Здравствуйте. Я раньше думал что переменный гидравлический режим системы отопления, это когда имеются терморегуляторы на приборах(т.е. грубо говоря меняется сопротивление системы)
Читая «СОВРЕМЕННЫЕ ТЕПЛОВЫЕ ПУНКТЫ АВТОМАТИКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ» Пырков В.В. наткнулся на предложение «. Они не нужны также, если система отопления имеет постоянный гидравлический режим, независимо от того с терморегуляторами она или без них, однотрубная она или двухтрубная. « т.е. система с постоянным гидравлическим режимом может быть и с терморегуляторами. И теперь я не знаю чем отличаются системы с постоянным гидравл. режимом и с переменным. Кто знает подскажите. Спасибо.
фраза «расход отправляется в байпас радиатора» — байпас радиатора, это где. Перепуск в 15мм (замыкающий участок) перед Радиатором? Фраза igla #2 «речь идет о качественном регулировании, то есть постоянном расходе теплоносителя» (источник теплоснабжения работает именно в таком постоянном гидравлическом РЕЖИМЕ) , то о каких терморегуляторах идет речь?
Симбиоз качественного и количественного регулирования в одной схеме теплоснабж. порождает .
Конечно, пережитки социализма, Крупные Котельные, ТЭЦ с качественном регулировании, тупиковые т/с не отвечают требованием энергосбережения. И да Европейских норм теплораспределения (знаю по наслышке — ссылки НЕТ): закольцовка (кольцевая) прокладка т/с в проходных каналах, с подкл. нескольких ист. т/э (подземных котелен) вк./выкл. в автономном режиме из одного диспетчерского пункта, с полностью автомат, ИТП со своими сетевыми насосами с частотниками — нам (конкретно коммунальному хоз-ву СНГ) — ОЧЕНЬ ДАЛЕКО.
а схема с количественным регулированием возможна по независимого схемой подкл. от теплообменника на отопления, с установкой перепуска по Т1, Т2. В том случае если теплоноситель запирается терморегуляторами (тепловой энергии потреблять нет необходимости — терморегуляторам виднее, как реагировать) срабатывает перепускной клапан по Т1, Т2 до ТО (теплообменника Отопления). В следствии этого повышается температура Т2, (котельная, т/с — это как-то переживут ), а вот повышение давления на Т2 — приведет к нарушению гидр. режима т/с. А если таких потребителей (с терморегуляторами) все больше и больше, Автоматика котельных не работает, сетевых насосов с частотниками — НЕТ, полной реконструкции — НЕТ, последствия . .
Расчет переменного гидравлического режима работы системы водяного отопления
Л. М. Махов, профессор, канд. техн. наук, ФБГОУ ВПО «МГСУ»
Качество работы инженерных систем здания оценивается в первую очередь комфортностью пребывания человека в помещении. Конкретные параметры для расчета систем отопления, вентиляции и кондиционирования (ОВК) сформулированы довольно точно (в некотором диапазоне согласно [1]). В [2] раскрывается ряд вопросов о грамотном выборе нагрузок на системы ОВК и развеян ряд мифов, приводящих к ошибкам на стадии проектирования. Действительно, перечисленные ошибки могут привести к понижению комфорта в обслуживаемом помещении.
Вопрос правильного выбора рабочих характеристик инженерных систем здания и их оборудования, необходимого для поддержания требуемого диапазона параметров микроклимата, остается открытым. Решение этих задач связано с необходимостью следовать нормативным требованиям с учетом взаимных интересов обитателей зданий, инвесторов и управляющих (энергоресурсоснабжающих) организаций, а также с широкой номенклатурой оборудования, предлагаемого в настоящее время производителями. Проблема также состоит в неполноте подхода к расчету систем поддержания микроклимата помещения. Например, расчет системы отопления ведется в некоторых экстремальных параметрах, а поверочного расчета для остального диапазона температуры наружного воздуха в течение отопительного сезона нет. Это может вызвать серьезные отклонения температуры отапливаемого помещения и привести к недотопам или перерасходу тепловой энергии.
Рассмотрим недостатки современного подхода к расчету и подбору оборудования двухтрубной системы водяного отопления здания на примере рядового помещения с установленным в нем одним отопительным прибором. Здание расположено в Москве. Помещение для совещаний имеет одну наружную стену размером 5×3 м и наружное окно размером 1,5×2,0 м, ориентированные на юг. В качестве солнцезащитных устройств приняты вертикальные жалюзи. Перекрытие потолка и пола, а также остальные ограждающие конструкции не являются наружными, так как температура воздуха за ними не отличается от температуры рассматриваемого помещения. В качестве отопительного прибора установлен стальной панельный радиатор РСВ-4-10-1400 с термостатическим клапаном на подающем и запорным вентилем на обратном теплопроводе.
