Гидравлика систем отопления и охлаждения

Регулирование теплового потока

Номинальный тепловой поток 0N теплообменных приборов полу­чают в результате тепловых испытаний в специальных климатических камерах при определенных нормированных влияющих факторах. В реальных условиях эксплуатации расход G теплоносителя через теп­лообменный прибор, средний перепад температур At между прибором и окружающим воздухом, способ подключения и много других факто­ров, как правило, отличаются от тех, при которых проводились испы­тания. Их учитывают поправочными коэффициентами к номинально­му тепловому потоку. Причем одни из них являются постоянными (например, на цвет покраски, способ установки, способ подключения и т. д.), а другие — переменными. Закономерности влияния перемен­ных факторов используют для регулирования теплового потока теп­лообменных приборов О. С учетом изложенного тепловой поток теплообменного прибора зависит от переменных факторов следую­щим образом:

где п и т — показатели степени.

Показатель степени т = 0...0Д8. Нижняя граница характерна для ра­диаторов, верхняя — для конвекторов. В целом этот показатель весьма незначительно влияет на О.

Показатель степени п = 1,25... 1,35 характерен для всех конструкций конвекторов, а для радиаторов п ~ 1,3. Он существенно изменяет номи­нальный тепловой поток теплообменного прибора, что для конвектора ли­бо радиатора показано на рис. 6.2 при температуре воды на входе, равной 90 °С. Влияние водогликолевой смеси на характеристики теплообменных приборов необходимо учитывать по рекомендациям производителей.

Уменьшение перепада температур теплоносителя между входом и выходом теплообменного прибора приводит к увеличению деформации

кривой, характеризующей зави­симость относительного теплово­го потока Q/Onot относительного расхода G/GM теплоносителя. Чем выше температурный пере­пад, тем линейнее зависимость. Незначительно выравниваются эти характеристики при умень­шении температуры воздуха в помещении.

Аналогичные результаты получают в системах охлажде­ния с фенкойлами при темпера­туре холодоносителя на входе 6 °С и на выходе — 12 °С (рис. 6.3). Температура воздуха в помещении при этом поддержи­вается терморегулятором на уровне 22 °С. Несколько круче будет характеристика потолоч­ных панелей охлаждения. Раз­ность температур холодоноси­теля в них составляет 2...4 °С, а его температура на входе равна примерно 15 °С, что несколько выше температуры точки росы в помещении.

Изменение теплового потока греющего пола при температуре теплоносителя на входе, равной 46 °С, показано на рис. 6.4.

Таким образом, все теплооб­менные приборы имеют нели­нейную зависимость 0/0N от

G/Gjj. Это усложняет процесс регулирования теплового потока. Так, при увеличении относительного расхода холодоносителя от 0 до 20 % отно­сительный тепловой поток фенкойла возрастает от 0 до 50 %. Следова­тельно, теплообменные приборы весьма чувствительны при регулиро­вании малыми расходами тепло - или холодоносителя, а при расходах, близких к номинальному значению и выше, тепловой поток существен­но не изменяется.

Стабильное управление теп­лообменными приборами полу­чают при линейной характерис­тике. С этой целью рассматрива­ют идеальную совместную рабо­ту теплообменного прибора и терморегулятора. Ее суть заклю­чается в том, чтобы расходная характеристика клапана была зеркальным отображением ха­рактеристики теплообменного прибора. Для этого необходимо обеспечить 10% увеличения от­носительного расхода G/GN на клапане при подъеме штока Мг10о на 50 %. Тогда получают возрастание теплового потока

Q/Qnна 50 % при открывании клапана h/hw0 на 50 % (рис. 6.5), т. е. про­исходит линейное регулирование.

Такая схема управления сложна в реализации, т. к. в системах обеспечения микроклимата невозможно обеспечить работу автомати­ческих клапанов в одинаковых гидравлических условиях. Причиной тому являются колебания давления теплоносителя и, следовательно, внешних авторитетов клапанов. Кроме того, характеристика теплооб­менного прибора зависит от способа регулирования (рис. 6.6) [31]. Ка­чественное регулирование (изменением температуры подаваемого теплоносителя) выравнивает эту характеристику по сравнению с
количественным регулированием (изменением расхода теплоносите­ля). В системах обеспечения микроклимата применяют качественно - количественное регулирование, которому присущи черты совокупного воздействия на характеристику теплообменного прибора. Область раз­броса характеристик на рисунке является функцией разности темпера­турного напора между теплообменивающимися средами.

Терморегуляторы отслеживают темпера­туру воздуха в помеще­нии и при необходимо­сти изменяют расход теплоносителя, т. е. осуществляют количес­твенное регулирование теплообменными при­борами. При этом зона пропорциональности терморегулятора не должна превышать до­пустимого отклонения температуры воздуха по санитарно-гигиени­ческим требованиям (см. рис. 1.2), равного 1,5...3,0 °С для помеще­ний с расчетной внут­ренней температурой 26... 18 °С. В то же время теплообменные приборы компенсируют теп­лопотери (теплоизбытки) помещения, определяемые разницей тем­пературы воздуха в помещении и наружного воздуха. Эта разница температур может достигать в зависимости от периода года и клима­тических условий примерно 50...20 °С, что значительно больше зоны пропорциональности терморегулятора. Поэтому управление тепло­обменным прибором по рис. 6.5 является идеализированным и прак­тически трудно достижимым, но к которому следует стремиться. Не­которого приближения к нему достигают при использовании идеаль­ной равнопроцентной либо подобной ей расходной характеристики терморегулятора. Однако реальное регулирование является неста­бильным и, как правило, нелинейным. Основным качеством регули­рования при этом становится быстрота реакции терморегулятора на изменение температуры воздуха в помещении и соответствующее
воздействие на расход теплоносителя, чтобы обеспечить тепловой комфорт в помещении и экономию энергоресурсов.

Линейное управление тепловым потоком теплообменного прибора с термостатическим клапаном — идеальный закон регулирования, к которому следует стремиться при проектировании систем обеспе­чения микроклимата и создании нового оборудования.

Выбор расходной характеристики клапана для регулирования те­плообменного прибора необходимо осуществлять с учетом перепада температур теплоносителя:

• клапаны с логарифмической (равнопроцентной), параболиче­ской и линейно-линейной расходными характеристиками применя­ют для регулирования теплообменных приборов с любыми перепада­ми температур теплоносителя; при высоких перепадах темпера­тур теплоносителя (линейная характеристика теплообменного прибора) необходимо обеспечивать работу этих клапанов в линей­ной зоне их расходных характеристик; при низких перепадах темпе­ратур теплоносителя (выпуклая характеристика теплообменного прибора) необходимо обеспечивать работу этих клапанов в вогну­той зоне их расходных характеристик;

• клапаны с линейной и логарифмическо - линейной расходными характеристиками наилучшим образом подходят для регулирова­ния теплообменных приборов с высокими перепадами температур (линейная характеристика теплообменного прибора).