Методика построения графиков регулирования для закрытых систем теплоснабжения

В целях качественного теплоснабжения разнородных потребителей центральное регулирование отпуска теплоты дополняется местным количественным Для систем с центральным регулированием по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, когда расчетный расход сетевой воды в тепловых сетях определяется суммой расходов воды на отопление и вентиляцию Gd= Gojaax +Gvmax без учета нагрузки горячего водоснабжения, в расчет и построение графиков регулирования входят графики температуры воды после систем отопления и вентиляции, графики расходов теплоты и воды на отопление и вентиляцию, суммарный график расхода воды, график средневзвешенной температуры воды в обратном теплопроводе

Если центральное качественное регулирование отпуска теплоты осуществляется по отопительной нагрузке, когда расчетный расход сетевой воды в тепловых сетях определяется суммой расходов воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (форм (4 33), в расчет и построение графиков регулирования входят также графики температуры воды после водоподогревателя и расхода воды на горячее водоснабжение

Графики регулирования отопительной нагрузки. Задачей регулирования является определение температуры воды после системы отопления т2, расходов теплоты Q0 и воды G0 на отопление при различных температурах наружного воздуха

Точка излома делит весь отопительный период на два диапазона: I — от +8°С до г-, когда = const и регулирование отопительной нагрузки осуществляется обычно местными пропусками. Число часов ежесуточной работы системы отопления в этот период определяют по формуле

Расход сетевой воды через любую местную систему отопления в течение всего отопительного периода поддерживается с помощью регулятора расхода (РР) постоянным, равным расчетному. В период, когда осуществляют местное регулирование пропусками, число одновременно включенных систем отопления с повышением г- уменьшается.

Суммарный расход сетевой воды на отопление в этом диапазоне температур наружного воздуха определяют по выражению

Графики регулирования вентиляционной нагрузки. Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию можно осуществить изменением расхода сетевой воды или нагреваемого воздуха. Если заданием не определен способ регулирования отпуска теплоты на вентиляцию, применяют способ регулирования изменением расхода сетевой воды. В этом случае задачей расчета регулирования является определение температуры воды после калориферов расхода теплоты Qv и сетевой воды на вентиляцию Gv при различных температурах наружного воздуха.

Построение графика расхода теплоты на вентиляцию см. пример 4.2 (рис. 5.2.).

На основании графиков расхода теплоты на вентиляцию и температуры воды в подающей магистрали Ti = f(tH) весь отопительный период можно разбить на два диапазона (рис. 5.2.):

Температуру воды после калориферов T2V определяют из уравнения

По рассчитанным значениям расхода сетевой воды на вентиляцию строят график Gv (см. рис. 5.2).

ПРИМЕР 5.1. Построить графики регулирования для систем отопления и вентиляции при следующих данных: С?-тах = 2000 кВт, Qv max = 200 кВт, расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления t0 = -25°С, температура воздуха в помещении f,= 18°С. Центральное регулирование осуществляется по отопительной нагрузке с температурным графиком Ti = 150°С, т2 = 70°С.

Решение. По формулам (4.14) и (4.15) строим отопительно-бытовой температурный график (пример 4.4). По графику находим температуру наружного воздуха, соответствующую точке излома графика t? = +2,5°С. График т2 = /(/-) показан на рис. 5.1.

Расход теплоты на отопление при fH = 8°С определяем по формуле (4.8)

Графики регулирования нагрузки горячего водоснабжения. Расчет регулирования отпуска теплоты на горячее водоснабжение в проекте выполняют, если в системе теплоснабжения осуществляется центральное регулирование по отопительной нагрузке.

Задача расчета регулирования — определение температуры сетевой воды после водоподогревателей и расход ее на горячее водоснабжение при различных температурах наружного воздуха.

Местное регулирование тепловой нагрузки на горячее водоснабжение производят изменением расхода сетевой воды через водоподогреватель. При этом отопительный период разбивается на два диапазона. I диапазон — от tu = +8°С до когда при Xj = const и Qhm = const в системе поддерживается центральное регулирование с постоянным расходом воды через теплообменник Ghm = const. II диапазон — от С когда с повышением температуры сетевой воды в подающей магистрали осуществляется местное количественное регулирование путем уменьшения расхода сетевой воды через теплообменник. Максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение наблюдается в I диапазоне температур наружного воздуха при минимальной температуре воды в подающей магистрали. Если у потребителей отсутствуют аккумуляторы горячей воды, расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется по максимальной тепловой нагрузке.