Для упрощения примера будем считать, что весь излишний теплоприток в помещение ассимилируется общеобменной системой вентиляции. Расчетная температура помещения согласно [1] 18 0 C. Расчетный температурный график системы отопления: 80 0 C в подающем теплопроводе, 60 0 C – в обратном. Система отопления – двухтрубная вертикальная с нижней разводкой с независимым присоединением к тепловой сети. Суммарные расчетные теплопотери помещения составят 500 Вт. Схема подключения отопительного прибора представлена на рис. 1.
Теплопотери, связанные с нагреванием инфильтрующегося воздуха, не учтены, так как современные стеклопакеты фактически не пропускают его в помещение, а в здании работает система механической вентиляции.
Расчет переменного гидравлического режима
Согласно [3] при использовании термостатического клапана расчетная мощность прибора может увеличиваться на 15 %. Расчетный расход через прибор Gnр.n, кг/ч, при расчетном перепаде температуры с учетом дополнительных поправочных коэффициентов будет составлять:
(1)
где Q расч mn– расчетные теплопотери помещения, 500 Вт; св – удельная теплоемкость воды, 4,187 кДж/(кг• 0 C); Δt– расчетный перепад температуры теплоносителя в системе отопления, 20 0 C; β1 – поправочный коэффициент, связанный с номенклатурным шагом применяемых отопительных приборов, принимаемый согласно табл. 4.1 [4], 1,027; β2 – поправочный коэффициент, связанный с увеличением теплопотерь через заприборный участок наружного ограждения, принимаемый согласно табл. 4.1 [4], 1,1. Температура теплоносителя, выходящего из отопительного прибора tвых, 0 C, определяется по формуле [5]:
(2)
где tв – расчетная температура воздуха в отапливаемом помещении, 18 0 C; tвх – температура теплоносителя, подаваемого в отопительный прибор (условно приравниваем к расчетной температуре теплоносителя в системе отопления), 80 0 C; n, m – эмпирические коэффициенты, зависящие от конструкции отопительного прибора и принимаемые согласно [4]; Qo.n ну – нормативный тепловой поток радиатора при нормальных условиях, принимаемый согласно табл. 1.2 [4], 980 Вт; Gпр – фактический расход теплоносителя через отопительный прибор, 27,93 кг/ч.
Фактической тепловой поток от радиатора Qo.n факт , Вт, определяется по формуле:
(3)
где c, b, p – эмпирические коэффициенты, принимаемые согласно [4]; Θ – фактический температурный напор, 0 C:
(4)
Согласно формуле (3) построен график зависимости теплоотдачи отопительного прибора Qo.n факт , Вт, от температуры воздуха помещения tв, 0 C, при постоянной экстремальной температуре наружного воздуха (линия 1, рис. 2). Линия 2 на рис. 2 показывает зависимость теплопотерь помещения Qmn факт , Вт (с учетом дополнительных теплопотерь через заприборный участок наружной стены), от температуры воздуха помещения.
Изменение теплоотдачи отопительного прибора и теплопотерь помещения при различной температуре помещения: 1 – изменение теплоотдачи отопительного прибора, Qo.n факт ,Вт; 2 – изменение теплопотерь помещения Qmn факт , Вт
Пересечение линий 1 и 2 соответствует установившемуся тепловому балансу помещения. Таким образом, фактическая теплоотдача прибора будет равна 608 Вт, а температура воздуха в помещении 22,6 0 C.
Перерасход тепловой энергии ΔQ, Вт, при максимально открытом термостатическом клапане отопительного прибора составит:
что является превышением теплопотребления более чем на 10 %. Температура воздуха помещения будет завышена на 4,6 0 C относительно расчетной, однако относительно максимальной температуры из оптимальных превышение всего на 1,6 0 C. Исправить эту ситуацию должна автоматическая регулирующая арматура системы отопления, либо только за счет изменения пропускной способности термостатического клапана у отопительного прибора, либо за счет совместной работы термостатического клапана и другой автоматической регулирующей арматуры. Вопрос о возможном изменении теплогидравлических характеристик системы отопления и их влияние на теплоотдачу отопительного прибора в данной статье не рассматриваются.
