- Расчетные параметры теплоносителя в системе водяного отопления. (У,К, Д)
- Сто пятьдесят. Норма или перебор? (Размышления о параметрах теплоносителя)
- Почему мы не вымерзли в девяностых
- Какой воздухообмен в действительности необходим
- Если не сто пятьдесят, так сколько?
- Шаги навстречу
- Кривой температурный график
- Могут ли технические условия выполняться условно?
- Особенности проектирования по новым техническим условиям
- Выводы
- Литература
Расчетные параметры теплоносителя в системе водяного отопления. (У,К, Д)
Номинируются предельно допустимые параметры теплоносителя.
Напр.: 95 о С для жилых зданий;
85 о С для детских садов;
55 о С для напольного отопления.
Расчетные параметры следует принимать ниже вышеуказанных, оговаривая конкретные зн-я в техническом задании на проектируемом объекте. При этом чем меньше, тем лучше с санитарно-гигиенической точки зрения.
Более высокая температуры поверхности отопительного прибора создает более высокую скорость конвективного потока и соответственно более высокую скорость витания пылевых частиц.
В следствии этого кол-во пыли и фракционный состав увеличивается в воздухе. Она ничем из воздуха не убирается. Именно пыль явл переносчиком вирусов. Т.о. температура пов-ти и вирусные заболевания взаимоувязаны. С этой точки зрения лучшими являются панельные с-мы отопления у которых
Понижение расчетной температуры приводит к увеличению размеров отопительных приборов, но в удельной стоимости жилья это составляет не более 5 %.
В Европе и в мире давно применяют расчетные параметры для конвекторов и радиаторов: 70-50 и 70-55 о С.
А в последние годы популярны расчетные параметры становятся 55-40, т.е. понижают до температуры теплоносителя напольного отопления, что позволяет в то же время при необходимости делать напольное отопление подсоединяемое к конвективному.
Тепловой поток от отопительного прибора пропорционален расчетной разности температур.
∆tср =
— tp
1) ∆tср = – 20 = 65 о С
2) ∆tср = – 20 = 40 о С
То во 2ом случае кол-во секций отопительных приборов будет больше в (65/40) 1,25 или 1,3 =1,88 и 65/40=1,6 — между этими цифрами.
В нормах указываются предельно-допустимые температуры теплоносителя в зависимости от типа помещений:
95 о С для жилых зданий;
85 о С для детских садов;
55 о С для напольного отопления.
Естественное циркуляционное давление, возникающее в системе водяного отопления вследствие охлаждения воды в трубах и отопительных приборах.
А – зона, в которой создается естественное циркуляционное давление от охлаждения воды в ТП. ( )
Значение определим по таблицам или номограммам (напр. Андреевский).
Естественное циркуляционное давление от охлаждения воды в приборах зависит от разности отметок h между центрами нагрева и охлаждения. (ц.н. и ц.о.)
Расчет естественного циркуляционного давления в однотрубной системе водяного отопления, возникающее вследствие охлаждения воды в отопительных приборах. Понятие циркуляционного кольца. (У,К)
Количество циркуляционных колец в однотрубной сис-ме соответствует кол-ву стояков или веток:
Эксплуатационная наладка систем водяного отопления.
Производится по отдельной заявке заказчика. При заключении договора на монтаж необходимо оговорить условия и исполнителя проведения пусковой наладки. Желательно из проектной документации указать, кто должен производить эксплуатационную наладку.
1. Обеспечивается требуемый воздухообменный режим систем, после чего начинается наладка с.о.
2. При включенных индивидуальных регуляторах проверяется расход теплоносителя по отдельным ответвлениям в течение 2 – 5 суток.
3. Измеряется температура во всех помещениях объекта.
4. На основании полученных результатов составляется план, в котором указывается:
А) качество регулирования температуры в отдельных помещениях; а дальше в зависимости от того, что будет происходить.
Сто пятьдесят. Норма или перебор?
