Гидравлический режим работы системы водяного отопления при автоматическом регулировании Усиков Сергей Михайлович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1. Современные системы водяного отопления 10

1.1 Цели и способы автоматического регулирования отопительных систем 11

1.2 Оборудование систем автоматического регулирования 17

1.3 Гидравлический расчёт режимов работы систем отопления с учётом их автоматического регулирования 34

1.4 Пути оптимизации выбора оборудования для систем водяного отопления с автоматическим регулированием 39

1.5 Повышение эффективности использования средств автоматического регулирования отопительных систем 40

ГЛАВА 2. Тепло–гидравлический расчёт системы отопления с автоматическим регулированием 44

2.1 Переменный тепло-гидравлический режим работы системы отопления 44

2.2 Математическая модель теплоотдачи отопительного прибора при количественном регулировании 46

2.3 Особенности гидравлического режима работы современных систем водяного отопления 52

2.4 Расчётная модель распределения теплоносителя в системе отопления с автоматическим регулированием 59

2.5 Алгоритм тепло-гидравлического расчёта системы отопления

2.5.1 Исходные данные для расчёта 63

2.5.2 Последовательность предварительного расчёта 64

2.5.3 Предварительный выбор отопительных приборов 75

2.5.4 Последовательность поверочного расчёта 76

ГЛАВА 3. Расчётные исследования тепло–гидравлического режима работы системы отопления 85

3.1 Описание объекта исследования 85

3.2 Описание расчётной модели применительно к исследуемому объекту 87

3.2.1 Предварительный расчёт исследуемой системы 87

3.2.2 Поверочный расчёт исследуемой системы

3.3 Результаты расчётного исследования работы системы отопления в автоматическом режиме 103

3.4 Выводы по результатам расчётного исследования 111

ГЛАВА 4. Натурные исследования тепло-гидравлического режима работы системы отопления в условиях отопительного сезона 112

4.1 Цели и задачи проведения натурного исследования 112

4.2 Описание объекта исследования 112

4.3 Описание средств измерения и мест их размещения 113

4.4 Анализ результатов натурного исследования 116

4.5 Определение погрешности измерения 123

4.6 Сопоставление расчётных и натурных исследований 126

4.7 Выводы по результатам натурного исследования 127

ГЛАВА 5. Экономические аспекты, связанные с проектированием и эксплуатацией системы водяного отопления с переменным гидравлическим режимом работы 129

5.1 Состав затрат на жизненный цикл системы отопления 129

5.2 Сравнение различных вариантов конструкции системы на примере объекта исследования 130

5.3 Выводы по экономическому исследованию 135

Основные выводы 137

Список использованной литературы

• Гидравлический расчёт режимов работы систем отопления с учётом их автоматического регулирования
• Математическая модель теплоотдачи отопительного прибора при количественном регулировании
• Поверочный расчёт исследуемой системы
• Описание средств измерения и мест их размещения

Введение к работе

Актуальность темы исследования. В современных системах отопления применяется различного вида регулирующая арматура, которая обеспечивает переменный тепло-гидравлический режим работы системы для поддержания комфортных условий в отапливаемом помещении на протяжении отопительного сезона, и, одновременно, экономного потребления тепловой и электрической энергии. В результате воздействия автоматических регуляторов и заведомо низкого значения расхода в системе, режим течения теплоносителя в системе выходит за границы турбулентного режима, принимаемого при традиционном расчёте. Это ставит под сомнение точность традиционного подхода к расчёту таких систем. Кроме того, отсутствует методика выбора необходимого набора регуляторов в системе отопления и их типоразмера. Эти проблемы не разрешены как в отечественной, так и в зарубежной практике, а также не отражены в нормативной документации.

