О схемах зависимого подключения однотрубных систем отопления многоэтажных зданий к тепловым сетям

Размещено на http://www.allbest.ru/

О схемах зависимого подключения однотрубных систем отопления многоэтажных зданий к тепловым сетям

Необходимость внедрения АИТП (автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов) с отопительной нагрузкой вызывается, как попыткой снизить потребление тепловой энергии на отопление, так и применением теплоснабжающими организациями (в последние годы) пониженного графика ЦКР (центрального качественного регулирования).

Стоимость АИТП на порядок выше стоимости неавтоматизированных ИТП. Большинство заказчиков не привыкло нести такие расходы на устройство тепловых вводов и, часто, они не видят смысла в таких затратах. Поэтому трудности внедрения АИТП заставляют проектировщиков и подрядчиков искать более дешевые и конкурентоспособные схемные решения. И, как это часто бывает, забывается основная цель: "Ради чего, собственно, автоматика внедряется?". Перед началом широкого внедрения АИТП необходимо было ответить на следующие основные вопросы:

1. Какие главные недостатки существующих (неавтоматизированных) ИТП?

2. Какие недостатки должны быть ликвидированы за счет внедрения АИТП?

Главными недостатками существующих неавтоматизированных ИТП, на наш взгляд, являются:

1. Перетопы при нормальном температурном графике ЦКР (перетопы приводят к перерасходу потребления тепловой энергии).

2. Недотопы в холодный период при пониженном графике ЦКР (недотопы приводят к снижению температуры внутреннего воздуха относительно нормируемой).

Существует ряд схем зависимого подключения систем отопления к наружным тепловым сетям. Часть из этих схем основана на зарубежном опыте [1]. Это обоснованные наукой и практикой схемы. Другие схемы нашли применение из-за своей кажущейся простоты и дешевизны. Последние изложены, например, в книге [2].

Для сравнительного анализа выбраны наиболее распространенные и типичные схемы подключения.

Схема 1 (рис. 1). Типичная схема неавтоматизированного ИТП - простая элеваторная схема без автоматики.

Схема 2 (рис. 2). Схема с неавтоматизированным элеватором и регулирующим клапаном перед ним (регулирование по температуре внутреннего воздуха на 1 этаже). Эта схема создана в СССР, примерно лет 30 назад, но нашла широкое применение в Минске из-за своей дешевизны только сейчас. Регулирование в этой схеме может осуществляться и по графику ЦКР (по возмущению), но в анализе мы использовали метод регулирования по отклонению.

Схема 3 (рис. 3). Стандартная схема АИТП применяемая за рубежом - схема с 3-х ходовым клапаном и насосом (положение насоса не имеет принципиального значения) (регулирование по температуре внутреннего воздуха на 1-ом этаже). Такая схема предусматривается для модернизации тепловых пунктов многоквартирных домов в г. Рига [4]. Регулирование в этой схеме, как и в предыдущей, может осуществляться и по графику ЦКР (по возмущению), но в анализе мы использовали метод регулирования по отклонению. теплоноситель перетоп элеваторный

Как же сравнить между собой эти схемы? Натурный эксперимент вряд ли возможен. Поэтому обратимся к такому типу эксперимента, как компьютерное моделирование. Благодаря программе МОДЭН (версия 2.01) [3] появилась возможность легко и быстро проводить сложные компьютерные эксперименты, на проведение которых в натурных условиях требовалось много времени и денег. В качестве потребителя выберем 12-этажный жилой дом. Система отопления в нем однотрубная проточная (без замыкающих участков), с нижней разводкой (рис.22). Программа МОДЭН позволяет выбрать любой период расчета. Мы выбрали два периода расчета: период холодный - с 1 января и период переходный - с 1 апреля (каждый по двое суток).

