На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Наука для практики

01.07.2009 Выбор оптимальных параметров при проектировании установок с независимым присоединением систем отопления

 

Выбор оптимальных параметров при проектировании установок с независимым присоединением систем отопления

 

Установки с независимым присоединением систем отопления получают в последнее время все большее распространение в системах теплоснабжения. Причиной послужило повышение требований к надежности и качеству теплоснабжения, а также увеличение объемов строительства зданий повышенной этажности.

 

При независимой схеме присоединения абонентские установки гидравлически изолированы от внешних тепловых сетей. Благодаря этому в аварийных ситуациях повышение давления в обратной линии сети не передается на отопительные системы, которые имеют наименьшую механическую прочность из всех элементов систем теплоснабжения.

При такой схеме присоединения проще всего дополнить центральное качественное регулирование отпуска теплоты местным количественным.

Нужно помнить и то, что в зданиях повышенной этажности статический напор в системе отопления превышает установленный для системы теплоснабжения. В этом случае присоединение системы отопления к тепловой сети по независимой схеме становится самым оптимальным вариантом.

Основные параметры абонентского ввода с независимым присоединением системы отопления, т. е. площадь поверхности нагрева подогревателя для системы отопления и расходы теплоносителей – греющего (сетевая вода) и нагреваемого (вода, циркулирующая в системе отопления), – определяются температурами, принятыми при расчете подогревателя системы отопления. Однако действующие нормативно-технические документы [1] не дают однозначной рекомендации при выборе необходимых для расчета температур. Согласно [1] расчет можно производить при температурах теплоносителей, соответствующих либо расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, либо при температуре наружного воздуха в точке излома температурного графика tН.

Обычно площадь поверхности нагрева подогревателя для системы отопления определяется при расчетной температуре наружного воздуха tРО. Это связано с тем, что в технических условиях на теплоснабжение, как правило, указываются расчетные температуры сетевой воды в подающей τ1 и обратной τ2 тепломагистралях. Однако зачастую значения τ1 и τ2, указанные в технических условиях, не соответствуют утвержденному температурному графику качественного регулирования отопительной нагрузки. Например, для системы централизованного теплоснабжения г. Гомеля от теплоисточников РУП «Гомельэнерго» утвержден график с расчетными температурами 130/70 °С [2], а в выдаваемых «Гомельскими тепловыми сетями» технических условиях указаны τ1 = 150 °С и τ2 = 70 °С. Такое несоответствие негативно сказывается на условиях теплообмена в подогревателе: рассчитанный по данным технических условий, он эксплуатируется по утвержденному температурному графику.

Кроме того, применение поверхностного подогревателя для подключения системы отопления к тепловой сети с сохранением традиционных расчетных температур теплоносителя в системе отопления (температура в подающем трубопроводе двухтрубной системы отопления τО1 = 95 °С, температура в подающем трубопроводе однотрубной системы отопления τО1 = 105 °С [3], температура в обратном трубопроводе системы отопления τО2 = 70 °С) автоматически ведет к повышению температуры сетевой воды, покидающей подогреватель τП2 (для обеспечения температурного напора на «холодном» конце подогревателя ΔtМ). Все эти процессы влияют также на повышение удельного расхода циркулирующей воды в тепловой сети.

Относительное увеличение расхода сетевой воды по сравнению с зависимым присоединением системы отопления в зависимости от величины ΔtМ можно определить по формуле:

 

(1)

где Gτ = 70 – расход сетевой воды при зависимом присоединении системы отопления;

G – расход сетевой воды при независимом присоединении системы отопления;

Q – расчетная тепловая нагрузка системы отопления;

c – теплоемкость воды.

Полученные из (1) зависимости tМ) при значениях τ1 = 150 и 130 °С, τО1 = 95 °C и τО2 = 70 °C представлены на рис. 1.

Согласно [1, 4, 5] температурный напор на «холодном» конце подогревателя ΔtМ = τП2 – τО2 рекомендуется принимать в диапазоне от 5 до 10 °С. Принятие величины ΔtМ при расчете должно основываться на анализе изменения стоимости и массогабаритных характеристик подогревателя при изменении ΔtМ для продукции конкретного производителя. Например, для пластинчатых теплообменников производства ПО «Термоблок» влияние ΔtМ на стоимость (на апрель 2009 г.) и основные характеристики подогревателя для абонентского ввода с расчетной тепловой нагрузкой отопления QО = 1 МВт показаны в таблице при τО1 = 95 °С, τО2 = 70 °С и значениях расчетной температуры сетевой воды в подающей тепломагистрали 150 и 130 °С.

Таблица

Влияние расчетного перепада температур на «холодном» конце подогревателя ΔtМ на стоимость и основные характеристики пластинчатого подогревателя производства ПО «Термоблок»*

Расчетный перепад температур DtМ, °С

Стоимость, млн руб. (апрель 2009 г.)

Количество пластин, шт.

Коэффициент теплопередачи, Вт/(м2•°С)

Масса, кг

t1 = 150 °C

5

13,46

79

2 559,5

577

10

10,57

53

3 462,6

509

t1 = 130 °C

5

18,37

123

2 172,4

691

10

10,79

55

3 844,8

514

15

9,67

45

4 033,1

490

* Для абонентского ввода с расчетной тепловой нагрузкой отопления 1,0 МВт при tО1 = 95 °C, tО2 = 70 °C и расчетной температуре в подающей магистрали теплосети t1 150 и 130 °С.

 

Нередко при проектировании абонентского ввода с независимым присоединением системы отопления данный нюанс остается без внимания. Опросный лист для расчета подогревателя на фирме-производителе в этом случае заполняется проектировщиком с указанием одинаковых температур воды в обратном трубопроводе системы отопления, поступающей в подогреватель, и покидающей его сетевой воды (τО2 = τП2 = 70 °С). Это ставит в затруднительное положение разработчиков теплообменного оборудования, т. к. данное равенство противоречит законам термодинамики, а значение расчетного перепада температур на «холодном» конце подогревателя ΔtМ оказывает значительное влияние на его площадь поверхности нагрева. Относительное изменение площади поверхности нагрева подогревателя в зависимости от величины ΔtМ можно определить по формуле:

 

(2)

где  – относительное изменение площади поверхности нагрева подогревателя;

F10 – площадь поверхности нагрева подогревателя при ΔtМ = 10 °С;

F – площадь поверхности нагрева подогревателя;

QO – расчетная тепловая нагрузка системы отопления;

k – коэффициент теплопередачи;

Δtср(10) = (τ1 – τО1) – 10 / ln((τ1 – τО1) / 10) – средняя разность температур греющего и нагреваемого теплоносителей при ΔtМ = 10 °С;

Δtср(10) = (τ1 – τО1) – ΔtМ / ln((τ1 – τО1) / ΔtМ) – средняя разность температур греющего и нагреваемого теплоносителей.

Полученные из (2) зависимости tМ) при значениях τ1 = 150 и 130 °С, τО1 = 95 °С и τО2 = 70 °С представлены на рис. 2.

Иногда при расчете площади поверхности нагрева подогревателя допускаются более грубые ошибки. Например, уменьшается расчетная температура воды в обратном трубопроводе системы отопления τО2 с сохранением на прежнем уровне либо с равноценным уменьшением расчетной температуры в подающем трубопроводе системы отопления τО1. Работа системы отопления по измененному таким образом температурному графику (уменьшение τО2 и сохранение на прежнем уровне τО1) приведет к нарушению теплового режима и гидравлической разбалансировке системы отопления.

Нарушение теплового режима в данном случае связано с уменьшением расчетной теплопроизводительности системы отопления QСО. Например, при уменьшении τО2 с 70 до 65 °С относительное изменение расчетной теплопроизводительности двухтрубной системы отопления составит:

 

(3)

где QСО (95/65), QСО (95/70) – соответственно расчетная теплопроизводительность системы отопления при работе по температурному графику 95/65 °С и 95/70 °С;

tвн (95/70) = 18 °С – расчетная температура воздуха внутри помещений;

k – коэффициент теплопередачи отопительных приборов;

F – площадь поверхности нагрева отопительных приборов.

Для поддержания расчетной температуры внутри помещений tвн расчетная теплопроизводительность системы отопления QСО должна компенсировать расчетные теплопотери здания QТП. Исходя из баланса между QСО и QТП относительное изменение расчетных теплопотерь здания QТП будет равно относительному изменению расчетной теплопроизводительности системы отопления . В таком случае получится следующее:

 

(4)

где tвн (95/65) – расчетная температура воздуха внутри помещений при сокращении расчетной теплопроизводительности системы отопления;

tРО – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления (для Гомеля tРО = –24 °С);

V – строительный объем здания;

q – удельные тепловые потери здания.

tвн (95/65) = 0,96(tвн (95/70) – tРО) + tРО.

(5)

Для климатических условий г. Гомеля значение tвн (95/65) составит 16,3 °С. Таким образом, изменение τО2 с 70 на 65 °С в климатологических условиях города вызовет уменьшение температуры внутри помещений при температуре наружного воздуха tРО = –24 °С на 1,7 °С.

Гидравлическая разбалансировка в данной ситуации связана с уменьшением расчетного расхода циркулирующей в системе отопления воды и его непропорциональным перераспределением между отопительными приборами.

В этом случае для нормального функционирования системы отопления потребуются ее модернизация, включающая установку дополнительных нагревательных приборов, а также гидравлическая переналадка.

Такая ситуация при расчете подогревателя для системы отопления отчасти связана с отсутствием в утверждаемом температурном графике данных о температуре сетевой воды, покидающей подогреватель, для системы отопления τП2 в зависимости от температуры наружного воздуха tН. Включение этих данных в выдаваемые технические условия позволило бы избежать затруднений, связанных с определением ΔtМ, и способствовало бы объективному выбору подогревателя для системы отопления того или иного производства в зависимости от его стоимости и массогабаритных характеристик.

Также технические условия должны отражать утвержденные температурным графиком расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды. Однако фактические температуры прямой сетевой воды в области низких температур наружного воздуха зачастую не соответствуют аналогичным значениям даже по утвержденным температурным графикам с директивно сниженным против проектного графика значением температуры прямой сетевой воды. Это вынуждает принимать в проекте при расчете подогревателя τ1 температурные значения на уровне от 100 до 120 °С. Причем конкретное значение τ1 принимается на субъективных основаниях проектировщика. Подобная ситуация затрудняет объективную оценку в отношении выбора подогревателя конкретного производителя.

Данных недостатков при подборе подогревателя для системы отопления можно избежать, если производить расчет при температурах теплоносителей, соответствующих температуре наружного воздуха в точке излома температурного графика t ’Н. Кроме того, именно этому режиму соответствует наименьшее значение коэффициента теплопередачи подогревателя k. В соответствии с [6] площадь поверхности нагрева подогревателя должна обязательно проверяться при температуре наружного воздуха в точке излома температурного графика tН. Результаты расчетов показывают, что расчетная площадь поверхности нагрева, обеспечивая требуемую температуру внутри помещений tВН при расчетной наружной температуре, недостаточна при повышенных наружных температурах [6].

 

Выводы

 

1. По результатам методического решения сформированы рекомендации для выбора оптимальных параметров при проектировании установок с независимым присоединением систем отопления.

2. Расчет площади поверхности нагрева подогревателя для системы отопления при температурах теплоносителей, соответствующих температуре наружного воздуха в точке излома температурного графика t ’Н, является наиболее точным и адекватным сложившимся условиям функционирования систем теплоснабжения.

3. Принятие величины температурного напора на «холодном» конце подогревателя ΔtМ для расчета площади поверхности нагрева подогревателя должно основываться на анализе изменения стоимости и массогабаритных характеристик подогревателя при изменении ΔtМ для продукции конкретного производителя.

4. Утверждаемые температурные графики должны содержать данные о температуре сетевой воды, покидающей подогреватель, для системы отопления τП2 в зависимости от температуры наружного воздуха tН.

5. В технических условиях на теплоснабжение должны быть указаны расчетные температуры сетевой воды в подающей τ1 и обратной τ2 тепломагистралях, соответствующие утвержденным температурным графикам.

 

Игорь МАЦКО, аспирант Гомельского государственного технического университета им. П. О. Сухого

 

Литература

 

1. Руководство по проектированию тепловых пунктов. – М.: Стройиздат, 1983. – 72 с.

2. Температурный график настройки систем регулирования на отопление от теплоисточников РУП «Гомельэнерго». – Гомель, 2008.

3. СНБ 4.02.01-03 «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха». – Минск: Министерство архитектуры и строительства Республики Беларусь, 2004. – 81 с.

4. Водяные тепловые сети: справочное пособие по проектированию / Под ред. Н. К. Громова, Е. П. Шубина. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 376 с.

5. Туркин В. П. Водяные системы отопления с автоматическим управлением для жилых и общественных зданий. – М.: Стройиздат, 1976. – 135 с.

6. Зингер Н. М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. – 2-е изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 320 с.

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком