Теплофикация и тепловые сети. И тепловые

• Название: И тепловые
• Анкор: Теплофикация и тепловые сети
• Дата: 27.03.2022
• Размер: 2.4 Mb.
• Имя файла: Теплофикация и тепловые сети.docx
• Тип: Учебник; #420164
• страница: 26 из 101

Рис. 4.14. Графики тепловой нагрузки и расхода воды на горячее водоснабжение при открытой системе теплоснабжения

При t_r < т_о2 вся вода для горячего водо­снабжения берется только из обратной линии.

На рис. 4.14 показан график расхода те­плоты и воды на горячее водоснабжение в открытых системах при искусственно вы­ровненной нагрузке горячего водоснабже­ния. Весь отопительный период можно раз­бить на два диапазона: с постоянной I и переменной II температурами воды в по­дающей линии.

Обычно т"'] = 1_Г, поэтому в диапазоне I вся вода для горячего водоснабжения отби­рается из подающей линии:

(3= 1; (1 - р) = 0.

В диапазоне II по мере снижения растет (1 - Р) и уменьшается р. При некоторой тем­пературе наружного воздуха _г температура воды в обратной линии делается равной t_r, т.е. т_о2 = г_г; в этом режиме (1 - р) = 1 и р = 0. В диапазоне наружных температур t_{l} г} - /_{н 0} весь водоразбор идет из обратной линии теп- 144

ловой сети, т.е. Р = 0, поскольку при Z_{H нг}, ^то2 ^{> 1}г абсолютное значение водоразбора уменьшается в отношении (z_r- *_х)/(т_о2- \), так как при т_о2 > /_г, W_r = 0_г/(т_о2 - t_x).

При отсутствии у абонентов аккумулято­ров горячей воды, что типично для совре­менных жилых зданий, водоразбор изменя­ется в течение суток. Максимальный водо­разбор из подающей линии имеет место в ча­сы максимальной нагрузки горячего водо­снабжения при повышенных наружных тем­пературах отопительного периода /_н > /_{н и}.

Суммарный расход воды в тепловой сети. Многие важные экономические пока­затели систем централизованного тепло­снабжения (начальные затраты на сооруже­ние тепловых сетей и сетевых насосных ус­тановок, расход энергии на перекачку теп­лоносителя и т.д.) зависят от расчетного расхода воды в сети, под которым понима­ется максимальный суммарный расход се­тевой воды.

В закрытых системах теплоснабжения при параллельном присоединении на або­нентских вводах установок отопления и го­рячего водоснабжения (см. рис. 3.6) сум­марный расход сетевой воды в тепловой се­ти является суммой расходов воды на от­дельные виды тепловой нагрузки, причем, поскольку вода из тепловой сети не разби­рается, расходы в подающей и обратной ли­ниях сети одинаковы. Суммарный эквива­лент расхода сетевой воды в закрытой теп­ловой сети при любом режиме ее работы определяется по формуле

^=^п=^об=^о⁺^в⁺^г. (4-60) где fV_n, fV_o5, IV_O, W_B, fV_r — эквиваленты рас­хода сетевой воды соответственно в подаю­щей и обратной линиях тепловой сети, на отопление, вентиляцию, горячее водо­снабжение.

На рис. 4.15 представлен график сум­марного эквивалента расхода воды в сети закрытой системы теплоснабжения. Сум­марный расход воды в сети (линия 5) изме-



Рис. 4.15. График суммарного расхода сетевой воды в закрытой системе теплоснабжения I — отопление, 2 — вентиляция, 3 — горячее водо­снабжение, 4 — расход на отопление и горячее водо­снабжение, 5 — суммарный расход на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

няется по некоторой кривой. Максималь­ный расход воды в сети имеет место при г_{н и} в точке «излома» температурного графика в подающем трубопроводе тепловой сети. Поскольку нагрузка горячего водоснабже­ния имеет неровный суточный график, то максимальный суммарный расход воды в сети имеет место при (_ни в часы пиковой нагрузки горячего водоснабжения (для жи­лых зданий — вечерние часы накануне вы­ходных дней). Для последующего сравне­ния с другими схемами присоединения або­нентов на рис. 4.15 показан также суммар­ный расход воды в сети на отопление и го­рячее водоснабжение (кривая 4).