(Размышления о параметрах теплоносителя)
В. Ф. Гершкович, руководитель Центра энергосбережения КиевЗНИИЭП
Привычное словосочетание «Параметры теплоносителя сто пятьдесят – семьдесят градусов» в последнее время звучит как-то неправдоподобно.
— Какие сто пятьдесят градусов? – возмущенно вопрошает недовольный потребитель, указывая в теплопункте на термометр со спиртовым столбиком, никогда не переползавшим через пик стоградусной шкалы.
— А на тот термометр вам и смотреть не надо, – резонно отвечает ему тертый представитель теплоснабжающей организации, – смотрите лучше на свой, комнатный термометр, там почти всегда больше двадцати градусов вместо положенных вам по норме восемнадцати.
На самом деле проблемы температурных параметров теплоносителя достаточно сложны и разобраться в них на бытовом уровне вряд ли возможно.
Попробуем рассмотреть эти проблемы более детально.
Почему мы не вымерзли в девяностых
В середине 90-х годов недавно закончившегося столетия температура теплоносителя в подающем трубопроводе киевской тепловой сети во время стояния самых сильных морозов никогда не превышала 80 °C при расчетном значении 150. В домах было прохладно, кое-где совсем холодно, но до катастрофы дело, как правило, не доходило. Система оказалась достаточно устойчивой по отношению к критическим нагрузкам при совершенно недостаточном теплоснабжении. Можно назвать по меньшей мере два фактора, благодаря которым эта устойчивость состоялась.
Первый фактор связан с безусловным успехом киевской теплоснабжающей организации, сумевшей сохранить в течение всего сложного кризисного периода расчетный гидравлический режим разветвленной тепловой сети. Дома стабильно получали теплоноситель в количестве, соответствующем расчетному значению. Известно, что во многих городах, где недостаточное теплоснабжение сопровождалось гидравлической разрегулировкой, катастрофы избежать не удалось.
Второй фактор связан с методикой расчета отопительных систем, которые в течение последних десятилетий рассчитывались и продолжают рассчитываться теперь по нормам проектирования, предписывающим учитывать теплопотери помещений в режиме открытых форточек. Разумеется, формулировка этого предписания изложена не столь откровенно, но подавать 3 м 3 /ч на каждый квадратный метр площади отапливаемого помещения, как это требуется согласно нормам, можно только при открытой форточке. Впрочем, во время сильных морозов да с наветренной стороны это количество воздуха может проникнуть и через щели плохо изготовленных закрытых окон, но в течение большей части отопительного сезона обеспечить столь щедрый воздухообмен может лишь открытая форточка.
Надо ли говорить, что при недостаточном теплоснабжении форточки не открывались, а все щели в окнах плотно заделывались? Вот потому и не вымерзли мы в 90-х, отделавшись легким кислородным голоданием.
Какой воздухообмен в действительности необходим
Несмотря на явную энергетическую расточительность «норматива открытых форточек» (назовем его так), можно только благодарить его авторов за щедрость, позволившую нам пережить трудное время. Отметим, однако, что щедрость эта опиралась не только на любовь к свежему воздуху, которую при низких ценах на топливо нетрудно было себе позволить, но и на реальные возможности систем теплоснабжения, которые никогда не были безграничными. Для того чтобы температура в тепловой сети поддерживалась, пусть даже недолго, на уровне 150 °C, нужно не только сжигать соответствующее количество топлива, но и содержать в надлежащем порядке теплопроводы, тепловую изоляцию и арматуру, что теплоснабжающим организациям было не под силу. Поэтому, кроме официальной «нижней срезки» температурного графика на уровне 70 °C, всегда существовала негласная «верхняя срезка», уровень которой зависел от технического состояния теплотрасс. В Киеве, по свидетельству многих специалистов, температура теплоносителя никогда не превышала 125–130 °C, да и в Москве она была не намного выше.
В частности, в январе 1987 года при температурах наружного воздуха от -26 °C (расчетное для Москвы значение) до -34 °C температура теплоносителя в подающем трубопроводе тепломагистрали ни разу не поднималась выше 132 °C [1]. В других городах уровень «верхней срезки» был гораздо ниже.
