Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика. Пырков В.В. , 2005. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения. Теория и практика
 Скачать 10.16 Mb.
|
|
УСЛОВНЫЕ БУКВЕННО ЦИФРОВЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ A — удельное динамическое давление, Па/(кг/ч) 2 a — авторитет (внешний) терморегулятора либо регулирующего клапана a в — внутренний авторитет терморегулятора a в.у — внутренний авторитет узла обвязки теплообменного прибора a б — базовый авторитет терморегулятора либо регулирующего клапана a б i — базовый авторитет терморегулятора при i той настройке дросселя a б N — базовый авторитет терморегулятора при настройке дросселя в положение "N" a + — полный внешний авторитет терморегулятора либо регулиру ющего клапана a * — общий авторитет терморегулятора a * i — общий авторитет терморегулятора при i той настройке дрос селя a * cm — общий авторитет регулируемого участка (стояка либо при борной ветки) Б — поправочный коэффициент, учитывающий влияние естест венного давления b — доля неучитываемого теплового потока трубопроводов C g — объемная доля антифриза, % C — характеристика сопротивления участка трубы, бар/(м 3 /ч) m c w — теплоемкость воды, кДж/кг К c — коэффициент пропорциональности d — диаметр трубопровода, м d д — диаметр отверстия диафрагмы, мм d y — условный диаметр трубопровода, мм F — сила, Н f min — площадь минимально открытого дросселя терморегулятора (при настройке 1), мм 2 f max — площадь максимально открытого дросселя терморегулятора (при настройке N), мм 2 f 4.5 — площадь открытого проходного отверстия дросселя термо регулятора при настройке 4.5, мм 2 f R — коэффициент качества регулировочно технического оснаще ния системы G — массовый расход воды, кг/ч G c — массовый расход воды в системе, кг/ч G cm — массовый расход воды в стояке (приборной ветке), кг/ч G к — массовый расход воды в клапане, кг/ч G 100 — массовый расход воды при полностью открытом клапане, кг/ч G N — номинальный (расчетный) массовый расход воды, кг/ч G — изменение массового расхода воды, кг/ч g — ускорение свободного падения, м/с 2 H — напор насоса, м h — высота подъема затвора клапана, мм h v — начальная высота расположения затвора терморегулятора, мм h 100 ; h vs — высота подъема затвора полностью открытого клапана, мм k — корректирующий коэффициент k э — эквивалентная шероховатость, м k v — номинальная пропускная способность, (м 3 /ч)/бар 0,5 k v i — то же, при i той настройке дросселя, (м 3 /ч)/бар 0,5 k v N — то же, при максимальной настройке дросселя в положение "N", (м 3 /ч)/бар 0,5 k vs — характеристическая пропускная способность полностью открытого клапана, (м 3 /ч)/бар 0,5 k vs i — то же, при i той настройке дросселя, (м 3 /ч)/бар 0,5 k vs N — то же, при максимальной настройке дросселя в положение "N", (м 3 /ч)/бар 0,5 k v 58 — пропускная способность клапана при настройке 0,58 n max , (м 3 /ч)/бар 0,5 L A — допустимый эквивалентный уровень звука по шуму, dB(A) l — длина трубопровода, м M — момент силы, Нм m — показатель степени max — максимальная величина min — минимальная величина n — положение настройки регулирующего клапана n max — максимальное положение настройки регулирующего клапана P2 — мощность насоса, кВт P — потери давления или избыточное давление, Па [бар] P к — потери давления на автоматическом балансировочном клапане, Па [бар] P c — располагаемое давление в системе, Па [бар] Δ Δ Δ Δ 12 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 13 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА P ст — потери давления в стояке, Па [бар] P e — гравитационное (естественное) давление теплоносителя, Па [бар] P l — потери давления на трение, Па [бар] P M — потери давления в запорном клапане спутнике ASV М, Па [бар] P м — потери давления в местном сопротивлении, Па [бар] P h — потери давления в терморегуляторе, создаваемые начальным расположением затвора, Па [бар] P n — потери давления, создаваемые смещением затвора при настройке регулирующего клапана, либо потери давления, создаваемые поворотом дросселя при настройке терморегу лятора, Па [бар] P н — давление, создаваемое насосом, Па [бар] P PV — автоматически поддерживаемый перепад давления регулято ром ASV PV, Па [бар] P Q — потери давления на автоматическом регуляторе