Таким образом, актуальным представляется исследование переменного тепло-гидравлического режима работы систем водяного отопления во всем диапазоне режима течения теплоносителя с учётом применения автоматических регуляторов и разработка рекомендаций по их расчёту,

Степень разработанности темы. Исследованиями в области теплоотдачи отопительных приборов при качественном и количественном регулировании занимались В.Е. Константинова, В.И. Панферов, В.И. Сасин, А.Н. Сканави, W.J. Chmielniski, R.V. Simha. Исследования особенности течения жидкости в трубах проводили А.Д. Альтшуль, И.Е. Идельчик, Ф.А. Шевелев, Ю. Вейсбах, а применением основ гидравлики к расчёту систем отопления рассматривали А.Н. Сканави, Л.М. Махов, И.Г. Староверов, Р. Яушоветц. Современные методики гидравлического расчёта с регуляторами предложили В.В. Пырков, Г. Росс, Б.М. Хрусталев, В.В. Покотилов.

Недостатком существующих методов расчёта систем отопления с автоматическими регуляторами является недоучёт их взаимовлияния, изменения теплоотдачи отопительного прибора от расхода воды в нём и температурных условий его работы.

Цель и задачи. Целью диссертационной работы является оценка особенности тепло-гидравлического режима работы системы отопления с автоматическим регулированием, влияющей на качество работы системы с учётом факторов экономичности и обеспеченности комфортных условий в отапливаемых помещениях в течение отопительного сезона. Задачи диссертационной работы.

1. Разработать математическую модель теплоотдачи отопительного прибора при изменении расхода теплоносителя, протекающего в нём при количественном регулировании.

2. Разработать расчётную модель распределения теплоносителя в системе отопления в возможном диапазоне режима течения теплоносителя в трубах системы при различной степени их коррозионного состояния.

3. Разработать методику расчёта систем отопления с автоматической регулирующей арматурой.

4. Провести натурные исследования для проверки корректности расчётной модели распределения теплоносителя и целесообразности применения предложенной методики.

5. Определить зависимость уровня экономичности и энергоэффективности системы от её конструкции и степени обеспеченности комфортных условий.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Получена формула для определения фактической теплоотдачи отопительного прибора, не зависящей от температуры выходящего из отопительного прибора теплоносителя, принимаемой в традиционных расчётах, как известная и постоянная величина.

2. На основании математической модели теплоотдачи отопительного прибора и теории сходимости итерационного расчёта получен критерий, позволяющий определить способность отопительного прибора конкретной конструкции обеспечить требуемую теплоотдачу в отапливаемое помещение при количественном регулировании.

3. Предложена методика и расчетные зависимости для гидравлического расчёта трубных участков и узлов системы отопления расчётным путём с учетом расхода воды и её температуры, а также степени коррозионных изменений и времени эксплуатации системы отопления.

4. Введены понятия коэффициента обеспеченности автоматического регулирования отопительного прибора и системы отопления, необходимые для определения зависимости поддерживаемого диапазона температуры отапливаемых помещений на протяжении всего отопительного сезона от принятой конструкции системы и качества её наладки.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в следующем.

5. Разработана математическая модель для расчета теплоотдачи отопительного прибора при качественном и количественном регулировании.

6. Получены зависимости для расчёта узлов системы, состоящих из гидравлически параллельных и последовательных участков, эксплуатируемых при различном режиме течения теплоносителя.

7. Разработан алгоритм решения задачи по определению связи конструкции системы отопления и качества её наладки с качеством поддержания требуемой внутренней температуры воздуха в отапливаемых помещениях.

Практическую значимость работы определяет следующее.

1. Разработана методика расчёта и рекомендации по наладке систем водяного отопления с автоматическим регулированием, позволяющие определить оптимальное количество, тип и место установки регулирующей арматуры для конкретного вида системы, а также получить условия их наладки, необходимые для обеспечения максимальной эффективности работы системы в течение установленного срока эксплуатации.

2. Предложен алгоритм определения фактического расхода теплоносителя в участках системы отопления с использованием существующих расчётных программ для повышения работоспособности спроектированной или эксплуатируемой системы.

3. Разработаны зависимости для определения величины настройки регуляторов и выбора оптимального напора, создаваемого насосом, в зависимости от срока эксплуатации системы, что позволяет более качественно налаживать эксплуатируемую систему.

4. Разработан метод экономического анализа окупаемости применения автоматической регулирующей арматуры, позволяющий определить зависимость конструкции системы от её возможности обеспечивать комфортные условия в отапливаемых помещениях.

Методология исследования предполагает применение известных ранее теоретических разработок в гидравлике, термодинамике, строительной теплофизике, изучении режимов работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха и метрологии, а также различных методов исследования объектов и предметов.

