ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

ПЕРЕМЕННЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РЕЖИМЫ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Главная особенность переменного гидравлического режима открытых систем теплоснабжения состоит в том, что при водоразборе по элемен­там контура тепловой сети движется неодинаковое количество воды. Представим укрупненно, что основной циркуляционный контур системы теплоснабжения состоит из насоса, подающей линии, абонентского узла и обратной линии, которые имеют соответствующие гидравлические со­противления. В зависимости от сезона в этих элементах будут неодина­ковые расходы. Действительно, в период низких наружных температур (близких к расчетной) температура обратной воды после системы отоп­ления будет больше 65°С. В этот период вода для горячего водоснабже­ния будет отбираться только из обратной линии после системы отопле­ния. При этом по подающей линии достаточно подавать лишь отопи­тельный расход, по обратной линии будет идти отопительный расход минус расход на горячее водоснабжение.

В относительно теплый период, когда наружная температура превы­шает 3—4°С, температура воды в подающей линии поддерживается рав­ной 65°С и отбор воды на горячее водоснабжение осуществляется только из подающей линии до системы отопления. При таком режиме по подаю­щей линии подается расход как на отопление, так и на горячее водо­снабжение, а по обратной возвращается только расход, прошедший сис­тему отопления.

В период между этими крайними режимами вода отбирается как из подающей, так и из обратной линий. Соотношение количеств воды, от­бираемых из подающей и обратной линий, устанавливается регулирую­щим клапаном смешения (РКС), работой которого управляет гидравли­ческий регулятор температуры, поддерживающий заданную температуру смешанной воды.

Таким образом, соотношение расходов воды, движущейся по последо­вательно соединенным элементам циркуляционного контура открытой системы теплоснабжения, непрерывно изменяется в зависимости от тем­пературы наружного воздуха, что, «как уже отмечалось, и составляет главную особенность ее переменных гидравлических режимов.

Рассмотрим подробнее переменный гидравлический режим открытой системы теплоснабжения без регуляторов расхода.

Для возможности осуществления в открытых системах теплоснабже­ния без регуляторов расхода центрального регулирования необходимо, чтобы степень изменения расхода воды, протекающей через системы отопления, для всех абонентов была одинаковой. С известными допуще­ниями можно считать, что такого положения добиваются, устанавливая для всех абонентов полные напоры в подающей и обратной линиях перед узлами присоединения одинаковыми[30]. В таком случае будут одинаковы­ми и располагаемые напоры перед всеми абонентами. Этого достигают установкой специально рассчитанных диафрагм на абонентских вводах. Такое регулирование осуществляют при чисто отопительной нагрузке

(рис. 8.13). Принятый расчетный гидравлический режим обеспечивает одинаковую гидравлическую устойчивость для всех абонентов. В связи с этим и при переменных гидравлических режимах их разрегулирование будет также примерно одинаковым. Если гидравлическая устойчивость абонентов различная (перед ними различные располагаемые напоры), тогда при изменении расхода воды в тепловой сети гидравлическое раз­регулирование у отдельных абонентов будет также различным. Относи­тельное изменение расхода теплоносителя у абонентов с большой гидрав­лической устойчивостью будет меньше, чем у абонентов с малой гидрав­лической устойчивостью.

С началом водоразбора при постоянном напоре сетевого насоса рас­ход воды в магистралях изменяется, изменяются располагаемые напоры перед абонентами и расходы воды на отопление. Если предположить, что режим водоразбора у всех потребителей в течение суток изменяется одинаково, тогда и изменение подачи воды во все системы отопления будет также одинаковым. В реальных условиях режим потребления горячей воды у абонентов не совпадает, что приводит к различному изме­нению подачи воды для отопления зданий. В результате возникает неко­торый разброс в разрегулировании отопительных систем. Вместе с тем с известным приближением можно вести расчет по осредненному значению изменения расхода воды на отопление, которое рассматривается как представительная величина для всех абонентов.