расхода ASV Q, Па [бар] P o — потери давления полностью открытого терморегулятора, Па [бар] P mp — потери давления на участке системы (в трубопроводах и обо рудовании) до точек отбора импульса давления автоматиче ским регулятором перепада давления, Па [бар] P v — потери давления на регулирующем клапане, Па [бар] P vs — потери давления на полностью открытом клапане, Па [бар] P T — потери давления на терморегуляторе, Па [бар] P 1 — потери давления на полностью открытом терморегуляторе, Па [бар] P Ш — максимально допустимый перепад давления на терморегуля торе, удовлетворяющий условиям бесшумности, Па [бар] P 2 — потери давления на терморегуляторе без учета потерь давле ния в регулирующем сечении, Па [бар] P - — потери давления на регулируемом участке без учета потерь дав ления в регулирующем клапане (терморегуляторе), Па [бар] Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ Δ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Наименование Обозначение Наименование Обозначение Трубопровод Обратный клапан Терморегулятор прямой Насос Терморегулятор угловой Тепломер либо горячеводный счетчик Терморегулятор с выносным регулятором Фильтр и датчиком температуры Терморегулятор Фильтр со встроенным с накладным датчиком спускным краном температуры теплоносителя Трехходовой терморегулятор Спускной кран Запорный клапан Встроенный в корпус клапана спускной краник Шаровой кран прямой Воздуховыпускной кран Шаровой кран угловой Автоматический воздухоотводчик Регулирующий клапан Коллектор прямой Регулирующий клапан Коллектор со встроенными угловой терморегуляторами Трехходовой седельный Программируемый клапан зональный регулятор Перепускной клапан Электроволновой комнатный терморегулятор Автоматический Зональный регулятор регулятор расхода Автоматический регулятор перепада давления Теплообменный прибор с запорным клапаном спутником Автоматический регулятор Теплообменный прибор перепада давления со встроенным с регулирующим клапаном терморегулятором спутником Стабилизатор расхода Фенкойл 15 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА p — количество терморегуляторов на регулируемом участке, шт. Q — тепловой поток теплообменного прибора либо теплопотери помещения (здания), Вт Q N — номинальный тепловой поток теплообменного прибора, Вт Q mp — тепловой поток от трубопроводов, Вт q — удельный тепловой поток открытых трубопроводов, Вт/м R — удельные линейные потери давления на 1 м трубы, Па/м Re — число Рейнольдса r R ; — коэффициент сокращения теплопотребления при поддержа нии температурных условий в помещении S — характеристика гидравлического сопротивления участка системы, Па/(кг/ч) 2 t — температура, °С t Г — температура горячей воды, °С t o — температура охлажденной воды, °С t r — радиационная температура помещения, °С t su — оптимальная температура помещения, °С t Z — средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С t — перепад температур, °С V — объемный расход воды, м 3 /ч V N — номинальный (расчетный) объемный расход воды, м 3 /ч V i — объемный расход воды при i той настройке дросселя термо регулятора, м 3 /ч V w.g — объемный расход водогликолевой смеси, м 3 /ч V 58 — объемный расход воды при открытом на 58 % клапане, м 3 /ч V 100 — объемный расход воды при полностью открытом клапане, м 3 /ч — плотность воды, кг/м 3 g — плотность гликоля, кг/м 3 — разница плотностей теплоносителя при расчетном перепаде температур, кг/м 3 Х р — зона пропорциональности клапана, К [°С] — коэффициент затекания теплоносителя в теплообменный прибор — скорость воды, м/с — коэффициент гидравлического трения — коэффициент местного сопротивления — проводимость, (кг/ч)/Па 0,5 Δ 14 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Базовый авторитет клапана (регулирующего клапана либо термо регулятора) — доля потерь давления в максимально открытом регули рующем сечении клапана от потерь давления на клапане. Характеризу ет начальную конструктивную (базовую) деформацию идеальной расходной характеристики клапана, вызванную особенностями пути протекания теплоносителя внутри него. Внешний авторитет клапана (регулирующего клапана либо термо регулятора) — доля потерь давления на максимально открытом клапа не от располагаемого давления регулируемого участка системы. Харак теризует деформацию