Расчет и построение графиков регулирования отпуска теплоты на горячее водоснабжение при параллельной и двухступенчатой смешанной схемах следует выполнять, используя методику, изложенную в [2, с. 109-113].

ПРИМЕР 5.2. Построить графики расхода сетевой воды на горячее водоснабжение и температуры воды на выходе из водоподогревателя системы горячего водоснабжения, присоединенного по параллельной схеме. Температуру сетевой воды в подающей и обратной магистралях тепловой сети принять из примера 4.4. Расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение 1500 кВт, температура горячей воды 60°С, холодной 5°С.

Решение. Согласно [1, прилож. 1] температура сетевой воды после параллельно включенного водоподогревателя горячего водоснабжения в точке излома графика температур воды принимается х = 30°С. По графику (рис. 4.3) находим f- = 2,5°С, Xi = 70°С.

Расчетный расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяем по формуле (4.30)

С понижением температуры наружного воздуха повышается температура сетевой воды хь поступающей в водоподогреватель горячего водоснабжения. Поскольку расход теплоты на горячее водоснабжение за отопительный период принимается постоянным, с увеличением Т> расход сетевой воды на теплообменник должен уменьшаться.

Определим температуру воды на выходе из водоподогревателя при f- = -10°С и tH = ta = -25°С.

Графики суммарного расхода сетевой воды. Они строятся сложением соответствующих ординат графиков расходов воды по отдельным видам теплопотребления при tH = +8°С, f-, t0.

При центральном качественном регулировании отпуска теплоты по отопительной нагрузке складываются ординаты расходов воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (рис. 5.5); при регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения — ординаты расходов воды на отопление и вентиляцию (рис. 5.6).

График средневзвешенной температуры воды в обратной магистрали. Определив расходы сетевой воды и температуры обратной воды после теплопотребляющих установок, находят средневзвешенную температуру сетевой воды в обратной магистрали при температурах наружного воздуха t- = +8°С, t, t0 по формуле

График средневзвешенной температуры сетевой воды в обратной магистрали при регулировании по отопительной нагрузке показан на рис. 5.7 а.

При центральном регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения расход сетевой воды на горячее водоснабжение Ghm принимается равным нулю. При этом температура сетевой воды в обратной магистрали после систем отопления и горячего водоснабжения берется по повышенному температурному графику. График тгт для данного регулирования показан на рис. 5.75.

Температурный график

Расчётная температура теплоносителя в подающем трубопроводе

Расчётная температура теплоносителя в обратном трубопроводе

Расчётная температура воздуха в помещении

Расчётная температура наружного воздуха

Выберите населённый пункт

Температурный график — зависимость температуры теплоносителя (воды) в системе отопления от температуры наружного воздуха.

Температура теплоносителя на входе в систему отопления при качественном регулировании отпуска тепла зависит от температуры наружного воздуха, то есть чем ниже температура наружного воздуха, тем с большей температурой должен прийти теплоноситель в систему отопления. Температурный график выбирается при проектировании системы отопления здания, от него зависит размер отопительных приборов, расход теплоносителя в системе, а следовательно и диаметр разводящих трубопроводов.

Для обозначения температурного графика используют две цифры, например, 90-70°C — это означает, что при расчётной температуре наружного воздуха (для Киева -22°C), для создания комфортной температуры воздуха внутри помещения (для жилья 20°C), в систему отопления должен поступить теплоноситель (вода) с температурой 90°C, а выйти из неё с температурой 70°C.

Температурные графики используются при наладке и анализе режима работы систем отопления. Так, например, завышенная температура обратной воды при нормальной подаче свидетельствует о высоком расходе через данную ветвь системы отопления, а заниженная — о дефиците расхода.

Системы отопления зданий до 10ти этажей построенных в прошлом веке были рассчитаны под отопительный график 95-70°C, а в зданиях с большей этажностью принимали график 105-70°C. При расчёте систем отопления современных новостроек температурный график принимается по усмотрению проектировщика и чаще всего составляет 90-70°C или 80-60°C, хотя может быть принят и любой другой.

Температурный график 150/70

Температурный график 90/70

Температурный график 80/60

О температурных графиках

А.И. Миргородский, ведущий инженер, ООО «Ивтеплоналадка», г. Иваново (приводится в сокращении. С полной версией статьи можно ознакомиться на сайте РосТепло.ру).

