ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ В ВОДЯНЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Назначением отопления является поддержание заданной темпера­туры воздуха в помещениях здания. Тепло, передаваемое из тепловой сети в эти помещения, проходит (в наиболее распространенном слу­чае) через два теплообменных аппарата: промежуточный (отопитель­ный) теплообменник на абонентском вводе, где снижается потенциал тепла, передаваемого в местную систему, и нагревательный прибор, непосредственно передающий тепло в помещение. Совокупность отопи­тельного теплообменника на вводе и нагревательных приборов, свя­занных между собой трубопроводами местной системы отопления, будем в дальнейшем называть отопительным комплексом.

Принципиальная схема отопительного комплекса и графики темпе­ратур в нем приведены на рис. 5.1.

* Введем следующие обозначения: Qot — Qot/Qqt — относительная теплоотдача на­гревательных приборов по отношению к ее расчетному значению; ті, — начальная и конечная температуры сетевой воды, °С; тз, Тг — то же, воды местной системы отопле­ния; Д£с р—средняя разность температур теплообменивающихся сред (воды и возду­ха) в нагревательном приборе, град; Wc, — тепловые эквиваленты сетевой воды и воды местной системы отопления, кДж/(ч-°С); *вн — температура воздуха отапли­ваемых помещений, °С.

Расчетные значения указанных выше величин будем дополнительно отмечать верхним индексом «р».

При определении теплоотдачи нагревательных приборов в отопле­нии прибегают к некоторым упрощениям.

Одно из них состоит в том, что при расчете приборов применяют приближенную среднеарифме­тическую формулу для опреде­ления Д^ср, К которой относят и экспериментально определяе­мые значения коэффициентов теплопередачи в этих аппара­тах. В этом случае, как было показано в § 15, зависимость

Рис. 5.1. Принципиальная схема ото­пительного комплекса и графики тем ператур в нем

1 — трубопроводы тепловой сети; 2 — або­нентский отопительный теплообменник; 3 — трубопроводы местной системы отоп­ления; 4 — нагревательный прибор; 5 — отапливаемое помещение; б — наружные ограждения отапливаемого помещения; 7 — насос
основных коэффициентов нагрева ех и охлаждения єг от безразмерных величин со и 0 имеет также приближенный характер и выражается фор­мулой (3.33):

1

Є = —і-------------------- •

— + 0,5(1+9)

Во-вторых, в отоплении не учитывают изменения температуры на­греваемого воздуха вдоль поверхности нагрева прибора, принимая ее неизменной и равной ее нормированному значению Сохранение же

Постоянной температуры нагреваемой среды при поступлении в эту Среду тепла, Т. е. наличие равенства £нагр. н = ^нагр. к =1 ^вн, теоретически возможно только в том случае, если тепловой эквивалент этой среды равен бесконечности. Следовательно, для нагревательных приборов Wx = оо и определение теплоотдачи прибора возможно только по ох­лаждению греющей среды при значении 0Г = Wr/Wx, равном нулю.

В этом частном случае основной коэффициент охлаждения грею­щей воды выражается более простой зависимостью ___________ 1______________ 1______

--------- + 0,5 - р---------------------- ЧЇ— + 0,5

Tor Пр іпр Апр

Значения входящих в формулу (5.3) переменных Wм, Fnp, Кщ> вы­ражают или в долях значений этих величин в расчетном режиме при­бора, или через другие величины расчетного режима.

Обозначим дополнительно: Кпр = Кпр/КпР—относительный коэффициент тепло­передачи в переменном режиме прибора; WM== WM/WV ■—относительный тепловой эк­вивалент (расход) греющей воды в переменном режиме прибора.

При использовании этих новых относительных величин первое сла­гаемое знаменателя в формуле (5.3) приобретет новый вид:

Лір Кпр A TP QP К„р Кпр А ТР

Где AtP=t Р—fP—расчетная разность температуры воды в приборе, °С.