На рис. 8.14 показан пьезометрический график и схема открытой сис­темы теплоснабжения без регуляторов расхода. На абонентском вводе установлены диафрагмы Д (на подающей и обратной линиях), на кото­рых срабатываются напоры АЯДп, Af#До- Диафрагмы рассчитаны так, чтобы полные напоры как в подающей линии Яп, так и в обратной Я0 были одинаковыми для всех абонентов, тогда будут одинаковыми и все располагаемые напоры ДЯаб. Режимы всех остальных абонентов (на рисунке они не показаны) отрегулированы аналогично. Расчетному ре-

Жиму соответствует пьезометрическая линия 1, когда отсутствует водо­разбор и по магистралям подается только отопительный расход. Распо­лагаемый напор перед элеватором АЯэл (практически равный АЯаб) срабатывается при истечении теплоносителя из его сопла. Элеватор создает избыточный напор, равный потерям напора в системе отопления АЯсист. I

Рассмотрим пьезометрические линии, соответствующие крайним ре­жимам: водоразбору только из подающей линии и водоразбору только из обратной линии. Будем предполагать, что напор циркуляционного на­соса изменяется так, чтобы располагаемый напор перед абонентами со­хранялся неизменным, равным АЯаб.

При первом крайнем режиме водоразбор осуществляется только из подающего теплопровода [а= Уг. вп/( Vr. b.n + Wb. o) = 1], поэтому по нему идет расход, равный V^.b+^ot. Соответственно возрастают гидравличе­ские потери и на величину этих потерь следует повысить напор насоса. Этому режиму соответствуют линии 2. Напор насоса изменяется с Ян1 до Ян2. Горячая вода отбирается через регулятор РКС, на открытом клапане которого срабатывается напор АЯрксг - Напор в системе горяче­го водоснабжения равен Яг. в2- По обратному теплопроводу движется отопительный расход.

При водоразборе только из обратной линии (а = 0) по подающей ли­нии идет лишь отогительный расход. Расход воды в обратном теплопро­воде уменьшается и пьезометрическая линия делается положе. Для предотвращения недопустимого снижения напора в обратной линии и опорожнения местньц систем установлен клапан подпора РД. В пре­дельном режиме, когда Уг. в=»У0т, клапан РД закрыт, давление в местных системах обеспечивает их заполнение, движение воды в обратном тепло­проводе прекращается, пьезометрическая линия занимает горизонталь­ное положение, напор в системе горячего водоснабжения равен Ягз. Этот режим показан линиями 3. Для сохранения в этом режиме постоянного располагаемого напора перед абонентами АЯаб напор насоса должен быть уменьшен до Янз. При дальнейшем увеличении водоразбора, когда Угв^^от, начнет падать уровень воды в системе и произойдет наруше­ние работы.

При водоразборе как из подающего, так и из обратного теплопрово­дов пьезометрические линии будут занимать промежуточные положения, а требуемый напор насоса Я„х будет изменяться от Я„2 до Ян3. И в промежуточных режимах при (1 — cl) Угв >Уот произойдет опорожне­ние и нарушение работы местных систем.

На рис. 8.15 показана условная схема открытой системы теплоснаб­жения, изображенная таким образом, чтобы наиболее ярко подчеркнуть ее гидравлические характеристики и изменение движения воды по ее элементам. Источник тепла представлен насосом Я, подающий и обрат-

Ный теплопроводы, а также система отопления изображены гидравличе­скими сопротивлениями Sn, S0, Sa6- Система открытого водоразбора от­ражена переменными сопротивлениями клапана РКС и сопротивлением водоразборной арматуры. Так как вода при водоразборе свободно изли­вается в атмосферу, для получения гидравлически замкнутой системы вводим фиктивный насос ФН. Такая схема позволяет рассчитать любой гидравлический режим, а также по известному водоразбору определить гидравлическое сопротивление циркуляционного контура, проходящего через клапан РКС, или по его сопротивлению определить водоразбор.

Рассмотрим гидравлический режим в открытой системе теплоснабже­ния без регуляторов расхода и при поддержании напора сетевого насо­са постоянным. Как и в предыдущем случае система отлаживается на чисто отопительный расход, причем перед всеми абонентами устанав­ливается постоянный располагаемый напор ЛЯаб. При отсутствии водо­разбора вся вода циркулирует через систему отопления, через гидравли­ческие сопротивления Sn, Sa6, S0.