В статье обобщается информация из учебников и справочников по теплоснабжению и приводятся основополагающие данные для расчётов графиков регулирования отпуска и потребления тепла.

Обобщая опыт работы теплоснабжающих организаций (ТСО) в более чем 50 крупных городах России, можно сделать вывод, что в среднестатистической ТСО технические специалисты и их руководители не знают, как рассчитывается температурный график, почему он именно такой и на что и как влияет его изменение. Технические руководители некоторых ТСО своим решением изменяют температурные графики совершенно произвольным образом: изменяют угол наклона, выгибают дугой, вводят ступени на линии температур воды в подающем трубопроводе, поднимают линию температур воды в обратном трубопроводе приближая её к фактическим температурам.

Температурный график – это не эмпирическая зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха. Температурные графики рассчитываются по формулам. В их основе лежат уравнения теплопередачи. Но обо всем по порядку, с начала нужно разобраться со способами регулирования тепловой нагрузки.

Способы регулирования тепловой нагрузки

Существует три основных способа регулирования тепловой нагрузки:

ü качественный – изменением температуры сетевой воды при постоянном её расходе;

ü количественный – изменением расхода сетевой воды при постоянной её температуре;

ü качественно-количественное – одновременное изменение температуры и расхода сетевой воды.

Для большинства источников тепловой энергии (а для некоторых и единственным) основным видом тепловой нагрузки является отопление. Доля других видов тепловой нагрузки, ГВС (средняя) и вентиляции в период отопительного сезона существенно ниже отопительной и, как правило, не превышает 30%. Поэтому, в основу центрального регулирования закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха – график качественного регулирования тепловой нагрузки по отоплению.

При наличии нагрузки ГВС в температурный график вводят ограничение минимального значения температуры воды в подающем трубопроводе для обеспечения необходимой температуры воды систем ГВС. Это ограничение называется «спрямление на ГВС». При включении подогревателей ГВС по последовательной схеме применяется график качественного регулирования по совмещённой нагрузке отопления и ГВС. В этом случае к значениям температур воды в подающем трубопроводе вводится надбавка, которая рассчитывается, исходя из соотношения нагрузки ГВС и отопления. Но такие системы теплоснабжения встречаются не часто.

Случаев применения количественного или качественно-количественного регулирования для теплоснабжения городов автору не известно.

Расчёт температурного графика качественного регулирования

Формулы расчёта температурного графика выводятся из совместного решения трёх уравнений теплопередачи.

Первое уравнение. Тепловой поток на компенсацию тепловых потерь зданием (теплопотери через ограждающие конструкции здания)

где t_вн – температура воздуха в отапливаемом здании, °С; t_н – температура наружного воздуха, °С; ∑(k_i ∙ F_i)_зд – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания на их поверхности.

В безразмерном виде первое уравнение можно представить, как:

(2)

, (3)

где – относительная разность температур внутреннего и наружного воздуха.

Надстрочные индексы «р» здесь и далее обозначают значение при расчётной температуре наружного воздуха.

Второе уравнение. Тепловой поток, выделяемый нагревательными приборами

, (4)

где t₃ – температура теплоносителя на входе в отопительный прибор, °С; t₂ – то же на выходе, °С; ∑(k_i ∙ F_i)_пр – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных нагревательных приборов на их поверхности.

Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора не является постоянной величиной и зависит от температурного напора отопительного прибора ∆t:

, (5)

, (6)

где А – постоянная, зависящая от типа прибора, места, способа установки и ряда других факторов; n – постоянная, также зависящая от типа нагревательного прибора. Для систем отопления, оборудованных наиболее распространёнными типами конвективно-излучающих нагревательных приборов, n = 0,25;

Комплекс ∑(k_i ∙ F_i)_пр также можно выразить через расчётные значения тепловой нагрузки и температурного напора:

, (7)

где ∆t р температурный напор отопительного прибора при расчётном режиме (при расчётной температуре наружного воздуха):

. (8)

В безразмерном виде второе уравнение теплового потока будет выглядеть следующим образом:

(9)

. (10)

Третье уравнение. Тепловой поток, сообщаемый теплоносителем нагревательным приборам:

где с – теплоёмкость теплоносителя, Вт/(м 3 ·°С); G – расход теплоносителя, м 3 ;
u – коэффициент смешения на тепловом узле; t₁ – температура теплоносителя до узла смешения, °С.

