На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

Влияние снижения температуры теплоносителя на работу системы отопления
Волов Г.Я.,
к.т.н. ООО “Энерговент”
В статье создатель пробует ответить на вопросец: как при помощи автоматики можно ослабить влияние практикуемого в текущее время понижения температуры теплоносителя внешной теплосети.
Часть I.Теоретические положения
Что принудило взяться создателя за перо (а поточнее за клавиатуру)? В данном случае - эт тяжелый разговор с теплоснабжающей организацией, в каком создатель пробовал защитить интересы потребителя, таковым образом, как он их осознает. Начнем с истории вопросца (закончившие ТГСВ могут пропустить этот абзац либо проверить познания создателя). Понятно, что крупная часть Минска обеспечивается теплом от ТЭЦ и районных котельных. Такое теплоснабжение именуется централизованным. Перед началом проектирования какого-нибудь сооружения проектант смотрел технические условия на теплоснабжение, в каких указывались характеристики воды в внешной теплосети, которыми он мог пользоваться при проектировании отопления собственного объекта. В Минске это звучало так: температура в подающей сети 150°С, температура в обратной сети 70 °С при внешной отопительной температуре –25 °С по графику ЦКР (центрального высококачественного регулирования, в предстоящем будем его именовать “старым” графиком ЦКР). Крайнее означало, что температура в теплосети будет изменяться в зависимости от внешной температуры по специальному графику, отражающему понижение теплопотерь объекта при потеплении. Традиционно, такие характеристики температур для внутренних систем отопления были очень значительны (не допускались СНиПом). Это принуждало снижать характеристики в личных тепловых пт на вводах в здание, к примеру, до графика 95-70 °С. Стандартно это делалось элеватором. Дальше на этот график подбирались нагревательные приборы, чтоб обеспечить компенсацию теплопотерь объекта. Мне тут чрезвычайно хотелось написать несколько формул, но я вспомнил реплику моей матери на этот счет: “Если вижу в статье формулы, то я закрываю статью, она мне неинтересна”. Потому в особенности любознательных отошлю в приложение к статье.
Таблица начальных данных и результатов расчета (отопительный график 105-70) Рассмотрение вопросца на определенном примере В качестве примера рассчитаем стояк 12-этажного жилого дома (варианты расчета приведены в таблице). Главным является график 150-70°С. Переход на график 110-49°С осуществляется без конфигурации расхода из внешной теплосети, переход же на график 130-70°С осуществляется с повышением расхода в 1.33 раза, а переход на график 120-70°С – в 1.6 раза. Разглядим рис.1, на котором приведены конфигурации температур внутреннего воздуха при графике внутренней сети 105-70°С и Тн=-25°С.
Рис.1 Температура внутреннего воздуха при графике 105-70°С, Тн=-25°С
График А охарактеризовывает изменение внутренней температуры при “старом” графике ЦКР (Ксм=1.29). Как лицезреем Тв - неизменная на каждом этаже и равна нормируемой. И все было бы отлично, если б не наступила пора экономить энергию. Стало понятно, что такие высочайшие характеристики теплоносителя внешной теплосети нам не потянуть (огромные теплопотери из-за плохой изоляции, перетопы из-за отсутствия автоматики в переходной период, перегрев воды на горячее водоснабжение и т.д.). Характеристики теплоносителя внешной теплосети стали падать. Поначалу это была просто срезка графика ЦКР, а позже вниз пошел и сам график. Заместо 150-70 он стал, к примеру, 110-49°С. Что случилось в домах смотри на рисунке 1 (график Б). Как видно начала падать температура в квартирах. По расчету она обязана была достичь 8°С. Такое понижение температуры вызывает дискомфорт. Чем больше величина отличия настоящей температуры от нормируемой – тем больше дискомфорт. Жильцы стали защищаться: клеить окна, заделывать вентиляцию, включать газ и электрообогреватели, рассверливать горловины элеваторов. Почти всем жильцам и обладателям спостроек удалось устранить напасть своими силами. Кому не удалось – стали жаловаться. Как разрешить возникшее техническое противоречие? Без детализированного рассмотрения вопросца можно отметить некие пути решения:
· возврат к “старому” графику ЦКР, но он пока не предвидится,
· переход на график 105-70°С на ТЭЦ приведет к такому росту расхода воды в теплосетях, что впору будет заняться сиим не теплосетям, а ведомству по чрезвычайным ситуациям,
· утепление собственного строения и из-за этого переход на низкотемпературную систему отопления - это самое драгоценное (но технически незапятнанное) по капитальным вложениям решение,
· повышение поверхности нагрева собственных отопительных устройств - довольно драгоценное не чрезвычайно технически незапятнанное решение, а то и просто грязное в прямом и переносном смыслах,
· у кого есть возможность - нужно бежать из системы централизованного теплоснабжения, а всем остальным отлично уже не будет, одеяла на всех не хватит и нужно только попытаться “урвать” его себе.
