Классификация режимов регулирования
ОТПУСК ТЕПЛОТЫ
Тепловая нагрузка абонентов не постоянна. Она изменяется в зависимости от метеорологических условий (t н, Q инс, ν в и т.д.), режима расхода воды на горячее водоснабжение, режима работы технологического оборудования и т.д. Для обеспечения высокого качества теплоснабжения, а также экономических режимов выработки теплоты на станции и транспорта ее по тепловым сетям выбирается соответствующий метод регулирования.
1. В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование:
а) центральное регулирование производится на станции или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городе такой нагрузкой является нагрузка на отопление Q о или совместная нагрузка на отопление и горячее водоснабжение Q о + Q гв. На ряде промышленных предприятий преобладающей нагрузкой является нагрузка на технологию Q тех;
б) групповое регулирование производится в ЦТП для группы однородных потребителей. В ЦТП поддерживаются требуемые расходы и температура теплоносителя, поступающие в распределительные или во внутриквартальные сети;
в) местное регулирование предусматривается на вводе в дом для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов;
г) индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов (у нагревательных приборов) и дополняет другие виды регулирования.
В городе применяется не менее трех ступеней регулирования: центральное; групповое или местное; индивидуальное.
Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование дополняется групповым, местным и индивидуальным, т.е. осуществляется комбинированное регулирование.
д) комбинированное регулирование состоит из нескольких ступеней регулирования, взаимодополняющих друг друга. Обеспечивает наиболее полное соответствие между отпуском теплоты и ее потреблением.
2. По способу осуществления регулирования может быть автоматическим и ручным.
3. По методу регулирование тепловой нагрузки различают: качественное регулирование, количественное регулирование и качественно-количественное регулирование.
Сущность методов регулирования вытекает из уравнений теплового баланса
(4.1)
Из уравнения следует, что регулирование нагрузки возможно несколькими способами. Принципиально возможно изменение пяти параметров: F нп, К нп, G, Т 1, n (час).
Регулирование изменением поверхности нагрева приборов F и коэффициента теплопередачи К сложно и неэффективно. Регулирование временем отпуска теплоты или временем нагрева нагревательных приборов возможно лишь при строго однородной нагрузке, т.к. перерывы в подаче теплоты могут быть недопустимы для других потребителей. Таким образом, практически тепловую нагрузку можно центрально регулировать только путем изменения Т 1 или G. При этом надо иметь ввиду, что возможный диапазон изменения Т 1 и G в реальных условиях ограничен рядом обстоятельств.
При разнородной тепловой нагрузке нижним пределом Т 1 является температура, требуемая для горячего водоснабжения (60 ºС – в открытых системах и 70 ºС – в закрытых). Верхний предел Т 1 определяется дополнительным давлением в подающей линии тепловой сети из условий невскипания воды.
Верхний предел G определяется располагаемым напором на ЦТП и гидравлическим сопротивлением абонентских установок:
а) качественное регулирование заключается в регулировании отпуска теплоты путем изменения Т 1 на входе а прибор для сохранения постоянного расхода теплоносителя:
G = const; Т 1 = var;
б) количественное регулирование заключается в регулировании отпуска теплоты путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре на входе в установку:
G = var; Т 1 = const;
в) качественно-количественное регулирование заключается в регулировании отпуска теплоты путем одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя:
Т 1= var, G = var.
При автоматизации абонентских вводов основное применение в городах имеет в настоящее время центральное качественное регулирование, дополняемое в ЦТП или ИТП количественным регулированием или регулированием пропусками.
Частным случаем количественного регулирования является регулирование пропусками. В этом случае регулирование достигается путем периодического отключения абонентов.
В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение температуры в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование паровых систем производится, в основном, количественным методом или пропусками. Однако периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению системы воздухом.
Общее уравнение для регулирования отопительной нагрузки при зависимых схемах присоединения установок к тепловым сетям имеет вид:
; (4.2)
(4.3)
1. Качественное регулирование.
Дано: Q ор, Т 1р, Т 2р, G ор.
Определить: Т 1 = f 1(t н);
Т 2 = f 2(t н).
Решение. Из уравнений теплового баланса:
. (4.4)
Учитывая то, что = ; = ;
= , получим:
. (4.5)
Коэффициент теплопередачи нагревательных приборов определяется по формуле:
; (4.6)
для радиаторов е → 0 → ;
а – постоянная для каждого типа нагревательных приборов;
m – постоянная, зависящая от типа нагревательных приборов и способа обвязки; , обычно m = 0,25 для современных нагревательных приборов.
Подставим выражение для К нп и получим:
. (4.7)
Учитывая, что для элеватора , , получим:
;
(4.8)
Из 1 = 2 определяем:
; (4.9)
Из 1 = 3 с учетом 4 определяем:
, ; (4.10)
; (4.11)
. (4.12)
Рис. 4.1. График качественного регулирования
Если система отопления присоединяется непосредственно без смесителя, то коэффициент смешения U = 0, следовательно график поднимется вверх.
