kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008
.pdf
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Qг Qг
Gг |
Gг |
|
|
|
|
Gг |
|
+8 |
tн |
tро |
|
II |
|||
I |
|
||
ЦР |
|
МКР |
Рис. 4.13. Графики температур, расходов тепла и сетевой воды на горячее водоснабжение при смешанной схеме присоединения подогревателей
Эквивалент расчетного расхода сетевой воды на горячее водоснабжение, с учетом выражения (4.61), равен
W'''г = |
|
QII |
|
= Q |
|
|
(tг −t'п'') |
|
|
|
|
1 |
|
|
, кВт / °С. |
(4.63) |
||||||
t''' |
−t''' |
|
|
|
|
|
− |
|
''' |
) |
||||||||||||
|
|
г ( |
− |
tх |
) (τ''' |
|
|
|
|
|||||||||||||
1 |
2,г |
|
|
|
tг |
|
|
|
|
1 |
|
τ2,г |
|
|
|
|
||||||
Температура сетевой воды на выходе из подогревателя нижней |
||||||||||||||||||||||
ступени определяется из равенств: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
QI = (W o' |
+W г''')(τсм''' |
− τ'2'') , кВт, |
(4.64) |
|||||||||||||||||
|
|
τ'2'' = τсм''' − |
|
|
QI |
|
|
, °С. |
|
|
|
(4.65) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
W'0 +W г''' |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Отсюда, с учетом выражения (4.61), получим |
|
|||||||||||||||||||||
|
τ'2'' = τ'см'' |
−Q |
|
|
(t'п'' |
−t х) |
|
|
|
|
1 |
|
|
, °С, |
(4.66) |
|||||||
|
г (tг |
−tх) |
|
(W o' |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
+W 'г'') |
|
||||||||||||||
где W 'o – эквивалент расчетного расхода воды на отопление.
91
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
В диапазоне II вследствие повышения температуры воды после отопления, подогрев водопроводной воды в подогревателе ступени I увеличивается. При этом тепловая нагрузка подогревателя ступени II соответственно снижается. Регулятор температуры РТ (см. рис. 4.12) уменьшает поступление сетевой воды в подогреватель верхней ступени.
Эквивалент расхода сетевой воды на горячее водоснабжение определяют на основе решения уравнений:
QI = ε1W1,м(τсм −t х) =W вв(tп −t х) , кВт, |
(4.67) |
|
QII = εIIW II,м(τ1 |
−tп) =W вв(tг −tп) =W г (τ1 − τ2,г) , кВт, |
(4.68) |
W г τ2, |
г +W 0 τ2,0 = (W г +W 0) τсм, кВт, |
(4.69) |
где εI, εII – безразмерная удельная теплопроизводительность подогревателей ступеней I и II;
– водяные эквиваленты, соответствующие меньшим значениям расходов воды в ступенях I и II;
Wвв = Gвс, Wг = Gгс – эквиваленты расходов водопроводной и сетевой воды на горячее водоснабжение;
W′о = Gос – эквивалент расхода сетевой воды на отопление. Решение уравнений производят методом подбора. Задавшись эквива-
лентом расхода сетевой воды Wг, проверяют величину tг. Если tг ≠ 60 °С, расчет повторяют. Из рис. 4.10 и 4.13 видно, что максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение наблюдается при температуре на-
ружного воздуха t в точке излома температурного графика.
4.6. Центральное регулирование закрытых систем по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения
Наличие нагрузки горячего водоснабжения увеличивает расход сетевой воды, что приводит к увеличению диаметров труб, а, следовательно, и стоимости тепловой сети. Значительное сокращение расчетных расходов воды достигается при центральном качественном регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. При этом методе регулирования в системе поддерживается постоянный расход сетевой воды, равный расчетному расходу на отопление G0'. Для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающем трубопроводе должна быть выше, чем требуется по отопительному графику.
92
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Центральное качественное регулирование по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения принимается при суммарном среднечасовом расходе тепла на горячее водоснабжение более 15 % от
расхода на отопление (Qср.г /Q′0 > 15 %).