На рис. 4,16 приведен график суммарно­го эквивалента расхода воды в сети откры­той системы теплоснабжения. Расходы во­ды на отопление и вентиляцию (кривые / и 2) имеют те же значения, что и в закрытых системах. В интервале наружных темпера­тур от г_{и к} до г_{н и} весь расход воды на горя-



Рис. 4.16. График суммарного расхода сетевой воды в открытой системе теплоснабжения 1 — отопление, 2 — вентиляция, З_п — горячее водо­снабжение из подающей линии, 3₀g — горячее водо­снабжение из обратной линии, 4_п — суммарный расход в подающей линии, 4^ — суммарный расход в обратной линии

чее водоснабжение отбирается из подаю­щей линии (кривая 2_П). При понижении на­ружной температуры от /_{н и} до /„ _г водораз- бор из подающей линии сокращается до ну­ля и соответственно возрастает водоразбор из обратной линии (2_об). В диапазоне на­ружных температур от /_{н г} до г_{н 0} весь водо­разбор идет из обратной линии тепловой се­ти. Абсолютное значение водоразбора не­сколько уменьшается при снижении наруж­ной температуры от г_нг до /_но, поскольку при наружных температурах /_н < г_{н г} т₂ > <_г-

Суммарный эквивалент расхода воды в подающей и обратной линиях открытой системы теплоснабжения при любом режи­ме ее работы определяется по следующим формулам:

^п ⁼ ^о^+и/в ⁺ Р^_г; (4.61) ^об^о+^в-О-Р)^- (4.62)

В диапазоне наружных температур от /_нк до <_{и и} р = 1; при наиболее низких на­ружных температурах (когда Г_н < г_{н г}) р = 0.

145

Суммарные расходы воды в подающей (кривая 4_п) и в обратной (кривая 4_об) линиях имеют максимальное (расчетное) значение при t_{H и} в точке излома температурного гра­фика. Расход воды в подающей линии по­стоянно больше расхода воды в обратной линии. Разность расходов воды в подающей и обратной линиях сети равна расходу воды на горячее водоснабжение (без учета утечек в сети) [49, 101].

При одинаковых тепловых нагрузках и одинаковой расчетной температуре воды в подающей линии тепловой сети в откры­тых системах теплоснабжения расчетный расход воды в подающей линии несколько меньше, чем в закрытой системе, а расчет­ный расход воды в обратной линии значи­тельно меньше, чем в закрытой системе. Больший расчетный расход воды в закры­тых системах по сравнению с открытыми вызывается тем, что в закрытых системах при параллельном включении установок отопления и горячего водоснабжения эн­тальпия сетевой воды недостаточно полно используется в абонентских установках для удовлетворения нагрузки горячего водо­снабжения. При двухступенчатой смешан­ной схеме присоединения установок горя­чего водоснабжения (см. рис. 3.6) улучша­ется использование энтальпии сетевой во­ды для горячего водоснабжения. Однако и при этом доля максимальной нагрузки горя­чего водоснабжения, удовлетворяемая за счет теплоты обратной воды от отопления при наружных температурах _и, неве­лика.

Средняя температура воды в обратной линии тепловой сети в закрытых системах теплоснабжения определяется по формуле



, (4.63а)

где т_о2, т_в2, т_г2 — температура обратной се­тевой воды соответственно после устано­вок отопления,вентиляции и горячего водо­снабжения, °C.

В открытых системах теплоснабжения средняя температура воды в обратном тру­бопроводе тепловой сети

to2^o-bt_B2№-_B-(l-P)T,.₂№-_r

fV_Q+ w;-(l -р)^_г

Центральное регулирование по со­вмещенной нагрузке. В районах, в кото­рых кроме отопления имеется значительная тепловая нагрузка другого вида, например горячее водоснабжение или вентиляция, можно значительно уменьшить расчетный расход воды в тепловой сети при переходе от центрального регулирования одного ви­да тепловой нагрузки — отопления, к цен­тральному регулированию совмещенной нагрузки — отопления и горячего водо­снабжения или отопления и вентиляции [87, 101]. Ниже рассмотрен метод расчета центрального регулирования по совмещен­ной нагрузке отопления и горячего водо­снабжения.

Применение такого метода регулирова­ния дает возможность обеспечить нагрузку горячего водоснабжения без дополнитель­ного увеличения или с незначительным уве­личением расчетного расхода воды в сети по сравнению с расчетным расходом воды на отопление.

Центральное регулирование совмещен­ной нагрузки отопления и горячего водо­снабжения ориентируется обычно на ти­пичную для данного района относительную нагрузку горячего водоснабжения, равную отношению расчетных значений регулируе- мых нагрузок р_г^н_т = ((?/ /£?₀)_т, где /-,ср 11

У_г — средненедельныи расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение; Q'_o — расчетная тепловая нагрузка отопления.

Для обеспечения качественного и эконо­мичного теплоснабжения абонентов при центральном регулировании по совмещен­ной нагрузке необходимо, чтобы независи­мо от центрального регулирования, осуще­ствляемого обычно в источнике тепло­снабжения (на ТЭЦ или в котельной), про­водилось дополнительно групповое и (или) местное количественное регулирование всех видов тепловой нагрузки на ГТП и (или) МТП [24, 39, 111], а также дополняемое индивидуальным регулированием.