Коэффициент смешения рассчитывается по формуле:

. (13)

Расход теплоносителя G можно также выразить через расчетные значения тепловой нагрузки и разности температур теплоносителя:

(14)

, (15)

где g – относительный расход – параметр, характеризующий соответствие расхода теплоносителя при фактической температуре наружного воздуха расчётному значению. Для систем отопления с качественным регулированием значение параметра g = 1;
– расчётный перепад температур тепловой сети: ; – расчётный перепад температур теплоносителя в нагревательных приборах: .

В безразмерном виде третье уравнение теплового потока будет выглядеть следующим образом:

(16)

. (17)

Таким образом три уравнения теплового потока образуют систему уравнений:

. (18)

При решении системы уравнений относительно температур теплоносителя t₁, t₂ и t₃ получаются уравнения отопительного температурного графика качественного регулирования:

, (19)

, (20)

. (21)

Значения температур сетевой воды после смешения, t₃ ф , °С и обратной от систем отопления, t₂ ф , °С в диапазоне температур наружного воздуха, соответствующих спрямлению температурного графика на ГВС, а также «срезке» температурного графика:

, (22)

. (23)

Выбор температурного графика

Сразу нужно сделать оговорку: в данном разделе не будет описания выбора температурного графика для вновь строящихся (проектируемых) систем теплоснабжения. Речь пойдёт о выборе оптимального температурного графика.

В последние 5-7 лет на различных конференциях, форумах, посвящённых теплоснабжению, а также при обсуждении схем теплоснабжения перед их утверждением, РСО все чаще поднимают вопрос о «правильности» действующего в ТСО температурного графика и регулярно высказываются предложения по его снижению, вплоть до уровня 95/70°С. В качестве аргумента высказывается следующее: большинство действующих систем теплоснабжения спроектировано и построено еще в 60-70-е годы прошлого века, исходя из экономических особенностей того периода. Сейчас всё по-другому. Проверим, а по-другому ли на примере среднестатистической ТЭЦ.

Оптимальный температурный график – это такой график, при котором обеспечивается минимум затрат РСО на «доставку» потребителям тепловой энергии, т.е. минимум совокупных затрат на производство и на транспорт тепловой энергии.

Затраты (удельные) на транспорт (передачу) тепловой энергии складываются из расхода тепла на компенсацию тепловых потерь и расхода электроэнергии на циркуляцию сетевой воды. Также в этой группе будем учитывать сетевые насосы источника теплоты. По этому показателю (удельно) очень удобно сравнивать эффективность работы систем теплоснабжения между собой. Также его расчёт входит в состав нормативных энергетических характеристик тепловых сетей, которые должны разрабатываться не реже чем 1 раз в 5 лет для каждой системы теплоснабжения с присоединённой нагрузкой 50 Гкал/ч и более.

Для целей определения оптимального температурного графика абсолютные значения расхода топлива (удельного) не имеют практического значения, важно лишь его изменение в зависимости от того, по какому температурному графику производится отпуск тепла с источника. Для котельных удельный расход топлива практически не зависит от выбранного температурного графика, а вот для ТЭЦ всё индивидуально и определяется составом основного оборудования.

Именно поэтому п. 7.2 Свода правил СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» требует проведения технико-экономических расчётов для выбора температурного графика.

Далее приведен расчёт расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ. В основу расчёта приняты усреднённые данные из утверждённых Схем теплоснабжения городов в Центре, Приволжье и на Урале.

Таблица 1. Исходные данные для расчёта расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии
для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ.

37 250

Показатель	Размерность	Значение
Расчётная температура наружного воздуха	°С	–32
Средняя продолжительность отопительного периода	час	5 222
Средняя протяжённость тепловых сетей на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки в 2-х трубном исчислении (без учёта сетей ГВС)	м
Средний по материальной характеристике диаметр трубопроводов тепловых сетей (без учёта сетей ГВС)	м	0,251
Напор сетевых насосов ТЭЦ / насосной станции	м. в.ст.	80/40
Величина расходов на топливо, отнесённых на 1 Гкал тепловой энергии, отпускаемой в виде воды от источника тепловой энергии	руб./Гкал без НДС	650
Тариф на электрическую энергию для собственных нужд ТЭЦ, без НДС	руб./кВт∙ч	1,2
Тариф на электрическую энергию при покупке из сети	руб./кВт∙ч без НДС	4,7

