Тема занятия 8. Регулирование отпуска теплоты.

Тепловые нагрузки жилых, общественных и промышленных зданий непостоянны и имеют свои закономерности изменения во времени. Так, сезонные тепловые нагрузки – отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха – в основном зависят от изменения температуры наружного воздуха и характеризуются значительными колебаниями в течение суток. Круглогодовые тепловые нагрузки – горячее водоснабжение и технологическая нагрузка промышленных предприятий, наоборот, почти постоянны во времени года, но испытывают значительные колебания во времени суток. Таким образом, каждый вид тепловой нагрузки требует определенного режима отпуска теплоты во времени в строгом соответствии с потребностью в данный момент.

Искусственное изменение отпуска теплоты системы теплоснабжения в соответствии с потребностью присоединенных к этим системам абонентов называется регулированием отпуска теплоты. Регулирование отпуска теплоты в точном соответствии с потребностью в нем является важным народнохозяйственным мероприятием, так как обеспечивает: экономию теплоты и топлива; повышение качества теплоснабжения для более полного удовлетворения требований санитарно-гигиенического режима жилых и общественных зданий и теплового режима технологических аппаратов промышленных предприятий.

В системах централизованного теплоснабжения регулирование отпуска теплоты может бытьцентральным, осуществляемым на ТЭЦ или в районных котельных, групповымна ЦТП, местным в МТП и индивидуальным непосредственно у теплопотребляющих приборов ИТП. При таком ступенчатом регулировании обеспечивается наибольшая экономия теплоты и наилучшее качество теплоснабжения.

Сочетание центрального, группового и местного регулирования позволяет удовлетворять различные по характеру тепловые нагрузки одним теплопроводом.

При центральном качественном регулировании в системах теплоснабжения с преобладающей (более 65 %) жилищно-коммунальной нагрузкой следует принимать регулирование по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. При тепловой нагрузке жилищно-коммунального сектора менее 65 % от суммарной тепловой нагрузки и доле средней нагрузки горячего водоснабжения менее 15 % от расчетной нагрузки отопления- регулирование по нагрузке отопления.

В обоих случаях центральное качественное регулирование отпуска теплоты ограничивается наименьшими температурами воды в подающем трубопроводе, необходимыми для подогрева воды, поступающей в системы горячего водоснабжения потребителей:

для закрытых систем теплоснабжения - не менее 70°С;

для открытых систем теплоснабжения - не менее 60°С.

Для раздельных водяных тепловых сетей от одного источника теплоты к предприятиям и жилым районам допускается предусматривать разные графики температур воды: для предприятий - по нагрузке отопления; для жилых районов - по совместной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

Способы регулирования отпуска теплоты основаны на тепловом балансе между количеством теплоты Q, отданным греющей средой, и тем же количеством теплоты, полученным нагреваемой средой

, (1.1)

где с - удельная теплоемкость теплоносителя, кВт/(кг⁰С); G - расход теплоносителя, кг/ч; dt - разность температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, ⁰С; n - число часов работы теплообменника; k - коэффициент теплопередачи теплообменника, кВт/(м²ч град); F - поверхность нагрева теплообменника, м²; Dt - температурный напор теплообменника ⁰С.

Из уравнения (4.1) видно, что принципиально возможны способы регулирования отпуска теплоты каждым из указанных параметров.

Однако широкие возможности для регулирования тепловой нагрузки дает только способ изменения температурного напора Dt, который равен разности среднеарифметических температур греющей и нагреваемой сред

, (1.2)

где t₁,t₂ – температуры теплоносителя соответственно в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, ⁰С; t₁,t₂– температуры нагреваемой среды соответственно до и после теплообменника, ⁰С.

Температуры нагреваемой среды являются заданной величиной. Поэтому регулирование тепловой нагрузки возможно только изменением среднеарифметической температуры греющей среды .

Если греющая среда – пар, то изменение ее среднеарифметической температуры требует изменения давления пара в широких пределах, что неудобно и не всегда возможно. Поэтому для регулирования отпуска тепла иногда применяют местное регулирование, изменяя число часов работы теплообменника n. Такой режим получил название регулирования «пропусками» или прерывистое.

Более широкие возможности для регулирования тепловой нагрузки возникают в том случае, если теплоноситель – вода. При этом средняя температура теплоносителя регулируется следующими способами:

качественным – отпуск теплоты регулируется изменением температуры теплоносителя на входе в приборы при постоянном количестве (расходе) теплоносителя, циркулирующего через приборы;

количественным – отпуск теплоты регулируется изменением расхода теплоносителя при постоянной температуре на входе в приборы;

качественно-количественным – отпуск теплоты регулируется изменением расхода теплоносителя, так и его температуры на входе в приборы.