А что все-таки даст наиболее детализированное рассмотрение?
В данной статье мы стараемся именовать вещи своими именами. Потому поглядим снова на рис.1.
Попытаемся рассверлить сопло, но не взять больше воды с подачи (график В). Коэффициент смешения при всем этом падает с 1,29 до 1. Как лицезреем ситуация, хоть и некординально, но улучшается
.
Для того, чтоб ее поставить под контроль нужна установка трехходового смесительного клапана управляемого контроллером. В данном случае мы можем варьировать коэффициент смешения до 0 (графики Г, Д, Е). Улучшение ситуации в нашем случае относится к квартирам от 1 до 10 этажей. На 11-12 этажах вышло ухудшение. Не следует при всем этом забывать, что теплоснабжающая организация ограничила нам наибольший расход шайбой. Попытаемся договориться с теплосетями о переходе, хотя бы, на график 130-70, что равносильно увеличению наибольшего расхода на 33%. На рисунке 1 эта ситуация описывается графиком Ж. Ситуация очевидно улучшилась. Температура на крайнем этаже заместо 8°С добивается 12.5°С. Предстоящее улучшение ситуации на крайних этажах может быть при устройстве доборной термоизоляции либо повышении поверхности нагревательных устройств. Ситуация при увеличении поверхности нагревательных устройств (40% на стояк) приведена на графике И. На рис.2 приведены те же графики, но при внешной температуре -5°С.
Рис.2 Температура внутреннего воздуха при графике 105-70°С, Тн=-5°С
Автоматическое регулирование системы отопления В приложении к данной статье показано, что температура внутреннего воздуха зависит от графика температур внешной теплосети, коэффициента смешения, внешной температуры и симплекса a (см. приложение).
ИТП системы отопления может работать в ручном и автоматическом режимах. Под ручным режимом мы осознаем режим с неизменным коэффициентом смешения. Существует два главных метода (способа) работы системы в автоматическом режиме (рис.3). 1-ый способ – поддержание температуры консистенции по графику ЦКР (автоматическое управление без обратной связи). 2-ой способ – поддержание нормируемой температуры внутреннего воздуха в контрольном помещении (автоматическое управление с обратной связью). В сопоставлении с автоматизацией по температуре внутреннего воздуха 1-ый способ имеет последующие достоинства:
· нет зависимости работы системы отопления дома от “любимых” характеристик локального климата определенного жильца, у которого установлен датчик температуры внутреннего воздуха,
· ежели внешняя теплосеть соответствует графику ЦКР – расход воды из внешной теплосети величина неизменная.
· очень гибкое поддержание температуры воздуха в помещении в согласовании с требуемым графиком,
· наибольшая экономия энергии, из-за отсутствия в хоть какой момент времени перетопов,
· возможность нормально применять имеющийся график температур в внешной теплосети.
Часть II.Практические результаты
“Нет ничего практичнее неплохой теории” - обожал повторять Л.И.Брежнев. Но, как хороша наша теория? На это может ответить лишь практика. Нашему предприятию “Энерговент” представилась возможность проверить это на квартале жилых домов по ул. Плеханова (дома 52 и 56), в городке Минске. Для того, чтоб проверить теоретические положения, связанные с переменными расходом и температурой воды идущей на отопление строения, нужно сделать регулируемый тепловой пункт. Для данной цели нами были запроектированы, а потом смонтированы, регулируемые термо пункты на базе трехходовых регулирующих клапанов и насосов на подмешивании. В качестве трехходовых клапанов были использованы клапана компании Лэндис и Штефа (Германия), насосы белорусской компании Термоблок (НЦ 6.3/7.1) и контроллеры собственного производства СЭ-01.
Короткое описание системы теплоснабжения квартала Теплоснабжение квартала осуществляется от внутриквартального ЦТП по зависимой схеме. График температур в внешной теплосети 150-70°С и в местных системах отопления – 105-70°С. До реконструкции в ИТП домов квартала были установлены нерегулируемые элеваторные узлы, которые во время реконструкции были демонтированы. Схему узла опосля реконструкции см. на рис. 3. Всего от ЦТП по зависимой схеме снабжается теплом 4 жилых дома (общее количество ИТП - 15), детский сад и гараж. Крайние два объекта реконструкции не подвергались.
Способ 1. По графику ЦКР Способ 2. По температуре внутреннего воздуха
Условные обозначения Все жилые дома – 12-этажные, система отопления с нижней разводкой, однотрубная, проточная, без замыкающих участков. В качестве нагревательных устройств применены конвекторы типа “Комфорт”. Т.е. по граничным условиям схема подобна ситуации, описанной в части I истинной статьи.
Подробнее разглядим ИТП №1 (ближнее к ЦТП). Перегрузка на ИТП №1 при параметрах теплоносителя 150-70°С составляла 8.9 т/ч по внешной воде. Коэффициент смешения равен 1.29 для перехода на характеристики 105-70°С. Т.е. расход в местом контуре равен 20,3 т/ч. В предстоящем, замеры проведенные Теплосетями проявили, что наибольший расход внешной воды и в местном контуре составляет порядка 16 т/ч.
Автоматизация ИТП При реализации проекта мы употребляли оба способа автоматизации. Так как система до этого времени находится в отладочном режиме, было любопытно сопоставить их меж собой, чему будет посвящена последующая статья. Тут же мы проанализируем работу автоматизации по способу с поддержанием неизменной температуры в помещении и предложенную Теплосетями схему с неизменным коэффициентом подмешивании, реализованную на одном ИТП.
В базе автоматизации по этому способу лежит поиск нормируемой температуры внутреннего воздуха, по которому ведется регулирование. Почему эта величина не неизменная, не равна, к примеру, нормируемой 18°С? Оказывается, что в квартирах первых этажей, а конкретно в их размещены датчики температуры, наблюдается большой разброс температур (от 10 до 22°С). При этом этот разброс сохраняется и в случае, когда теплоноситель подаваемый в нагревательные приборы имеет схожую температуру. Это соединено сначала с тем, что в квартирах чрезвычайно разнится меж собой инфильтрация. Предотвратить ее можно лишь герметизацией окон, входных дверей, установкой пружин для автоматического закрытия дверей и т.д. В неких вариантах играет роль некорректная эксплуатация конвекторов (закрытия воздушных заслонок, сушка на конвекторах белья) и установка доп поверхностей нагрева. Понятно, что автоматизация не может ликвидировать отмеченные недочеты, но она обязана их учесть.
Как видно из результатов части 1 данной статьи – при понижении температурного графика должен наблюдаться перекос температур по стояку. На рис. 4 приведены данные по температурам в квартирах соответствующего подъезда, приобретенные при натурных замерах. Тут же приведен график приобретенный на теоретическом уровне. Как видно, в натуре перекос на верхнем этаже несколько ниже чем на первом. Это соединено, в первую очередь, с неучетом внутренних тепловыделений (по нашим данным жильцы могут безболезненно поднять температуру в квартирах на 2°С), а во вторых, из-за того, что жильцы верхних этажей, испытывающие больший недогрев, прибегают к таковым мерам, как полное закрытие вентиляции и усиление герметизации окон.
Рис. 4 Сопоставление расчетной и экспериментальной температур внутреннего воздуха
Вызывает энтузиазм работа систем отопления при наличии бытовых тепловыделений. На рис.5 приведены графики конфигурации разных характеристик (температур) на ИТП №1. Для пояснения отметим, что с 12 часов 27.12.99 по 14 часов 29.12.99 теплопункт работал в автоматическом режиме по температуре внутреннего воздуха (уставка 18°С). Таковой режим работы вызвал главные беспокойства Теплосетей, которые посещали дом только в дневное время, и лицезрели на сто процентов открытый клапан. Теплоснабжающая организация, проведя замеры, предложила установить неизменный коэффициент подмешивания. Таковой режим и наблюдается на рисунке с 14 часов 29.12.99. При этом коэффициент смешения определен и установлен самой теплоснабжающей организацией. Хотя в определенный момент это и привело к понижению расхода воды из внешной теплосети, в предстоящем в квартирах стал наблюдаться перетоп и температура поднялась до 21.5°С (нормируемая - 18°С). Из рисунка видно, что ежели объект находится в режиме регулирования, а не натопа (графики ИТП №1), при возникновении бытовых тепловыделений происходит понижение температуры подаваемой, а следовательно, и обратной воды. Под натопом мы осознаем режим работы системы отопления только на внешнем теплоносителе - без подмешивания. Таковой режим возможен, когда температура в контрольном помещении наиболее чем на 1°С ниже нормируемой. Все другие режимы – режимы регулирования, когда контроллер
рассчитывает нужную температуру теплоносителя, подаваемую в систему отопления. Бытовые теплопоступления начинаются в квартире приблизительно в 17 часов. Это приводит к резкому понижению температуры подаваемого теплоносителя. Как видно из графика, температура внутреннего воздуха остается неизменной. Но уже днем, приблизительно в 9 часов, начинается остывание квартир и поддержание температуры 18°С может быть лишь при полном открытии клапана. Это продолжается приблизительно до 17 часов.