Соответственно иной вид приобретают и формулы (5.3) и (5.2):

TOC o "1-3" h z ег. пр= д, р¥м і (5.4)

+ 0,5

*пр А тР

О - (Хш-'Ь> Р (5 5)

QnP~ AJgp 0.БД тР ' (5-5)

Кпр

ГДЄ Vnp = Qnp/QPp—относительная теплоотдача нагревательных приборов.

Если в первом приближении принять коэффициент теплопередачи нагревательных приборов ^неизменным и равным его расчетному зна­чению, т. е. полагать, что Кир = 1, то формула (5.5) приобретает уни­версальный характер и становится пригодной для всех типов нагрева­тельных приборов. В этом случае зависимость температуры поступаю­щей в прибор воды от его относительной теплоотдачи при качествен­ном регулировании отпуска тепла в местной системе выражается уравнением прямой: _

Т3 = С+(А^р. пр + 0,5 АтР) Qnp, (5.6)

Которое Приводит к значениям Тз = <Тз При Qnp = 1 И Тз = *вн При

Qnp = 0.

Графическая зависимость т3=і/ (Qnp)=/ (Qот), построенная по формуле (5.6), приведена на рис. 5.2,а.

В действительности же коэффициент теплопередачи нагреватель­ных приборов не остается постоянным, а несколько уменьшается с уменьшением средней разности температур в приборе.

Конкретные формулы для определения параметров сетевой воды, поступающей в отопительный теплообменник, зависят от типа тепло­обменника и принятого в местной системе отопления и намечаемого для теплообменника видов регулирования отпуска тепла.

При поверхностном теплообменнике из стандартных кожухотрубных секций и определении его коэффициента теплопередачи по приближен­ной формуле, предложенной проф. Е. Я- Соколовым, основной коэффи­циент нагрева теплообменника ех. то есть функция двух величин: расчет­ной ПОСтЬяННОЙ теплообменника А И переменной вх. то=№м/^с (см.

§ 15).

В частном случае при качественном регулировании отпуска тепла в местной системе и тепловой сети, т. е. при неизменных значениях Wm и Wc, безразмерная величина 6х. То тарке является неизменной и рав­ной ее расчетному значению Gx. to — W*lWl=A%Ј[AXu.

При постоянных значениях А и 6х. то основной коэффициент нагре­ва теплообменника

Єх. то тоже есть величина постоянная, равная:

Р_ тр

3 2

Х .то _р__________ _р •

Т1 2

Подставив данное значение Єх. то в формулу (5.10) и сделав некоторые преобразования, находим (при Wx=l и р=1):

Ті = т3 + {-г? - т£) Ото - (5.11)

При количественном регулировании отпуска тепла в тепловых се­тях сначала определяют значение ех. То по известным значениям тз и 1*2 и заданному значению т^

Тз — т2

Є„ _ =

Ті — т2

Затем по полученному значению ех. то и постоянной теплообменника А из графика'8=/(0, А) на рис. 3.7 находят значение 6х. то, по которо­му и определяют искомый относительный расход сетевой воды:

_ ^м Д тР

Го="ё—(5Л2>

Еели же на абонентском вводе имеется насосный смесительный узел, то для такого устройства

1 Wc • УсАтР

TOC o "1-3" h z Єх-Т0 = Єх. то ІК" '

Подставив последнее значение ех. то в формулу (5.10), получим

Qh3C - Д тР ДТР • • (5ЛЗ)

При элеваторном узле у абонента, когда Wc^Wm, формула (5.13) несколько упрощается:

ДтсР-ДТР ' (5Л4)

S ' 117

При* известном уже значении т3 несложными преобразованиями из формул (5.13) и (5.14) находят Ті при качественном регулировании и Wс при количественном регулировании.

Температура сетевой воды, покидающей отопительный теплообмен­ник, во всех случаях определяется по формуле

А тР QT0

T4=Tl_ we • (5-15>

В частном случае при насосном и элеваторном узлах т4=т2.