Температура теплоносителя на выходе из приборов зависит не только от температуры на входе в них, но и от расхода теплоносителя. Поэтому при каждом из указанных методов температура на выходе из приборов является переменной на всем протяжении отопительного периода.

Обычно названные способы применяют в сочетании центрального, группового и местного регулирования. Наиболее широкое применение получило центральное качественное регулирование отпуска теплоты совместно с групповым и местным количественным регулированием в ЦТП и МТП. Это объясняется следующими причинами:

центральное качественное регулирование более экономично, так как в этом случае выработка электроэнергии на базе теплового потребления, как правило, выше;

стабильность теплового и гидравлического режимов двухтрубных отопительных систем, присоединенных к тепловой сети по зависимой схеме, при центральном количественном методе более высокая.

Количественное регулирование обеспечивает хорошее качество теплоснабжения и экономически выгодно лишь для отопительных систем промышленных зданий незначительной высоты с большим расчетным перепадом давлений. Для таких систем увеличение влияния гравитационного напора на распределение теплоносителя при снижении расхода воды невелико, поэтому мала вертикальная разрегулировка систем отопления, достигающая в высоких зданиях при количественном регулировании значительной величины.

Применение для указанных выше систем количественного регулирования обеспечивает вполне удовлетворительное качество теплоснабжения и экономию электроэнергии на перекачку теплоносителя. Однако в связи с тем, что при централизованном теплоснабжении режим регулирования отпуска теплоты должен одновременно удовлетворять всех разнохарактерных абонентов города, центральное количественное регулирование применения не нашло.

Если тепловая сеть обладает повышенной гидравлической устойчивостью, то может использоваться третий метод – центральное качественно-количественное регулирование с плавным или ступенчатым изменением расхода теплоносителя.

В большинстве открытых систем теплоснабжения двухтрубная тепловая сеть удовлетворяет не только сезонную тепловую нагрузку, но и круглогодичную. При этом появляется необходимость применения разнообразных методов центрального регулирования. Режим отпуска теплоты в открытых системах теплоснабжения дает возможность применения большего числа методов регулирования, чем в закрытых системах.

Центральное качественное регулирование отпуска теплоты производится по характерной отопительной нагрузке.

На основе теории тепловых характеристик теплообменников получены следующие формулы для определения:

- температуры воды в подающем трубопроводе

t_о1=t_i+(t^¢_пр-t_i) +(t^¢_o1-t^'_пр)´ , ^oC (1.3)

- температуры воды в обратном трубопроводе тепловой сети

t_о2=t_о1-(t^¢_о1-t^¢_о2)´ , ^оС (1.4)

- температуры воды в подающем трубопроводе после элеватора

t_см=t_о1-(t^¢_о1-t^¢_см)´ , ^оС (1.5)

где -относительный тепловой поток на отопление;

t¢₀₁, t¢_о2, t¢_см -расчетные параметры теплоносителя в подающем, обратном трубопроводах тепловой сети и в подающем трубопроводе местной системы отопления; t_i -температура внутреннего воздуха в помещении; t¢_пр=0,5(t¢_см+-t¢₀₂)- средняя температура в отопительном приборе.

Каждой температуре наружного воздуха на протяжении отопительного периода соответствуют определенные значения температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети t₀₁, t_о2, и в подающем трубопроводе местной системы отопления t_см. Значения температур теплоносителя в координатах (t- t_н) приводятся на рис 2.2б и носят название отопительного температурного графика. Минимальная температура горячей воды в подающем трубопроводе должна быть постоянной и равной 60°С.

В температурном графике подающего трубопровода появляется срезка графика, т.е. точка излома температурного графика в диапазоне наружных температур от t_н =+8°С до t²_н. В этом диапазоне наружных температур осуществляется местное регулирование отпуска теплоты, а температурный график называется комбинированным.

Регулирование отпуска теплоты на отопление в данном случае имеет два диапазона: регулирование местное при постоянной температуре воды в тепловой сети (от t_н=+8°С до t²_н) и центральное качественное регулирование (от t²_н до t¢_о).

Расход сетевой воды на отопление определяется

, кг/с (1.6)

где -тепловой поток на отопление в мВт; с- теплоемкость воды-4,19 кдж/(кг°С).

Графики регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке приводится нарисунке 1.

Рисунок 1. Графики теплового потока (а), температурный (б), и расхода сетевой воды (в) при комбинированном регулировании отопительной нагрузки.

МР - местное регулирование; ЦКР – центральное качественное регулирование

Рекомендуемая литература.

Осн. 1 [111-121], 2 [101-105]; 3 [83-87];

доп. 4 [153-165], 5 [33-40], 7 [91-93, 97-99].