При водоразборе только из подающего трубопровода (а=1) в схему включается параллельный системе отопления циркуляционный контур, проходящий через клапан РКС, общее гидравлическое сопротивление си­стемы уменьшается, по подающему теплопроводу идет повышенный рас­ход теплоносителя (больше отопительного) и пьезометрические линии располагаются круче. Но, так как напор, развиваемый сетевым насосом, постоянен (считаем, что характеристика насоса пологая), с увеличением потерь в подающем теплопроводе возможные потери напора у абонента и в обратном теплопроводе уменьшаются, что приводит к уменьшению расхода воды через систему отопления.

При увеличении водоразбора будет уменьшаться гидравлическое со­противление контура РКС, увеличиваться расход воды из подающей ли­нии, будут увеличиваться потери напора в ней, уменьшаться располагае­мый напор у абонента, потери напора в обратном трубопроводе и напор в обратной линии. При достижении предельного уровня Язд из условия залива местных систем водой, падение напора прекратится в результате прикрытия клапана регулятора подпора, на котором будет сработан на-

Пор АЯ рд2. Промежуточный режим показан на рис. 8.16 линиями 2. Рас­полагаемый напор перед абонентами уменьшился до Д#аб2, потери напо­ра в системе отопления также уменьшились. Напор в системе горячего водоснабжения равен Яг. в2- Он меньше напора в подающей линии 2 на величину потерь в открытом клапане АЯрксг - При дальнейшем увеличе­нии водоразбора расход воды через систему отопления будет уменьшать­ся вплоть до нулевого расхода, когда наступит предельный режим (ли­ния 3). В подающем и обратном теплопроводах на вводе установится одинаковый напор, равный Язд (высоте здания). Клапан РД будет закрыт. Движения воды в обратной магистрали не будет. При этом весь напор Япі — Язд будет истрачен в подающем теплопроводе.

Дальнейшее увеличение водоразбора приводит к опорожнению мест­ных систем.

При водоразборе только из обратного трубопровода (а = 0) в схему включается параллельный обратному теплопроводу циркуляционный контур, проходящий через клапан РКС, общее гидравлическое сопро­тивление системы уменьшается, по подающему теплопроводу и через си­стему отопления идет повышенный расход теплоносителя. Расход воды по обратному теплопроводу меньше, чем по подающему на величину во­доразбора. Уменьшение расхода воды по обратному теплопроводу при­водит к высвобождению дополнительного напора в основном циркуля­ционном контуре и увеличению в нем циркуляционной воды.

Предельному режиму будет соответствовать водоразбор, равный расходу воды через систему отопления. При этом режиме в обратном. теплопроводе абонентского ввода установится напор, соответствующий предельному уровню Я3д, клапан РД закроется и движение воды по обратной магистрали прекратится. Весь напор Яш—Язд будет срабо­тан в подающем теплопроводе и системе отопления.

При этом Vqt4 будет максимальным расходом воды через систе­му отопления. В системе горячего водоснабжения напор равен Яг. в4- Этот режим показан линиями 4. Дальнейшее увеличение водоразбора приведет к нарушению работы местных систем.

Пьезометрические линии промежуточных режимов (0<а<1) будут заключаться внутри рассмотренных крайних линий. При этом также может возникнуть предельный режим на границе нарушения работы местных систем. При предельном режиме весь теплоноситель, движу­щийся от источника тепла, расходуется на горячее водоснабжение. Движение в обратной магистрали прекращается и дальнейшее увели­чение водоразбора приводит к нарушению работы местных систем.

Для расчета любого гидравлического режима открытой системы теплоснабжения без регуляторов расхода составим баланс лотерь на­поров в системе. Расход воды в системе отопления при любом режиме обозначим в долях расчетного расхода, используя относительную вели­чину водяного эквивалента W:

R-tr-v^. <8-10>

W Р от. р

А сопротивления элементов обозначим в долях суммарного гидравличе­ского сопротивления системы Sh2-

Sfj 2 = п + SH 0 - f SH аб ;

SHn~ SHo — SHo/SH2% SH аб = SH аб/5я 2.

