Сводка лекций

21

сети и для выравнивания графика нагрузки. Они устанавливаются или в верней (а)

или в нижней (б) точках системы.

2) В закрытых системах СГВ абоненты присоединяются по схемам

(рис. 5. в),г))через подогреватели П (гидравлически изолированы от тепловой сети).

Они также могут иметь верхние (в) или нижние (г) аккумуляторы горячей воды.

Вопрос 9. Совместное присоединение двух систем (отопления и горячего во-

доснабжения) (1, с.23..27) к закрытой сети производится по следующим наиболее распространенным схемам (рис. 6):

а) Параллельная. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение (ГВ)

изменяется регулятором температуры РТ в зависимости от нагрузки ГВ независимо от расхода воды на отопление, поддерживаемого постоянным на расчетном уровне регулятором расхода РР. Общий расход сетевой воды при этом равен сумме расхо-

дов воды на отопление и ГВ.

Независимое регулирование теплоты на ГВ, поэтому такие схемы применяют для присоединения абонентов с относительно большой нагрузкой ГВ

(Qгmax 1,2Qo ).

б) Смешанная. В нижней ступени подогревателя ПН происходит пред-

варительный прогрев холодной водопроводной воды остаточной теплотой сетевой

22

воды, возвращающейся из системы отопления. Расход воды на ГВ (верхняя ступень ПВ) поэтому уменьшается (если tобр 60оС). При низких tн , когда нагрузка отопле-

ния будет близка к расчетной, а tобр 70оС, ступень горячего водоснабжения (ПВ)

может совсем отключаться. Применяется при Qгmax (0,6 1,2)Qo .

в) Последовательная двухступенчатая. Получила наибольшее распро-

странение в закрытых сетях. Обе ступени подогревателя (ПВ и ПН) включены по-

следовательно к системе отопления. В элеватор Э идет сетевая вода из ПВ и РР (ох-

лажденная). Т.к. РР поддерживает постоянный расход в системе отопления, в часы максимальной нагрузки ГВ часть или вся сетевая вода из подающей линии подается в ПВ, ее температура после ПВ снижается, снижается температура сетевой воды,

поступающей в систему отопления, уменьшается отдача теплоты на отопление, но это компенсируется в периоды малой нагрузки ГВ.

Эта схема осуществляет принцип связного регулирования, выравнивает су-

точный график нагрузки и снижает расход сетевой воды, который равен расходу на отопление. Кроме того, при этом tобр ниже, чем при параллельной схеме, поэтому можно для подогрева воды использовать пар более низкого давления, что увеличи-

вает выработку комбинированной энергии и повышает экономичность ТЭЦ. приме-

няется при соотношении Qгmax 0,6Qo. Если более, то небаланс отопительной на-

грузки компенсируется значительно труднее.

23

Совместное присоединение двух систем к открытой сети (рис. 7).

а) Схема по принципу не-

связного регулирования, в которой ус-

тановки отопления и ГВ работают не-

зависимо. Расход сетевой воды на отопление постоянен, поддерживается РР, а соотношение расходов сетевой воды на ГВ из линий устанавливается

РТ в зависимости от tпрямвх . Расход се-

тевой воды в обратную линию равен разности расхода на отопление и ГВ.

При этой схеме расчетный расход се-

тевой воды оказывается завышенным,

что увеличивает начальные затраты по сети и расход энергии на перекачку.

б) Схема по принципу связанного регулирования позволяет снизить рас-

ход сетевой воды. В этой схеме РР устанавливается на общей подающей линии и поддерживает общий постоянный расход на обе установки. В результате в периоды

24

большого водоразбора горячей воды снижается подача воды на отопление. Компен-

сация недоданной на отопление теплоты происходит частично за счет аккумули-

рующей способности здания и в периоды малых нагрузок ГВ.

Недостаток схемы – возможность гидравлической разрегулировки системы отопления, когда расход воды в нее становится минимальным (большой водоразбор горячей воды из подающей линии тепловой сети). Расчетный расход сетевой воды в подающей и обратной линиях равен расчетному расходу сетевой воды на отопление

(нулевой водоразбор ГВ).