При воздушном отоплении коэффициент теплопередачи не зависит от перепада температур, а зависит от скорости движения теплоносителя и весовой скорости воздуха:
, (4.13)
поэтому коэффициент m = 0, U = 0, следовательно получается уравнение первой степени, на графике это прямая линия.
В независимых схемах в нагревательные приборы системы отопления вода поступает после теплообменного аппарата.
Рис. 4.2. Незави
симая схема присоединения
системы отоп-
ления к тепло-
сети
Расчет режима регулирования для независимой системы отопления также основан на уравнениях теплового баланса:
;
(4.14)
. (4.15)
Зависимость расхода от тепловой нагрузки описывается эмпирической формулой , где n – показатель степени, зависящий от метода регулирования:
при качественном регулировании n = 0, ;
при количественном регулировании n ≥ 1;
при качественно-количественном регулировании 0 < n < 1.
Регулирование нагрузки приводит к изменению расходов и температур теплоносителя в теплообменнике. При нерасчетных условиях обычно известны температуры теплоносителей на входе в установку и неизвестны на выходе. Поэтому уравнение тепловой нагрузки теплообменника неудобно для расчетов, т.к. неизвестно выражение , которое определяется методом подбора.
По методике Е.Я.Соколова расчет теплообменных аппаратов облегчается при использовании так называемых тепловых характеристик теплообменников, когда:
, (4.16)
где ε – безразмерная удельная тепловая нагрузка (коэффициент эффективности);
G м – меньшее значение расхода из теплообменных средств;
- максимальная разность температур между греющей и нагреваемой средой.
Для водоводяных теплообменников (при противотоке):
, (4.17)
где Ф – параметр подогревателя; для данного подогревателя Ф = const при любом режиме.
; (4.18)
При качественном регулировании , т.к. . Тогда:
;
(4.19)
. (4.20)
2. Качественно-количественное регулирование.
Дано: , , зависимость расхода от отопительной нагрузки выражается уравнением , где n – коэффициент, позволяющий устранить влияние переменного гравитационного давления на разрегулировку системы: 0,33 – для двухтрубных систем отопления, 0,2-0,25 – для однотрубных систем отопления.
Определить: Т 1, Т 2, G о = f i(t н).
Решение. Задаваясь , определяем , затем определяем Т 1 и Т 2:
; (4.21)
Из 1 = 3 с учетом 4 получим:
; (4.22)
Из 1 = 2 с учетом 4 и 5 получим:
(4.23)
Если m = 0,25, то , (4.24)
т.е. G о и G тс изменяется по гравитационному закону.
Рис. 4.3. График регулирования тепловой нагрузки: 1 – качественно-
количественный; 2 - качественный
Осуществить плавное изменение расхода воды практически невозможно. В современных насосах глубокое изменение расхода происходит за счет изменения скорости вращения двигателя и соответственно изменения числа оборотов.
В этом случае применяется ступенчатое регулирование (рис. 4.4). В результате отопительный сезон делится на несколько диапазонов, в каждом из которых поддерживается постоянный расход воды.
В холодный период система работает с расчетным расходом воды. При увеличении температуры наружного воздуха расход воды уменьшается. Переменный расход обеспечивается работой нескольких насосов различной производительности. Ступенчатое изменение расхода воды приводит к ступенчатому изменению температуры. При уменьшении расхода воды Т 1 чуть выше, а Т 2 чуть ниже, чем при отопительном графике.
Расход воды в системе может быть уменьшен на 30-40 %. Исследования показали, что в этом случае разрегулировка вертикальная незначительна.
Рис. 4.4. График ступенчатого регулирования тепловой нагрузки
Поэтому расход воды в системе уменьшают до ; далее он постоянен. Число ступеней при выбирают в зависимости от оборудования.
Ступенчатое регулирование тепловой нагрузки позволяет уменьшить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя, но при увеличении температуры в сети уменьшается отбор пара в турбине.
3. Количественное регулирование.
Дано: Т 1 = const.
Определить: Т 2, G о = f i(t н).
Регулирование поверхностью нагрева происходит за счет подтопления нагревательных приборов.
Решение.
(4.25)
Из 1 = 2 получим: (4.26)
Из 1 = 3 с учетом 4 получим:
,
где . (4.27)
Уравнения 4 и 5 справедливы при Т 2 ≥ t в.
При уменьшении нагрузки и уменьшении расхода воды температура обратного трубопровода сети стремится к температуре t в. Дальнейшее понижение теплоотдачи достигается заполнением части нагревательного прибора водой с температурой равной температуре внутреннего воздуха t в.
Недостатки: разрегулировка системы отопления из-за изменения расхода воды.
Достоинства: сокращение электроэнергии на перекачку теплоносителя. Этим пользуются при присоединении систем отопления по независимой схеме или через смесительные подстанции. В этом случае в системе отопления сохраняется режим качественного регулирования в течение всего отопительного сезона. При уменьшении расхода сетевой воды насосы увеличивают подачу воды из обратки, следовательно нет разрегулировки.