Методы исследования выбирались в зависимости от решаемой задачи.

1. Для определения фактического расхода и температуры теплоносителя в каждом участке и в системе отопления в целом и проводимости регуляторов в ходе расчётного моделирования применяются уравнения, составленные с использованием теоретических основ гидравлики и термодинамики и применяющихся при изучении работы систем водяного отопления с использованием эмпирических коэффициентов.

2. Для расчёта фактического теплопотребления помещения и здания в целом применяются уравнения теплового баланса, составленные на основе теоретических разработок в области строительной теплофизики.

3. Для определения фактической теплоотдачи отопительного прибора в зависимости от параметров окружающей среды и теплоносителя, проходящего в приборе, применяются уравнения, полученные с использованием теоретических основ теплопередачи при исследовании работы систем водяного отопления с применением эмпирических коэффициентов.

4. Для расчёта степени сходимости расчётной модели с эксплуатируемой системой отопления в реальных (натурных) условиях проведен мониторинг исследуемого объекта с использованием средств измерения, а также расчётных формул, основанных на теории тепломассообмена и гидравлики. При ведении мониторинга используются метод сравнения, а также прямые, косвенные и совокупные многократные измерения.

На защиту выносятся следующие положения.

5. Методика расчёта систем водяного отопления с переменным гидравлическим режимом работы при её проектировании и эксплуатации.

6. Расчётная модель для определения гидравлического режима работы системы отопления в любой момент её эксплуатации.

3. Математическая модель теплоотдачи отопительного прибора при различных параметрах микроклимата в отапливаемом помещении и теплоносителя, проходящего через прибор.

4. Необходимость и методика применения коэффициента обеспеченности автоматического регулирования отопительного прибора и системы отопления в ходе проектирования и эксплуатации системы.

Степень достоверности результатов. При разработке методов исследования использованы положения теоретических основ гидравлики, термодинамики, а также классической теории расчёта систем водяного отопления. Адекватность методов подтверждена сравнением теоретических и натурных исследований, полученных при исследованиях тепло-гидравлического режима работы действующей системы отопления.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы доложены на выступлениях в рамках:

Четвертой, пятой и шестой международной научно-технической конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», МГСУ, 2011,2013 и 2015 г.;

Пятой международной межвузовской научно-практической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых учёных «Строительство — формирование среды жизнедеятельности», МГСУ, 2012 г.;

Научно-практической конференции «Актуальные вопросы строительной физики — энергосбережение, надёжность, экологическая безопасность», НИИСФ РААСН, МГСУ, 2012 г.;

Научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодёжи — путь к обществу, основанному на знаниях», ВВЦ-НИУ МГСУ, 2012 г.

Личный вклад автора состоит в самостоятельном выборе и постановке задачи исследований, разработки методик расчёта, проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных, проведении работ по внедрению разработанных методик при проведении проектных и наладочных работ.

Публикации. Результаты исследования, содержащие основные положения диссертационной работы полно изложены в 11 печатных работах, в том числе 4 в рецензируемых научных изданиях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, основной части, состоящей из пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 180 страницах машинописного текста, включающего 5 таблиц, 55 рисунков, 5 приложений и список литературы из 100 наименований.

Гидравлический расчёт режимов работы систем отопления с учётом их автоматического регулирования

Конструкция этих клапанов позволяет изменять проходное сечение за счёт изменения положения штока, либо ручным воздействием, либо с помощью термостатической головки или иного механизма. В расчёте это учитывается изменением величины проводимости клапана кл, кг/(чПа0,5), или, как её принято называть и обозначать в каталогах справочниках фирм-производителей, пропускной способности kv, (м/ч)/бар0,5. Именно эта характеристика используется при проектировании системы отопления, так как она позволяет определить диапазон количественного регулирования теплоотдачи отопительного прибора и степень воздействия на гидравлический режим работы системы отопления в целом.