Параметры сетевой воды, поступающей в отопительный теплообмен­ник, можно определить проще, если отказаться от промежуточного оп­ределения температур воды в местной системе отопления. Для этого достаточно в формулы (5.10), (5.13) и (5.14) подставить значение тз по формуле (5.8а). В результате получим следующие формулы для определения относительной производительности всего отопительного комплекса в зависимости от типа входящих в него теплообменных устройств:

При поверхностном теплообменнике и радиаторе

- ______________ (п - О Р_________

Qnoe = дтр / І -; (5-16>

A 'ср. пр а 1м I 1

0,5

Ё0'25 ' wu

При насосном смесительном узле и радиаторе

-______________ (Tt-^н) Р________

Qh ас - д р д р о 5 А Тр ' (5Л7)

" 'ср. пр " 1С. ОТ " гм

-0,25 "Г ^ ^

При элеваторном узле и радиаторе

_ ____________ (ті-р Р__________

Сэл" А ^ср. пр AtP. OT-0,5ArP * (5J8)

Q°'25 + Wc

В зависимости от принятого вида регулирования формулы (5.16) — (5.18) преобразуются для определения или температуры сетевой воды ть или ее относительного теплового эквивалента Wc (расхода) или ко­эффициента продолжительности работы приборов р.

Графики температур и расходов воды в тепловой сети и местной системе отопления при качественном и количественном регулировании отпуска тепла для отопительного комплекса с элеваторным узлом при­ведены на рис. 5.3.

При поверхностном отопительном теплообменнике и насосном узле виды регулирования отпуска тепла в местной системе отопления и па­раметров сетевой воды, поступающей в теплообменник, могут совпа­дать или быть различными. Так, в местной системе отопления может осуществляться качественное регулирование при количественном регу­лировании расхода сетевой воды. При таких теплообменных устройст­вах на вводе перерывы в поступлении сетевой воды в абонентский теплообменник не прекращают циркуляции воды в местной системе отопления, приборы которой продолжают некоторое время отдавать помещениям тепло, аккумулированное в воде и трубопроводах местной системы.

При элеваторных узлах с постоянным коэффициентом смешения ка­чественное регулирование параметров сетевой воды приводит к качест­венному регулированию параметров местной воды, а чисто количест-

Рис 5.3. Графики температур (а) и отно - сительных расходов (б) воды в тепловой сети и местной системе отопления при ка­чественном и количественном регулирова­нии отпуска тепла

1. 1' — температура воды в подающем трубопро­воде тепловой сети соответственно при качествен­ном и количественном регулировании; 2, 2' — тем­пература воды в местной системе отопления соответственно прн качественном и количествен­ном регулировании; 3, 3' — температура обратной воды соответственно при качественном и количе­ственном регулировании; 4, 4' — относительный расход воды соответственно прн качественном и количественном регулировании

Венное регулирование сетевой воды, поступающей в элеватор, приводит не только к пропорциональному из­менению расхода воды в местной системе, но и к изменению темпера­туры местной воды, т. е. приводит к количественно-качественному из­менению параметров воды местной системы отопления. Прекращение подачи сетевой воды в элеватор вы­зывает немедленное прекращение циркуляции воды в местной системе

Отопления и, соответственно, быстрое прекращение подачи тепла в отап­ливаемые помещения.

Рассмотрим некоторые особенности регулирования отпуска тепла на отопление. Основная особенность состоит в том, что в теплоснаб - жаемом районе могут быть здания с различным значением относитель­ных внутренних тепловыделений по отношению к потерям тепла через наружные ограждения. Следовательно, при одной и той же наружной температуре к разным зданиям должна поступать сетевая вода с раз­ной температурой, что практически невозможно. В этих условиях наи­более рациональным является назначение температур воды в сети по расходу тепла на отопление жилых зданий. Объясняется это следую­щими причинами: во-первых, на жилые здания приходится до 75% суммарного расхода тепла на отопление жилых и общественных зданий городской застройки, а во-вторых, учет внутренних тепловыделений в жилых зданиях позволяет сократить годовой расход тепла на их отоп­ление на 10%. Для тех общественных зданий, относительные внутрен­ние тепловыделения в которых в период пребывания в них людей меньше, чем в жилых зданиях, недостаточная температура воды в теп­ловой сети должна компенсироваться увеличением расхода сетевой воды.

