Справочник строителя | Автоматизация работы систем отопления

МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Мощность системы отопления зависит от внешних и внутренних условий, влияющих на формирование тепловых режимов отапливаемых помещений.

Внешние климатические условия определяются наружными климатическими параметрами, которые значительно изменяются как по географическому месту расположения (широта, долгота) объекта строительства, так и по временным параметрам - времени суток, периода года.

Для суточных колебаний температуры наружного воздуха характерно сохранение наиболее низких величин в ночные и утренние часы, когда требуется наиболее высокая тепловая мощность системы отопления. Значительно изменяются температуры наружного воздуха по месяцам отопительного периода. На рис. 1 представлен график изменения среднемесячных температур наружного воздуха за семь месяцев отопительного периода в климате Москвы по данным СНиП.

Рисунок 1. График изменения среднемесячных температур наружного воздуха за семь месяцев отопительного периода в климате Москвы

В нем для оценки расходов теплоты на работу систем отопления для различных климатических районов России приводятся данные по средним за отопительный период температурам наружного воздуха меньше и равным t_н ≤ 8 °С.

Для климата Москвы продолжительность отопительного периода определена в τ_от.пер= 213 суток (5112 ч) при средней за этот период температуре наружного воздуха t_{н.ср.от.пер} = -3,6 °С. Из графика на рис. 1 следует, что наиболее холодные дни и наибольшие нагрузки на систему отопления наблюдаются в январе, а наименьшие - в октябре. Отопительный период в Москве установлен в 7 мес. и по СНиП регламентируется в 213 суток. Изменение температур наружного воздуха по месяцам отопительного периода требует применения средств регулирования мощности отопительных систем.

При централизованном теплоснабжении от ТЭЦ в источнике производства тепловой энергии осуществляется качественное регулирование по температурному графику теплоснабжения. При повышении температуры наружного воздуха снижается начальная температура сетевой воды в подающем теплопроводе Т_wг1.

В разделе Расчет режимов отопления показано, что расчетная мощность систем отопления вычисляется по температурному перепаду (t_в - t_нх). Для расчетных параметров Б в климате Москвы перепад температур для расчета систем отопления составляет [20 - (-26)] = (20 + 26)= 46 °С.

Из графиков на рис. 1 видно, что в октябре средняя температура наружного воздуха t_{н.ср.мес} = + 4,2 °С. Следовательно, расчетный перепад, определяющий требуемую мощность системы отопления в октябре, составит: 20 - 4,2 = 15,8 °С. Отношением помесячных перепадов температур можно охарактеризовать требуемую степень снижения за отопительный период тепловой мощности системы отопления. Для климата Москвы это отношение составит: 46/15,8 = 2,9 раза.

На графике рис. 1 показаны также среднемесячные температуры наружного воздуха для мая t_{н.ср.от.пер} = +11,6 °С и для сентября t_{н.ср.от.пер} = +10,6 °С. Значения средних температур наружного воздуха выше +8 °С и поэтому эти месяцы года не входят в отопительный период. Однако длительное наблюдение показало, что в Москве в отдельные недели мая и сентября в ночные и утренние часы температура наружного воздуха приближается к 0 °С. Централизованное теплоснабжение в эти месяцы выключено и жильцы пользуются электронагревателями для поддержания комфортной температуры воздуха в помещениях.

Использование прямого электронагрева экономически дорого. Поэтому автономное теплоснабжение домов или квартир позволяет обеспечить тепловой комфорт независимо от графика централизованного теплоснабжения. В этом состоит одно из его преимуществ.

Данные о средних за отопительный период температурах наружного воздуха t_{нср.от.пер} и продолжительности отопительного периода позволяют проводить расчеты годовых расходов теплоты на работу системы отопления по формулам:
на компенсацию трансмиссионных теплопотерь через наружные ограждения:

на нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха:

теплопоступления от бытового и служебного оборудования:

Расчетные годовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию составят:

Покажем на примере определение упомянутых выше составляющих теплового баланса 10-этажного жилого здания в климате Москвы.