Пропускную способность любого элемента системы отопления kv, (м/ч)/бар0,5, обычно определяют по формуле: где G — объёмный расход теплоносителя через элемент системы отопления, м/ч; — плотность теплоносителя, кг/м; Р — разница давления на элементе, бар. Размерности расхода и давления в данной формуле не соответствуют отечественной практике гидравлического расчёта и принятой системе СИ, что требует дополнитель 20 ных преобразований при их применении. Однако в данной главе приведены формулы из литер ату р ных источников.

Для упрощения расчётов в [45] приведена следующая формула расчёта пропускной способности к , (м/ч)/бар G kv = 0,316 ,—, (3) VЛР где G — массовый расход теплоносителя через элемент системы отопления, кг/ч; Р — потеря давления в элементе, Па. Формула (3) является преобразованной формулой (2), причём плотность теплоносителя принимается 1000 кг/м, что не совсем точно отражает физическую сущность работы систем водяного отопления, где плотность подаваемого теплоносителя при расчётной температуре (95 С) достигает значения 970 кг/м.

В [46] приведён ряд преобразований формулы по расчёту пропускной способности. При расчёте системы отопления по методу характеристик сопротивления [47] удобно использовать формулу для определения характеристики сопротивления регулирующего элемента о , Па/(кг/ч) : а проводимость регулятора к , кг/(ча ), можно определить, исходя из следующей формулы: кл=7. (5)

Обычно, расчёт пропускной способности клапана игнорируется, и клапан подбирается только по диаметру подводящих теплопроводов, что приводит к ошибкам и снижению качества эксплуатации системы, а также к образованию избыточного шума.

Важно отметить, что пропускную способность полностью открытого клапана при 7 0,5 нято обозначать , (м/ч)/бар Пропускная способность клапана является расчётной величиной и в практике монтажных, наладочных и эксплуатационных работ не используется. При настройке пропускной способности клапана используют величину настройкиикл, которая гравируется на самом клапане. Величина настройки должны выбираться ещё на стадии проектирования и соответствовать расчётной пропускной способности клапана. Данная величина выбирается либо по справочным данным фирм-производителей, либо по соответствующим зависимостям [48] и указывается в проектной документации для каждого клапана. В конструкции некоторых ТСК предусмотрена так называемая «преднастройка». Преднастройка осуществляется встроенным в конструкцию ТСК дросселем, положение которого устанавливается в процессе наладки, но рассчитывается уже на стадии проектирования. Задача преднастройки — ограничить возможность регулирования термостатического клапана и «увязать» гидравлические кольца системы отопления в расчётном режиме. Т. е., исключить возможность существенного повышения расхода теплоносителя через прибор потребителя, которое может привести к разбалансировке системы и исключить установку дополнительных дросселей. Доступ к регулированию этого дросселя потребителю, как правило, закрыт и обеспечивается за счёт специальных ключей.

Нельзя не затронуть возможность кавитации и шумообразования в клапане при движении теплоносителя. Если потеря давления на клапане при фактическом расходе превысит некоторую границу, то шум на клапане приведёт к нарушению комфорта в помещении, а возможная кавитация — к разрушению или повреждению структуры системы.

Также стоит отметить, что данный клапан не является запорным и обладает некоторым проходом теплоносителя при его полном закрытии. Поэтому при установке его на подающем теплопроводе желательна дополнительная установка запорного крана до ТСК по ходу теплоносителя, который рассмотрен далее.

Важно отметить, что зависимость теплового потока с поверхности отопительного прибора от расхода теплоносителя через него не линейная и зависит от типа прибора [49]. Поэтому используются различные конструкции штока ТСК, которые обеспечивают: линейную, пропорциональную (логарифмическую), параболическую или линейно-пропорциональную (логарифмическо-линейную) характеристику регулирования [45]. Характеристика выражает зависимость между отношением фактического и максимально возможного расхода через клапан G и G100, соответственно, и относительного уровня подъёма затвора клапана [50]h/h100, % (рисунок 1.5).

На рисунке 1.5 представлена идеальная расходная характеристика регулирующих клапанов, которую можно достичь только тогда, когда все располагаемое давление регулируемого участка теряется в регулирующем отверстии клапана. В реальных условиях это случается крайне редко, и для каждого клапана системы отопления характеристика будет индивидуальной.

Характеристика регулирования клапана определяется в процессе выбора типа отопительного прибора и проверяется на стадии расчёта гидравлического режима работы системы отопления в эксплуатационном режиме.

Математическая модель теплоотдачи отопительного прибора при количественном регулировании

В зависимости от конструкции системы отопления, условий эксплуатации здания и его отдельных частей, изменения климатических параметров, срока эксплуатации системы и различных аварийных ситуаций тепло-гидравлический режим работы системы отопления может изменяться. При этом он (за исключением критических аварийных ситуаций) должен поддерживать требуемые комфортные параметры в отапливаемых помещениях.

Воздействие на систему отопления условно можно разделить на долгосрочное и краткосрочное. К долгосрочному можно отнести переменную температуру наружного воздуха, плановое длительное отключение некоторых стояков или ветвей системы, отключение механической системы вентиляции в здании, плановое снижение температуры воздуха в отдельных помещениях, теплоаккумулирующую способность здания, изменение потребителем пропускной способности регулирующих устройств с целью поддержания постоянно повышенной/пониженной температуры в помещении, повреждение теплоизолирующей оболочки здания, постепенное загрязнение и «зарастание» системы отопления. К краткосрочному воздействию следует отнести переменную температуру наружного воздуха, переменное теплопоступление в помещение, открытие окон в них, переменный воздушно-тепловой баланс здания, ремонт отдельных частей системы с их полным отключе 45 нием, временное несоответствие температурного графика качественного регулирования в тепловой сети требуемому при данной температуре наружного воздуха.

Говоря о переменном гидравлическом и тепловом режиме работы системы отопления, необходимо отметить тот факт, что любое отапливаемое помещение обладает переменным теплопотреблением. При этом температура должна поддерживаться на требуемом нормами уровне.

Текущая теплопотребность отапливаемых помещений связана как с их тепловыми потерями, так и с поступлениями в них теплоты от различных источников: бтреб = ±Gогр + бинф (бвент)+ блюд + босв + бс.р +бобор ±бмат, (20) где О — теплопотери или теплопоступления через ограждающие конструкции помеще-ния за счёт теплопередачи, Вт; О — теплопотр ебность на нагревание инфильтрующего 1С инф ся через воздухопроницаемые ограждения помещения наружного воздуха, Вт; О — теплопотр ебность на нагревание поступающего в помещение наружного воздуха в количестве санитарной нормы, Вт; О — теплопоступление от присутствующих в помеще-нии людей, Вт; О — теплопосту пление от осветительных приборов, размещённых в по осв мещении, Вт; 6 — поступление теплоты от солнечной радиации, Вт; О б — теплопо-ступление от работающего в помещении нагревающегося или электропотребляющего оборудования, Вт; О — теплопосту пление или теплопоглощение, связанные с нахожде -, мат нием в помещении нагретого или охлаждённого технологического материала, включая его транспорт, Вт.

Согласно зависимости (20) максимальное теплопотребление помещения будет приходиться на период наибольших тепловых потерь и наименьших теплопоступлений (как правило, в ночное время суток), а минимально теплопотр ебление — на период минимальных тепловых потерь и максимальных теплопоступлениях (в период активного поступления солнечной радиации помещение может перегреваться даже при полном отключении отопительного прибора).

При оснащении системы клапанами с термостатическими головками, или автоматическими регуляторами температуры под воздействием теплового переменного режима здания возникает переменность гидравлического режима работы системы отопления. При этом гидравлический режим работы изменяется таким образом, чтобы обеспечить требуемую теплоотдачу отопительных приборов в каждом отапливаемом помещении, постоянно выводя её из равновесного состояния. Именно поэтому расчёт системы отопления необходимо вести не при определённых «экстремальных» условиях, а во всем возможном диапазоне режима её работы. Тепло-гидравлический расчёт системы водяного отопления с переменным гидравлическим режимом является сложной инженерной задачей и требует цикличных расчётов. Это связано с эмпирической базой теории гидравлики и теплопередачи.