В качестве импульса для регулирования ото­пительной нагрузки на ГТП или МТП наиболее целесообразно использовать внутреннюю темпе­ратуру отапливаемых помещений или темпера­туру устройства, моделирующего температур­ный режим отапливаемых зданий (см. рис. 3.6 и 3.10) [111]. Такая схема регулирования позво­ляет использовать температуру воды в подаю­щем трубопроводе тепловой сети в качестве од­ного из маневренных параметров системы тепло­снабжения. При необходимости можно без нару­шения качества теплоснабжения поднять темпе­ратуру воды в подающем трубопроводе сети зна­чительно выше, чем это требуется по оптималь­ному расчетному режиму для данных условий. В этом случае регуляторы отопления, установлен­ные на ГТП или МТП, сократят расход сетевой воды, однако температурный режим в отапливае­мых зданиях не выйдет за зоны комфорта. При таком решении существенно повышается манев­ренная способность тепловой сети, так как стано­вится возможным удовлетворять тепловую на­грузку абонентов при снижении расхода воды в сети, что имеет значение при аварийных ситуа­циях, а также при разных плановых переключе­ниях.

Кроме того, при установке на ГТП или МТП ре­гуляторов отопления можно выбирать сравнитель­но свободное отиошение (£?'^ри/£?')_т (Ргт")т’ по которому строится режим центрального регу­лирования, не опасаясь перерасхода теплоты, поскольку корректировка расхода теплоты на отопление производится по внутренней темпера­туре отапливаемых помещений.

Как правило, увеличение (р^Ррн)_т при неиз­менной расчетной тепловой нагрузке района приводит к уменьшению расчетного расхода во­ды в тепловой сети и эксплуатационных расхо­дов на перекачку теплоносителя. Одновременно уменьшается комбинированная выработка элек­трической энергии на ТЭЦ, так как повышается температура сетевой воды в подающей линии те­пловой сети.

Существенно ограничиваются маневренные возможности системы теплоснабжения при ис­пользовании для группового или местного регу­лирования регуляторов расхода, а не регулято­ров отопления.

Рассмотрим применение центрального регулирования совмещенной нагрузки — отопления и горячего водоснабжения — в закрытых и открытых системах тепло­снабжения.

Центральное регулирование закры­тых систем теплоснабжения. В закрытых системах теплоснабжения при использова­нии регуляторов отопления центральное ре­гулирование по совмещенной нагрузке принципиально может применяться в лю­бом районе, где имеются оба вида тепловой нагрузки (отопление и горячее водоснабже­ние), независимо от относительного количе­ства абонентов с обоими видами нагрузки.

При использовании регуляторов расхо­да центральное регулирование по совме­щенной нагрузке отопления и горячего во­доснабжения применяют не в любом рай­оне, а только там, где в большинстве (не ме­нее 75 %) жилых и общественных зданий района имеются установки горячего водо­снабжения. При использовании как регуля­торов отопления, так и регуляторов расхода режим центрального качественного регули­рования по совмещенной нагрузке рассчи­тывается из условия постоянного расхода сетевой воды для удовлетворения суточно­го расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение абонентов с типичным для района значением (р^^н)_т.

Наиболее рациональной зависимой схе­мой присоединения абонентов при рассмат­риваемом методе центрального регулирова­ния является схема с двухступенчатым по­догревом воды для горячего водоснабже­ния. Эта схема с регуляторами отопления показана на рис. 3.6 и 3.10, а с регулятором расхода — на рис. 3.6.

Рис. 4.17. Присоединение установки горячего водоснабжения по двухступенчатой последовательной
схеме и отопительной установки по зависимой схеме
а — принципиальная схема; б — зависимость суммарного расхода сетевой воды If от ее расхода через верхнюю
ступень подогревателя горячего водоснабжения lf_n; 1 — подогреватель верхней ступени; 2 — то же нижней сту-
пени; 3 — элеватор; 4 — отопительный прибор; 5 — водоразборный кран, 6 — регулятор и ограничитель рас-
хода; 7 — регулятор температуры

На рис. 4.17, а эта схема приведена в уве­личенном масштабе, а на рис. 4.17, б пока­зан характер изменения расхода сетевой во­ды через установку IV в зависимости от рас­хода сетевой воды W_n через верхнюю сту­пень подогревателя горячего водоснабже­ния 1. Расход сетевой воды в рассматривае­мой установке регулируется двумя прибора­ми — регулятором расхода 6 и регулятором температуры 7. Регулятор расхода 6 поддер­живает практически постоянным заданный расход сетевой воды через сопло элеватора или через какое-либо другое заданное со­противление установки, например через дроссельную шайбу на трубопроводе. Когда регулятор температуры 7 открывается и расход сетевой воды IV_n через подогрева­тель 1 увеличивается, регулятор 6 прикры­вается настолько, чтобы расход сетевой во­ды через сопло элеватора сохранился прак­тически постоянным. Только в тех случаях, когда расход сетевой воды через подог­реватель 1 превышает заданный расход се­тевой воды IT'на установку W_nIW'> 1, регу­лятор 6 полностью закрывается и весь рас­ход сетевой воды проходит через подогре­ватель 1. В этом режиме W = W_n > W.