Рассмотрим изменение теплоотдачи отопительного прибора в течение отопительного сезона при различной температуре подающего и обратного теплоносителя. Температура теплоносителя соответствует температурному графику (предположим, что в здании имеется автоматизированный ИТП, поддерживающий индивидуальный температурный график, аналогичный графику тепловой сети, но с пониженными параметрами). Температура подающего теплоносителя tвх, 0 C, рассчитывается по формуле [6]:
(6)
где tн – фактическая температура наружного воздуха, 0 C; tн.о – расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления [7], – 26 0 C; τ1о – температура воды в подающей магистрали при tн.о, 80 0 C; τпр.о – средняя температура воды в условном отопительном приборе, 0 C, определяемая по формуле τпр.о = 0,5 (τсм.о + τ2о). τсм.о, τ2о – температура воды в абонентской установке и в обратной магистрали системы отопления при расчетных параметрах, соответственно 80 и 60 0 C.
Фактическую температуру обратного теплоносителя, выходящего из отопительного прибора, теплоотдачу отопительного прибора при полностью открытом термостатическом клапане и фактическую температуру воздуха помещения определяем аналогично расчету при экстремальных условиях.
Для упрощения модели не учитывается тепловая инерция помещения и здания в целом, а теплотехнические характеристики наружных ограждений на протяжении отопительного сезона считаются постоянными.
На рис. 3 представлен график зависимости фактической теплоотдачи отопительного прибора при полностью открытом клапане от температуры наружного воздуха (линия 1). Линии 2 и 3 отображают расчетные теплопотери помещения (с учетом β2) при температуре внутреннего воздуха 18 и 21 0 C соответственно при различной температуре наружного воздуха.
Изменение теплоотдачи отопительного прибора и теплопотери помещения при различной температуре наружного воздуха: 1 – изменение теплоотдачи отопительного прибора, Qo.n факт , Вт; 2 – изменение теплопотерь помещения Qmn факт , Вт, при температуре помещения tн = 18 0 C; 3 – изменение теплопотерь помещения Qmn факт , Вт, при температуре помещения tв = 21 0 C; 4 – изменение перерасхода тепловой энергии ΔQ, Вт
Видно, что график качественного регулирования достаточно полно удовлетворяет изменению теплопотерь помещения, однако, наблюдается отклонение теплопотребления помещения от расчетного, связанное с повышением температуры помещения. Линия 4 показывает изменение ΔQ, Вт. Соответственно, перерасход тепловой энергии понижается при повышении температуры наружного воздуха.
Наиболее важные данные представлены на графике рис. 4. Линия 1 изображает изменение фактической температуры воздуха в помещении при полностью открытом клапане отопительного прибора в зависимости от температуры наружного воздуха. Линии 2 и 3 показывают минимальную и максимальную требуемую температуру воздуха в помещении.
Изменение температуры помещения при различной температуре наружного воздуха и постоянном гидравлическом режиме работы системы отопления: 1 – изменение температуры помещения tв при полностью открытом клапане у отопительного прибора; 2 и 3 – минимальная и максимальная оптимальная температура помещения tв согласно [1]; 4 – отклонение фактической температуры воздуха в помещении от минимальной из оптимальных Δt, °C
Видно, что по мере увеличения температуры наружного воздуха отклонение температуры воздуха помещения от минимальной из оптимальных уменьшается, а с определенной температуры перестает превышать максимальную из оптимальных. Линия 4 показывает отклонение фактической температуры воздуха помещения от 18 0 C, которое уменьшается при повышении температуры наружного воздуха соответственно изменению ΔQ.
Выводы
Из этого расчетного исследования можно сделать вывод, что автоматизация ИТП, регулирующая температуру подачи теплоносителя, позволяет избежать перетопов здания при температурах наружного воздуха, близких к 0 0 C, за счет отсутствия «срезки» в температурном графике системы отопления. Однако этот факт известен на практике и лишен новизны.
Основной вывод данного исследования – доказательство необходимости переменного гидравлического режима в двухтрубных системах. Он не только обеспечит благоприятный диапазон температуры помещения для комфортного пребывания человека, но и позволит сэкономить теплоту, связанную с принятием всевозможных запасов при расчете мощности системы отопления.
Согласно нормам [3] установка индивидуальных регуляторов у отопительных приборов (термостатических клапанов) обязательна. Но, наделяя потребителя возможностью регулировать теплоотдачу отопительных приборов и устанавливая автоматические регуляторы, мы создаем новую проблему при эксплуатации системы отопления. Неизбежно наличие переменного теплового и гидравлического режима работы системы отопления, который должен полностью взаимодействовать с системой автоматизированного ИТП, а также обеспечивать любого потребителя необходимой теплотой (в диапазоне оптимальной или допустимой температуры) при любых изменениях в гидравлическом режиме работы системы.