При традиционном расчёте системы водяного отопления выполняется задача по определению конструкции системы отопления, а именно: — типоразмера отопительных приборов, обеспечивающих требуемую теплоотдачу; — диаметра трубных участков системы; — типоразмера и характеристики работы циркуляционного насоса. Поскольку в традиционном расчёте учитывается некоторый стационарный режим, т. е. заведомо известен расход теплоносителя на каждом трубном участке, требуемая теплоотдача отопительных приборов, общая мощность системы отопления и задана температура теплоносителя до и после отопительных приборов, то процесс расчёта является последовательным и практически без итерационным.

Для того, чтобы определить способность системы отопления, оснащённой автоматическими регуляторами, обеспечить требуемый комфорт в помещении в течение всего отопительного сезона, необходимо решить задачу по определению расхода теплоносителя, протекающего через каждый отопительный прибор и, соответственно, расхода на каждом трубном участке системы, температуры теплоносителя, выходящего из прибора, и других, связанных с этими величинами, значений, в том числе эмпирических показателей.

Иными словами, для оценки качества работы системы необходимо построение некоторой расчётной модели, которая позволит определить тепло-гидравлический режим работы системы при различных внешних тепловых воздействиях.

Поверочный расчёт исследуемой системы

При выборе ВЦК руководствуются следующими правилами: — для однотрубных систем с тупиковой схемой ВЦК проходят через каждый стояк системы; — для однотрубных систем с попутной схемой первое ВЦК проходит через ближний по ходу теплоносителя от источника теплоты наиболее нагруженный стояк, а второе ВЦК через дальний от источника наиболее нагруженный стояк; — для двухтрубных систем выбор стояка аналогичен однотрубной, а выбор отопительного прибора, через который проходит ВЦК, аналогичен выбору прибора при определении ОЦК.

Данные правила были приняты, в основном, для упрощения ручного расчёта, исходя из общей картины распределения расхода в системе, а также, как минимально необходимые для выбора диаметра магистральных теплопроводов.

Однако эти правила не учитывали коллекторную схему системы отопления, конструкция которой была рассмотрена выше, а также тот фактор, что при ведении гидравлического расчёта системы отопления с регуляторами необходимо определять не только диаметр труб на участках, но и предварительные настроечные параметры регулирующих органов. В связи с этим, необходимо вести аналогичный расчёт всех стояков с определением диаметра и настроечных параметров регуляторов. При этом, в первую очередь, рассчитываются ВЦК, принятые согласно классическим требованиям, для окончательного определения диаметра магистральных труб, а затем ведут расчёт для остальных ВЦК (стояков), используя при этом известные правила по расчёту последовательных и гидравлически параллельных участков [47].

Коллекторную систему отопления при гидравлическом расчёте можно представить, как совокупность двух систем. Т. е., сами коллекторы у потребителя и дальнейшую разводку по квартире представить, как отопительный прибор, а магистрали и стояки рассчитывать согласно правилам для расчёта однотрубной и двухтрубной систем. Тогда определение ОЦК и ВЦК будет аналогично двухтрубным системам. Внутреннюю же разводку у потребителя следует увязывать отдельно, исходя из располагаемого перепада давления в коллектор е.

Необходимо отметить, что такая разбивка на две системы справедлива только в расчётных условиях. В эксплуатационных режимах эти, принятые условно, два контура будут обладать взаимным влиянием при изменении гидравлического режима работы одного из них.

Диаметр труб контуров ВЦК в первом приближении определяются исходя из экономической целесообразности согласно формуле (69). При этом рассчитывается общая потеря давления в контуре без учёта потери в термостатических клапанах и другой регулирующей арматуре. Потеря давления в регуляторах ВЦК в первом приближении принимается равной потере давления в регуляторах, расположенных на участках ОЦК.