Но вернемся к оценке «норматива открытых форточек», поскольку любовь к избыточному количеству свежего воздуха в связи с высокими ценами на топливо теперь не по карману не только отдельным низкооплачиваемым категориям граждан, но и обществу в целом.
Сравним нормативы воздухообмена в жилых домах, действующие в Украине и в некоторых [2, 3] развитых странах мира (табл. 1).
Таблица 1 Нормативы кратности воздухообмена, 1/ч | ||||||||||||||||
| ||||||||||||||||
Таблица 2 Структура теплового потока из отапливаемых комнат жилого дома | |||||||||||||||
|
Шаги навстречу
Система централизованного теплоснабжения будет способна обеспечить нормальный температурный режим в отапливаемых помещениях, если потребитель и теплоснабжающая организация сделают необходимые шаги навстречу друг другу, а именно:
— потребитель позаботится о том, чтобы окна его жилища, изначально собранные из топорно выполненных деталей, стали закрываться настолько плотно, что воздухообмен через щели не превысит в стужу 0,5-кратного в час значения;
— теплоснабжающая организация обеспечит подачу по подающему трубопроводу тепловой сети теплоносителя с температурой 115 °C во время стояния расчетных зимних температур наружного воздуха.
Для того чтобы сократить потери тепла с избыточной вентиляцией через окна, у потребителя есть три возможности.
Первая, не слишком комфортная, возможность была сполна использована жителями в середине 90-х годов, когда чуть ли не самым ходким товаром стала продававшаяся с осени во всех подземных переходах поролоновая лента, которой предусмотрительные граждане затыкали щели в окнах своих квартир.
Второй, вполне современной, возможностью пользуются те, кто заменил старые многощелевые окна современными светопрозрачными конструкциями, отличающимися не только современным дизайном, но и высокой плотностью притворов. Если присмотреться к фасадам старых домов, можно заметить, что процесс замены окон идет достаточно быстро, причем многие владельцы квартир и у нас, и за рубежом даже переусердствовали в своем стремлении сократить воздухообмен, в результате чего возникли проблемы с высокой влажностью воздуха, ставшей причиной появления плесени на стенах [4].
Третья, вполне комфортная, возможность откроется для тех, кто в дополнение к современному окну приобретет и установит комнатный вентиляционный теплоутилизатор, способный обеспечить любой желаемый воздухообмен при минимальном теплопотреблении. Первые образцы отечественных теплоутилизаторов уже появились на нашем рынке.
Что касается теплоснабжающей организации, то у нее есть только одна возможность сделать шаг навстречу потребителю – действительно поднять максимальную температуру теплоносителя до 115 °C. После многих лет эксплуатации тепловой сети при гораздо более низких температурах определенные проблемы могут при этом возникнуть, но в конечном счете эта задача технически вполне выполнима. Не сто пятьдесят ведь!
Теперь самое время для теплоснабжающих организаций сделать свой шаг навстречу, потому что потребители в массе своей начали двигаться в нужном направлении еще десять лет назад, когда едва не замерзли в своих домах.
Кривой температурный график
Температурный график 150–70 °C хорош тем, что удельный расход сетевой воды на нужды отопления составляет всего лишь 12,5 т на каждую гигакалорию транспортируемой по тепловой сети тепловой энергии. Только благодаря такой низкой величине удельного расхода мощные тепловые потоки, характерные для систем теплоснабжения крупных городов, удается пропустить через трубопроводы, проложенные в ограниченном подземном пространстве городских улиц.
Увеличивать удельный расход сетевой воды в существующих системах теплоснабжения практически нет никакой возможности. Да это и не нужно, потому что понижение максимальной расчетной температуры теплоносителя от 150 до 115 °C должно сопровождаться не увеличением расхода, а уменьшением расчетного температурного перепада. Такой подход вполне логичен, поскольку он рассчитан на уменьшение инфильтрационной составляющей тепловых потерь зданиями.