Уравнение баланса будет иметь следующий вид:

WVOT. v +aVr. B)* - j-SH a6W*V2OT, v + SHo [WVOT. p-{-a) VP. B1» = = tfH. p {SHn <* + а|і)«+3Яііб W*+~SHo W (1 a) ii]*}. (8.11) Здесь Ян. р = 5н2 К от. р, Ц= ^г. в/^от. р.

По уравнению (8.11) можно решить любые задачи по гидравличе­скому режиму открытых систем теплоснабжения без регуляторов рас­хода у абонентов. При изучении гидравлических режимов по этому уравнению известными являются следующие величины: Sum SHSlб, Sho, u, и Уотр - Переменными будут Нн/Нп р, а и W.

Пример 8 1. Определить разрегулирование отопительной системы при а= 1, а = 0,5 и а = 0, если поддерживается постоянный напор насоса, рассчитанный на чисто отопи­тельную нагрузку (Ян/Ян р = 1). Система теплоснабжения характеризуется следующи­ми параметрами^|я = 0,5; SH4 = 0,5 (с учетом потерь в теплоприготовительной установ­ке); Sho = 0,3; SHa6 = 0,2

Решение Расчетное уравнение при заданных условиях примет следующий вид:

1 = 0,5 (Г + а 0,5)2+ 0,2 IF2 ^-0,3 0,5]2.

Решаем уравнение относительно W:

- 0,8 а — 0,3 Г ( 0,8 а —0,3 2 ~~~ " „

W = — —------------ — + |/ ( —'--------------- —j -)- 1 — 0,125 а, — 0,075 (1 — о)

При а=1 значение W=0,718, при а = 0,5 значение 0,926, при а = 0 значение ¥,= 1,123

Следовательно, при а= 1 и а = 0,5 системы отопления недополучают теплоносителя, а при ai— 0 расход теплоносителя больше расчетного.

Рассмотрим гидравлические режимы в открытой системе теплоснаб­жения при установке на абонентских вводах регуляторов расхода PP. В случае присоединения отопительных установок и установок горячего водоснабжения к тепловым сетям по принципу несвязанного регулиро­вания расходы воды на отопление при всех режимах сохраняются по­стоянными, что обеспечивается РР, установленными перед системами отопления зданий. Расходы воды в подающем и обратном теплопрово­дах существенно изменяются. При уменьшении расхода воды в обрат­
ном теплопроводе пьезометрическая линия делается положе и напор в обратной линии снижается, что может привести к опорожнению местных систем. При уменьшении расхода в подающей линии напор в ней уве­личивается, увеличивается и располагаемый напор перед потребите­лями, который дросселируется клапанами PP.

На рис 8 17 показан пьезометрический график открытой системы теплоснабжения при различных режимах водоразбора. В схеме систе­мы предусмотрена установка регулятора расхода РР перед система­ми отопления, что обеспечивает несвязанное регулирование систем отопления и горячего водоснабжения. Вода для горячего водоснабже­ния отбирается из подающего и обратного трубопроводов, смешивается в регулирующем клапане РКС, который совместно с регулятором тем­пературы обеспечивает поддержание заданной температуры смеси.

На рис. 8 17 нанесены пьезометрические линии, соответствующие двум предельным режимам. Линии 1 отвечают такому предельному режиму, когда вода отбирается только из подаюшей линии (а= 1) и осуществляется максимальный водоразбор Пьезометрическая

Линия подающего теплопровода имеет наиболее крутое положение, так как через него идет максимальный расход волы:

Утах ___ у і углах

П от р т vr в'

По обратному теплопроводу идет отопительный расход, он являет­ся максимальным, так как из обратного трубопровода нет водоразбора:

Утах = у о от р

Пьезометрическая линия обратного теплопровода также занимает наиболее крутое положение (1 на рис. 8.17).