При расчёте сделаны следующие допущения:

1. Система теплоснабжения существующая: диаметры трубопроводов тепловых сетей приняты одинаковыми для всех температурных графиков;

2. Расчёт тепловых потерь выполнен по нормам плотности теплового потока для тепловой изоляции, спроектированной до 1989 г.;

3. При расчёте расхода электроэнергии на транспорт теплоносителя учтена одна насосная станция на одном из трубопроводов тепловой сети, через которую проходит половина от общего расхода сетевой воды;

4. Стоимость тепловых потерь определена по топливной составляющей тарифа;

5. Средние за отопительный период температуры теплоносителя определены для каждого температурного графика по фактическим среднесуточным температурам наружного воздуха за 2009-2017 гг.

Результаты расчёта стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединенной тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках представлены в табл. 2 и на рисунке.

Таблица 2. Расчёт стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках

Составляющая расчёта	Температурный график
	95	105	115	125	130	135	140	145	150	155	160	170	180
Расход сетевой воды, т/ч	4 340	3 182	2 538	2 128	1 975	1 845	1 733	1 637	1 552	1 478	1 411	1 299	1 207
Средняя за ОЗП температура сетевой воды в подающем трубопроводе, °С	70,1	71,3	73,3	75,5	77,0	78,5	79,9	81,4	82,9	84,3	85,8	89,0	92,3
Средняя за ОЗП температура сетевой воды в обратном трубопроводе, °С	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1	47,1
Потребление ЭЭ сетевыми насосами ТЭЦ, млн. кВт∙ч	8,61	6,31	5,04	4,22	3,92	3,66	3,44	3,25	3,08	2,93	2,80	2,58	2,39
Потребление ЭЭ насосами насосной станции, млн. кВт∙ч	2,15	1,58	1,26	1,06	0,98	0,92	0,86	0,81	0,77	0,73	0,70	0,64	0,60
Стоимость ЭЭ, млн руб. без НДС	20,5	15,0	12,0	10,0	9,3	8,7	8,2	7,7	7,3	7,0	6,7	6,1	5,7
Тепловые потери за ОЗП, тыс. Гкал	24,6	24,9	25,3	25,9	26,2	26,5	26,9	27,2	27,5	27,9	28,2	29,0	29,7
Стоимость ТП, млн руб. без НДС	16,0	16,2	16,5	16,8	17,0	17,2	17,5	17,7	17,9	18,1	18,3	18,8	19,3
Всего стоимость, млн руб. без НДС	36,46	31,18	28,43	26,84	26,33	25,94	25,63	25,40	25,22	25,08	24,99	24,94	25,00

Рисунок. Себестоимость транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки.

Как видно из представленного графика совокупная стоимость транспорта тепловой энергии с ростом температурного графика снижается. При этом повышение температурного графика выше чем 150/70°С практически не влияет на стоимость транспорта.

Стоимость тепловых потерь (ТП) мало зависит от температурного графика вне зависимости от состояния и года проектирования тепловой изоляции. Наибольшее же влияние оказывает расход электроэнергии (ЭЭ) на перекачку теплоносителя.

Из результатов расчёта следует, что оптимальным температурным графиком регулирования тепловой нагрузки в большинстве случаев является график 150/70°С.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001. 472 с.: ил.

2. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник. 3-е изд., М.: Стройиздат, 1988. 432 с.: ил.

3. Утвержденные схемы теплоснабжения городов Владимир, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Казань, Киров, Москва, Нижний Новгород, Орёл, Оренбург, Пенза, Пермь, Самара, Саранск, Саратов, Тамбов, Тюмень, Челябинск.

4. Решения РСТ о утверждении тарифов на отпуск тепловой энергии с коллекторов источников тепловой энергии на 2018 год для ПАО «Квадра», ПАО «Мосэнерго», ПАО «Т Плюс», ПАО «Фортум».

А.И. Миргородский, О температурных графиках

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №8 (216) 2018 г. , www.rosteplo.ru/nt/216

Коментарии

ВМС, РУП «Белнипиэнергопром» [ 15:12:51 / 26.12.2018]

1. А как же зависимость выработки электроэнергии на тепловом потреблении ТЭЦ от температурного графика? Выше температурный график меньше выработка электроэнергии на ТЭЦ.

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки — служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.