Приведем основные исходные данные:

· нормальный график ЦКР - график температур теплоносителя наружной тепловой сети T11max=150°С - (со срезкой на 70 °С),

· пониженный график ЦКР - T11max=110°C (расход теплоносителя из наружной теплосети не ограничивается),

· перепад давления перед ИТП постоянен,

· график теплоносителя местной системы отопления 105-70 °С,

· расчетная тепловая нагрузка - 540 кВт,

· место расположения объекта - Минск,

· нормируемая температура воздуха в квартирах - 18°С,

· бытовые поступления от людей зависят от времени суток и составляют 150*N (Вт), где N =32, число жильцов на каждом этаже,

· технологические поступления составляют 2000 Вт для каждого этажа и тоже зависят от времени суток и коэффициента загрузки,

· шаг моделирования - 2 минуты,

· регулирование в схемах 2 и 3 осуществляется простым ПИД-регулятором,

· начальными условиями являются нулевые значения всех параметров, в том числе, температур внутреннего воздуха.

При моделировании температура наружного воздуха менялась в соответствии с графиками на рисунках 4 и 5.

Некоторые из параметров отображены на приведенных ниже рисунках. На рисунках 6-9 приведены графики изменения температур внутреннего воздуха для двух выбранных периодов (при нормальном графике). Графики изменения внутренней температуры условно можно разделить на две части: левая часть графика характеризует процесс натопа, а правая - регулярный режим. На этих рисунках видно, что нормируемая температура (линия 4) постоянна и равна 18°С. Отклонение он нее вверх - перетоп, а вниз - недотоп.

Подробно остановимся на анализе параметров, изображенных на рисунках 6-21. Нас интересовали при анализе только перетопы (недотопы) и неравномерность температур по этажам. Другие характеристики систем в этом анализе опускаются (надежность, стоимость, простота обслуживания и т.п.).

Условные обозначения на рисунках и в тексте (все рисунки представляют собой экраны программы МОДЭН)

1 - схема 1,

2 - схема 2,

3 - схема 3,

1_1(12) - схема 1, этаж 1(12),

2_1(12) - схема 2, этаж 1(12),

3_1(12) - схема 3, этаж 1(12),

4-нормируемое значение,

T11-температура подающего теплоносителя наружной тепловой сети,

Т21 -температура обратного теплоносителя наружной тепловой сети,

T12.N - температура подающего теплоносителя местной системы отопления, N-номер схемы ИТП,

T22.N - температура обратного теплоносителя местной системы отопления, N-номер схемы ИТП,

T12.N - температура подающего теплоносителя местной системы отопления, N-номер схемы ИТП,

Ксм - коэффициент смешения,

T11max - расчетная температура теплоносителя в подающей магистрали теплосети при наружной температуре для проектирования отопления.

Рис.1. Принципиальное отображение схемы 1.

Рис.2. Принципиальное отображение схемы 2.

Рис.3. Принципиальное отображение схемы 3.

Рис.4. Температура наружного воздуха для холодного периода.

Рис.5. Температура наружного воздуха для переходного периода

Рис.6. Температура внутреннего воздуха (холодный период, нормальный график ЦКР)

Рис.7. Температура внутреннего воздуха (переходный период, нормальный график ЦКР)

Рис.8. Температура внутреннего воздуха (холодный период, пониженный график ЦКР)

Рис.9. Температура внутреннего воздуха (переходный период, пониженный график ЦКР)

Рис.10. Температура теплоносителей ИТП (холодный период, нормальный график ЦКР)

Рис.11. Температура теплоносителей ИТП (переходный период, нормальный график ЦКР)

Рис.12. Температура теплоносителей ИТП (холодный период, пониженный график ЦКР)

Рис.13. Температура теплоносителей ИТП (переходный период, пониженный график ЦКР)

Рис.14. Расход сетевой воды ИТП (холодный период, нормальный график ЦКР)

Рис.15. Расход сетевой воды ИТП (переходный период, нормальный график ЦКР)

Рис.16. Расход сетевой воды ИТП (холодный период, пониженный график ЦКР)

Рис.17. Расход сетевой воды ИТП (переходный период, пониженный график ЦКР)

Рис.18. Теплопоступления в холодный период (нормальный график ЦКР)

Рис.19. Теплопоступления в переходный период (нормальный график ЦКР)

Рис.20. Теплопоступления в холодный период (пониженный график ЦКР)