Явление понижения расхода в ночное время наблюдается и на ряде ИТП квартала. Это приводит к перераспределению в ночное время воды с тех ИТП, которые размещены поближе к ЦТП и имеют завышенный напор к удаленным ИТП, недогреваемым из-за отсутствия требуемого напора на вводе (тут напор – читай расход).
О бедном коэффициенте смешения замолвим слово 1. Что же происходит с коэффициентом смешения в процессе автоматического регулирования?
2. Можно ли по коэффициенту смешения найти, что происходит с системой отопления?
3. Можно ли подобрать для системы таковой безупречный коэффициент смешения, установив который, не нужно было создавать автоматическое регулирование?
Сходу отметим, что система отопления, работающая в режиме автоматического регулирования по температуре внутреннего воздуха, не направляет внимания на значение коэффициента смешения. Коэффициент смешения для таковой системы быть может только ограничивающим фактором как сверху (наибольший расход из внешной сети), так и снизу (к примеру, малый расход по условию замерзания сети).
На вопросец, что происходит с коэффициентом смешения в процессе регулирования, ответить достаточно просто. Ответ таков: что происходит – то и происходит.
Лаконичный ответ на 2-ой вопросец: “ Да ”. Ежели температура в контрольном помещении ниже нормируемой (уставки), то коэффициент смешения будет стремиться к нулю. Рост коэффициента смешения говорит о том, что температура в помещении растет и нужно понизить температуру подающей воды в местной системе.
3-ий вопросец связан с требованиями Теплосетей установить значение коэффициента смешения не равное нулю. Т.е. перейти на режим имитации обычного и понятного элеваторного узла. То, что 1-го такового значения для системы нет – это понятно. В принципе, иметь на день два либо три коэффициента - может быть. Здание инерционно. Иной вопросец – как их поменять в течение суток, как их определять в зависимости от наружных критерий. Опыт Запада говорит о том, что здание можно топить временами. Традиционно деньком система отопления работает, а ночкой стоит. Но как это выполнить без автоматики я не знаю. А при наличии автоматики – для чего все это?
Разглядим, как изменялся коэффициент смешения в контрольном ИТП. На рис.6 приведен график конфигурации коэффициента смешения. Среднее значение коэффициента смешения за период регулирования составило 1.14, а в ручном режиме – 0.43. Снижение коэффициента смешения в ручном режиме привело к значимым перетопам. Как проявили расчеты, перерасход тепловой энергии при установке неизменного коэффициента подмешивания составил
9.8%.
Рис. 6 График конфигурации коэффициентов смешения
Напрашивается обычный вывод, давайте установим коэффициент смешения 1.14, и все будет отлично. Как видно из графика, для того, чтоб поддерживать температуру в помещении, коэффициент смешения в течение суток претерпевает значимые колебания (от 0 до 5.6). Выбор неизменного коэффициента смешения
постоянно приводит или к перетопам, или к недотопам.
Что будет, ежели в контрольной квартире включить обогреватель?
Как было отмечено выше, основным недочетом регулирования по способу внутренней температуры является мощное влияние случайных возмущений в контрольном помещении. Основными случайными возмущениями являются: включение обогревателя (остальные бытовые теплопоступления) и интенсивное долгое проветривание квартиры. Можем ли мы распознать и устранить эти возмущения. Да! Повсевременно отслеживая симплекс a , мы можем найти среднее значение данной величины. В случае, ежели величина текущего значения симплекса выше (ниже) среднего значения – ограничиваем это отклонение. Понимая при всем этом, что отклонение вызвано конкретно случайными возмущениями.
О гидравлических режимах Гидравлические режимы внешних сетей при наличии автоматического регулирования на ИТП – особенная задачка. Подступать к ним с меркой статических сетей (при наличии неизменного коэффициента подмешивания в ИТП) – провальная задачка. Наш опыт указывает, что нужно оговорить только наибольший расход из внешной теплосети, которым мы можем располагать. Ограничить его можно той же шайбой на вводе. На наш взор это не является наилучшим. В случае, ежели автоматизирован весь квартал, ограничение расхода можно делать на магистрали из ЦТП. Величина наибольшего расхода может зависеть от:
· пропускной возможности теплосетей,
· графика ЦКР.