расходной характеристики клапана относитель но базовой деформации. Полный внешний авторитет клапана (регулирующего клапана либо терморегулятора) — доля потерь давления в максимально открытом ре гулирующем сечении клапана от располагаемого давления регулируе мого участка системы. Характеризует деформацию расходной характе ристики клапана, установленного в системе, относительно идеальной расходной характеристики. Равен произведению базового и внешнего авторитетов клапана. Внутренний авторитет терморегулятора — доля потерь давления, создаваемых начальным (конструктивным) смещением затвора клапа на с максимально открытого положения, от потерь давления на термо регуляторе при его испытании. Характеризует начальную пропорцию распределения максимально возможного расхода теплоносителя через терморегулятор при его закрывании и открывании. Общий авторитет терморегулятора — доля потерь давления в регулирующем сечении терморегулятора, создаваемых начальным (конструктивным) смещением затвора терморегулятора с максималь но открытого положения, от располагаемого давления регулируемого участка системы. Характеризует изменение пропорции распределения потока, свойственной внутреннему авторитету, при установке термо регулятора в системе обеспечения микроклимата. Равен произведе нию внутреннего и внешнего авторитетов. 16 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 1. ТЕПЛОВОЙ КОМФОРТ Значительная часть жизнедеятельности человека происходит в по мещении. От состояния микроклимата в помещении во многом зависит его здоровье и работоспособность (рис. 1.1), что отражается на соб ственном бюджете, бюджете семьи и государства, поэтому поддержание теплового комфорта является как государственной задачей, так и зада чей каждого человека. Повышение общего уровня жизни ставит перед специалистами все новые требования к системам обеспечения микроклимата. Эти требова ния имеют некоторые отличия, вызванные этническими, национально географическими и социально экономическими особенностями. Однако существуют тенденции сближения в понимании и выработке общеприня тых основных требований к тепловому комфорту помещений. Результа том международного сотрудничества правительственных и обществен ных организаций стал норматив ISO 7730: 1994(Е) [3], определяющий тепловые условия окружающей среды, к которой привыкли люди (рис. 1.2). Приведенные оптимальные температуры помещения предназначены для здоровых мужчин и женщин. Они основаны на северо американских и европейских показателях. Хорошо согласуются с японскими исследова ниями. Сопоставляются с российскими нормативами. Однако для боль ных и недееспособных людей эти данные могут иметь отклонения. Указанный стандарт предназначен для производственных помеще ний, но в равной степени может применяться и для любых других поме щений. Для экстремальных тепловых сред используют международные стандарты [4; 5]. В основу диаграммы на рис. 1.2 положены исследования О. Фанге ра по теплоощущению большинства людей при разнообразных видах 17 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 100 90 80 Производительность труда, % 70 60 50 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Температура помещения, °С 29 30 Рис. 1.1. Влияние температуры помещения на производительность труда человека [2] являться результатом теплого или прохладного дискомфорта тела в це лом, который характеризуют ожидаемым значением теплоощущения PMV (Predicted Mean Vote) и прогнозируемым процентом неудовле творенности PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). Субъективное состояние психологического теплоощущения человека оценивают следующей шкалой значений PMV: Эти показатели используют совместно с нормированными парамет рами микроклимата для оценки работоспособности системы отопления или кондиционирования воздуха и необходимости реагирования на жа лобы потребителей. Кроме того, традиционное сочетание параметров теплового комфорта помещения — температуры воздуха, радиационной температуры помещения, скорости движения и влажности воздуха — в ISO 7730 дополнено моделью оценки сквозняка, влиянием степени турбулентности воздушных потоков, радиационной асимметрией. По EN 1264 [6] нормируется перепад температур воздуха между лодыжкой и головой человека посредством предельной