ПРИМЕР 1. Исходные условия: Десятиэтажное жилое здание в Москве имеет:

общую площадь наружных ограждающих конструкций F_н = 2673 м²;

площадь жилых помещений F_пом = 1488 м²;

площадь отапливаемых помещении F_пом,от = 2392 м²;

приведенное термическое сопротивление наружных ограждений R_пр = 2,26 м² · °С/Вт;

удельные тепловыделения в жилых комнатах примем q_т.выд = 10 Вт/м²;

кратность воздухообмена жилых помещений 3 м³ /(м² · ч);

продолжительность отопительного периода τ_от.пер = 213 суток при среднезимней температуре t_{н.ср.от.пер} = -3,6 °С.

Требуется: Определить трансмиссионные теплопотери, расход теплоты на подогрев санитарной нормы воздуха, суммарный годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию здания, удельные показатели (сравнить их с нормативными).

Решение: 1. По формуле (1) вычисляем расход теплоты системой отопления на компенсацию трансмиссионных теплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания:

2. Вычисляем санитарную норму приточного наружного воздуха L_п.н в жилые помещения: L_п.н = F_пом · 3 = 1488 · 3 = 4464 м³/ч.

3. По формуле (2) вычисляем расход теплоты на подогрев санитарной нормы приточного наружного воздуха до комнатной температуры t_вн = +20°С:

4. По формуле (3) вычисляем суммарные тепловыделения

5. По формуле (4) вычисляем расходы теплоты на функционирование системы отопления:

6. Вычисляем удельный расход теплоты в системе отопления жилого 10-этажного здания:

7. Сравним полученный показатель удельного расхода теплоты в системе отопления 10-этажного жилого здания с нормативным показателем по МГСН:

Показатель энергетической эффективности здания вычисляется по формуле:

По формуле (5) для рассматриваемого здания получим:

По данным табл. 1 полученный показатель характеризует стандартную категорию энергетической эффективности здания.

Таблица 1. Классы энергетической эффективности зданий  

Для повышения энергетической эффективности функционирования системы отопления, организации устойчивого воздушного режима в здании, повышения санитарно-гигиенических качеств создаваемого в жилых помещениях микроклимата, применим в 10-этажном жилом доме систему организованной приточно-вытяжной вентиляции с включением в нее установки утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха.

Оценим на примере 2 энергоэффективность такого решения.

Примем показатель теплотехнической эффективности установки утилизации θ_ty = 0,4 и температуру вытяжного воздуха из кухонь и санузлов t_y1 = +24 °С. Находим температуру приточного наружного воздуха после установки утилизации при средней температуре наружного воздуха по формуле:

ПРИМЕР 2. Исходные условия: В жилом здании по примеру 1 применяется приточно-вытяжная система вентиляции с θ_ty = 0,4 и t_y1 = 24 °С.

Требуется: Определить годовой расход теплоты на годовое функционирование системы отопления совместно с приточно-вытяжной вентиляцией и сделать вывод об энергоэффективности принятого решения.

Решение: 1. По формуле (6) вычисляем температуру приточного наружного воздуха после установки утилизации:

2. По формуле (2) вычисляем расход теплоты на догрев санитарной нормы приточного наружного воздуха:

3. По формуле (4) вычисляем годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию здания:

4. Вычисляем удельный годовой расход теплоты в системе отопления и организованной вентиляции жилого 10-этажного здания:

5. Сравниваем полученный удельный показатель расхода теплоты с нормируемым по МГСН по формуле (5):

Вывод: По данным табл. 3.6 МГСН 2.01-99 полученный показатель характеризует повышенную энергоэффективность здания.

