Системы регулирования отпуска тепловой энергии

Системы регулирования отпуска тепловой энергии

Для систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха главным фактором, влияющим на расход тепла, является температура наружного воздуха. Расходы тепла на покрытие нагрузок горячего водоснабжения и технологического потребления от температуры наружного воздуха не зависят. Методика изменения отпуска тепла потребителям в соответствии с графиками их теплопотребления называется системой регулирования отпуска тепла.

Различают центральное, групповое и местное регулирование отпуска тепла. Центральное регулирование тепловой нагрузки осуществляется у источника тепла — на ТЭЦ или в районной котельной. Групповое и местное регулирования производятся у потребителей тепла и рассматриваются как дополнительные к центральному.

Групповое регулирование может выполняться в тепловых пунктах промышленных предприятий, в групповых или индивидуальных узлах присоединения местных систем, а местное — у нагревательных приборов систем потребления. По условиям эксплуатации центральное регулирование предпочтительнее группового и местного.

При теплоносителе воде среднюю температуру в нагревательном приборе можно регулировать изменением температуры теплоносителя при входе в нагревательный прибор, выходе из него или одновременным изменением на входе и выходе.

В зависимости от метода воздействия на среднюю температуру теплоносителя известны три системы центрального регулирования отпуска тепла в водяных системах теплоснабжения:

а) качественное — изменением температуры воды в подающем трубопроводе (без регулирования расхода воды);

б) количественное — изменением расхода воды при сохранении постоянной температуры воды в подающем трубопроводе;

в) качественно-количественное — изменением температуры и расходов воды в подающем трубопроводе.

В городских системах централизованного теплоснабжения преимущественно применяется центральное качественное регулирование отпуска тепла, дополняемое на вводах потребителей местным количественным регулированием. В промышленных системах теплоснабжения, характеризующихся большими нагрузками воздушного отопления, возможно частичное применение количественного регулирования тепловой нагрузки. Применение качественно-количественного регулирования отпуска тепла возможно только при одной отопительной нагрузке. Значительного распространения этот метод регулирования не получил.

Качественный метод регулирования. Температурный график для отопительной нагрузки при качественном регулировании строится из предположения постоянного расхода воды в системах отопления в течение всего отопительного сезона. Отпуск тепла регулируется изменением температуры воды в подающей магистрали тепловой сети. Конечной задачей регулирования является поддержание заданной температуры в помещении за счет теплоотдачи нагревательных приборов. Теплоотдача нагревательных приборов должна соответствовать тепловым потерям через ограждающие конструкции зданий, т. е. через стены, окна, перекрытие верхнего этажа и пол первого этажа.

Циркуляция постоянного количества (расхода) воды стабилизирует гидравлический режим сети, так как на всем протяжении отопительного сезона каждый ввод имеет постоянный перепад давлений. Однако следует иметь в виду, что в условиях реальной эксплуатации будет изменяться расход воды в тепловой сети вследствие присоединения и отключения потребителей, а главным образом ввиду колебаний нагрузки горячего водоснабжения из-за переменной температуры сетевой воды, суточных и недельных колебаний в разборе горячей воды.

Температурный график может строиться по отопительной нагрузке, тогда он называется отопительным или нормальным графиком, и по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, тогда он называется в закрытой системе повышенным графиком, а в открытой системе — скорректированным графиком.

Средняя за сутки температура подаваемой воды (с допуском колебаний в пределах отдельных часов) должна строго соответствовать средней за сутки температуре наружного воздуха.

Предварительно средняя температура воздуха берется по прогнозу погоды.

Недостаток центрального качественного регулирования состоит в том, что оно не всегда удовлетворяет условиям отопления всех жилых зданий, так как расчет температурного графика ведется по типовому абоненту и не учитывает солнечной радиации, бытовых тепловыделений и ветра.

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2018

СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

В данном положении возникает резкая необходимость регулирования параметров и расхода теплоносителя в соответствии с действительной потребностью в тепле. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива [1].

Основной целью регулирования отпуска теплоты на сезонные нагрузки является поддержание комфортных условий микроклимата в помещениях при изменении на протяжении всего отопительного периода температуры наружного воздуха. При этом необходимо учитывать, что в систему горячего водоснабжения поступает переменный на протяжении суток расход воды с постоянной температурой.