температуры пола. Но сколько бы ни нормировались влияющие параметры теплового ком форта, удовлетворить каждого человека невозможно, поэтому предлага емые условия теплового комфорта считаются приемлемыми для 90 % людей с условием, что 85 % из них не обеспокоены сквозняком. Несмотря на сложность и неоднозначность подходов к обеспечению теплового комфорта, специалистам по системам обеспечения микроклима та необходимо создавать и поддерживать его, удовлетворяя требования большинства людей к помещению. В то же время следует дать возмож ность человеку, находящемуся в предназначенном для него помещении, из менять тепловые условия в соответствии с собственным теплоощущением. При этом следует осознавать, что тепловой комфорт является дорогостоя щим товаром, который не должен снижать жизненный уровень человека. Поставленную задачу решают путем создания гибких в управлении систем обеспечения микроклимата. Таковыми являются только автома тически управляемые системы с индивидуальными регуляторами тем пературы помещения (терморегуляторами). Основное функциональное требование к ним определяется условием теплового комфорта: поддер жание заданной оптимальной температуры помещения в допустимых пределах ее отклонения (диаграмма на рис. 1.2). Однако такой подход сегодня сложен в исполнении. Причиной тому является техническая трудность определения температуры помещения. 18 19 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА деятельности (сон, отдых, умственная работа, физическая нагрузка раз ной интенсивности) и при различных температурных условиях поме щения с учетом теплоизоляционных свойств одежды. Зависимость состояния организма от вида деятельности определена через тепловыделение человека. Этот процесс оценивают показателем "met" (метаболизм — выделение теплоты внутри организма). В соответ ствии с ISO 8996 активность человека, находящегося в расслабленном состоянии либо в положении сидя, характеризуют 1 met = 58 Вт/м 2 ; в на клонном положении при наличии опоры — 0,8 met; в сидячем положении при выполнении офисной или домашней работы — 1,2 met и т. д. Выделение теплоты человеком в окружающую среду с учетом те плоизоляционных свойств одежды характеризуют показателем "clo" (clothing — одежда). 1 clo равен 0,155 м 2 К/Вт и соответствует рабочей одежде, состоящей из легкого нижнего белья, носок, рубашки, брюк, костюма, туфель. Человеческий организм находится в постоянном взаимодействии с окружающей средой. Изменение ее тепловых условий приводит к авто матическому приспособлению температурного и влажностного состоя ния кожи вследствие действия системы терморегуляции организма, но каждый организм индивидуален. Тепловые ощущения в большей или меньшей степени отличаются от нормативных среднестатистических показателей микроклимата в помещении. Неудовлетворенность может Рис. 1.2. Зависимость оптимальной температуры помещения (при PMV = 0) от одежды и активности человека [3] Холодно Прохладно Слегка Нормально Слегка Тепло Жарко прохладно тепло 3 2 1 0 +1 +2 +3 Учет влияния температуры воздуха и температуры ограждающих конструкций на теплоощущения человека дает возможность дополни тельной экономии энергоресурсов лучистыми и конвективно лучисты ми системами отопления (охлаждения) по сравнению с конвективными системами. Тепловой комфорт обеспечивается такими системами при меньших температурах воздуха в холодный период года (например, при t = 18 °С, если t r = 22 °С) и б ó льших температурах воздуха в теплый пе риод года (например, при t = 22 °С, если t r = 18 °С). Получаемое умень шение разности температур наружного и внутреннего воздуха сокраща ет теплопотери в холодный период и теплопоступления в теплый пе риод года через ограждения. Происходит также сокращение энергопо терь с вентиляционным, эксфильтрационным и инфильтрационным воздухом. Терморегулятор реагирует на изменение температуры воздуха, но поле температур в помещении очень неравномерно, особенно в верхней и нижней зонах, поэтому терморегулятор необходимо размещать таким об разом, чтобы он воспринимал осредненное значение температуры воздуха. Под оптимальной температурой помещения t su подразумевают ком плексный показатель радиационной температуры помещения t r и тем пературы воздуха в помещении t , позволяющий прогнозировать