Основные преимущества этой схемы:

а) выравнивание суточного графика со­вмещенной нагрузки за счет использования аккумулирующей способности строитель­ных конструкций отапливаемых зданий без установки специальных аккумуляторов;

б) минимальный расчетный расход се­тевой воды, равный для типовых вводов расчетному расходу воды на отопление;

в) пониженная температура обратной воды благодаря использованию теплоты этой воды для частичного покрытия нагруз­ки горячего водоснабжения.

Задача расчета центрального регулиро­вания заключается в определении темпера­туры сетевой воды в подающей и обратной линиях сети при различных наружных тем­пературах т,, т₂ =/('_н) (Р^ис' ⁴¹⁸)'

Исходными данными для расчета слу­жат: значение р^.'” для типового абонента;

расчетный график температур для отопле­ния т_о1, т_о2 =/(/_н), построенный по форму­лам качественного регулирования (4.38), (4.39); типовой суточный график горячего водоснабжения.

Поскольку суточный график горячего водоснабжения весьма неравномерен, то



Рис. 4.18. Графики температур (а) и расхода сете-
вой воды (б) при центральном качественном регу-
лировании совмещенной нагрузки отопления и

горячего водоснабжении (закрытая система) основной расчет проводится по балансовой нагрузке горячего водоснабжения Q$, не­сколько превышающей средненедельную

^и . Это объясняется тем, что при нагруз­ке горячего водоснабжения Q_r более высо­кой, чем Q^{cp н}, по которой выбирается пло­щадь поверхности нагрева подогревателя нижней ступени, разность нагрузок Q_r Q°^P ” покрывается в основном подог­ревателем верхней ступени за счет теплоты воды подающей линии тепловой сети, что приводит к снижению отпуска теплоты на отопление. Поэтому из условия обеспече­ния суточного баланса теплоты на отопле­ние при расчете температурного графика в качестве расчетной нагрузки горячего водо­снабжения принимают не средненедель­ную, а так называемую балансовую нагруз­ку Q& = х_б^^рн, где х_б — поправочный

коэффициент для компенсации небаланса теплоты на отопление, вызываемого нерав­номерностью суточного графика горячего водоснабжения.

При искусственном выравнивании су­точного графика горячего водоснабжения у абонентов с помощью аккумуляторов го­рячей воды Xg = 1. При отсутствии аккуму­ляторов можно принимать для жилых зда­ний ориентировочно х_б = 1,2. Возможные неточности, связанные с ориентировочным выбором значения х_б, устраняются путем

проверочного расчета температурного гра­фика центрального регулирования по су­точному тепловому балансу отопительных установок с типовым отношением нагрузок горячего водоснабжения и отопления.

Расчет температурного графика заклю­чается в определении перепадов темпера­тур сетевой воды в подогревателе нижней ступени горячего водоснабжения 8₂ и по­догревателей верхней ступени 8| при раз­личных наружных температурах /_и и балан­совой нагрузке горячего водоснабжения 2р. Расчет значений 8₂ и 8| проводится

следующим образом. Задаются недогревом Д/'" в нижней ступени, т.е. разностью меж­ду температурой обратной воды после сис­темы отопления т"₂ и температурой водо­проводной воды после нижней ступени по­догревателя при нагрузке Q⁶_r и наруж­ной температуре t_{u и}:

Л'и'=<>2 'п • (4.64)

Строго говоря, значение Дг'" должно опре­деляться технико-экономическим расче­том, предварительно можно принимать ДГ" =5—10 °C.

Вычисляют перепад температур сете­вой воды в нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения при и г_Н11 по формуле водной воды после нижней ступени подо­гревателя горячего водоснабжения;

Определяют значение 8₂ при @_г и лю­бой наружной температуре t_u из условия

8₂ = 5₂"(т_о2-/_х)/(т£ -U- (4-66)

При нагрузке горячего водоснабжения Q⁶ суммарный перепад температур 5 = 5, + + 5₂ постоянен при всех температурах на­ружного воздуха и равен

8 = Рг(т'_о, - т'_о2). (4-67)

Перепад температур сетевой воды в верхней ступени подогревателя горячего водоснабжения при любой наружной тем­пературе может быть найден по формуле

8,=8-8₂. (4.68)

Если расчетный недогрев воды в нижней ступени при наружной температуре г_{н и}

= ^-Г(то₂'^_х), (4-69)

^То2 'х

то при расчетной наружной температуре г_{н 0} «балансовая» нагрузка горячего водоснаб-