Присоединение подогревателей горячего водоснабжения не менее чем у 75 % абонентов должно быть выполнено по двухступенчатой последовательной схеме (рис. 4.14). Сетевая вода перед поступлением в систему отопления проходит через подогреватель верхней ступени, где температура ее снижается от τ1 до τ1,0. Расход воды на горячее водоснабжение изменяется регулятором температуры РТ. Обратная вода после системы отопления поступает в подогреватель нижней ступени, где остывает от τ2,0 до τ2. Постоянный расход сетевой воды на вводе поддерживается регулятором РР. Последовательное включение подогревателя верхней ступени дает возможность использовать в качестве теплового аккумулятора строительные конструкции здания. В часы максимального водопотребления снижается температура воды, поступающей
всистему отопления, что приводит к уменьшению отдачи тепла. Этот небаланс компенсируется в часы минимального водопотребления, когда
всистему отопления поступает вода с температурой более высокой, чем требуется по отопительному графику.
tг
Т
РТ
II
Gг |
РР G |
|
1,0 |
1 |
|
|
2,0 |
2 |
|
|
|
|
|
tп |
|
tх |
|
I |
|
|
|
||
Gвв |
|
|
|
Рис. 4.14. Присоединение подогревателей горячего водоснабжения по двухступенчатой последовательной схеме
Суточный баланс тепла на отопление обеспечивается при расчете температурного графика по «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения Qбг, превышающей среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение:
93
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Qгб = χбQср.г, кВт, |
(4.70) |
где χб – балансовый коэффициент, учитывающий неравномерность суточного графика горячего водоснабжения, обычно χб = 1,2.
Задачей расчета является определение перепадов температур сетевой воды в подогревателе верхней ступени (δ1=τ1 ÷ τ1,0) и нижней сту-
пени (δ2=τ2,0 ÷ τ2).
При постоянном расходе сетевой воды и при «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения Qбг суммарный перепад температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступени δ – величина постоянная:
δ |
= δ1 + δ2 = |
Qгб |
= |
Qгб |
δτ'0 = const , °C, |
(4.71) |
|
сG0' |
Q0' |
||||||
|
|
|
|
|
где δτ0' – расчетная разность температур сетевой воды по отопительному графику.
Перепады температур сетевой воды в подогревателях верхней и нижней ступени определяют для каждого диапазона отдельно.
Диапазон I. Предварительно определяют температуру водопроводной воды на выходе из подогревателя нижней ступени I tп′′′ и Qбг при
температуре наружного воздуха tн′′′, задавшись величиной недогрева tп′′′ = 5÷10 °C:
|
|
|
t'п'' = τ'2'',0 |
− t'п'' , °C. |
(4.72) |
|||||||
Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней I ступе- |
||||||||||||
ни δ'2'' = τ'2,0'' ÷ τ'2'' находят из уравнения |
|
|
|
|||||||||
Qб = Qб |
tп''' −t х |
|
= G0' |
c δ'2'' , кВт, |
(4.73) |
|||||||
tг −t х |
|
|||||||||||
|
I |
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
||
откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Qб |
|
tп''' |
− t х |
|
|
Qб tп''' |
− t х |
(4.74) |
|||
δ'2'' = |
г |
|
|
|
= |
|
г |
|
|
|
δτ0' , °С. |
|
cG0' |
|
tг − t х |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Q0' tг − t х |
|
|||||||
При известном суммарном перепаде температур δ значение δ′′′1 оп- |
||||||||||||
ределяют из выражения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
δ1''' = δ |
|
− δ'2'' , °C. |
(4.75) |
|||||
94
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Диапазон II. Перепад температур сетевой воды в подогревателе нижней ступени находят по формуле
δ2 |
= δ'2'' |
τ2 −tх |
, °С. |
(4.76) |
|
||||
|
|
τ'''2 −tх |
|
|
По найденным значениям δ1, и δ2 и известным температурам воды отопительно-бытового графика (τ1,0, τ2,0) находят температуры на подающем и обратном трубопроводах при регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения
τ1 = τ1,0 +δ1 , °C, |
(4.77) |
τ2 = τ2,0 −δ2 , °C. |
(4.78) |
Графики температур, построенные с помощью |
равенств (4.77) |
и (4.78) называют повышенными (рис. 4.15).
0С |
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
0 |
t н |
|
|
tро |
+8 |
0 |
-10 |
-20 |
|
I |
|
II |
|
|
Рис. 4.15. График температур по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения в закрытой системе теплоснабжения («повышенный» график):
τ1,0, τ2,0 – отопительно-бытовой график; τ1, τ2 – «повышенный» график
По мере понижения температуры наружного воздуха и роста температуры воды после отопления соответственно возрастает нагрузка подогревателя нижней ступени и увеличивается значение δ2. Перепад температур сетевой воды в подогревателе верхней ступени пропорционально уменьшается.
