Центральное регулирование однородной тепловой нагрузки

В нашей и во многих других странах отопление в большинстве районов является основным видом тепловой нагрузки, а в некоторых случаях – единственной тепловой нагрузкой. Доля других видов тепловой нагрузки, например горячего водоснабжения и вентиляции, в период отопительного сезона обычно существенно ниже отопительной нагрузки. Поэтому в основу центрального регулирования часто закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха.

Центральное регулирование отопительной нагрузки. Задача регулирования состоит в поддержании расчетной внутренней температуры t_в.р в отапливаемых помещениях. Рассмотрим три теоретически возможных метода центрального регулирования отопительной нагрузки: качественный, количественный и качественно-количественный.

Качественное регулирование. Расчет качественного регулирования заключается в определении температуры воды в тепловой сети в зависимости от тепловой нагрузки при постоянном эквиваленте расхода теплоносителя в тепловой сети, т.е. при = 1. Теплоотдача нагревательных приборов должна соответствовать тепловым потерям через ограждающие конструкции зданий, т. е. через стены, окна, перекрытие верхнего этажа и пол первого этажа.

Для установившегося состояния должен соблюдаться тепловой баланс, т. е. равенство количеств теплоты, потерянной через ограждающие конструкции, переданной воздуху помещений сетевой водой и отданной нагревательными приборами.

Для систем водяного отопления с присоединением к тепловой сети через элеватор (рисунок 13) справедливы следующие уравнения температурных графиков для отопительной нагрузки.

Температура сетевой воды перед отопительной установкой

(54)

Температура воды после отопительной установки

(55)

Температура воды после смесительного устройства (элеватора)

(56)

где - температурный напор отопительного прибора при расчетном режиме, °С.

При отсутствии смешения на абонентском вводе , и уравнения (54) и (56) совпадают. Для обратной линии в этом случае уравнение (55) остается в силе.

Как видно из уравнений (54) и (55), температурные отопительные графики являются однозначной функцией . Эти графики для t_в.р=18 °С приведены на рисунке 16.

Рисунок 15 – Схема отопительного ввода со смесительным устройством

В случае принудительной циркуляции воздуха вдоль поверхности нагрева отопительных приборов (например, в отопительных агрегатах воздушного отопления) коэффициент теплопередачи остается практически постоянным независимо от температуры воды в приборе. Для этих условий температурные графики принимают вид прямых линий:

(57)

(58)

При независимой схеме присоединения отопительных установок сети уравнения температурных графиков записываются так:

. (59)

Поскольку , то

(60)

(61)

Поскольку , то

(62)

Количественное регулирование. При количественном регулировании температура воды в подающей линии остается постоянной, а отпуск теплоты регулируется изменением расхода воды из тепловой сети. Расчет количественного регулирования заключается в определении зависимости эквивалента расхода воды в сети и температуры обратной воды от тепловой нагрузки .

Для рассматриваемого метода регулирования при зависимой схеме присоединения отопительной установки const и =var.

Относительный эквивалент расхода воды определяется по уравнению

(63)

Температура воды в обратной линии тепловой сети определяется так

(64)

Уравнения (63) и (64) справедливы только при условии .

Как видно из формулы (64), температура обратной воды уменьшается при снижении тепловой нагрузки . При некотором значении тепловой нагрузки температура обратной воды достигнет температуры помещения .

Значение этой предельной тепловой нагрузки определяется по выражению

(65)

– относительная отопительная нагрузка при наружной температуре t_н, °С; – расчетный перепад температур в тепловой сети, °С; – расчетная температура наружного воздуха для отопления, °С; 1 – =25 °С; 2 – =40 °С; 3 – =50 °С; 4 – =60 °С; 5 – =70 °С; 6 – =80 °С; 7 – =-15 °С; 8 - =-20 °С; 9 - =-25 °С; 10 - =-30 °С; 11/ - =-35 °С; 12 - =-40 °С

Рисунок 16 – Температурные графики качественного регулирования

отопительной нагрузки

При уменьшении расхода воды будет снижаться и тепловая нагрузка, однако дальнейшее снижение расхода не вызовет понижения температуры обратной воды, так как вода не может быть переохлаждена в отопительном приборе ниже температуры помещения, т.е. при температура обратной воды . При снижение теплоотдачи происходит за счет выключения из работы части активной поверхности отопительных приборов вследствие заполнения их водой с температурой, равной температуре помещения.

На рисунке 16 приведен график количественного регулирования отопительной нагрузки. При построении этого графика расчетная температура обратной воды принята =70 °С; расчетный перепад температур в местных отопительных установках =25 °С; внутренняя температура помещений t_в.р=18 °С. График построен для различных расчетных температур воды в подающей линии 150, 130, 110 и 95 °С (номера линий 1, 2, 3 и 4 соответственно).

Для установок, в которых коэффициент теплопередачи нагревательных приборов не зависит от температурного напора (k=const), например для установок воздушного отопления, в (63) и (64) степень 0,8 при заменяется на 1,0, а в (65) степень 1,25 заменяется на 1,0.

В диапазоне постоянного расхода теплоты на вентиляцию температура обратной воды и расход воды остаются постоянными.

Качественно-количественное регулирование. Такое регулирование, как и все другие методы центрального регулирования, применимо для любой однородной тепловой нагрузки. Задача расчета качественно-количественного регулирования заключается в определении эквивалента расхода сетевой воды и ее температур и в зависимости от относительной расчетной тепловой нагрузки . Уравнения для расчета качественно-количественного регулирования отопительной нагрузки при имеют вид:

(66)

(67)

(68)

При различных значениях показателя m получаются различные законы изменения расхода воды в сети. Чем ближе m к нулю, тем меньше степень изменения расхода воды в сети при переходе от больших тепловых нагрузок к малым.

1- 150 °С, 2- 130 °С; 3 - 110 °С; 4 - 95 °С. Рисунок 17 – График количественного регулирования отопительной нагрузки ( =25 °С, tв.р=18 °С)

Можно выбрать такой закон качественно-количественного регулирования, при котором устраняется переменное влияние гравитационного перепада давлений на работу двухтрубной отопительной системы. Как показывает проведенное иссле-дование, при осуществлении качественно-количественного регулирования отопитель-ной нагрузки по закону m=0,33, т.е. при изменении расхода воды в сети пропор-ционально кубическому корню из отопи-тельной нагрузки, распределение расхода воды по высоте двухтрубной отопительной системы теоретически должно оставаться постоянным при любой тепловой нагрузке. На рисунке 18 приведены графики температур и расхода воды при качественно-количественном регулировании нагрузки при m=0,33.