Активное регулирование отпуска тепла (абонентское, приборное и т. п.) должно только уменьшать теплоотдачу нагревательных приборов по сравнению с ее нормированным значением, но ни в коем случае не превышать этого значения. Обусловливается это тем, что в настоящее время централизованное теплоснабжение рассчитывается на лимитиро­ванный отпуск тепла на отопление (в размере, необходимом для под­держания нормативного значения температуры воздуха в отапливае­мых помещениях). При этом ограничении всякий перерасход тепла од­ним из абонентов системы теплоснабжения или одним из приборов местной системы отопления влечет недополучение тепла другим абонен­том или другим прибором.

Исследования переменных режимов различных по устройству мест­ных систем водяного отопления (однотрубных, двухтрубных с верхней
и нижней разводкой и т. п.) показали[18], что каждой разновидности си­стемы отопления соответствует свое оптимальное сочетание температу­ры и расхода воды, рри котором разрегулировка системы в течение отопительного периода оказывается минимальной. Однако теми же ис­следованиями и опытом эксплуатации доказано, что при соблюдении постоянства расхода воды в конструктивно различных системах отоп­ления с принудительной циркуляцией возникающая в них разрегули­ровка невелика и вполне приемлема для практики. В связи с этим ка­чественное регулирование отпуска тепла в местных системах отопления является в настоящее время наиболее распространенным.

Применение в технике отопления приближенной формулы для оп­ределения средней разности температур воды в нагревательных прибо­рах и воздуха в помещениях может в отдельных случаях приводить к физически нереальным результатам расчета. Так, при количественном регулировании отпуска тепла температура получаемой по расчету об­ратной воды в системе отопления может при малых значениях QOT оказаться ниже температуры воздуха в помещении, что физически не­возможно. В связи с этим при осуществлении количественного регули­рования отопительных комплексов с элеваторными узлами находят минимальный расход тепла, при котором температура обратной воды т2 становится равной

1.33

0,5 А тР (тс-О

Д ГС А '5р

При значениях QoT<QoTmm температура обратной воды принимает­ся равной /вн» а искомый расход сетевой воды определяется по фор­муле

Л тР Оот

Wc = Єр. (5.20)

Т1 — 'вн

Отклонение параметров сетевой воды в подающем трубопроводе от их нормальных значений приводит к нарушению заданного темпера­турного режима отапливаемых помещений. Величина отклонения тем­пературы внутреннего воздуха от ее нормального значения зависит от продолжительности поддержания в сети новых параметров воды. Ес­ли эта продолжительность столь велика, что приводит к образованию нового стационарного теплового режима отопительного комплекса, то определяют основные показатели этого режима. Для этого устанавли­вают зависимость температуры внутреннего воздуха tBH от относи­тельной теплоотдачи нагревательных приборов при заданной наруж­ной температуре tB путем'совместного решения выражений (1.16) и (1.20), если нарушение нормальных параметров сетевой воды происхо­дит в I диапазоне наружных температур '(ПРИ или путем совместного решения выражений (1.18) и (1 19), если нарушение па­раметров сетевой воды происходит во II диапазоне наружных темпера­тур (при tB^tl). В общем виде эта зависимость выражается фор­мулой

VOT - (5.21)

Подставив данное значение tBB в формулы (5.16) — (5.18), получим
выражения, позволяющие определить новый тепловой режим отопи­тельного комплекса при изменившихся параметрах сетевой воды и из­вестной наружной температуре. Например, формула (5.18) приобре­тает при этом; следующий вид:

-___________ [(Ті — ґн) — а] р______

^9Л= A ft ArP —О^хР • (5.22)

А 'ср. пр А с. от vp тм

Q0,25 + Wc +А

Постоянные а и А в формулах (5.21) и (5.22) находят по выра­жениям:

Для I диапазона наружных температур:

<7вн

Ян. о + Яе

= %_fP ; (5-24)

В. у

Для II диапазона наружных температур:

-II Явн

ТГ і (5.23а)

Ян. о + Я*

?н . о Vo + <7е

Где <?вн — удельные внутренние тепловыделения, равные для жилых зданий 94 кДж/ /(ч-м2); о — удельные потери тепла через наружные ограждения, которые в пер­вом приближении для жилых зданий можно принимать равными 6,6-1,5» 10 кДж/(чХ Хм2-°С), <7 £—удельные затраты тепла на подогрев вентиляционного воздуха в I диапа­зоне наружных температур, равные для жилых зданий примерно 3,6 кДж/(ч-м2-°С); *в! у» ^у—расчетные значения внутренних условных температур, ®С, соответственно в I и II диапазонах наружных температур, определяемые по формулам (1.16) и (1.18); ^Р, — расчетные значения наружных температур для вентиляции и отопления, °С; qg1—удельные затраты тепла на подогрев вентиляционного воздуха во II диапазоне наружных температур, принимаемые с учетом уменьшения количества приточного воздуха при ta<t равными

Tp — tv, П „I вн в

<7в =Яе

После определения нового, относительного расхода тепла зданием (новой относительной теплоотдачи нагревательных приборов) по фор­мулам типа формулы (5.22) находят температуру внутреннего воздуха tBa по формуле (5.21).

Если же нарушение нормальных параметров сетевой воды продол­жается ограниченное время и вся система отопления еще не успевает прийти в новое стационарное состояние, то приближенно температуру воздуха в помещении через z часов после нарушения нормального режима в тепловой сети можно определить по выражению:

'вв = £„- ('Ен-'н. у) (1 - Фот) {l-e~zlS, (5.25)

Где t Рд — температура воздуха в помещении до начала нарушения режима в теплової?

Сети,0 С; £н у — условная температура наружного воздуха, равная г"н+а [здесь а — корректирующая разность температур, учитывающая наличие внутренних тепловыде­лений и определяемая по формуле (5.23) или (5.23а) соответственно для I и II диа­пазона наружных температур]; Q0 т — относительная теплоотдача нагревательных приборов по отношению к их нормальной теплоотдаче при данной наружной темпера­туре; Q0t = Qot/Qot норм [здесь Qot — относительная теплоотдача прибора при наруше­
нии его нормального режима, определяемая по формулам типа формулы (5.22); Оот норм — нормальная относительная теплоотдача прибора, определяемая по форму­лам (5 16) —(5.18)]; в —основание натуральных логарифмов, Ра — коэффициент акку­муляции тепла зданием, определяемый опытным путем.

Ниже приведены получерные Е. Ю. Брайниной значения коэффици­ентов аккумуляции для некоторых жилых зданий, взятые нами из книги Н. К - Громова*:

Характеристика зданий

Іра, Ч

Крупнопанельные жилые серии I-605A:

Угловые помещения верхнего этажа............................................ 42

То же, среднего и первого этажей................................................. 46

Средние помещения ....„„«........... 77

Крупнопанельные жилые серии К7-3:

Угловые помещения верхнего этажа...................................................... 32

То же, среднего этажа.......................... .... ..................................... 40

Средние помещения ...... .................................... 5il

Кирпичные с толщиной стен в 2,5 кирпича и коэффициентом остекления 0,18—0,25;

Угловые помещения 60—65

средние помещения............................ .... ..................................... 65—,100

С небольшим запасом для жилых зданий можно принимать ра = 30 ч.