95
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
При независимом присоединении установок (рис. 4.16) для расчета повышенного графика необходимо предварительно определить по формулам (4.34) и (4.35) температуры сетевой воды перед отопительным подогревателем τ1,т и после него τ2,т. Расчет перепадов температур в ступенях I и II подогревателя горячего водоснабжения производится по формулам (4.70)–(4.78), при этом принимают вместо τ1,0 и τ2,0 соот-
ветственно τ1,т и τ2,т.
Расчет графиков центрального регулирования производят по режиму теплопотребления «типового» абонента, для которого отношение средней часовой нагрузки горячего водоснабжения к расчетной отопительной такое же, как в целом по району. Для абонентов, режим теплопотребления которых отличается от типового, предусматривается групповое или местное регулирование.
tг
Т |
РТ |
ДТ |
tв |
|
|
|
|||
|
II |
|
1,0 |
|
|
|
|
||
Gг |
РO |
|
1,т |
|
|
|
|
||
1 |
|
|
2,0 |
|
2 |
|
2,т |
ПО |
|
|
|
|
||
tх |
I |
tп |
ЦН |
|
Gвв |
||||
|
|
|
Рис. 4.16. Независимая схема присоединения отопительной системы при двухступенчатом последовательном присоединении подогревателей горячего водоснабжения: ПО – подогреватель отопления; ЦН – циркуляционный насос; РО – регулятор отопления; ДТ – датчик температуры воздуха в помещении (или моделирующее устройство)
При разнородной тепловой нагрузке абонентов целесообразно сочетание центрального качественного регулирования по совместной нагрузке с местным количественным регулированием. Это становится возможным при замене регуляторов расхода РР регуляторами отопления РО, осуществляющими местное регулирование отопительных систем по импульсу от температуры воздуха в отапливаемом помещении (рис. 4.16) или от устройства, моделирующего внутренний тепловой режим помещения.
96
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
4.7.Регулирование открытых систем теплоснабжения
Воткрытых системах теплоснабжения разбор воды на горячее водоснабжение осуществляется в зависимости от температуры воды в сети. При температуре воды в подающем трубопроводе, равной 60 °С, водоразбор ведется только из подающей линии. С повышением темпера-
туры сетевой воды (τ1 > 60 °С) водоразбор осуществляется одновременно из обоих трубопроводов в таком соотношении, чтобы температура воды, поступающей на горячее водоснабжение, была равна 60 °С. В холодный период отопительного сезона при τ2,0 ≥ 60 °С разбор воды происходит только из обратной магистрали. Для смешения воды в абонентских узлах ввода предусматривается установка терморегуляторов (рис. 4.17). Изменение места и величины водоразбора существенно влияет на гидравлический и тепловой режимы системы теплоснабжения.
|
|
|
|
tг |
|
Gг |
|
|
|
|
РТ |
Т |
c |
(1- ) Gг |
|
|
|
||
G0 + |
Gг |
|
|
Gо |
1 |
|
|
|
ОК |
G0 |
- (1- ) Gг |
|
||
2
Рис. 4.17. Схема абонентского ввода в открытых системах теплоснабжения при центральном качественном регулировании по отопительной нагрузке:
С – смеситель; ОК – обратный клапан
Выбор метода центрального регулирования производится в зависимости от соотношения тепловых нагрузок горячего водоснабжения и отопления, а также схемы абонентского узла ввода. Центральное качественное регулирование по отопительной нагрузке применяется при
отношении Qср.г / Q'0 < 0,15 и присоединении систем отопления и горя-
чего водоснабжения к тепловой сети по принципу несвязанного регулирования (рис. 4.17). В этом случае расход воды на отопление поддержи-
97
|
|
|
|
|
Источники и системы теплоснабжения промышленных |
||
|
|
|
|
предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – |
|||
|
|
|
|
|
2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с. |
||
вается регулятором расхода РР и не зависит от нагрузки горячего водо- |
|||||||
снабжения. |
|
|
|
|
|
|
|
Температура сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах |
|||||||
изменяется по графику качественного регулирования отопительной на- |