Рис.21. Теплопоступления в переходный период (пониженный график ЦКР)

Рис.22. Схема 1 с системой отопления и таблицей параметров выделенного канала во время счета

Схема 1 (отображается линиями 1_1 и 1_12). Для схемы 1 характерно отсутствие неравномерности температур внутреннего воздуха по этажам. Поэтому линии температур, практически, совпадают. На старте идет интенсивный прогрев помещений (от нулевых начальных значений) - натоп. В ночное время и ранние утренние часы наблюдаются максимальные температуры воздуха в помещениях. Это связано с большими бытовыми теплопоступлениями от технологии и людей (см. рис. 18-21). В дневное время температура в помещениях падает - нет бытовых теплопоступлений. По мере прихода людей с работы и включения технологических аппаратов происходит рост температуры до его ночного максимума, а затем опять снижение. Этот цикл постоянно повторяется.

Расход воды во внутреннем контуре постоянен (из-за постоянного перепада давлений).

Недостатки. Большие перетопы в период нормального графика ЦКР и недотопы в период работы по пониженному графику в холодный период.

Достоинства. Отсутствие неравномерности температур по этажам.

Схема 2 (отображается линиями 2_1 и 2_12).

Для схемы 2 характерна высокая неравномерность температур по этажам, связанная с применением количественного регулирования. Если на 1 этаже поддерживается нормируемая температура, то на 12 появляется недотоп, особенно в вечернее и ночное время, когда велики бытовые теплопоступления. Регулирование.

Недостатки. Значительная неравномерность температур по этажам. Недотопы на верхних этажах.

Достоинства. Сравнительно небольшие перетопы.

Схема 3 (отображается линиями 3_1 и 3_12).

Для схемы 3 характерно отсутствие неравномерности температур по этажам. Следует отметить, что значительная неравномерность температур внутреннего воздуха по этажам может появиться и в этой схеме в случае неравномерности бытовых теплопоступлений. Это замечание надо иметь в виду при проектировании реальной автоматики.

Расход воды во внутреннем контуре постоянен (из-за постоянного перепада давлений и особенностей характеристик 3-х ходовых клапанов).

Для схемы 3 характерно повышение температуры обратного теплоносителя в сравнении со схемой 1 при пониженном графике ЦКР (рис.16, 17). Это не может служить показателем недостатка схема, а может лишь говорить об ее достоинствах в условиях произвола теплоснабжающих организаций.

Достоинства. Отсутствие перетопов и неравномерности температур по этажам.

Недостатки. Нет.

Сводка результатов приведена в таблицах 1 и 2. В результате рассмотрения таблиц получены некоторые, во многом неожиданные, выводы. Следует отметить, что эти выводы касаются только однотрубной проточной системы отопления многоэтажного здания, т.к. в иных случаях выводы могут оказаться иными (например, при малоэтажной застройке).

Таблица 1. Сводная таблица результатов (нормальный график ЦКР)

Таблица 2. Сводная таблица результатов (пониженный график ЦКР)

Выводы

1. Схемы с количественным (количественно-качественным) регулированием не применимы для зданий с однотрубными системами отопления, т.к. приводят к большой неравномерности температур внутреннего воздуха по этажам.

2. Наиболее предпочтительными являются схемы с 3-ходовыми смесительными клапанами.

3. Существующие системы с элеваторными узлами могут быть сохранены в том случае, если будут стабильным график ЦКР и не слишком высокие требования к энергоэффективности систем отопления.

Литература

1. Хоффманн В. Гидравлические подключения систем отопления.- Журнал АВОК, N 1/2, 1995, 38-41; N 3/4, 1995, 12-15.

2. Громов Н.К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей. - М.: Энергия, 1979. - 248 с.

3. Волов Г.Я. Играем в кубики, но не вместо работы. - Энергия и менеджмент, выпуск 2, 2000, 28-30.

4. Креслинь А.Я., Скоробогат А.Б. Недостатки теплоузлов многоквартирных жилых зданий в Риге и их модернизация. - Журнал АВОК, N6, 1999, 62-65.

Размещено на Allbest.ru