В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое местное и индивидуальное регулирование. Центральное регулирование осуществляется на ТЭЦ и в котельных по преобладающей тепловой нагрузке, характерной для большинства абонентов. В основном, в городских тепловых сетях такой нагрузкой является отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения.

Групповое регулирование осуществляется в центральных тепловых пунктах (ЦТП) для групп потребителей с однородной нагрузкой. В ЦТП поддерживается требуемый расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или внутриквартальные сети.

Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительного изменения параметров теплоносителя с учетом местных факторов.

Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов и дополняет другие виды регулирования.

Сущность способов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса

где Q – количество тепла, полученное прибором от теплоносителя и отданное нагреваемой средой, кВт∙ч; G – расход теплоносителя, кг/ч; с – теплоёмкость теплоносителя, кДж/(кг·°С); τ₁ и τ₂ – температура теплоносителя на входе и на выходе из теплообменника, ͦС; n – время, ч; k – коэффициент теплопередачи, кВт/(м 2 ·°С); F – поверхность нагрева теплообменника, м 2 , ∆t – температурный напор между греющей и нагреваемой средой, °С [1].

Из уравнения теплового баланса следует, что регулирование тепловой нагрузки можно производить несколькими способами: изменением температуры теплоносителя – качественное регулирование; изменением расхода теплоносителя – количественное регулирование; путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя – качественно-количественное регулирование.

Качественный способ регулирования тепловой нагрузки является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей. Его основным достоинством является стабильный гидравлический режим. К недостаткам данного способа регулирования можно отнести: низкую надежность источников пиковой тепловой мощности; необходимость применения дорогостоящих методов обработки подпиточной воды теплосети при высоких температурах теплоносителя; повышенный температурный график для компенсации отбора воды на ГВС и связанное с этим снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении; колебания температуры внутреннего воздуха, обусловленные влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у абонентов; снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры теплоносителя по средней за несколько часов температуре наружного воздуха, что приводит к колебаниям температуры внутреннего воздуха [2].

Количественное регулирование получило широкое применение в зарубежной практике теплоснабжения, в России оно нашло частичное использование при групповом и местном регулировании систем и отдельных приборов, но оно оказывает неблагоприятное воздействие на тепловые сети, нередко приводя к их разрегулировке.

Центральное качественно-количественное регулирование отпуска тепла на отопление применяют наряду с центральным качественным способом регулирования в тепловых сетях с чисто отопительной нагрузкой при хорошо отрегулированных системах отопления.[3]

Количественное и качественно-количественное регулирование имеет большой ряд преимуществ: увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении за счет понижения температуры обратной сетевой воды; работа системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с пониженными расходами сетевой воды и значительной экономией электроэнергии на транспорт теплоносителя; меньшая инерционность регулирования тепловой нагрузки, т.к. система теплоснабжения более быстро реагирует на изменение давления, чем на изменение температуры сетевой воды; постоянная температура теплоносителя в подающей магистрали теплосети, способствующая снижению коррозионных повреждений трубопроводов теплосети; наилучшие тепловые и гидравлические показатели по режиму систем отопления за счет уменьшения влияния гравитационного напора и снижения перегрева отопительных приборов; поддержание температуры сетевой воды постоянной, которое благоприятно сказывается на работе компенсаторов. К недостаткам количественного способа можно отнести: переменный гидравлический режим работы тепловых сетей; большие, по сравнению с качественным регулированием, капитальные затраты в теплосети [2].

Библиографический список

В.Е. Козин, Т.А. Левина, А.П. Марков, И.Б. Пронина, В.А. Слемзин. — М.: Высшая школа, 1980. — 408 с.

В.И. Шарапов, П.Б. Ротов.- Регулирование нагрузки систем теплоснабжения. М.: Новости теплоснабжения, 2007. — 164 с.

Справочник проектировщика Под ред. инж. А. А. Николаева. — М.: Стройиздат, 1965. — 360 с.

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:

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

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

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.

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:

;

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.

симая схема присоединения

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

;

. (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