Традиционный температурный график тепловой сети строился с учетом температуры t1 (°C) в подающем трубопроводе, которая определяется [5] по формуле:
где tB – температура внутреннего воздуха в зданиях, °C;
D tПР – расчетная разность температур на поверхности отопительных приборов;
D tТ – расчетная разность температур теплоносителя в тепловой сети;
D tС – расчетная разность температур теплоносителя в системе отопления;
q – текущее значение относительной тепловой мощности системы отопления, равное отношению (tB – t’) / (tB – tP), в котором t’ и tP – текущая и расчетная температуры наружного воздуха.
Если принять обычные для большинства систем значения
tB = 18 °C, D tПР = 64,5 °C, D tТ = 80 °C, D tС = 25 °C, то температура теплоносителя становится однозначной функцией величины q:
t1 = 18 + 64,5q 0,8 + 80q 0,8 – 12,5. (2)
Пользуясь возможностями электронной таблицы Excel, можно получить приближенную линейную зависимость:
которая в интервале значений 0,2 t1 = 18 + 132q, (4)
которая характеризуется несколько большей погрешностью (до 5 %) относительно теоретической формулы, но зато в точности совпадает с ней в крайних точках (q = 0 и q = 1).
Если понижать расчетное значение максимальной температуры теплоносителя в тепловой сети, то температурный график придется видоизменить.
Температурные графики подающего трубопровода тепловой сети:
1 – традиционный, 2 – видоизмененный
На рис. 2 показаны традиционный и видоизмененный температурные графики. Видоизмененный график приближенно описывается уравнением:
t1 = 16,1 + 139,7q — 38,4q 2 . (5)
Кривизной видоизмененного графика подчеркивается его несхожесть со «срезкой», конфигурацию которого обычно определяют ломаными линиями, искажающими физическую непрерывность функции. С другой стороны, кривизна графика отражает экспоненциальную зависимость теплоотдачи отопительного прибора от разности температур на его поверхности.
Могут ли технические условия выполняться условно?
Речь идет о технических условиях (ТУ), которые выдаются потребителю теплоснабжающими организациями.
Неспособность этих организаций ни сейчас, ни в перспективе приблизиться к тем температурным режимам, на которые в свое время проектировалась система централизованного теплоснабжения, сегодня никем не оспаривается [6]. Вместе с тем в Киеве сегодня, как и прежде, ТУ выдаются на «условные» параметры теплоносителя 150–70 °C. По меньшей мере неэтично требовать от потребителя выполнения условий присоединения к тепловой сети, если предприятие, эксплуатирующее эту сеть, изначально вознамерилось условия эти нарушать самым бесцеремонным образом.
Было бы правильно, если бы ТУ, точно отражая фактическую ситуацию в системе теплоснабжения, могли в полной мере сохранить те жесткие требования к потребителю, которыми определяется устойчивость уже давно сложившегося гидравлического режима тепловой сети.
Правильно составленные ТУ могли бы содержать кроме обычной информации о тепловой мощности потребителей и давлении в магистралях такие, например, требования и условия:
1. Максимальный удельный расход сетевой воды, отнесенный к 1 Гкал/ч расчетной тепловой мощности систем теплопотребления, должен определяться из расчета:
— 12,5 т/ч для систем отопления с зависимым присоединением к тепловой сети, а также для систем вентиляции с рециркуляцией и с утилизаторами тепла вытяжного воздуха;
— 14,3 т/ч для систем отопления с независимым присоединением к тепловой сети, а также для систем прямоточной вентиляции;
— 25 т/ч для систем горячего водоснабжения в час пикового водоразбора.
2. Тепловая сеть при работе в нормальном эксплуатационном режиме обеспечивает подачу теплоносителя с расчетными температурами воды в подающем трубопроводе у потребителя:
— 65 °C – при температуре наружного воздуха +8 °C и выше;
— 115 °C – при расчетной для проектирования отопления температуре наружного воздуха;
— по температурному графику от 65 до 115 °C – в интервале температур наружного воздуха от +8 °C до расчетной (для проектирования отопления) температуры.
Если бы ТУ были составлены таким образом, то это был бы совершенно четкий документ, не только строго регламентирующий реальные обязанности покупателя и продавца тепловой энергии, но и стимулирующий рациональное ее использование.
Особенности проектирования по новым техническим условиям
До сих пор проблемы температурного графика тепловой сети рассматривались применительно к существующим зданиям, запроектированным в свое время на параметры теплоносителя 150–70 °C.
Но если теплоснабжающие организации начнут выдавать технические условия по предложенной схеме, то при проектировании систем теплопотребления новых зданий нужно будет принимать во внимание некоторые особенности новых ТУ.
Отсутствие каких-либо требований к температуре воды в обратном трубопроводе при жесткой регламентации расходов сетевой воды открывает возможности проектирования систем теплопотребления, работающих при более низких, чем это было принято прежде, температурах теплоносителя. Европейский опыт последних лет свидетельствует о том, что наряду с расчетными температурами 90–70 °C в системах отопления все чаще используются параметры 80–60 °C и 70–50 °C. Такой подход определяется следующими соображениями:
— высокие теплозащитные свойства ограждающих конструкций современных зданий обуславливают применение относительно небольших радиаторов даже при умеренных температурах воды, а при температуре 90 °C порой приходится применять заведомо излишнюю поверхность отопительных приборов;
— гигиенические свойства низкотемпературных радиаторов становятся все более привлекательными для потребителя;
— потери теплоты в магистралях при низких температурах воды в них значительно ниже, чем при высокотемпературном теплоснабжении;
— увеличивается выработка на ТЭЦ дополнительной электроэнергии на тепловом потреблении;
— в обозримом будущем упрос-тится переход на теплоснабжение от альтернативных источников энергии, например от тепловых насосов.
Требованиями к расходу сетевой воды на горячее водоснабжение будет определяться применение не только двухступенчатых водоподогревателей, но и закрытых теплоаккумуляторов, которые широко применяются во многих странах.
Понижение минимальной температуры в подающем трубопроводе тепловой сети от 70 до 65 °C требует применения рассчитанных соответствующим образом современных теплообменников горячего водоснабжения с высокой плотностью теплового потока. Работая при температуре 65 °C большую часть года, теплоснабжающие организации смогут сэкономить достаточное количество топлива, чтобы компенсировать его дополнительное (относительно нынешней ситуации) потребление в течение короткого времени стояния сильных морозов, когда все-таки придется подогревать воду до 115 °C.
Выводы
1. Действующие нормы, регламентирующие расчет тепловых потерь зданий с учетом однократной вентиляции отапливаемых помещений, обусловили ситуацию, при которой проектная тепловая мощность отопительных систем превышает фактические потребности зданий в тепловой энергии для отопления.
2. Если параметры тепловой сети будут ориентированы на европейский подход к вентиляции квартир, то нет необходимости поднимать максимальную температуру теплоносителя до практически нереального расчетного значения 150 °C. Для удовлетворительного теплоснабжения было бы достаточно 115 °C.
3. Технические условия на теплоснабжение должны составляться так, чтобы они строго регламентировали реальные обязанности покупателя и продавца тепловой энергии и стимулировали рациональное ее использование при сохранении сложившегося в тепловой сети гидравлического режима.
Литература
1. Зингер Н. М., Бестолченко В. Г., Жидков А. А. Повышение эффективности работы тепловых пунктов. М.: Стройиздат, 1990.
2. Taschenbuch fur Heizung+Klimatechnik 97/98.
3. ASHRAE Standard 62-1999. Ventilation for Acceptable Indoor Quality.
4. Гершкович В. Ф. Плесень на стенах. Германский урок // Новости теплоснабжения. 2002. № 1 (17).
5. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. М.: Энергоиздат, 1982.
6. Чистович А. С. Концепция развития систем централизованного теплоснабжения. Теплоэнергоэффективные технологии // Информационный бюллетень СПб, 2002. № 3 (29).
7. ТР АВОК-4-2004. Технические рекомендации по организации воздухообмена в квартирах многоэтажного жилого дома. М.: АВОК-ПРЕСС, 2004.