Конс_2 (Конспекты лекций)

23

2. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ

Тепловая нагрузка в течение отопительного сезона меняется. Поэтому для поддержания требуемого теплового режима тепловую нагрузку необходимо регулировать.

Различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование. Центральное регулирование осуществляется на ТЭЦ и котельных. Групповое – на групповых тепловых подстанциях. Местное – на местных тепловых подстанциях. Индивидуальное – непосредственно у абонентов.

Если тепловая нагрузка у всех потребителей примерно одинакова, то можно ограничиться центральным регулированием. В большинстве же случаев тепловая нагрузка неоднородна. В этом случае центральное регулирование ведется по характерной тепловой нагрузке для большинства потребителей. В первую очередь это отопительная нагрузка и совместная нагрузка отопления и ГВС. Во втором случае расход воды в ТС увеличивается незначительно по сравнению с регулированием по отопительной нагрузке или не меняется.

Основное количества тепла в абонентских системах расходуется на нагрев. Поэтому тепловая нагрузка в первую очередь зависит от режима теплопередачи. Теплопередача описывается уравнением теплопередачи

(2.1)

где n - длительность работы системы; F – площадь поверхности теплообмена; k – коэффициент теплопередачи; Dt – средняя разность температур теплообменивающихся сред. В первом приближении

(2.2)

- температура сетевой воды; t – температура нагреваемой воды; индексы 1 и 2 относятся ко входу и выходу теплообменника. Из уравнения теплового баланса

найдем и подставим в (2.2).

,

Решая совместно (2.1) и уравнение баланса, получим

.

Т.о., тепловую нагрузку в принципе можно регулировать изменением пяти параметров – k, F, n, , . Изменение и имеют ограничения. Температура сетевой воды не может быть ниже 60⁰С, необходимой для обеспечения температуры воды ГВС и не может быть выше температуры насыщения для данного давления. Расход воды определяется располагаемым перепадом давления на ГТП и МТП. Если один из теплоносителей – пар, то его температуру можно изменять меняя давление (дросселированием).

В водяных системах реально можно менять тепловую нагрузку тремя способами:

1. изменением температуры сетевой воды – качественное регулирование;

2. изменением расхода сетевой воды – количественное регулирование;

3. изменением расхода и температуры воды – качественно-количественное регулирование.

Регулирование путем изменения длительности работы n называется регулированием пропусками. Применяется как местное в дополнение к центральному.

Выбор метода регулирования зависит от гидравлической устойчивости системы. Гидравлическая устойчивость - это способность системы поддерживать заданный гидравлический режим и характеризуется коэффициентом гидравлической устойчивости

Здесь - располагаемый перепад давления у наиболее удаленного потребителя;

- перепад давления, срабатываемый в сети. Если у 0,4 , то применяется качественное регулирование. Если y > 0.4, то применяется качественно-количественное регулирование. Центральное регулирование ориентируется на основной вид нагрузки района. Таковой может быть нагрузка отопления (регулирование по отопительной нагрузке), либо совмещенная нагрузка отопления и ГВС (регулирование по совмещенной нагрузке).

Обозначим через расчетные значения величин при .

Текущие значения этих же величин обозначим через .

Относительные безразмерные величины:

; ; .

Связь между можно представить в виде .

Рис.2.1. Закон изменения расхода при различных

видах регулирования тепловой нагрузки

2.1 Тепловые характеристики теплообменных аппаратов

В проектных расчетах теплообменников применяются уравнение теплопередачи

(2.3)

и уравнение теплового баланса

или (2.4)

В уравнении (2.3)

(2.5)

Если , то можно пользоваться среднеарифметической разностью температур. . (2.6)

Для целей расчета регулирования тепловой нагрузки уравнение (2.3) неудобно, т.к. заранее величина Dt неизвестна. Поэтому удобнее пользоваться максимальной разностью температур.

(2.7)

где - максимальная разность температур сред. Пользуясь (2.5), можно получить аналитические выражения для D только для прямотока и противотока. Для более сложных схем этого сделать не удается. Поэтому пользуются приближенным выражением.

Dt=D-adt_м - bdt_б. (2.8)

Если вычислять Dt по (2.5), то b=0.65 для всех схем, 0.35 < a < 0.65 в зависимости от схемы.

Если вычислять Dt по (2.6), то a=b=0.5.

Тепловая нагрузка, отнесенная к максимальной разности температур, называется удельной теплопроизводительностью.

, или

. (2.9)

Отношение удельной теплопроизводительности к полной теплоемкости называется безразмерной теплопроизводительностью, или коэффициентом эффективности.

. (2.10)

Применительно к системам отопления относится к воздуху, а - к воде.

Если один из теплоносителей пар, то и

.

Зависимость (2.10) действует в диапазоне

.

Зависимости (2.9) и (2.10) универсальны и справедливы для любых схем движения теплоносителей. В отопительных установках отношение .Значение b = 0,5 если на абонентском вводе нет узла смешения и при наличии узла смешения, где u – коэффициент смешения.

Рис.2.2. Расчетная схема узла смешения

Для любого теплообменного аппарата

,где - постоянный параметр, .

Для системы отопления n = 0,25 , тогда:

2.2. Качественное регулирование однородной нагрузки

Рассмотрим регулирование отпуска тепла при наличии только отопительной наг-

рузки (вентиляционной нагрузки и ГВС нет).

Качественное регулирование предполагает = const.

Требуется определить , . Для отопительной установки максимальная разность температур . Тогда

.

Поскольку , (2.11)

то

. (2.12)

Далее

, . (2.13)

На расчетном режиме

. (2.14)

Подставив (2.14) в (2.13) с учетом (2.11), получим

. (2.15)

Приравнивая (2.12) и (2.15), найдем

, откуда получим

, (2.16)

. (2.17)

Рис.2.2. График температур сетевой воды при

качественном регулировании отопительной нагрузки

2.2. Качественное регулирование разнородной нагрузки

Если кроме отопительной нагрузки есть еще и нагрузка ГВС, то, независимо от метода регулирования, температура воды в подающем трубопроводе не должна быть ниже уровня, определяемого условиями ГВС. Для поддержания такой температуры делается подрезка температурного графика при 65 ⁰С - для открытой системы и 70 ⁰С - для закрытой системы. График температур приобретает вид ломаной. Точке излома температурного графика соответствует температура наружного воздуха .

При происходит смена регулирования с качественного на количественное, либо регулирование пропусками. При график температур сетевой воды рассчитывается для случая регулирования либо по отопительной нагрузки, либо по совмещенной нагрузке отопления и ГВС.

Рис.2.4. График температур при совмещенной нагрузке

2.2.1 Качественное регулирование по отопительной нагрузке.

При этом методе регулирования постоянным поддерживается расход только через систему отопления.

При .

При ,

где текущая отопительная нагрузка.

Температуры сетевой воды рассчитываются только по отопительной нагрузке по уравнениям (2.16) и (2.17). Расход в сети переменен и равен в прямом трубопроводе:

, где - расход воды на ГВС из прямого трубопровода;

G_ут - потери или утечки из сети.

В обратном трубопроводе в закрытых системах:

B обратном трубопроводе в открытых системах:

Рис.2.5.График температур в системе отопления

а) б)

Рис.2.6. Графики расходов и тепловых нагрузок

а – отопление; б – вентиляция.

Система вентиляции проектируется таким образом, чтобы при температура сетевой воды после вентиляционной установки была равна . Желательно, чтобы в диапазоне температур графики температур и совпадали. При проектировании источников тепла допускается, чтобы в течение всего отопительного периода принимать .