Вода, отбираемая из подающей линии, поступает в клапан РКС, где дросселируется с падением напора на открытом клапане на величину АЯрксі и поступает в систему горячего водоснабжения под напором Нтъ-

К системе отопления горячая вода из подающей линии идет через клапан РР, где дросселируется настолько (АЯррі), чтобы перед элева­тором поддерживался постоянный располагаемый напор АЯэл. Потери напора в системе отопления показаны величиной АЯСНСТ. Полный на­пор при статическом режиме показан линией 5—5.

При уменьшении водоразбора расход воды в подающем теплопрово­де будет сокращаться и пьезометрическая линия будет положе. Напор в системе горячего водоснабжения будет увеличиваться (клапан РКС открыт). Располагаемый напор перед системой отопления также будет расти. Избыток напора будет дросселироваться клапаном PP. Поло­жение пьезометрической линии обратного теплопровода будет неиз­менным. При отсутствии водоразбора по подающему теплопроводу юйдет отопительный расход V0T и пьезометрическая линия займет по­ложение 2.

Второй предельный режим будет наблюдаться при водоразборе только из обратной линии (а = 0). В этом случае по подающей линии будет идти только отопительный расход V0Tj который поддерживается регулятором расхода постоянным. Пьезометрическая линия будет за­нимать неизменное положение 2. При отсутствии водоразбора по об­ратной линии также будет идти отопительный расход и пьезометри­ческая линия займет положение 1. С увеличением водоразбора расход зоды по обратной линии будет сокращаться, пьезометрическая линия будет занимать более пологое положение и напор будет уменьшать­ся. Когда напор станет предельным из условия заполнения водой местных систем, вступит в работу клапан РД «до себя», который до этого времени был открыт. Клапан РД будет прикрываться настолько, чтобы'обеспечивать постоянное давление в местных системах, т. е. будет обеспечивать подпор. Когда водоразбор станет равен отопи­тельному расходу Kr. B=VoT, тогда наступит второй предельный ре­жим, вся вода из обратной трубы будет расходоваться на горячее во­доснабжение, клапан РД закроется и движение воды в обратном тру­бопроводе за местными системами прекратится. Пьезометрическая линия займет горизонтальное положение. Вода из обратного трубопро­вода дросселируется на клапане РКС (АЯрксг) и поступает в систе­му горячего водоснабжения под напором #г. в2. Перед системой отоп­ления имеется максимальный располагаемый напор, который дроссе­лируется регулятором (АЯрр2). Перед элеватором сохраняется распола­гаемый напор АЯЭЛ. Напор в системе находится на минимальном уровне.

Если расход на горячее водоснабжение превысит отопительный расход Кг. в>Кот, тогда начнет падать напор в местных системах, и работа их нарушится. Напор, соответствующий такому случаю, показан на рис. 8.17 линией 3. При отборе воды как из по­дающего, так и из обратного теплопроводов, т. е. при 0<а<<1, пьезо­метрические линии будут занимать промежуточное положение между предельными положениями для пьезометрических линий подающего и обратного теплопроводов, которое показано на рис. 8.17 пунктиром 4. Но и при отборе из обеих труб возможно наступление такого режима, когда водоразбор из обратного трубопровода превысит отопительный расход.

Рассмотрим гидравлический режим в открытой системе теплоснаб­жения при связанном регулировании. В этом случае регулятор рас­хода РР устанавливают на общей подающей линии абонентского вво^а. Он обеспечивает постоянный суммарный расход воды, исполь­зуемой как в системе горячего водоснабжения, так и в системе отопления.

При водоразборе из подающей линии количество тепла, поступаю­щее в. систему отопления, сокращается. Если регулятор расхода наст­роен на пропуск сбалансированного расхода воды на горячее водо­снабжение Уг. вб и расчетного расхода на отопление У0т. р, т. е. Vpp = = ^г. в б+Уот. р, тогда суточная подача тепла на отопление будет соот­ветствовать суточному расчетному расходу. При пиках водоразбора подача воды на отопление будет-меньше расчетного значения, а при провалах водоразбора больше. При таком режиме теплоаккумули- рующая способность зданий используется для выравнивания суточно­го графика потребления воды на горячее водоснабжение.

При водоразборе из обратной линии и настройке регулятора РР на пропуск Vpp— Кг. в.б+^от. р количество тепла, поступающего для отоп­ления зданий, будет превышать необходимое. Для подачи расчетного расхода тепла РР должен быть отрегулирован на пропуск только ото­пительного расхода Vot р-

Если РР в течение отопительного сезона будет обеспечивать какой - то Средний расход Кот. р<1/рр< Кг. в.б+Уот. р, тогда в теплый период отопительного сезона будет наблюдаться недоподача тепла на

Отопление зданий и температура воздуха внутри помещений будет ниже необходимой. В холодный период отопительного сезона на отоп­ление будет подаваться тепла больше требуемого количества, что при­ведет к повышению температуры в помещениях выше расчетного зна­чения.

Ввиду переменного расхода воды, поступающей на отопление, во избежание гидравлической разрегулировки отопительной системы на перемычке элеватора устанавливают центробежный насос, который обеспечивает постоянное количество воды, циркулирующей в системе отопления.

При повышенном графике качественного регулирования расчетный

Расход в подающей линии равен расчетному расходу воды на отоп­ление. Расход на отопление является расчетным и для' обратного теплопровода, так как он будет при отсутствии водоразбора из систе­мы. Но и в этом случае возможны сезонные недогревы и перегре­вы отапливаемых помещений.

На рис. 8.18 показаны пьезометрический график и схема системы при установке РР на абонентском вводе и повышенном температур­ном графике регулирования подачи тепла.

Так как регулятор расхода обеспечивает постоянный расход тепло­носителя через абонентский ввод, пьезометрическая линия подающего теплопровода имеет одинаковое положение для всех режимов (/, 2 на рис. 8.18). При первом предельном режиме, когда происходит водо - разбор только из подающей линии (а=1), в систему отопления по­ступает переменное количество воды. С увеличением водоразбора по­дача воды в систему уменьшается, уменьшается и расход воды по об­ратной линии. Вследствие этого пьезометрическая линия обратного трубопровода делается положе.

Как отмечалось выше, количество воды, циркулирующей через систему отопления, при этом не изменяется, что обеспечивается насо­сом на перемычке. Недопустимое падение давления в обратной линии предотвращает регулятор подпора, на котором срабатывается перепад ДЯрд. Давление в местных системах поддерживается на уровне, обес­печивающем их залив водой. Когда водоразбор становится равен ра­сходу воды на отопление Ут. в=УоГ (линии 1 на рис. 8.18), клапан РД закрывается и движение теплоносителя в обратном трубопроводе за абонентским вводом прекращается. Пьезометрическая линия занимает горизонтальное положение. На клапане РР срабатывается напор ЛЯррь Напор горячей воды после РКС снижается на ЛЯрксі (потери в открытом клапане) и с напором Ягв1 вода поступает в систему го­рячего водоснабжения. Напор в подающей линии превышает напор в обратной на величину АЯСИСт (потери напора в системе отопления). Эту разность напоров поддерживает насос на перемычке элеватора. Если водоразбор превысит расход воды в систему отопления Кг. в!> >Vqi, тогда давление в подающем теплопроводе начнет падать, нач-

Нет падать давление и в обратном теплопроводе (так как насос на перемычке работает), что приведет к опорожнению местных систем и на­рушению их работы. Этот режим на графике отражает линия 3.

Второй предельный режим возникает при водоразборе только из обратной линии. При Vm=VoT пьезометрическая • линия обратного теплопровода будет такой же, как и в первом случае, лишь напор в системе горячего водоснабжения будет меньше (Яг. вг)- На открытом - клапане РКС срабатывается напор АЯрксг - Регулятор расхода будет дросселировать поток теплоносителя в подающей линии настолько, чтобы перед элеватором был расчетный располагаемый напор АЯзл, при котором через систему отопления идет расчетный расход У0тр. Перепад напора, необходимый для циркуляции теплоносителя в систе­ме отопления, создает элеватор. При УГв>У0т так же, как и в преды­дущих случаях работа местных систем нарушится.