Справочник строителя | Эксплуатация тепловых сетей

ТЕПЛОВЫЕ РЕЖИМЫ И ИХ РЕГУЛИРОВАНИЕ

Рассматривая тепловые нагрузки систем коммунального теплоснабжения (раздел Расчет режимов отопления), установлена их непосредственная индивидуальная связь-зависимость с параметрами окружающей природной среды - температурой и влажностью наружного воздуха, температурой воды в источниках водоснабжения, скоростью и направлением ветра, радиационным воздействием - солнечным сиянием.

Любое изменение их вызывает необходимость корректировки теплового потребления как на источнике теплоснабжения, так и непосредственно у потребителя, путем уменьшения или увеличения подачи теплоты, включения или выключения отдельных видов оборудования и приборов, установления рационального режима их работы с учетом тепловых потерь при транспортировании. Таким образом возникает необходимость управления процессами отпуска и потребления тепловой энергии, т.е. теплового регулирования ими.

Превалирующим параметром для большинства тепловых нагрузок является температура наружного воздуха, она определяет и температуру воды на источнике водоснабжения, и температуру строительных материалов и изделий, и параметры внутреннего климата жилых и общественных зданий и т.п. В балансовые уравнения нагрузок входит разность температур (t_вн - t_{нар.среды}), показывающая линейную зависимость их от текущей температуры наружного воздуха (уравнения прямых линий).

Если построить график отопительной тепловой нагрузки в зависимости от t_{нар.среды}, то он будет выглядеть прямой наклонной линией, аналогичные виды примут и графики вентиляционных нагрузок и графики зависимости нагрузки горячего водоснабжения от температуры исходной воды (рис. 1).

Рисунок 1. Графики изменения тепловых нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилого дома в зависимости от t_{нар.возд.}

В практической работе проектантов и эксплуатационников принято строить такие графики зависимости тепловых нагрузок Q (функцию) от определяющего параметра t_{нар.возд} (аргумента) в координатах «t_{нар.возд} - Q», где Q = ƒ(t_{нар.возд}). При этом учитывают их в определенном температурном диапазоне, например, в интервале начала отопительного периода и максимальной отопительной нагрузки, называемой «расчетной», t_н.расч.

За расчетную температуру t_н.о для проектирования отопления в каждой местности принимается средняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период наблюдений. Такие значения t_н.о определены для многих городов страны, они приведены в СНиП по строительной климатологии, по ним составлены карты климатологического районирования.

Были определены и введены в практику также расчетные температуры для проектирования вентиляции t_н.в; продолжительность отопительного периода n, сут; средняя наружная температура отопительного периода; средняя самого холодного месяца, а также средняя самого жаркого месяца.

Для установления суммарных нагрузок строят графики суммарных тепловых нагрузок (см. рис. 1), они необходимы для выполнения технологических, технико-экономических подсчетов и исследований.

В планово-экономической работе предприятий (для определения расходов топлива, разработки режимов использования оборудования, графиков ремонтов и т.п.) получили применение графики расхода теплоты по месяцам года (рис. 2), графики продолжительности сезонной нагрузки (рис. 3), а также интегральные графики суммарных нагрузок (рис. 4).

Рисунок 2. Примерный график расхода теплоты по месяцам года

Рисунок 3. Построение графика продолжительности сезонной тепловой нагрузки

Рисунок 4. Интегральный график суммарной нагрузки района

С помощью графиков продолжительности и интегральных графиков суммарной нагрузки города/района легко устанавливают экономичные режимы работы теплофикационного оборудования, определяют необходимые параметры теплоносителя на ТЭЦ и РТС, выполняют другие технологические и планово-экономические расчеты и исследования. Например, установление режима работы и оперативно-диспетчерское планирование конкретной системы ЦТС производится на основании трех графиков нагрузки: суточного, годового и графика изменения тепловой нагрузки по продолжительности.