Однако ни диапазон температуры, ни величина теплопотерь полностью не раскрывают основных вопросов при проектировании: какую регулирующую арматуру необходимо устанавливать, в каком режиме она будет работать и какой диапазон расхода теплоносителя на участках системы отопления необходимо обеспечить?
Если цель проектирования – дать потребителю возможность регулирования температуры помещения, необходимо обеспечить его отопительный прибор достаточным расходом теплоносителя, который будет поддерживать в отапливаемом помещении требуемый диапазон температуры.
Как было отмечено ранее, для обеспечения диапазона температуры теплоотдача отопительного прибора должна изменяться с помощью не только качественного, но и количественного регулирования.
По формулам (2) и (3) можно определить зависимость теплоотдачи отопительного прибора от расхода теплоносителя и температуры помещения. Возможная неточность определения по этим зависимостям связана с тем, что необходимы индивидуальные испытания для конкретного отопительного прибора. При изменении расхода теплоносителя через прибор изменяются расчетные коэффициенты (n, m, p), принятые условно постоянными при подборе отопительного прибора, что влияет на его теплоотдачу. Данных для расчета из рекомендаций подбора конкретного прибора [4] недостаточно, так как они включают ряд упрощений, предназначенных для оптимизации проектных работ. Исследования в данном направлении проводились редко, а информации в свободном доступе не имеется. Однако цель данной работы – показать необходимость поиска некоторого диапазона расхода теплоносителя, как через прибор, так и для всей системы отопления, поэтому данные коэффициенты мы принимаем условно постоянными.
График на рис. 5 показывает зависимость необходимого расхода теплоносителя для поддержания температуры воздуха в помещении 18 и 21 0 C (линии 1 и 2 соответственно) от температуры наружного воздуха. Линия 3 показывает проектный расход теплоносителя через отопительный прибор.
Изменение расхода теплоносителя через отопительный прибор в зависимости от температуры наружного воздуха: 1, 2 – для поддержании в помещении температуры воздуха 18 и 21 0 C соответственно; 3 – проектный расход Gпр.н = 27,93 кг/ч
Линия 1 показывает, что расход теплоносителя увеличивается при поддержании в помещении температуры 18 0 C незначительно и находится в пределах 11,2…12,6 кг/ч.
Линия 2, наоборот, говорит о снижении необходимого расхода до 20,4 кг/ч с понижением температуры наружного воздуха, а также о том, что данный отопительный прибор не может обеспечить верхний диапазон температуры помещения путем изменения расхода теплоносителя при температуре наружного воздуха выше –2…2 0 C (температура обусловлена возможностью переменного гидравлического режима работы системы).
Линия 3 показывает недостаток систем отопления с постоянным гидравлическим режимом работы, при котором температура в помещении будет изменяться согласно рис. 4.
В соответствии с проведенным анализом отопительный прибор не может обеспечить потребителя необходимым диапазоном температуры помещения, причем возможное сильное повышение расхода в отопительном приборе не обеспечит необходимой температуры, а это значит, что никакой гидравлический режим работы и регулирующая арматура не изменят ситуации. Следовательно, отопительный прибор подобран неверно, а переменная регулирующая арматура в данном случае не полностью справляется с возложенной на нее функцией. Вероятно, отопительные приборы необходимо подбирать при температуре наружного воздуха, отличающейся от экстремальной.
Иная ситуация будет для зданий с неорганизованным притоком и естественной вытяжной вентиляцией, где излишки теплопоступлений не полностью ассимилируются системой вентиляции, а приток инфильтрующегося воздуха должен быть учтен в расчете теплопотерь.
Данный подход к решению вопроса о расчете переменного гидравлического режима работы системы отопления позволяет определить максимальный и минимальный расход теплоносителя во всей системе и на ее участках, а также проверить возможности системы отопления в нерасчетные периоды.
Отсутствие в нормах правил расчета систем с переменным гидравлическим режимом работы и расчет системы только при экстремальных температурах приводит к ошибкам и бесполезной трате дорогостоящей теплоты, а также понижению комфорта в помещениях. Именно поэтому нормативная база и подход к расчету таких систем требуют доработки и уточнения, а методы испытания отопительных приборов должны пополниться данными об изменении условно постоянных коэффициентов в зависимости от расхода теплоносителя.
(1)
(2)
(3)
(4)
(6)