удовле творенность тепловым комфортом не менее 90 % людей при умеренной (рекомендуемой) подвижности воздуха. Для большинства помещений этот показатель определяют уравнением: t su (t r + t) / 2. (1.1) Физиологический смысл уравнения заключается в поддержании стабильного теплообмена между человеком и окружающей средой (Q=const) . Для человека, выполняющего легкую работу с расходом те пловой энергии примерно до 170 Вт (W), данное уравнение предста влено в графическом виде на рис. 1.3 [1; 7; 8]. Линейная зависимость между t r и t позволяет производить терморегуляторы, реагирующие только на температуру воздуха. Этот подход приемлем для большин ства помещений с конвективным нагревом или охлаждением, где t r ≈ t В помещениях со значительной площадью наружных ограждений, ли бо с системой отопления (охлаждения), встроенной в ограждающие строительные конструкции, пользователь может настроить терморе гулятор под свои теплоощущения с учетом несовпадения t r с t . Такая особенность поддержания теплового комфорта является одной из причин нанесения производителем на температурную шкалу терморе гулятора не конкретных значений температуры воздуха в помещении, а определенных меток. Их ориентировочное соответствие показано на рис. 1.4. ≈ 20 21 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА Рис. 1.3. Влияние микроклимата на теплоощущения человека [1; 7; 8] 22 X p = 3 K X p = 0 K FED+RA C (управление прибором охлаждения) FED+RA N (управление прибором охлаждения) 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 o C 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 15 X p = 3 K X p = 0 K 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 o C б 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 RT D 36 40, RT D 36 42, RTD 3120 RT D 3 650 , RTD 3652 6 6 14 14 17 17 20 20 21 6 8 12 16 20 24 28 14 17 20 23 26 23 26 RTD Inova 3130 RTD Inova 3132 3 4 5 2 1 RTD 3652, RTD 3565, RTD 3568 3 4 5 2 1 o C o C o C o C а Рис. 1.4. Температурная настройка терморегуляторов: а ñ RTD для систем отопления; б ñ FED+RA C(N) для систем охлаждения Распределение температуры воздуха по высоте помещения показа но на рис. 1.5. На всех графиках сплошной линией изображено идеаль ное распределение. Температура у ног человека равна примерно 26 °С, а у головы — примерно 20 °С. При использовании радиаторов для отопления перегревается верх няя зона помещения, что увеличивает теплопотери через наружные ограждающие конструкции. Теплопотери увеличиваются также с вен тиляционным воздухом, т. к. решетки для его удаления расположены в этой зоне. Еще больший перегрев верхней зоны происходит при использовании конвекторов. Примерно аналогичное распределение температур есть в помещении с системой отопления, выполненной в виде нагреваемого потолка, либо с воздушным отоплением, в том числе и фенкойлами. Наиболее близкими к обеспечению идеального распределения температур являются системы с нагреваемым полом в холодный период года и с охлаждаемым потолком в теплый период. В первом случае теплый поток воздуха поднимается от пола вверх и охлаждается за счет теплопотерь помещения. Во втором — прохладный поток воздуха опу скается от потолка и нагревается за счет теплопоступлений помещения. В обоих случаях создаются комфортные условия для человека. 22 23 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 16 1 18 20 Нагрев радиатором Нагрев потолком 22 24 26 16 18 20 22 24 26 16 18 20 Воздушный нагрев Нагрев полом 22 24 26 16 18 20 22 24 26 1 1 1 o C o C o C o C Рис. 1.5. Влияние способа отопления на распределение температуры воздуха по высоте помещения [9; 10]: 1 идеальное распреде ление температуры воздуха Тепловой комфорт в помещении достигают только при использова нии автоматизированных систем обеспечения микроклимата, основным элементом которых является терморегулятор. Терморегулятор должен поддерживать температуру воздуха в помещении с отклонением не более чем по ISO 7730. Наиболее близкими к обеспечению идеальных условий теплового ком форта в помещении являются системы с нагреваемым полом в холод ный период года и с охлаждаемым потолком в теплый период года. Для невысоких помещений наиболее приемлемой с экономической и санитарно гигиенической точек зрения является система отопления с панельными радиаторами. |