Регулирование тепловых процессов производят с помощью температурных графиков отпуска теплоты. Эти графики (или таблицы) устанавливают связь текущих температур воды в системах отопления t₁ и t₂ и в тепловых сетях в зависимости от температуры наружного воздуха. Такая зависимость устанавливается из уравнения баланса теплоты нагревательного прибора при расчетных и любых других температурных условиях:

где Q и G- расходы теплоты, Вт · ч, и теплоносителя, кг/ч, при текущей и расчетной температуре наружного воздуха; ∆t = t₁ - t₂ - температурный перепад в местных нагревательных приборах при текущей и расчетной (∆t_p) наружной температуре, в град; t₁ и t₂ - температура подаваемой и обратной воды в местных нагревательных приборах, град;  = (t₁ + t₂)/2 – Т_n - температурный напор нагревательного прибора, град; ∆T = Т_в - Т_н - температурный перепад воздуха внутри (T_в) и снаружи помещения (Т_н) при текущей и расчетной температуре (∆T_p), град; k - коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, Вт/(м² · ч · град); F - поверхность нагревательных приборов, м².

После ряда преобразований уравнения (1) получим следующие выражения для t₁ и t₂:

По этим формулам можно подсчитать температуры сетевой воды для различных систем при различных расчетных и текущих наружных температурах и построить температурные графики регулирования отпуска теплоты (рис. 5).

Рисунок 5. График температуры воды в подающих и обратных магистралях тепловой сети при качественном регулировании отопительной нагрузки при Т_п.р. = +18 °С

ПРИМЕР 1. Исходные условия: Система водяного отопления с расчетными параметрами Т_н.р = -25 °С, Т_п.р = +20 °С, t_1з = 95 °С, t_2р = 70°С.

Требуется: Определить температуры подающей и обратной воды для системы отопления при наружных температурах Т_н = +8 °С, -3,2 °С и температуре помещения Т_п = +20 °С.

Решение: Находим для Т_н = +8 °С:

По формулам (2); (3) получим:

Для T_н = -3,2 °С аналогично:

По полученным точкам строим температурный график (см. линии 1 и τ'₂на рис. 5).

Здесь приведены значения температур воды в подающих и обратных линиях тепловой сети τ₁ и τ₂ для разных климатических районов при качественном регулировании отопительной нагрузки, для расчетного перепада температур в местной системе ∆t_p = 95 - 70 = 25 °С, Т_п.р = +18 °С; _p = (95 + 70)/2 - 18 = 64,5 °С.

В связи с тем, что к тепловым сетям ЦТС присоединяются разнородные тепловые потребители: системы отопления и вентиляции (сезонные, однородные нагрузки), системы горячего водоснабжения (круглогодичные нагрузки), технологические установки, температурные режимы тепловых сетей должны удовлетворять запросам и учитывать особенности теплового потребления каждого из них. Поэтому графики температур, которые строятся по превалирующей тепловой нагрузке (в городах - отопительно-вентиляционной), должны учитывать требования систем горячего водоснабжения. Необходимость подогрева водопроводной воды до уровня 55-60 °С. До такого уровня нагрева вторичного теплоносителя первичная сетевая вода должна иметь свою температуру не ниже 70 °С, поэтому на температурном отопительном графике возникает так называемая весенне-летняя срезка или «излом» температуры подающей линии на уровне 70 °С.

В свою очередь, поддержание такой температуры в подающей линии теплосети в теплые периоды года приводит к нежелательному явлению - перетопу зданий, что вызывает дискомфорт у населения и, как следствие этого, потерю теплоты через открытые форточки и фрамуги окон. Устранить перетопы можно, регулируя пропусками подачу теплоты в системы отопления (отключая системы ЦО на некоторое время). Так возникает комбинированное регулирование нагрузок (рис. 6).                                                                                                                                       

Рисунок 6. График температуры воды в магистральных линиях теплосети при комбинированном регулировании

Продолжительность работы системы отопления n, ч, при регулировании пропусками определяется из выражения:

где Т_и - температура наружного воздуха в точке «излома» температурного графика; Т_в и Т_н - см. формулу (1).