|||||||
грузки при минимально допустимой температуре воды в подающей ма- |
|||||||
гистрали τ1 = 60 °С (рис. 4.18). |
|
|
|
|
|||
|
0С |
|
|
|
|
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
120 |
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|
|
|
|
|
|
40 |
|
|
|
|
|
|
|
20 |
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
t н |
|
|
Р |
|
|
+8 |
|
0 |
-10 |
|
t0 |
|
|
|
|
-20 |
|
|||
0 |
0,2 |
|
0,4 |
0,6 |
0,8 |
Q |
|
|
1,0 |
0 |
|||||
|
G г, т/ч |
|
|
|
|
|
|
|
1.5 |
|
об г |
|
|
|
|
|
1.0 |
=1 |
|
|
=0 |
|
|
|
0.5 |
G |
|
|
|
||
|
|
п г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
G |
|
|
|
|
|
I |
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Рис. 4.18. Графики температур и расхода воды |
|
|||||
на горячее водоснабжение при центральном качественном |
|||||||
регулировании открытых систем по отопительной нагрузке |
|||||||
Расчетный расход воды на горячее водоснабжение определяется по формуле
98
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Gг = 3600 |
Qг |
, кг/ч. |
(4.79) |
|
с(tг −tх) |
||||
|
|
|
Величина водоразбора из подающей линии Gпг и из обратной Gобг равна
Gгп =βGг , т/ч, |
(4.80) |
Gгоб = (1 −β)Gг , т/ч, |
(4.81) |
где β – доля водоразбора из подающего трубопровода.
Из уравнения теплового баланса узла смешения горячего водоснабжения
Gг tг = Gпг τ1 +Gобг τ2,0
и равенств (4.80), (4.81) получим
β = |
tг |
− τ2,0 |
. |
(4.82) |
|
τ1 |
− τ2,0 |
||||
|
|
|
Втечение отопительного сезона доля водоразбора из подающей магистрали изменяется в пределах 0≤ β≤1 (cv/ рис. 4.18). В холодный период
отопительного сезона при температуре обратной воды τ2,0 > 60 °С расход воды на ГВС снижается пропорционально отношению (tг – tх)/(τ2,0 – tх).
Вэтом диапазоне расход сетевой воды на горячее водоснабжение
равен
Gг = 3600 |
Qг |
, кг/ч. |
(4.83) |
||
c(τ2,0 |
−tх) |
||||
|
|
|
|||
При суммарном среднечасовом расходе тепла на ГВС более 15 % расчетного часового расхода тепла на отопление (Qсргвс / Q'0 > 0,15) регу-
лирование открытых систем производится по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения качественным или качественноколичественным методом.
Центральное качественное регулирование в открытых системах по совместной нагрузке
Центральное качественное регулирование в открытых системах по совместной нагрузке (скорректированный температурный график) применяют при соотношении тепловых нагрузок у большинства потребите-
99
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
лей в пределах 0,15 ≤ Qср.г/Qрo ≤ 0,3. Регуляторы расхода в абонентских узлах ввода устанавливают перед ответвлением на горячее водоснабжение (рис. 4.19); они поддерживают постоянный расход воды, равный расчетному на отопление. Водоразбор из подающей линии уменьшает поступление сетевой воды в систему отопления. Небаланс тепла на отопление компенсируется некоторым повышением температуры в подающем трубопроводе по сравнению с отопительным графиком. При этом методе регулирования строительные конструкции здания могут быть использованы в качестве аккумулятора тепла, выравнивающего неравномерности суточного графика теплопотребления.
|
|
tг |
|
|
Gг |
|
|
|
РТ |
c (1- ) Gг |
|
|
|
||
G0 |
|
Gо |
|
1 |
РР |
ОК |
|
G0 |
- Gг |
||
|
2,0
Рис. 4.19. Схема абонентского ввода в открытых, системах теплоснабжения при центральном качественном регулировании по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения
Для сохранения суточного баланса тепла на отопление основной расчет проводится по балансовой нагрузке горячего водоснабжения Qбг = χб Qбср.г с балансовым коэффициентом, равным χб = 1,1.
Расход воды на отопление при любой температуре наружного воздуха и балансовой нагрузке горячего водоснабжения определяют из уравнения теплового баланса системы отопления с учетом водоразбора на горячее водоснабжение:
Q0 = (G0' −βGг )c(τ1 − τ2,0), кВт, |
(4.84) |
где G'0 – расчетный расход воды на отопление, кг/с.
100