Вопрос 10. Паровая схема теплоснабжения с возвратом конденсата. (1, с.2729)

Пар от ТЭЦ (котельной) поступает по паро-

проводу 2 к потребителям теплоты 3 и конденсиру-

ется (рис. 8). Конденсат через специальное устрой-

ство – конденсатоотводчик 4 (пропускает только конденсат) попадает в бак 5, из которого конден-

сатным насосом 6 возвращается к источнику тепло-

ты по трубопроводу 1. Если давление в паропроводе ниже требуемого технологическими потребителями,

оказывается эффективным применение компрессо-

ра 7.

Конденсат также может не возвращаться к ис-

точнику теплоты, а использоваться потребителем.

Схема упрощается (рис. 9), однако на ТЭЦ возника-

ет недостаток конденсата, который должен воспол-

няться системой водоподготовки. Система ГВ мо-

жет иметь струйный подогреватель. Водопроводная вода из магистрали 2 подается к струйному подогревателю 3 в расширительный бак-аккумулятор 4. в этот же бак из паропровода 1 через вентиль 6 поступает пар, что обеспечивает дополнительный подогрев воды при барботаже пара. Из бака 4 вода направляется к потребителям 5.

25

Регулирование отпуска теплоты. (5, с.83..86, 96..126), (6, с.325..341)

Вопрос 11. Методы регулирования отпуска теплоты. (1, с.33..34)

Тепловые нагрузки абонентов сети неодинаковы и непостоянны, поэтому для качественного их теплоснабжения одновременно с экономичной выработкой и транспортировкой теплоты, надо регулировать все виды нагрузки в соответствии с потребностью абонентов.

Регулирование теплоснабжения бывает:

1.Центральное – в источнике теплоты (ТЭЦ, котельная);

2.Групповое – в центральном тепловом (ЦТП) или контрольно-

распределительном пункте (КРП);

3.Местное – на абонентском вводе здания;

4.Индивидуальное – у теплопотребляющих приборов.

В большинстве случаев нагрузка абонентов разнородна (О и ГВ, или все), то-

гда применяется центральное и групповое регулирование (местное, индивидуаль-

ное)=комбинированное регулирование – основа экономичного теплоснабжения (2-3

ступени регулирования).

Расчет регулирования нагрузки основан на уравнениях теплового баланса и теплопередачи теплопотребляющих приборов:

Q w( 1 2 )n kF tn, Дж,

(поступает в прибор) (отдается в окружающую среду)

где w cG - тепловой эквивалент расхода первичного (греющего) теплоноси-

теля, c - теплоемкость, G - массовый расход;

1, 2 - температуры на входе/выходе прибора; k - коэффициент теплопередачи;

t 1 2 tос - средний температурный напор теплоносителя и нагревае-

2

мой среды;

n - длительность работы прибора;

F - площадь поверхности прибора.

Местное (групповое) регулирование может изменять k , F, n.

Центральное регулирование можно осуществлять только изменяя 1 и w(G).

26

Методы регулирования:

-качественное – изменением 1 (стабилизация гидравлического режима);

-количественное – изменением w(G) - расхода;

-качественно-количественное – одновременно изменяя 1 и w(G).

В городских водяных системах теплоснабжения широко применяется цен-

тральное качественное регулирование, дополняемое количественным местным регу-

лированием. Достоинство центрального качественного – стабильность гидравличе-

ского режима сети, однако расход энергии на перекачку больше, чем при других ме-

тодах.

Центральное количественное регулирование сокращает затраты на перекачку,

однако создает переменный гидравлический режим в сети, и недостаток – опасность гидравлической разрегулировки местных систем (малые расходы!). Чтобы это ис-

ключить, применяют независимые схемы (с бойлером) или зависимые со смеситель-

ным насосом, поддерживающим постоянны расход в местной системе.

При центральном регулировании диапазоны изменения температуры и расхо-

да ограничены. Максимальная температура прямой сетевой воды ограничена усло-

вием невскипания (т.е. напором), а минимальная температура обратной воды – ус-

ловием комфортности ГВ., т.е. 60оС (открытая система) или 65-70оС (закрытая сис-

тема). Максимум расхода воды определяется располагаемым напором на ЦТП (або-

нентском вводе) и сопротивлением абонентских установок, минимум зависит от гидравлической устойчивости сети (вертикальная разрегулировка этажей) при ма-

лом расходе.