Далее следует провести увязку ВЦК, чтобы выполнялось условие: для двухтрубной системы: ВЦК + А ВЦК.рег =Y.{Rl+Z )ОЦК + ОЦК.рег ; (78) для однотрубной системы: ВЦК + Л ВЦК.рег = (Rl +2)ОЦК +AiOЦК.рег +(ЛРе.ВЦК - е.ОЦК ), (79) где PВЦК — потеря давления в кольце ВЦК без учёта потери давления в регулирующих органах, Па; PВЦК. — потеря давления в регулирующих органах ВЦК, Па; (Rl + Z)ОЦК — общая потеря давления на участках ОЦК, гидравлически параллельных ВЦК, без учёта потери давления в регулирующих органах ОЦК, Па; Р„. — потеря давления в регу ОЦКрег лирующих органах ОЦК, Па; Р , Р — величина естественного циркуляционно е.ВЦК е.ОЦК го давления в ВЦК и ОЦК, соответственно, Па. При этом, в первую очередь, следует увязывать кольца с помощью изменения диаметра труб ВЦК, и только в случае необходимости запорно-регулирующими кранами на обратной подводке отопительного прибора. Это позволит создать больший диапазон регу 73 лирования ТСК в эксплуатационных условиях. Тогда потеря на запорно-регулирующем клапане ВЦК Р , Па, должна составлять: рк.ВЦК рк.ВЦК рк.ОЦК " А ВЦК +S ( + Z)ОЦК " ТСК.ВЦК + ТСК.ОЦК. (80) Если предполагается установка только ТСК, то ведётся максимально возможная увязка колец изменением диаметра труб ВЦК, а затем определяется требуемая потеря дав ления в ТСК у расчётного прибора РТ Па, согласно формуле: СК.ВЦК, СК.ВЦК = A ТСК.ОЦК ВЦК + Z(М + )ОЦК. (81) Если заранее известно, что на стояке (ответвлении) будет установлен дополнительный регулятор, то потеря давления в ТСК у прибора ВЦК принимается равной потере давления в ТСК у расчётного прибора ОЦК, а потеря давления на дополнительном регуляторе, например, АРПД Р АРПД.ВЦК, Па, может быть определена по формуле: А АРПД.ВЦК = Д АРПДОЦК " ВЦК + Х( + )ОЦК " т.ОЦК + ст.ВЦК . (82)

Если расчёт ведётся для однотрубных систем с проточными стояками, то увязка проводится аналогичным способом, но при этом ТСК у приборов и запорно-регулирующие краны на обратной подводке не устанавливаются. При этом, если заранее оговорена установка регулирующей арматуры на стояке, увязка стояка проводится только с её помощью, так как диаметр стояка должен быть постоянным. Т. е., потеря давления в регуляторе стояка (например, автоматическом регуляторе температуры) РАРТ.ВЦК, Па, может быть определена по формуле: АРТ.ВЦК = АРТ.ОЦК - А ВЦК + 1 (М + 7)ОЦК + ( е.ВЦК " е.ОЦК ) . (83)

В однотрубных системах с проточно-регулируемой схемой, а также с замыкающими участками, расчёт ТСК и балансировочных вентилей проводится с учётом результатов расчёта коэффициентов затекания [47], а увязка стояков проводится регулирующей арматурой, установленной на стояке.

Для коллекторных систем расчёт ведётся по методике, которая рассмотрена выше. При этом коллектор и разводка у потребителя принимаются, как единый условный отопительный прибор с общей тепловой нагрузкой О , Вт:

бкв = 2бг, (84) где Qi — суммарная тепловая нагрузка отопительных приборов, подключённых к расчётному коллектору.

Если перед коллекторами не предусмотрена установка регулирующей арматуры, то увязка ВЦК и ОЦК будет проводиться, в первую очередь, изменением диаметра труб, а затем с использованием ТСК расчётного прибора у потребителя (расчётным прибором будет являться самый мощный и удалённый от коллектора).

Если перед коллектором потребителя установлена какая-либо регулирующая арматура, то вторичная увязка (после увязки диаметром) будет проводиться с её помощью. При этом с помощью ТСК у приборов потребителя следует увязывать внутреннюю систему потребителя.

В двухтрубных системах, в отличие от однотрубных, необходимо проводить дополнительные расчёты по увязке малых циркуляционных колец (МЦК), которые проходят через приборы, не входящие в ОЦК и ВЦК. Данный расчёт позволяет подобрать типоразмер клапана и его исходные настроечные параметры с учётом разрегулировочного влияния естественного циркуляционного давления, возникающего в стояке. Последовательность расчёта МЦК представлена на рисунке 2.11.

Описание средств измерения и мест их размещения

Необходимо отметить, что в некоторые периоды фактическая температура подающего теплоносителя отличалась от требуемой по графику более, чем на 10 С. Температура обратного теплоносителя также в ряде случаев была превышена, но это наблюдалось довольно редко.

График фактической температуры теплоносителя и требуемой температуры теплоносителя по температурному графику представлены на рисунке 4.5.

Температура воздуха в помещениях измерялась и архивировалась с помощью лог-геров температуры ТЕСТО на протяжении того же периода исследования, что и данные с тепловычислителя и р егу лятор а темпер ату р ы.

График фактической температуры воздуха в обследуемых помещениях на период исследования представлен на рисунке 4.6.

Из графиков видно, что в некоторые периоды времени наблюдается практически одновременный перегрев помещений. Данные «пики» характерны для дневного времени с 9:00 по 14:00 для 3—6, 8, 9, 11—14, 21, 25—27-х суток исследования. Архив погоды [96] указывает на то, что именно в эти дни была ясная безоблачная погода. Таким образом, перегрев помещений связан с переизбытком теплопоступления от солнечной радиации, а также началом рабочего дня, когда обильные теплопоступления от персонала и оборудования не успели быть скомпенсированы системой. Фактически поток теплоносителя через отопительные приборы перекрывается полностью, но помещение не успевало охлаждаться, а температура продолжала расти. Это подтверждает и график расхода теплоносителя. В эти периоды времени общий расход в системе снижался на 10—20 %.

Заранее не известно, какую температуру воздуха в помещениях поддерживает ТСГ, так как потребителю был предоставлен диапазон регулирования. В некоторых случаях, когда фактическая температура подающего теплоносителя в системе отопления была ниже требуемой по температурному графику, температура в помещении либо плавно снижалась, либо пик перегрева помещения был более сглажен (4—7, 16, 17 и 21 сутки исследования). При этом видно, что температура в помещении понижалась только через некоторое время после отклонения температуры подающего теплоносителя от требуемой. Задержка по времени связана с тепловой инерционностью здания и самой системы отопления.

По результатам измерений помещение 301 вызвало особый интерес. Амплитуда колебаний температуры в течение дня достигала 4,3 C, и сам процесс поддержания требуемой температуры происходил с сильным её колебанием в течение периода исследования. В результате осмотра помещения было найдено сквозное повреждение стены возле оконного проёма, что приводило к увеличенным непредусмотренным теплозатратам на подогрев помещения, в связи с чем и происходили большое колебание внутренней температуры, амплитуда которого зависела от изменения температуры наружного воздуха.

Отдельно отметим 24—27 сутки исследования. Температура подающего теплоносителя значительно превышала температуру, требуемую по температурному графику. Система автоматики в связи с этим плавно понижала температуру теплоносителя и расход воды в системе, но в связи с большой инерционностью в итоге температура обратного теплоносителя превысила требуемую по графику, и система на 25 и 26 сутки полностью перекрыла поток теплоносителя из тепловой сети. В свою очередь, и клапаны с термостатическими головками полностью перекрыли поток теплоносителя через отопительные приборы. Соответственно, расход теплоносителя в системе и температура теплоносителя р ез ко сниз ились.

В целом из исследования видно, что температура воздуха в помещениях системой отопления поддерживается, если выдерживается температурный график и внешние тепло-поступления не превышают теплопотребность помещения.

В ходе исследования проводились прямые и косвенные многократные измерения. Погрешность отдельных измеряемых величин (температуры внутреннего воздуха, температуры наружного воздуха, расхода теплоносителя из тепловой сети, температуры теплоносителя в тепловой сети) можно определить с помощью данных, представленных в паспорте средства измерения. Погрешность измерения косвенно измеренных величин (температура подающего теплоносителя в системе отопления и расход теплоносителя в системе отопления и на линии смешения) может быть определена только расчётным методом.

Для определения случайной относительной погрешности косвенного измерения при условии, что доверительная вероятность всех измеряемых величин равна 0,95 [97], применяется формула [98]: где f — функция (формула) величины, для которой определяется относительная погрешность; x — аргументы (переменные составляющие формулы), измеренные прямым методом величины; x — доверительные интервалы при заданных доверительных вероятностях (надёжностях) для аргументов, или абсолютная погрешность измерения средств измерения.