Полученные результаты о годовых расходах теплоты в системах отопления и вентиляции 10-этажного жилого дома могут быть получены при условии реализации автоматического регулирования системы отопления в ЦТП, как это показано на схеме рис. 7.1. Датчик контроля температуры наружного воздуха 3 через регулирующий прибор РУНТ 312 осуществляет автоматизацию работы системы отопления здания в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Изменения температуры наружного воздуха t_н характерны и для суточного режима работы системы отопления. На рис. 2 показаны графики суточного хода температур наружного воздуха в январе (кривая 1) как наиболее холодного зимнего месяца и в марте (кривая 2), когда отмечается много солнечных дней.

Рисунок 2. График изменения за сутки температуры наружного воздуха в два месяца отопительного периода: 1 - в январе; 2 - в марте

Кривая 1 показывает, что расчетная температура наружного воздуха в климате Москвы по параметрам Б (t_нх = -26 °С) наблюдается в ночные часы и требуемая тепловая мощность системы отопления будет наибольшей. В дневные часы температура наружного воздуха повышается до -15 °С, что требует пропорционального повышению температуры t_н снижения тепловой мощности системы отопления. Наиболее быстро снижение тепловой производительности системы отопления достигается автоматическим сокращением подачи в водо-водяной теплообменник 1 горячей воды из сети теплоснабжения по команде датчика 3 (см. рис. 7.1). Соответствующий импульс поступает на управляющее устройство РУНТ 312, от которого следует команда на автоматический клапан сокращения расхода горячей сетевой воды. Следовательно, на ИТП автоматическое изменение тепловой мощности системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха осуществляется методом количественного регулирования расхода теплоносителя из теплосети.

По правилам поставки теплоты от ТЭЦ центральное регулирование температуры сетевой воды осуществляется не чаще двух раз в сутки. Из графиков на рис. 2 видно, что суточное изменение тепловой мощности системы отопления требуется проводить непрерывно. Это позволит обеспечивать теплотой системы отопления в соответствии с реальными условиями изменения температур наружного воздуха.

В административных и общественных зданиях экономия энергии на работу систем отопления достигается применением регулятора «Минитерм 400.22.74» (МЗТА). Применение этих регуляторов позволяет экономить тепловую энергию методами снижения температуры в ночные часы, когда нет людей на рабочих местах.

На рис. 3 показан график изменения температур воды в системе отопления в ночные часы. В регулятор «Минитерм 400.22.74» встроен таймер-календарь. В 21 ч в среду, когда в служебных помещениях нет людей, происходит снижение температуры t_в до 10-11 °С в соответствии с заданной программой, которая автоматически корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха. В 4 ч утра в четверг автоматический регулятор выполняет программу подъема температуры горячей воды до значений, при которых работа системы отопления к 7 ч утра, за час до прихода в помещение служащих, восстановит температуру воздуха в помещениях до комфортного уровня t_в = +20 °С.

Рисунок 3. График суточного изменения тепловой мощности системы отопления, программа которого автоматически контролируется в зависимости от температуры наружного воздуха и времени суток

Длительность времени снижения dτ и проведения натопа автоматически корректируется в зависимости от t_н.

В выходные и праздничные дни в служебных помещениях нет людей и можно снижать температуру t_в до более низких значений, чем в ночные часы рабочих дней. На рис. 4 показан график снижения тепловой мощности системы отопления за двое суток выходных дней (суббота и воскресенье).

Рисунок 4. График изменения тепловой мощности системы отопления в субботу и воскресение (выходные и праздничные дни)

Регулятор «Минитерм 400.22.74» может быть подключен к ЭВМ с показом мнемосхем узлов ИТП и системы отопления. Это позволяет осуществлять одновременный просмотр, контроль и управление отдельными узлами системы теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения здания.

Внешнее влияние на работу системы отопления оказывает и солнечная радиация. Интенсивность солнечной радиации на остекленные части наружных ограждений зданий зависит от ориентации остекления по сторонам света, времени года и суток. Воздействие солнечной радиации на помещения здания наиболее эффективно учитывать по условиям формирования теплового режима в каждом помещении. Регулирование мощности отопительной системы по особенностям изменения внутреннего теплового режима проводится методом регулирования отопительных приборов в каждом помещении.

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях