование временем отпуска теплоты или временем нагрева нагревательных приборов возможно лишь при строго однородной нагрузке, т.к. перерывы в подаче теплоты могут быть недопустимы для других потребителей. Таким образом, практически тепловую нагрузку можно центрально регулировать только путем изменения Т₁ или G. При этом надо иметь ввиду, что возможный диапазон изменения Т₁ и G в реальных условиях ограничен рядом обстоятельств.

При разнородной тепловой нагрузке нижним пределом Т₁ является температура, требуемая для горячего водоснабжения (60 ºС – в открытых системах и 70 ºС – в закрытых). Верхний предел Т₁ определяется дополнительным давлением в подающей линии тепловой сети из условий невскипания воды.

Верхний предел G определяется располагаемым напором на ЦТП и гидравлическим сопротивлением абонентских установок:

а) качественное регулирование заключается в регулировании отпуска теплоты путем изменения Т₁ на входе а прибор для сохранения постоянного расхода теплоносителя:

G = const; Т₁ = var;

б) количественное регулирование заключается в регулировании отпуска теплоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре на входе в установку:

G = var; Т₁ = const;

в) качественно-количественное регулирование заключается в регулировании отпуска теплоты путем одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя:

Т₁= var, G = var.

При автоматизации абонентских вводов основное применение в городах имеет в настоящее время центральное качественное регулирование, дополняемое в ЦТП или ИТП количественным регулированием или регулированием пропусками.

Частным случаем количественного регулирования является регулирование пропусками. В этом случае регулирование достигается путем периодического отключения абонентов.

В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение температуры в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование паровых систем производится, в основном, количественным методом или пропусками. Однако периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению системы воздухом.

 

Общее уравнение для регулирования отопительной нагрузки при зависимых схемах присоединения установок к тепловым сетям имеет вид:

; (4.2)

(4.3)

1. Качественное регулирование.

Дано: Q_ор, Т_1р, Т_2р, G_ор.

Определить: Т₁ = f₁(t_н);

Т₂ = f₂(t_н).

 

 

Решение. Из уравнений теплового баланса:

. (4.4)

Учитывая то, что = ; = ;

= , получим:

. (4.5)

Коэффициент теплопередачи нагревательных приборов определяется по формуле:

; (4.6)

для радиаторов е → 0 → ;

а – постоянная для каждого типа нагревательных приборов;

m – постоянная, зависящая от типа нагревательных приборов и способа обвязки; , обычно m = 0,25 для современных нагревательных приборов.

Подставим выражение для К_нп и получим:

. (4.7)

Учитывая, что для элеватора , , получим:

;

(4.8)

Из 1 = 2 определяем:

; (4.9)

Из 1 = 3 с учетом 4 определяем:

, ; (4.10)

; (4.11)

. (4.12)

Рис. 4.1. График качественного регулирования

Если система отопления присоединяется непосредственно без смесителя, то коэффициент смешения U = 0, следовательно график поднимется вверх.

При воздушном отоплении коэффициент теплопередачи не зависит от перепада температур, а зависит от скорости движения теплоносителя и весовой скорости воздуха:

, (4.13)

поэтому коэффициент m = 0, U = 0, следовательно получается уравнение первой степени, на графике это прямая линия.

В независимых схемах в нагревательные приборы системы отопления вода поступает после теплообменного аппарата.

 

Рис. 4.2. Незави

симая схема присоединения

системы отоп-

ления к тепло-

сети

 

Расчет режима регулирования для независимой системы отопления также основан на уравнениях теплового баланса:

;

(4.14)

. (4.15)

Зависимость расхода от тепловой нагрузки описывается эмпирической формулой , где n – показатель степени, зависящий от метода регулирования:

при качественном регулировании n = 0, ;

при количественном регулировании n ≥ 1;

при качественно-количественном регулировании 0 < n < 1.

Регулирование нагрузки приводит к изменению расходов и температур теплоносителя в теплообменнике. При нерасчетных условиях обычно известны температуры теплоносителей на входе в установку и неизвестны на выходе. Поэтому уравнение тепловой нагрузки теплообменника неудобно для расчетов, т.к. неизвестно выражение , которое определяется методом подбора.

По методике Е.Я.Соколова расчет теплообменных аппаратов облегчается при использовании так называемых тепловых характеристик теплообменников, когда:

, (4.16)

где ε – безразмерная удельная тепловая нагрузка (коэффициент эффективности);

G_м – меньшее значение расхода из теплообменных средств;

- максимальная разность температур между греющей и нагреваемой средой.

 

Для водоводяных теплообменников (при противотоке):

, (4.17)

где Ф – параметр подогревателя; для данного подогревателя Ф = const при любом режиме.

; (4.18)

При качественном регулировании , т.к. . Тогда:

;

(4.19)

.(4.20)

2. Качественно-количественное регулирование.

Дано: , , зависимость расхода от отопительной нагрузки выражается уравнением , где n – коэффициент, позволяющий устранить влияние переменного гравитационного давления на разрегулировку системы: 0,33 – для двухтрубных систем отопления, 0,2-0,25 – для однотрубных систем отопления.

Определить: Т₁, Т₂, G_о = f_i(t_н).

Решение. Задаваясь , определяем , затем определяем Т₁ и Т₂:

; (4.21)

Из 1 = 3 с учетом 4 получим:

; (4.22)

Из 1 = 2 с учетом 4 и 5 получим:

 

(4.23)

Если m = 0,25, то , (4.24)

т.е. G_о и G_тс изменяется по гравитационному закону.

Рис. 4.3. График регулирования тепловой нагрузки: 1 – качественно-

количественный; 2 - качественный

 

Осуществить плавное изменение расхода воды практически невозможно. В современных насосах глубокое изменение расхода происходит за счет изменения скорости вращения двигателя и соответственно изменения числа оборотов.

В этом случае применяется ступенчатое регулирование (рис. 4.4). В результате отопительный сезон делится на несколько диапазонов, в каждом из которых поддерживается постоянный расход воды.

В холодный период система работает с расчетным расходом воды. При увеличении температуры наружного воздуха расход воды уменьшается. Переменный расход обеспечивается работой нескольких насосов различной производительности. Ступенчатое изменение расхода воды приводит к ступенчатому изменению температуры. При уменьшении расхода воды Т₁ чуть выше, а Т₂ чуть ниже, чем при отопительном графике.

Расход воды в системе может быть уменьшен на 30-40 %. Исследования показали, что в этом случае разрегулировка вертикальная незначительна.

Рис. 4.4. График ступенчатого регулирования тепловой нагрузки

 

Поэтому расход воды в системе уменьшают до ; далее он постоянен. Число ступеней при выбирают в зависимости от оборудования.

Ступенчатое регулирование тепловой нагрузки позволяет уменьшить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя, но при увеличении температуры в сети уменьшается отбор пара в турбине.

 

3. Количественное регулирование.

Дано: Т₁ = const.

Определить: Т₂, G_о = f_i(t_н).

Регулирование поверхностью нагрева происходит за счет подтопления нагревательных приборов.

Решение.

(4.25)

Из 1 = 2 получим: (4.26)

Из 1 = 3 с учетом 4 получим:

,

где . (4.27)

Уравнения 4 и 5 справедливы при Т₂ ≥ t_в .

При уменьшении нагрузки и уменьшении расхода воды температура обратного трубопровода сети стремится к температуре t_в. Дальнейшее понижение теплоотдачи достигается заполнением части нагревательного прибора водой с температурой равной температуре внутреннего воздуха t_в .

Недостатки: разрегулировка системы отопления из-за изменения расхода воды.

Достоинства: сокращение электроэнергии на перекачку теплоносителя. Этим пользуются при присоединении систем отопления по независимой схеме или через смесительные подстанции. В этом случае в системе отопления сохраняется режим качественного регулирования в течение всего отопительного сезона. При уменьшении расхода сетевой воды насосы увеличивают подачу воды из обратки, следовательно нет разрегулировки.