Центральное регулирование выполняется по преобладающей тепловой нагруз-

ке большинства абонентов.

В отопительный сезон тепловая нагрузка отопления значительно больше на-

грузок ГВ и вентиляции. Если средняя недельная нагрузка ГВ меньше 15% расчет-

ной нагрузки отопления, то выполняют центральное регулирование по закону изме-

нения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха. Если же нагрузка ГВ больше 15% расчетной нагрузки на отопление, то центральное качественное ре-

гулирование производится по закону изменения суммарной нагрузки отопления и ГВ. однако для качественного теплоснабжения как по отопительной, так и по со-

27

вмещенной нагрузке необходимо местное количественное регулирование всех видов нагрузки.

В настоящее время в абонентских узлах отопительных установок чаще приме-

няются регуляторы расхода, поддерживающие постоянный расход воды в местной системе, независимо от температурного режима сетевой воды. Этот способ не по-

зволяет контролировать температуру в отапливаемых помещениях, возможен пере-

расход теплоты (перегрев) или недостача теплоты (охлаждение помещений). В схе-

мах с регуляторами отопления импульсом регулирования является сигнал от датчи-

ков температуры в помещении, по которому изменяется расход сетевой воды через клапан регулятора из подающей линии, а постоянный расход в местной системе поддерживается смесительным насосом.

В качестве регулирующего импульса (сигнала) местного количественного ре-

гулирования нагрузки ГВ используется температура горячей воды в местах водораз-

бора: за смесителем в открытых системах и за подогревателем в закрытых. В венти-

ляционных установках – температура горячего воздуха за ка-

лорифером. По этому сигналу клапаном регулятора темпера-

туры регулируется относительная доля расхода из подающей линии.

Вопрос 12. Графики регулирования отпуска теплоты. (5,

с.100 ..109)

Задача расчета центрального качественного вания состоит в определении температур прямой ной 2 сетевой воды в зависимости от тепловой постоянном расходе в сети (рис. 10). Зависимость ной нагрузки от tн имеет линейный характер определятся расчетной tнр, которой

мальная нагрузка и температуры 01 и обратной мальная температура 1 не должна быть ниже

невозможен подогрев горячей воды в бойлерах до 50..60оС.

28

Поэтому температурные графики имеют вид ломаных линий с точкой излома при минимальной температуре сетевой воды 01 и 02 .

Рассмотрим графики при комбинированном регулировании отопительной на-

грузки (рис. 11):

а) нагрузки отопления; б) температур сетевой воды; в) расхода сетевой воды при параллельной схеме присоединения установок отопления и горячего водоснаб-

жения к закрытой сети и центральном качественном регулировании по отопитель-

ной нагрузке. Два диапазона отопительного графика:

I. Регулирование уменьшением расхода (местное количественное регулирова-

ние) или пропусками (периодическое отключение отопительных установок от тепловой сети);

II. Расход постоянен. Центральное качественное регулирование.

Построение графика температур и расхода воды на отопление.

При tн tн.и. расход сетевой воды на отопление постоянен (в, II)

При tн tн.и. расход сетевой воды через каждую отопительную систему в пе-

риод ее работы также остается постоянным. Однако при регулировании местными пропусками число одновременно включенных отопительных систем уменьшается по мере повышения наружной температуры, поэтому суммарный расход сетевой воды на отопление района сокращается с повышением наружной температуры.

n 24 tв.р. tн. , (в, I)

tв.р. tн.и.

Рассмотрим графики для горячего водоснабжения:

а) нагрузки ГВ; б) температур сетевой воды; в) расхода сетевой воды для за-

крытой сети при параллельной схеме присоединения установок при наличии акку-

муляторов горячей воды (суточная неравномерность). При построении графика при-

нято, что аккумуляторы горячей воды выравнивают неравномерности суточного графика и, следовательно, тепловая нагрузка сети по ГВ постоянна (а, I, II).

По характеру изменения расхода воды в сети можно отопительный период разбить на два диапазона: постоянная (I) и переменная (II) температура воды в по-

дающей линии.