По месту проведения регулирования различают центральное (на источнике - ТЭЦ, РТС, КТС), групповое (на ДТП, ИТП) и индивидуальное (местное). По способам - ручное и автоматическое. Если внимательно рассмотреть уравнение баланса между поступлением теплоты в теплоприемник и теплоотдачей его (1), то мы увидим:

где Q - подача теплоты в прибор, Вт, за время z, ч; G - подача горячей воды в прибор, кг/ч; с - теплоемкость воды, Вт/(кг·град); t₁ и t₂ - температура подаваемой и обратной воды в нагревательном приборе, град; Т_п - температура окружающей обогреваемой среды, °С; F - поверхность нагрева теплоприемника, м²; k - коэффициент теплопередачи теплоприемника Вт/(м² · ч · град); z - время, ч.

Для парового приемника имеем:

Здесь, кроме обозначений, принятых выше:

D - расход пара, кг/ч; Т - температура насыщения пара °С; ∆i - теплоиспользование пара, кДж/кг.

В водяных системах ЦТС на количество поступающей теплоты Q можно воздействовать разными путями - изменением температуры входящей воды t₁ (качественное регулирование), расходом воды G (количественное регулирование), временем подачи теплоты z (прерывистое регулирование), изменением поверхности нагрева теплообменника F (применяется редко).

В отечественном теплоснабжении наибольшее применение получил способ центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, при котором изменяется температура поступающей сетевой воды и остается неизменным ее расход. Этот метод позволяет работать с малым давлением пара в водоподогревателях ТЭЦ и дает при теплофикации значительную экономию топлива. Он легко осуществляется и сильно упрощает групповую и индивидуальную регулировку местных систем.

Количественное регулирование получило широкое применение в зарубежной практике теплоснабжения, у нас оно нашло частичное использование при групповом и местном регулировании систем и отдельных приборов. В последние годы получил распространение комбинированный метод качественно-количественного регулирования (см. рис. 6).

Регулирование временем натопа (или как его еще называют регулирование пропусками) получило ограниченное применение при центральном регулировании водяных сетей в теплый период отопительного сезона (когда сетевые насосы остановлены), так как при этом горячее водоснабжение и работа систем вентиляции прекращаются. При групповом и местном регулировании этот способ позволяет получать существенную экономию теплоты без указанных ограничений.

В паровых системах прерывистое групповое и местное регулирование являются основным методом регулирования паровых установок теплоснабжения.

Центральное и групповое регулирование производится в соответствии с режимными графиками, устанавливающими режим температуры и расхода воды в тепловых сетях и на абонентских вводах и позволяющими контролировать правильность эксплуатации и распределения теплоты между потребителями.

Для правильного регулирования большое значение имеет гидравлическая устойчивость местной системы. Под ней понимают способность отдельных теплоприемников системы сохранять установленный для них расход теплоносителя при изменении расхода другим теплообменником системы.

Гидравлическая устойчивость определяется отношением гидравлического сопротивления теплоприемника к гидравлическому сопротивлению распределительной сети: чем больше это отношение, тем выше и гидравлическая устойчивость системы.

Для повышения гидравлической устойчивости системы необходимо стремиться к повышению гидравлического сопротивления теплоприемников и понижению сопротивления тепловых сетей.

Системы с низкой гидравлической устойчивостью невозможно точно отрегулировать и трудно эксплуатировать, поэтому часто гидравлическую устойчивость приходиться повышать путем установки искусственных гидравлических сопротивлений перед теплоприемниками (проводить дросселирование-шайбирование систем), этому способствует также уменьшение сечений регулирующих органов, правильный подбор конусов в элеваторах, последовательное, а не параллельное, включение теплоприемников одного агрегата (подогревателей ГВС и др.).

В централизованных системах теплоснабжения (особенно в Теплосетях АО-энерго) сложилась определенная система разделения труда и ответственности персонала в процессе теплового регулирования. Так персонал станции отвечает за выполнение заявочного суточного графика по температуре подающей линии и за поддержание заданных напоров на коллекторах станции (в паровых системах — за соблюдение графика по давлению и температуре пара на выходе со станции).

Персонал района тепловых сетей, в оперативном подчинении которого находится дежурный персонал абонентов, контролирует и отвечает за параметры сетевого хозяйства - расходы теплоносителя в сети, температуру воды в обратных линиях, величину подпитки (в закрытых системах ЦТ), возврат конденсата на станцию.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях