Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующих методов и систем обеспечения отоппительной нагрузки в системах централизованного тепло снабжения 13
1.1. Особенности работы и развития современных систем централизованного теплоснабжения 13
1.2. Местное и индивидуальное регулирование отопительной нагрузки 16
1.3. Групповое регулирование отопительной нагрузки 29
1.4. Выбор оптимальной ступени авторегулирования отопительной нагрузки, дополняющей центральное регулирование 41
1.5. Основные требования к системам группового авторегулирования отопительной нагрузки. Задачи исследований 45
Выводы 46
2. Теоретическое исследование нестационарных тепловых режимов отапливаемого здания и их физическое моделирование 47
2.1. Тепловая аккумуляция здания и ее влияние на изменение его внутренней температуры при нестационарных тепловых режимах 47
2.2. Физическое моделирование теплового режима отапливаемого здания 62
Выводы 65
3. Система группового количественного регулирования отопительной нагрузки с использованием моделирующего устрой ства 66
3.1. Схема и принцип работы системы регулирования 66
3.2. Характеристика элементов системы регулирования отопительной нагрузки 72
3.3. Испытание тепловой модели здания и его результаты 78
Выводы 85
4. Испытание системы группового регулирования отопительной нагрузки с использованием тепловой модели 87
4.1. Характеристика опытной ГТП и объекта регулирования. Задачи и методика испытаний 87
4.2. Испытание системы регулирования отопительной нагрузки при последовательной схеме включения установок отопления и горячего водоснабжения 93
4.3. Испытание системы регулирования отопительной нагрузки при смешанной схеме включения установки горячего водоснабжения 124
4.4. Исследование режимов работы опытной ГТП, оснащенной регулятором расхода типа РР 133
4.5. Исследование режимов работы системы горячего водоснабжения опытной ГШ 141
4.6. Определение экономической эффективности внедрения системы группового регулирования отопительной нагрузки 145
4.7. Апробация работы и ее реализация 151
Выводы 153
Заключение 155
Литература
- Местное и индивидуальное регулирование отопительной нагрузки
- Физическое моделирование теплового режима отапливаемого здания
- Характеристика элементов системы регулирования отопительной нагрузки
- Испытание системы регулирования отопительной нагрузки при смешанной схеме включения установки горячего водоснабжения
Введение к работе
Наша страна занимает ведущие позиции в мире по уровню и масштабам развития централизованного теплоснабжения. Теплофикация, т.е. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), как наиболее прогрессивная система централизованного теплоснабжения промышленных районов и городов, позволяет получить существенное снижение удельных расходов топлива по сравнению с раздельной выработкой электрической энергии на конденсационных электростанциях и тепловой энергии в котельных.
В системах централизованного теплоснабжения СССР теплофикация занимает ведущее положение. В настоящее время в нашей стране действуют около 1000 теплоэлектроцентралей общей установленной электрической мощностью свыше 80 млн.кВт. Годовой отпуск теплоты от ТЭЦ превышает 4,5 млрд.ГДж, что составляет около 35% суммарного потребления тепловой энергии в стране [1,2,3].
Развитие промышленности и широкое жилищно-коммунальное строительство вызывает непрерывный рост тепловой нагрузки страны. Одновременно идет процесс концентрации тепловой нагрузки в промышленных районах и городах. Свыше 100 млн.человек, т.е. 60% городского населения страны, в настоящее время проживают в городах с числом жителей более 100 тыс.человек. В этих городах сосредоточено свыше 75$ суммарного теплового потребления страны, т.е. около 10 млрд.ГДж/год на уровне 1980 г. [2 ], Непрерывное увеличение концентрированной тепловой нагрузки создает базу для дальнейшего развития теплофикации и централизованного теплоснабжения.
Основными направлениями экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года, принятыми ХХУІ съездом КПСС, предусмотрено обеспечение дальнейшего развития
' - 5 -
централизованного теплоснабжения путем строительства теплоэлектроцентралей и крупных районных тепловых станций (котельных).
Опубликованные в марте текущего года "Основные положения Энергетической программы СССР на длительную перспективу" предусматривают дальнейшую централизацию теплоснабжения, как важное направление рационализации энергетического баланса страны и экономии топливо-энергетических ресурсов [і].
Современные системы централизованного теплоснабжения являются крупнейшими потребителями топлива. Затраты топлива на производство электрической и тепловой энергии в нашей стране быстро возрастают. В 1970 г. на эти цели было израсходовано 570 млн.т условного топлива, а в 1980 г. - 875 млн.т условного топлива. При этом 37$ потребляемого топлива было использовано на выработку эл.энергии и &3% - на выработку тепловой энергий, т.е. расход топлива на производство теплоты превышал расход топлива на производстве электрической энергии более чем в 1,5 раза [3]. Поэтому экономия теплоты и топлива в системах централизованного теплоснабжения - важная народнохозяйственная задача, на решение которой направлен ряд постановлений нашей партии и правительства, в том числе постановление Совета Министров СССР J& 528 от 7 июля 1979 г. "О мерах по сокращению потерь тепла в зданиях жилшцно-гражданекого и производственного назначения и тепловых сетей" [5].
В разработанной Энергетической программе СССР также важное значение отводится экономии и более эффективному использованию топлива в системах централизованного теплоснабжения промышленных районов и городов на базе разработки и внедрения оптимальных методов регулирования отпуска теплоты [I].
В нашей стране широкое распространение получили закрытые и открытые системы централизованного теплоснабжения, отличающиеся способом удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения. В закрытых
системах нагрузка горячего водоснабжения удовлетворяется путем нагрева водопроводной воды в поверхностных подогревателях сетевой воды. При этом подогреватели устанавливаются на групповых (ГИІ) или местных (МТП) тепловых подстанциях промышленных предприятий и жилых районов. В открытых системах теплоснабжения осуществляется непосредственный отбор сетевой воды из тепловой сети у абонентов на горячее водоснабжение [ 7 3 .
Настоящая работа посвящена закрытым системам централизованного теплоснабжения, поэтому применительно к ним построено дальнейшее изложение материала.
В современных системах централизованного теплоснабжения свыше 50$ теплоты отпускается потребителям в виде горячей воды. Тепловая нагрузка систем теплоснабжения имеет сложную структуру: отопление, вентиляция и горячее водоснабжение. Эти различные виды тепловых нагрузок удовлетворяются через единые тепловы сети. При этом доля нагрузки горячего водоснабжения в системах теплоснабжения крупных городов составляет в среднем 15-20$ от суммарной расчетной тепловой нагрузки. В последние годы значительно возросла также доля вентиляционной нагрузки промышленных и общественных зданий.
Все виды тепловых нагрузок изменяются во времени по различным законам и требуют теплоту различных потенциалов. Из-за необходимости обеспечения температуры горячей воды в местах водоразбора, в соответствии со СНиП, не ниже 50 С и не выше 75 С температура сетевой воды в подающей линии тепловой сети с учетом снижения температуры горячей воды в местных коммуникациях горячего водоснабжения и перепада температур между греющей и нагреваемой водой в подогревателях горячего водоснабжения не должна быть ниже 65-75 С, в то время как в осенне-весенний период года для отопления требуется вода с более низкой температурой [8].
Это обстоятельство привело к необходимости "излома" температурного графика центрального регулирования, т.е. поддержанию постоянной температуры сетевой воды в подающей линии на уровне 65-75 С в переходные периоды отопительного сезона, вследствие чего имеет место существенный перерасход теплоты на отопление в период "излома" температурного графика.
Б том случае, когда у большинства абонентов района отсутствует нагрузка горячего водоснабжения, центральное регулирование осуществляется по отопительной нагрузке. Центральное регулирование по отопительной нагрузке может осуществляться и в том случае, когда все абоненты имеют установки горячего водоснабжения, присоединенные по параллельной и смешанной схемам. Но в этом случае имеют место высокие удельные расходы сетевой воды, что ведет к перегрузке существующих тепловых сетей и к удорожанию вновь сооружаемых.
В связи с этим, значительное увеличение доли нагрузки горячего водоснабжения в современных системах централизованного теплоснабжения потребовало разработки более совершенных методов центрального регулирования с целью снижения удельного расхода сетевой воды. Это привело к широкому применению двухступенчатой последовательной схемы присоединения подогревателей горячего водоснабжения и центрального регулирования отпуска теплоты по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения. Такой метод центрального регулирования позволяет удовлетворять нагрузку горячего водоснабжения без дополнительного увеличения или с незначительным увеличением расхода сетевой воды в тепловой сети по сравнению с расчетным расходом на отопление, что существенно снижает капиталоемкость тепловых сетей и эксплуатационные расходы на перекачку теплоносителя [7,9,10,II
Основными преимуществами последовательной схемы включения по-
- 8 -догревателя горячего водоснабжения являются также: а) выравнивание неравномерности суточного графика совмещенной тепловой нагрузки за счет использования теплоаккумулирующей способности отапливаемых зданий; б) пониженная температура обратной воды благодаря использованию теплоты этой воды для частичного покрытия нагрузки горячего водоснабжения [7,12,13,14].
Расчет температурного графика центрального регулирования по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения выполняется для средней, так называемой, типовой для данного района относительной нагрузки горячего водоснабжения ртР представляющей собой характерное для данного района отношение средненедельной
псР.н
нагрузки горячего водоснабжения ur к расчетной нагрузке ото-пления U0>PT = Цг /Q0 . Фактическая же относительная нагрузка горячего водоснабжения конкретного здания или группы зданий может существенно отличаться от средней по району. Как правило, для
ср.н = 0,2-0,4 L?»I5,
16,17].
В настоящее время в крупных системах централизованного теплоснабжения получило широкое распространение присоединение потребителей теплоты к магистральным тепловым сетям через групповые тепловые подстанции (ГТП). Применение ГТП упрощает эксплуатацию вследствие уменьшения количества узлов обслуживания и повышает комфорт в теплоснабжаемых зданиях благодаря выносу всех насосных установок, являющихся источником шума, в изолированные помещения ГТП. Обычно на ГТП устанавливаются регуляторы расхода типа РР, обеспечивающие постоянство заданного расхода сетевой воды в квартальной отопительной сети или на ГТП, и регуляторы температуры горячего водоснабжения типа ТРБ. При такой схеме ГТП расход теплоты на отопление не регулируется, так как независимо от температуры в подающей линии тепловой сети и независимо от величины на-
~ 9 -
грузки горячего водоснабжения расход сетевой воды на отопление поддерживается постоянным. Поэтову имеет место перерасход теплоты на отопление не только в диапазоне "излома" температурного графика центрального регулирования, но и в диапазоне остальных наружных температур у абонентов с относительной нагрузкой горячего водоснабжения отличной от типовой, по которой рассчитан температурный график центрального регулирования.
Перерасход теплоты на отопление приводит к повышению температуры в обратной линии тепловой сети. Из-за этого возрастает температура отвода теплоты из цикла ТЭЦ, что приводит к недовыработке электрической энергии на тепловом потреблении. Так, повышение температуры отвода теплоты из цикла ТЭЦ на I С приводит к недовыработке электрической энергии примерно 4 кВт'чД'кал, которую приходится вырабатывать менее экономичным конденсационным способом [7].
На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что наиболее рациональным методом регулирования отпуска теплоты в системах централизованного теплоснабжения современных промышленных районов и городов с разнородной тепловой нагрузкой является сочетание центрального качественного регулирования по отопительной нагрузке или по суммарной нагрузке отопления и горячего водоснабжения с групповым, местным или индивидуальным количественным регулированием отопительной нагрузки [7,19]. Это позволяет экономить до Ъ% теплоты от годового расхода на отопление, за счет устранения перерасхода в период "излома" температурного графика, снижает эксплуатационные расходы на перекачку сетевой воды, а также повышает надежность и маневренность систем теплоснабжения и создает комфортные температурные условия в отапливаемых помещениях.
При наличии автоматического количественного регулирования ото-
пительной нагрузки на ГТП или МШ можно выбирать сравнительно сво-
Ср.Н
бодно типовую относительную нагрузку горячего водоснабжения ( Рт = = Ur/U0 )»по которой рассчитывается температурный график центрального регулирования, не опасаясь перерасхода теплоты, поскольку регуляторы расхода теплоты на отопление в ГТП или МТП осуществляют корректировку расхода теплоты.
Выбор импульса для регулирования горячего водоснабжения и вентиляции не представляет сложностей. Обычно регулирование горячего водоснабжения ведется по температуре горячей воды на выходе из подогревателя или смесительного узла горячего водоснабжения, а регулирование вентиляции - по температуре воздуха после калорифера.
Более сложной задачей является выбор импульса для регулирования отопительной нагрузки, так как температуры в отдельных помещениях отапливаемых зданий могут существенно различаться и зависят не только от количества теплоты, поданной в здание, но и от условий эксплуатации отдельных помещений, величины бытовых тепловыделений и других локальных условий. Поэтому в настоящее время окончательно не решен вопрос о методе регулирования отопительной нагрузки на ГТП и МТП.
Б известных системах группового и местного регулирования отопительной нагрузки, разработанных в СССР и применяемых в настоящее время в опытном или полупромышленном порядке, используются следующие раздельные импульсы или их сочетание [18,19,20,21,22]:
а) внутренняя температура представительного помещения или ус
редненная внутренняя температура нескольких представительных поме
щений;
б) мгновенная температура наружного воздуха;
в) средняя температура наружного воздуха, измеренная инерци
онным термометром. Это позволяет использовать тепловую аккумуляцию
отапливаемых зданий при суточной неравномерности температуры наруж-
- II -
ного воздуха, что невозможно в случае б);
г) внутренняя температура устройства, моделирующего тепловой режим отапливаемых зданий (тепловая модель здания).
Анализ температурного режима отапливаемых помещений показывает, что на температуру воздуха в помещениях оказывают существенное влияние такие факторы, как внутренние тепловыделения в помещениях, теплота солнечной радиации, инфильтрации, скорость и направление ветра 22,23,24 В переходные периоды отопительного сезона доля внутренних тепловыделений в тепловом балансе жилых зданий может составлять 50-60$ и более. Существенно возрастают в этот период теплопоступления с солнечной радиацией. Учет внутренних тепловыделений и теплоты солнечной радиации позволяет получить значительную экономию теплоты на отопление. Однако учет этих факторов при разработке графиков центрального регулирования отпуска теплоты затруднен вследствие того, что величина поступления теплоты с солнечной радиацией и внутренние тепловыделения носят крайне неравномерный характер. Невозможно полностью учесть эти факторы также при групповом и местном регулировании отопительной нагрузки.
Поэтому для качественного и экономичного удовлетворения отопительной нагрузки необходимо в дополнение к групповому или местному регулированию осуществлять индивидуальное регулирование отдельных помещений или отдельных зон каждого здания, подверженных различному влиянию солнечной радиации, ветровой инфильтрации, бытовых тепловыделений и других условий.
Целью настоящей диссертационной работы являлась разработка и исследование рационального метода и системы группового авторегулирования отопительной нагрузки.
В работе проведено теоретическое исследование влияния тепловой аккумуляции отпаливаемого здания на изменение его внутренней температуры по времени при различных нарушениях стационарного теп-
лового режима здания. В результате этих исследовании определены условия подобия тепловых режимав здания и его модели,на основе которых создан рациональный метод и система группового количественного регулирования отопительной нагрузки с использованием тепловой модели отапливаемого здания или группы однотипных зданий. Проведены исследования экономической эффективности разработанной системы регулирования.
Результаты теоретических исследований, на основе которых разработаны метод и система количественного регулирования отопительной нагрузки, проверены в реальных условиях эксплуатации в течение 2-х отопительных сезонов на групповой тепловой подстанции, оснащенной разработанной системой регулирования, в жилом районе Ясенево г.Москвы.
На защиту вынесены следующие положения:
Результаты теоретического исследования зависимости внутренней температуры отапливаемых зданий от коэффициента тепловой аккумуляции зданий при различных нарушениях стационарных тепловых режимов.
Разработанные метод и система группового количественного регулирования отопительной нагрузки на основе моделирования теплового режима отапливаемого здания или группы однотипных зданий.
Результаты обобщения длительных испытаний разработанной системы группового количественного регулирования отопительной нагрузки.
- ІЗ -
Местное и индивидуальное регулирование отопительной нагрузки
Работы по регулированию отпуска теплоты на отопление были начаты в нашей стране еще в довоенные годы различными научно-исследовательскими, наладочными и эксплуатационными организациями. Эти работы предусматривали, в основном, местное количественное регулирование отопительной нагрузки (в местных тепловых подстанциях МГЦ), заключающееся в регулировании отпуска теплоты на отопление отдельного здания или его части, секции. Местное регулирование позволяет учесть такие индивидуальные особенности отапливаемых зданий, как специфичность системы отопления (однотрубная, двухтрубная), тип нагревательных приборов, тепловая устойчивость здания, а также различие в возмущающих воздействиях (скорость и направление ветра, инсо ляция, инфильтрация, внутренние тепловыделения), влияющих на внутренний температурный режим каждого здания и его различных частей.