В текущее время, из-за того, что график подвергается волюнтаристскому действию, установить этот наибольший расход не представляется вероятным. Оценочно порядок величины дела наибольшего расхода к расчетному по старенькому графику ЦКР должен составлять на сей день величину 1.6 (переход на график 120-70°С).
Для того, чтоб нормально работал узел с трехходовыми клапанами нужно:
· иметь регулятор перепада давления перед клапаном на основной полосы,
· перепад давления на основной полосы должен быть равен перепаду на обводной (подмешивающей) полосы,
· давление опосля клапана обязано обеспечить циркуляцию требуемого расхода воды в системе отопления.
Динамический режим работы внешной теплосети – неизученная задачка. Ясно, что чем больше ИТП подключено к ЦТП – тем меньше будет ощущаться неравномерность. Более тяжело обязана сказаться эта неравномерность на работе сетевых насосов. Какова амплитуда колебаний расхода, каковой градиент конфигураций, каковы характеристики теплосети как объекта регулирования. Непременно, что вопросец нуждается в чрезвычайно глубочайшем и суровом исследовании.
ВЫВОДЫ 1. Понижение температуры теплоносителя в внешних сетях постоянно приводит к понижению температуры (дискомфорту) в квартирах потребителей. Лишь с применением автоматизации ИТП возникает возможность сведения такового дискомфорта к минимуму.
2. По результатам работы выявлено, что температура внутреннего воздуха зависит от графика температур внешной теплосети, коэффициента смешения, внешной температуры и симплекса a (смотри приложение).
При понижении температур в внешной теплосети от графика, в целях ликвидации отрицательного влияния этого явления, т.е. для увеличения температур в квартирах, нужно:
· понизить коэффициент смешения,
· понизить значение симплекса a (повысить термическое сопротивление ограждающих конструкций либо повысить поверхность нагрева отопительной системы),
· снизить расчетный график температур в внешной теплосети.
3. Наилучшее изменение коэффициента смешения может быть лишь при внедрении автоматизированных узлов ввода.
4. При решении вопросца о устройстве доборной термоизоляции (повышении поверхности нагревательных устройств) - нужно выявлять места на здании (системе отопления) где нужно делать модификацию. Вопросец о выявлении таковых мест может быть решен с применением разработанной нами модели расчета, некие графики, из которой приведены в данной статье.
5. Понижение расчетного графика приводит к увеличению расхода воды из внешной теплосети. А размер этого роста зависит от способности теплосети и потому должен решаться с теплоснабжающей организацией.
Приложение S (Кст*Fст)*(Тн-Твi)= S ((Тi+Тi-1)/2-Твi), (1)
тут Твi – температура воздуха i-го помещения.
Ежели в этом уравнении обе части поделить на S (Кпр*Fпр), то получим
ai *((Тн-Тв)=((Тi+Тi-1)/2-Твi), (2)
где a i=( S (Кст*Fст)/ S Безразмерная величина a i охарактеризовывает качество i-го помещения с теплотехнической точки зрения. Уменьшение значения a i – основная задачка при теплотехнической реабилитации помещений. Достигнуть падения a i, как видно из формулы (3), можно за счет роста поверхности нагревательных устройств, или за счет роста термического сопротивления ограждающих конструкций.
Твi=F( a i, Тн, график, Ксм), (4)
Тут под “графиком” мы осознаем тот график 150-70 либо 130-70 и т.д. При этом смена графика приводит к изменению расхода теплоносителя из наружной сети, т.е. сам расход уже не является определяющей величиной.
Qтп= S (Кст*Fст)*(Тн-Тв), (5)
G1= S Qтп/(Т11-Т21), (6)
G2= S Qтп/(Т12-Т22), (7)
Ксм=(Т11-Т12)/(Т12-Т22), (8)
Условные обозначения Т11 - температура в подающей магистрали теплосети, °С,
Т21 - температура в обратной магистрали теплосети, °С,
Т12 - температура на входе в систему отопления, °С,
Т22 - температура на выходе из системы отопления, °С,
Тв – температура внутреннего воздуха (расчетная), °С,
Тн - температура внешнего воздуха, °С,
S (Кст*Fст) – сумма произведений коэффициентов теплопередачи ограждающих конструкций на их площадь,
S (Кп*Fп) – сумма произведений коэффициентов теплопередачи нагревательных устройств на их площадь,
a =( S (Кст*Fст)/ S (Кпр*Fпр )) – симплекс, характеризующий теплотехнические характеристики строения (помещения).
Информационный бюллетень "Энергия и Менеджмент".
Издание Январь-Март 2000 г.,