I. Для поддержания Qг const расход сетевой воды должен оставаться по-

стоянным Wг const ;

29

II. Т.к. температура 1 растет по закону отопительной нагрузки, то для обес-

печения постоянства Qг const должен уменьшаться расход Wг (местное количе-

ственное регулирование) регулятором температуры. Т.к. уменьшается Wг , снижает-

ся k , это замедляет рост средней температуры нагреваемой водопроводной воды и уменьшает 2г после подогревателя ГВ. При повышении температуры в подающей линии тепловой сети регулятор температуры на ГТП или МПТ уменьшает расход греющей воды через водо-водяной подогреватель, что замедляет рост средней тем-

пературы греющей воды и одновременно уменьшает коэффициент теплопередачи подогревателя. В результате Qг const , а температура обратной сетевой воды по-

сле подогревателя снижается.

Вопрос 13. Автоматизация отпуска теплоты и причины перерасхода теплоты. (1, с.42..46)

Среди процессов теплоснабжения (производство тепла, подготовка, транспор-

тировка воды, защита сетей и др.) отпуск теплоты наименее автоматизирован. В свя-

зи с этим имеют место дискомфортные условия в отапливаемых помещениях и пе-

рерасход теплоты и топлива. Практически отпуск теплоты регулируется качествен-

ным методом (по tн ) только на источнике (центральное регулирование). У немногих объектов применяют регулирование (стабилизацию) температуры горячей воды.

Дискомфорт в отапливаемых помещениях (перегрев в одних и недогрев в дру-

гих) происходит также вследствие невозможности учета при центральном регулиро-

вании действия ветра и солнечной радиации, а также избыточных бытовых тепло-

выделений.

Причины перерасхода тепла при отсутствии автоматизации.

1. Из-за подержания температуры теплоносителя (60..70оС) в относительно те-

плый (осенне-весенний) период из-за горячего водоснабжения, хотя такая высокая температура не требуется (перегрев помещения). Перерасход тепла 2-3%.

2.Невозможность учета бытовых тепловыделений. Перерасход до 15-17%.

3.Не учитывается снижение инфильтрации (при повышении температуры на-

ружного воздуха) и влияние ветра (скорости, направления). Последнее возможно

только при пофасадном регулировании и экономия может достигать 7%.

30

4. Не учитывается теплота от солнечной радиации (меньше тепла на солнеч-

ный фасад, передача ее на теневой фасад). Это возможно при пофасадном или инди-

видуальном регулировании и экономия может достигать 4-9%.

5. Отсутствие возможности снижения температуры в жилых домах ночью (на

2-3оС) и в производственных и административно-общественных зданиях ночью и в нерабочие дни (до 10-12оС).

Общая экономия теплоты может составить до 25% годового расхода. Кроме того, автоматизация стабилизирует гидравлический и тепловой режим всей систе-

мы.

Отсутствие регуляторов температуры горячей воды приводит к тому, что ее величина не соответствует требуемой (она значительно выше или ниже). В обоих случаях идет перерасход тепла (слив воды потребителями или высокое теплосодер-

жание). Кроме того, дестабилизируется гидравлический режим в тепловой сети и повышается температура обратной воды при отсутствии водоразбора. Вместо регу-

ляторов устанавливаются дроссельные шайбы, рассчитанные на некоторую опти-

мальную величину водоразбора, но они не могут обеспечить снижение расхода се-

тевой воды у потребителя при прекращении водоразбора.

Все это вызывает перерасход теплоты в размере 10-15% годового потребления теплоты на горячее водоснабжение.

Внедрение автоматики – реальный путь экономии топлива. Разработаны и внедряются схемы и приборы автоматизации для группового, общедомового, пофа-

садного и индивидуального регулирования. Как показывают расчеты, при экономии теплоты только на 10% установленное оборудование окупается за 1-1,5 года.

Вопрос 14. Приборы контроля и регулирования. (1, с.37..42)

Задачей автоматического регулирования (АР) является обеспечение заданного технологического режима работы системы без непосредственного участия человека

(режим, как известно, задается через параметры теплоносителя: p, t, G).

Автоматический регулятор – устройство, с помощью которого осуществля-

ется автоматическое поддержание регулируемого параметра на заданном значении.