Эти работы, главным образом, были посвящены автоматизации отопительных систем с элеваторным присоединением, имеющих в то время повсеместное применение [І8.28І. Первоначально разработанные регуляторы отопительной нагрузки предусматривали двухпозици-онное регулирование, т.е. периодическое отклонение отопительной системы при повышении заданной температуры воздуха в контрольных помещениях.
В 1948-1954 гг. Теплосетью Мосэнерго было включено в эксплуатацию большое количество местных двухпозиционных регуляторов отопительной нагрузки (регуляторы местных пропусков), которые устанавливались на элеваторных узлах. Эти регуляторы отключали отопительную систему от тепловой сети при превышении заданной температуры воздуха в двух из трех "контрольных" помещениях зданий, в которых устанавливались биметаллические датчики - термореле. В нормальных условиях, когда температура воздуха в контрольных по- . мещениях не превышает заданного предела, контакты биметаллических термореле разомкнуты, а регулирующий клапан работает как регулятор постоянства расхода воды.
Опыт эксплуатации этих местных двухпозиционных регуляторов на протяжении нескольких отопительных сезонов выявил ряд их недостатков. Было обнаружено, что при прекращении подачи воды имеет место явление горизонтальной разрегулировки отопительных систем большой протяженности. При переводе работы регулятора на режим с частичным закрытием регулирующего клапана наблюдалась вертикальная разрегулировка отопительных систем. Имели место трудности организационного характера, связанные с осуществлением систематического контроля за многочисленными датчиками в огаплива емых помещениях и за состоянием линий связи между ними и регулятором. Эти обстоятельства послужили причиной отказа теплосети Мосэнерго от дальнейшего внедрения указанных регуляторов местных пропусков.
Длительное время проводились работы по разработке регуляторов отопительной нагрузки на элеваторных абонентских вводах в физико-энергетическом институте (ФЭИ) Латвийской ССР, где был разработан ряд модификаций этих регуляторов [26,27,28,29,30] . В ФЭИ были разработаны регуляторы двухпозиционного регулирования ПФР-ІБ для отопительных систем, разделенных пофасадно и ЇЇРР-6Ф, предназначенные для регулирования отопительной нагрузки многоэтажных зданий, расположенных в местностях с сильным обдувом ветра. Эти регуляторы не получили широкого применения.
Определенный интерес представляет установка двухпозиционного автоматического регулирования отопительной нагрузки на базе использования моделирующего устройства, разработанная МЭЙ [31,32,33] . Этот регулятор осуществляет двухпозиционное регулирование в осен-не-весенний период, т.е. в диапазоне "излома" температурного графика центрального регулирования.
Физическая модель здания имитирует теплотехнические характеристики реальных зданий. Регулирование ведется по отклонению температуры внутри модели, в которой установлен датчик, управляющий подачей теплоты на отопление.
Физическое моделирование теплового режима отапливаемого здания
Удельные теплопотери здания oZ могут определяться как расчетным, так и опытным путем. Отношение 4ro \/cj представляет собой масштабный коэффициент подобия.
Выполнение этих двух условий является принципиально достаточным для получения одинаковых внутренних температур в модели и здании в стационарном режиме, а также одинакового закона изменения внутренних температур в модели и в здании в нестационарном режиме при одинаковом относительном изменении тепловой нагрузки модели и здания.
В этих условиях внутренняя температура в модели может быть использована в качестве импульса для регулирования отпуска теплоты на отопление здания.
Физическую модель здания можно выполнить в виде отдельно стоящего помещения, имеющего во много раз меньшие габаритные размеры, чем само здание, а также имеющее свою систему отопления, выполненную из тех же отопительных приборов, что и система отопления здания и находящееся под воздействием тех же погодных условий, что и отапливаемое здание. Однако такое решение сложно и дорого. Более простым и практически более приемлемым решением является создание тепловой модели.здания в виде малогабаритного сосуда, с использованием для обогрева его внутреннего объема электрического нагревателя.
В данной работе разработана и испытана тепловая модель с объемом 0,025 wr, удовлетворяющая условиям подобия (2.32) и (2,33).
Выводы
1. Тепловая аккумуляция зданий имеет существенное значение при регулировании отопительной нагрузки, так как она может быть полезно использована для балансирования подачи теплоты на отопление за определенный период времени (12-14 ч).
2. Использование тепловой аккумулирующей способности отапливаемых зданий позволяет в значительной мере устранить суточную неравномерность отопительной нагрузки и стабилизировать гидравлический и температурный режимы тепловых сетей при значительной суточной неравномерности наружной температуры,
3. Проведено теоретическое исследование и получены зависимости величины изменения по времени внутренней температуры отапливаемых зданий при резличных нарушениях стационарного теплового режима.
4. Установлены и сформулированы условия подобия тепловых режимов здания и модели.
В рамках данной диссертации разработана и испытана система группового регулирования отопительной нагрузки, отличительной особенностью которой является использование устройства, моделирующего тепловой режим отапливаемого здания или группы однотипных зданий [64,65]. Тепловая модель здания представляет собой сосуд небольшого объема, находящийся под воздействием тех же внешних погодных условий, что и отапливаемое здание.
Таким образом при выполнении условий моделирования (2.32), (2.33), регулирование по отклонению внутренней температуры модели идентично регулированию по отклонению внутренней температуры представительного помещения отапливаемого здания. Наиболее трудная задача при таком методе авторегулирования отопительной нагрузки заключается в получении информации о внутренней температуре здания. Известно, что температура воздуха в различных квартирах одного и того же здания может быть существенно различной. Различие температуры внутреннего воздуха в квартирах, расположенных на разных этажах и в разных точках плана здания, объясняется несовершенством способов регулирования расхода теплоты на отопление различных частей здания, различными условиями эксплуатации разных помещений, а также различными тепловыми свойствами наружных ограждений. Кроме того, на температуре воздуха в квартирах, ориентированных по разным сторонам света и расположенных на разных этажах, различным образом сказывается влияние таких факторов, как солнечная радиация, скорость и направление ветра.
Поэтому выбор представительного помещения для организации группового регулирования отопительной нагрузки представляет собой сложную задачу. Применение тепловой модели упрощает эту задачу, так как температура в модели является некоторой условной средней внутренней температурой отапливаемых помещений, по которой ведется групповое регулирование отопительной нагрузки здания или группы однотипных зданий.
Современные производственные, общественные и жилые здания обладают близкими коэффицентами тепловой аккумуляции. В связи с этим при групповом количественном регулировании отопительной нагрузки с применением тепловой модели распределение расхода теплоносителя по отдельным огопительньм установкам зданий будет пропорционально их расчетным тепловым нагрузкам, поскольку тепловые режимы всех зданий микрорайона идентичны.
В том случае, когда в одном микрорайоне имеются здания с различной тепловой аккумуляцией, коэффицент аккумуляции модели приходится выбирать по зданию с наименьшей аккумулирующей способностью. При этом, естественно, несколько возрастает среднесуточный удельный расход сетевой воды на единицу тепловой нагрузки микрорайона, так как сокращается допустимый диапазон выравнивания суточного графика тепловой нагрузки за счет использования аккумулирующей способности зданий без нарушения комфортных пределов изменения внутренней температуры в отапливаемых помещениях.
Характеристика элементов системы регулирования отопительной нагрузки
В качестве тепловой модели здания для разработанной системы регулирования выбран сосуд Дыоара емкостью 0,025 м3 (рис.3.2). В сосуд вмонтированы электрический нагреватель 8 и датчик температуры (термометр сопротивления) 3.
Электрический нагреватель представляет собой спираль из ни-хромовой проволоки, намотанной на керамический каркас и заключенный в герметичный, электрически изолированный футляр 7. Электрическое сопротивление спирали нагревателя 31 Ом, расчетная электрическая мощность (при "Ьиь = -25 С) Рц = 7,3 Вт. Тепловая модель заполняется дистиллатом для получения требуемого коэффициента теплоаккумуляции
Теплосчетчик TG-20 Таллинского приборостроительного завода (рис.3.3) предназначен для контроля и учета расхода теплоты, вырабатываемой или потребляемой теплоэнергетическими установками. Он измеряет мгновенный расход теплоты, а также интегральное количество теплоты за любой промежуток времени с погрешностью не более -2,5$, если значения температуры в подающем трубопроводе лежат в пределах 70-150 С, в обратном - 30-70 С, а разности этих температур находятся в пределах 30-100 С.
В состав теплосчетчика входят электромагнитный расходомер I, два платиновых термометра сопротивления 22-й градуировки 7,9 и блок обработки сигналов и отображения информации (БОС) 6.
Электромагнитный расходомер I состоит из преобразователя объемного расхода воды 2 и измерительного устройства 4. Измерительное устройство расходомера снабжено прибором, показывающим долю мгновенного значения объемного расхода воды от максимального и имеет токовый выход 5, величина которого изменяется в пределах 0-5 МА. пропорционально объемному расходу воды.
Выходной токовый сигнал измерительного устройства расходомера и сигналы от термометров сопротивления 7,9, установленных на подающем и обратном трубопроводах, поступают в блок обработки сигналов, где вычисляется мгновенный расход теплоты, значение которого определяется по показанию стрелочного индикатора. БОС имеет выход токового сигнала 0-5 МА, величина которого пропорциональна мгновенному значению расхода теплоты. Наличие такого сигнала позволило использовать теплосчетчик в разработанной системе регулирования для обеспечения второго условия подобия, т.е. для поддержания постоянной пропорциональности между отопительной нагрузкой здания и электрической мощностью нагревателя модели. Однако мощность выходного токового сигнала теплосчетчика составляет порядка Ю"5 Вт, что недостаточно для получения расчетной электрической мощности нагревателя модели. Поэтому для значительного усиления этого сигнала был разработан линейный усилитель мощности ЛУМ, который позволяет получить расчетную мощность нагревателя модели и, таким образом, выполнить второе условие подобия тепловых режимов здания и модели (2.33).
На рис.3.4 приведены характеристики линейного усилителя мощности, снятые для разных расчетных значений выходного токового -iP сигнала теплосчетчика Jt.c . Видно, что эти характеристики практически линейны, нелинейность проявляется только при очень малых значениях токового сигнала теплосчетчика.
Наличие ограничителя максимального расхода сетевой воды ОР в разработанной системе регулирования предупреадает возможность превышения расхода сетевой воды на ГТП сверх расчетного значения при любых нарушениях температурного и гидравлического режимов тепловой сети. Ограничение расхода сетевой воды на ГТП стабилизирует гидравлический режим ГШ при суточной неравномерности нагрузки горячего водоснабжения за счет использования тепловой аккумуляции отапливаемых зданий.
Ограничитель расхода (рис.3.5) состоит из измерительной диафрагмы I, дифференциального манометра 8 и автоматического прибора 4 типа КСД2. Измерительная диафрагма устанавливается на подающей или обратной линии ГТП. В комплекте с ней в качестве измерительного прибора и передающего преобразователя используется мембранный дифманометр типа да-35740, выходной сигнал которого поступает на вход автоматического прибора 4. Прибор КСД2 имеет блок позиционного регулирующего устройства, контакты которого обеспечивают необходимое отключение электрического исполнительного механизма регулирующего клапана 2 при достижении на ГТП максимального расчетного расхода сетевой воды.
Испытание системы регулирования отопительной нагрузки при смешанной схеме включения установки горячего водоснабжения
На опытной ГТП также были проведены испытания разработанной системы авторегулирования при смешанной схеме присоединения подогревателя горячего водоснабжения.
На рис.4.16-4.21 представлены режимы работы опытной ГТП при смешанной схеме включения установки горячего водоснабжения за четверо суток (пятница, суббота, воскресенье, понедельник) с 27 по 30 апреля 1984 г. Наружная температура в течение каждых рассматриваемых суток изменялась квазигармонически с максимальной неравномерностью суточного графика 15,5 С (рис.4.19). Средняя температура наружного воздуха за этот период составила "Ьм = = +12,6 С (рис.4.16, 4.19), при средней температуре в подающей линии ГТП t? = 69 С (рис.4.16, 4.19).
На рис.4.17, 4.20 наглядно показано как система регулирования осуществляла распределение сетевой воды в ГТП по отдельным видам тепловой нагрузки, но ни в одном из режимов расход сетевой воды на ГТП не превысил величину 50 УГ/Ч, заданную ограничителем расхода.
В период прохождения вечернего максимума нагрузки горячего водоснабжения, особенно в субботу и воскресенье, когда возрастал расход сетевой воды через верхнюю ступень подогревателя горячего водоснабжения, а расход сетевой воды на ГТП начинал превышать расчетное значение, регулирующий клапан (5, рис.4.2) начинал прикрываться под воздействием ограничителя расхода, не допуская увеличения расхода сетевой воды на ГТП сверх расчетного значения. При этом расход теплоты на отопление сокращался (рис. 4.18, 4.21) и устанавливался ниже среднесуточного значения без наруше ния комфортных температурных условий в отапливаемых зданиях (рис.4.16, 4.19) благодаря их теплоаккумулирующей способности.
В ночные часы (с 0 до 6 часов), когда наружная температура снижалась до 6-8 С, а температура в модели достигала минимально допустимого значения, регулирущий клапан, управляемый регулятором температуры модели (14, рис.4.2), увеличивал расход сетевой воды через отопительный теплообменник (рис.4,17, 4.20). При этом происходило увеличение расхода теплоты на отопление (рис. 4.18, 4.21), чем компенсировался недоотпуск теплоты на отопление в период вечернего максимума нагрузки горячего водоснабжения.
Днем, с 14 до 18 часов, в пятницу и понедельник, когда наружная температура возрастала до 13-23 С, а температура в модели достигала максимально допустимого значения (рис.4.16, 4.19), регулирующий клапан, управляемый регулятором температуры модели, прикрывался, сокращая расход сетевой воды через отопительный теплообменник до 3-5 м3/ч (рис.4.17, 4.20). При этом существенно сокращался расход теплоты на отопление (рис.4.18, 4.21).
Днем в субботу и воскресенье, когда нагрузка горячего водоснабжения (рис.4.18, 4.21) и расход сетевой воды на ГТП достигал максимального значения, срабатывал ограничитель расхода, сокращая расход сетевой воды через отопительный подогреватель. В связи с этим сокращался расход теплоты на отопление (рис.4.19, 4.21), что предупреждало увеличение температуры в модели и в зданиях, связанного с возрастанием наружной температуры.
Средний расход сетевой воды на ГТП за рассматриваемый период составил 39 иг/ч с максимальной суточной неравномерностью 30 мг/ч, с 20 до 50 м3/ч (рис.4.17, 4.20). При отсутствии ограничения расхода неравномерность, несомненно, была бы выше. Например, как видно из рис.3.20, в воскресенье, 29 апреля в 23 часа произошло резкое снижение температуры сетевой воды в подающей линии ГТП (с 71 до 52 С), что должно было вызвать значительное увеличение расхода сетевой воды на ГШ в связи с потребностями горячего водоснабжения. Но этого не произошло, поскольку ограничитель не допустил увеличения расхода сетевой воды на ГТП сверх 50 м /ч, перераспределив его между отопительным подогревателем и верхней ступенью подогревателя горячего водоснабжения таким образом, что регулирующий клапан (5, рис.4.2) был полностью закрыт (рис.4.2). При этом расход теплоты на отопление сократился до нуля (рис.4.21).
Несмотря на наличие ограничения расхода сетевой воды на ГТП при смешанной схеме температура сетевой воды в обратной линии ГТП все же была выше, чем при последовательной схеме включения установки горячего водоснабжения.
На рис.4.16, 4.19 наглядно видно, что даже в часы максимальной нагрузки горячего водоснабжения температура сетевой воды в обратной линии ГТП не опускалась ниже 28 С, в то время, как при последовательной схеме она достигала 17-20 С (рис.4.4.1, 4.5.1, 4.8, 4.14). Это подтверждает преимущество последовательной схемы перед смешанной с ограничением расхода включения установок горячего водоснабжения.
Несмотря на искусственное снижение отопительной нагрузки в часы прохождения максимума нагрузки горячего водоснабжения при весьма значительной неравномерности суточного графика наружных температур в течение рассматриваемого периода внутренняя температура в отапливаемых помещениях не выходила за пределы зоны комфорта (18-22 С) (рис.4.16, 4.19), а фактический средний расход теплоты на отопление, отпущенный системой регулирования, составил Q0 =0,49 МПд/с при расчетном Q0 =0,48 ЭДЦж/с.
