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.
|
|
В А А В P 2 - P 3 P 1 - P 2 P - P G P 2 - P 3 P 1 - P 2 P - P G Рис. 11.6. Распределение давления на клапанах AB QM в системе AB-QM AB-QM AB-QM AB-QM AB-QM AB-Q M AB-Q M а б в Рис. 11.5. Применение AB QM в системах: а и б ñ с постоянным расхо дом; в ñ с переменным расходом Потери давления на Настройка, % измерительных ниппелях (P 2 – P 3 ), кРа d y = 10; 15; 20 d y = 25; 32 100 7,5 5,0 60 12,0 8,0 20 15,0 12,0 Таблица 11.1. Настройка клапана AB QM процедуру оптимизации системы можно осуществить по потерям дав ления на любом элементе концевого участка основного циркуляцион ного кольца, имеющего измерительные ниппели. Это может быть расхо домерная шайба, балансировочный клапан, теплообменник и т. д. Значительно упрощает наладку также новая шкала клапана AB QM. Она дает возможность наладчику визуально определить результат про изводимой им настройки, облегчая регулировку и теплообменного прибора, и системы в целом. Для этого не нужен высококвалифициро ванный персонал. Кроме того, не требуются сложные методы наладки и привлечение нескольких человек и нескольких измерительных приборов. Клапан AB QM реализует все гидравлические требования, предъяв ляемые к проектированию и эксплуатации современной системы обеспечения микроклимата: пропускает расход теплоносителя в строгом соответствии с потребностью; создает идеальные условия регулирования теплообменным прибо ром; устраняет перетоки теплоносителя между теплообменными приборами, вызываемые любыми факторами: естественным давлением, конструктивным видоизменением системы, процес сами регулирования; не требует расчетов по гидравлическому увязыванию циркуля ционных колец; стабилизирует работу системы в течение длительного време ни эксплуатации путем компенсации возрастания гидравличес кого сопротивления элементов системы от коррозии и накипи; упрощает монтаж и обслуживание системы путем совмещения функций перекрытия регулируемого участка, спуска теплоно сителя, спуска воздуха, компьютерной диагностики; упрощает наладку системы и оптимизацию ее работы; не требует высококвалифицированных наладчиков и применения процедур балансировки системы. 279 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА всех остальных клапанов также будет оптимизирована, поскольку перед ними всегда будет избыток давления. Этот избыток увеличивается по мере приближения к источнику теплоты (холода) вследствие уменьше ния потерь давления P - в циркуляционных кольцах (без учета потерь давления в AB QM) и компенсируется потерей давления ( P 1 – P 2 ) на клапанах AB QM в пределах оптимизированного напора насоса (рис. 11.6), поэтому диапазон потерь давления ( P 1 – P 3 ) на клапанах AB QM от минимального до максимального значения в системе обеспе чения микроклимата характеризует зону оптимизации работы насоса (рис. 11.4). Процедуру оптимизации работы системы, имеющей насос с управ ляемым давлением, осуществляют следующим образом: 1. Устанавливают на всех клапанах AB QM расчетные расходы; 2. Выставляют частотным регулятором максимальный напор насоса; 3. Определяют основное циркуляционное кольцо (имеющее наи большее гидравлическое сопротивление). Соединяют ниппели клапана AB QM, расположенного в этом кольце, с измеритель ным устройством, например, PFM 3000; 4. Частотным регулятором пошагово, например, 90, 80, 70 % и т. д., уменьшают напор насоса P н и одновременно измеряют потери давления на клапане AB QM ( P 2 – P 3 ) основного циркуляционно го кольца. При колебаниях перепада давления принимают сред ние значения; 5. Строят график, аналогичный рис. 11.7, и определяют точку опти мизации на изломе кривой (обозначена жирной точкой); 6. Устанавливают перепад давления на насосе в соответствии с точ кой оптимизации. Эта процедура может осуществляться одним наладчиком. При нали чии двух наладчиков с мобильной связью эту процедуру упрощают, исклю чая п. 5 и 6. Синхронное взаимо действие наладчика, уменьшаю щего частоту вращения насоса, с наладчиком, мгновенно опреде ляющим перепад давления на клапане AB QM, позволяет оп ределить точку оптимизации по показаниям измерительного прибора на этом клапане. Если в системе применены клапаны AB QM без измери тельных ниппелей, указанную Δ Δ 278 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 60 70 80 90 ( P 2 - P 3 ) P н , % Рис. 11.7. Определение рабочей точки насоса 281 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 280 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА уравнению (12.1) в качестве базового варианта сравнения проектных решений принимают ручное регулирование с незначительным вмеша тельством пользователя. Пример 21. Необходимо определить снижение теплопотребления при использовании терморегуляторов прямого действия в здании с температурой t = 20 °С при средней температуре наружного воздуха за отопительный период t Z = 5 °С. Решение. За базовый вариант принимают систему с ручным регули рованием при незначительном вмешательстве пользователя f R1 = 1,13. Проектируемый вариант — система с регулированием температуры подаваемого теплоносителя и наличием терморегуляторов f R2 = 1,03. Тогда по уравнению (12.1): Таблица 12.1. Ориентировочные значения коэффициента качества f R по VDI 2067 Blatt 2 [50] Коэффициент f R R 1. 1. Ручное Ручное ре регулир улирова вание с незначительным незначительным вмеш вмешательством льством пользовател пользователя 1,13 1,13 2. 2. Ручное Ручное ре регулир улирова вание при ча частом ом вмешательстве пользо ешательстве пользо вател вателя 1,10 1,10 3. 3. Ручное Ручное ре регулир улирова вание и термо термоста татические ские клапа клапаны ы 1,08 1,08 4. Регулирование по погодным условиям без применения тер 4. Регулирование по погодным условиям без применения тер морегуляторов морегуляторов 1,06 1,06 5. Комнатный терморегулятор, управляющий насосом, и тер 5. Комнатный терморегулятор, управляющий насосом, и тер морегуляторы морегуляторы 1,06 1,06 6. 6. Регулир Регулиров ование ание темпер температуры уры подава даваемого мого тепло теплоно носителя ителя с с адаптаци адаптацией кривой ой отопления опления по по погодным погодным условиям условиям и/или или условиям условиям помещени помещения 1,05 1,05 7. 7. Регулир Регулиров ование ание темпер температуры уры подаваемого теплоносителя и подаваемого теплоносителя и терморегуляторы терморегуляторы 1,03 1,03 8. 8. Регулир Регулиров ование ание темпер температуры уры подава даваемого мого тепло теплоно носителя ителя с с адаптаци адаптацией кривой ой отопления опления по по погодным погодным условиям условиям и/или или условиям условиям помещени помещения и терморегуляторы рморегуляторы 1,02 1,02 9. Центральное непрерывное 9. Центральное непрерывное регулирование температуры в регулирование температуры в помеще помещении ии и терморегул терморегулято торы ры (однос (односемейн мейный дом) дом) 1,02 1,02 10. Два либо больше уровней регулирования по внешним 10. Два либо больше уровней регулирования по внешним условиям условиям без без ада адаптации тации кривой кривой отопления отопления с адапта адаптацией ей кри кривой ой отопления опления и разделом управления по странам света (применяемого зави и разделом управления по странам света (применяемого зави симо от расположения солнца), с терморегуляторами либо симо от расположения солнца), с терморегуляторами либо с зонал зональным ным регулирова регулированием ем о отдель льных помеще мещений 1,0 1,015 1,0 1,010 12. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА Экономический эффект от применения автоматизированных сис тем обеспечения микроклимата определяют технико экономическим сопоставлением различных проектных решений [10; 46; 47]. При этом сравнивают капитальные и эксплуатационные расходы, сроки монтажа и эксплуатации систем. Рассчитывают также срок окупаемости капи тальных вложений за счет уменьшения эксплуатационных расходов и соотносят его с нормативным значением. Обычно для стимулирования энергосберегающих мероприятий устанавливают срок окупаемости не выше 12…12,5 лет [21; 48]. Факторы, влияющие на энергосбережение от использования авто матизированных систем, многогранны. На сегодняшний день отсут ствуют методики их всестороннего учета, а имеющиеся разобщены. Причиной является тот факт, что владельца здания (помещения), в первую очередь, интересуют реально ощутимые доходы, получаемые от применения энергосберегающих мероприятий, в то время как эти меро приятия имеют государственное и глобальное планетарное значение. В любом случае основным фактором выступает экономия топливно энергетических ресурсов при обеспечении теплового комфорта в помещении. Одна из методик определения потребляемого топлива системами отопления здания представлена в директиве VDI 3808 [49]. В ней да на оценка энергосберегающих мероприятий по экономии теплопот ребления вследствие ручного либо автоматического временного по нижения (ночного, выходного дня) температуры помещения, недопу щения избыточных теплопритоков, поддержания температурных ус ловий в помещении. Подробное влияние регулировочно техническо го оснащения системы отражено коэффициентом сокращения тепло потребления вследствие поддержания температурных условий в помещении (12.1) где t — заданная температура здания, равная нормируемой температу ре основных помещений от 17 до 23 °С; t Z — средняя температура на ружного воздуха за отопительный период, °С; f R1 и f R2 — коэффициент качества регулировочно технического оснащения системы соответ ственно для базового и применяемого варианта проектных решений (табл. 12.1). При расчете коэффициента снижения теплопотребления по r tf t tf t R R Z R Z = − − 2 1 , 283 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 282 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА При учете общего снижения теплопотребления учитывают все влияющие факторы, в том числе временное понижение температуры в помещении. В результате получают сокращение теплопотребления от 14 до 35 %. Причем меньшие значения характерны для систем только с терморегуляторами, а б ó льшие — для систем с полным электронным контролем теплового режима здания и гидравлического режима сис темы. В международных нормах [51] и гармонизированных к ним стан дартах [52] реализован несколько иной принцип определения сниже ния энергопотребления систем отопления, но дающий подобные ре зультаты. Он основан на тщательном учете теплопотерь Q 1 и теплопос туплений Q 2 (от внутренних источников и от солнца через окна) в каж дой температурной зоне здания для типичного отопительного периода. По соотношению межу ними рассчитывают коэффициент использова ния теплопоступлений (12.2) В диапазоне изменения соотношения Q 2 / Q 1 = 0,150 …0,795 коэф фициент использования теплопоступлений изменяется соответственно от 0,1 до 71,6 %. Суммарная доля теплопоступлений, учитываемая за каждый месяц отопительного периода, представляет сэкономленную тепловую энергию за отопительный период. Поскольку минимальным требованием регулировочно технического оснащения систем в боль шинстве европейских стран является наличие регулятора температуры теплоносителя по погодным условиям и терморегуляторов на отопи тельных приборах, то полученную экономию целесообразно соотносить к таким системам. Наиболее истинные показатели энергосбережения получают на ре альных объектах. Опыт реконструкции систем отопления [53], прове денный в рамках правительственной программы Германии, свидетель ствует о получении 35 % экономии теплопотребления при минималь ном регулировочно техническом оснащении двухтрубных систем в сравнении со старыми однотрубными системами. Это свидетельствует о значительном потенциале автоматических систем, который следует воплощать не только при строительстве новых, но и модернизации или реконструкции старых систем. Кроме перечисленных выше факторов экономического эффекта, в справочнике [48] представлены методики учета дополнительных факторов, например, степени комфортности, создаваемой системами отопления вентиляции и кондиционирования воздуха. В результате Снижение теплопотребления составит (1 – 0,886) 100 = 11,4 %. Дополнительный эффект, вносимый отдельными элементами авто матического регулирования, определяют сравнением вариантов проект ных решений с этим элементом и без него. Пример 22. Необходимо определить снижение теплопотребления при использовании электронных терморегуляторов вместо терморегу ляторов прямого действия в здании с температурой t = 20 °С при сред ней температуре наружного воздуха за отопительный период t Z = 5 °С. Решение. За базовый вариант принимают систему с регулированием температуры подаваемого теплоносителя и наличием терморегулято ров f R1 = 1,03. Проектируемый вариант — система с двумя уровнями без адаптации кривой отопления f R2 = 1,015. Тогда по уравнению (12.1): Снижение теплопотребления составит (1 – 0,98) 100 = 2 %. Эффект от замены автоматических регуляторов прямого действия на электронные регуляторы определяют путем их взаимного сопостав ления. Пример 23. Необходимо определить снижение теплопотребления при использовании автоматических регуляторов перепада давления на стояках в здании с температурой t = 20 °С при средней температуре на ружного воздуха за отопительный период t Z = 5 °С. Решение. За базовый вариант принимают систему с регулированием температуры подаваемого теплоносителя и наличием терморегулято ров f R1 = 1,03. Проектируемый вариант — система с двумя уровнями с адаптацией кривой отопления f R2 = 1,01. Тогда по уравнению (12.1) Снижение теплопотребления составит 100 (1 – 0,97) = 3 %. r R = × − × − = 20 1 01 5 20 1 03 5 0 97 , , , r R = × − × − = 20 1 015 5 20 1 03 5 0 98 , , , r R = × − × − = 20 1 03 5 20 1 13 5 0 886 , , , СБОРНИК ВЫВОДОВ Современные системы обеспечения микроклимата, основывающие ся на автоматизации обеспечения теплового комфорта при минимиза ции энергозатрат, имеют ряд отличительных особенностей, которые необходимо учитывать в повседневной практике проектирования и на ладки. Основные моменты, собранные со всех разделов, приведены в данном сборнике. При необходимости более тщательного углубления тех или иных выводов следует обращаться к соответствующему разделу книги. 1. Тепловой комфорт Тепловой комфорт в помещении достигают только при использова нии автоматизированных систем обеспечения микроклимата, основным элементом которых является терморегулятор. Терморегулятор должен поддерживать температуру воздуха в по мещении 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 отопле ния с панельными радиаторами. 2. Тепло и холодоноситель Качество теплоносителя является исходным фактором эффектив ной работоспособности автоматического оборудования систем обеспечения микроклимата. Применение водогликолевых смесей требует корректировки гидра влических и тепловых показателей системы обеспечения микрокли мата, рассчитанной для теплоносителя воды. Водопропиленглико левая смесь оказывает значительно меньшее влияние на изменение гидравлических характеристик клапанов, чем водоэтиленгликолевая смесь. Выбор температуры воды зависит от назначения системы, тради ций страны, назначения и этажности здания, способа регулирования. 285 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 284 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА применения систем кондиционирования воздуха сюда включены: уве личение производительности труда (при снижении температуры возду ха в помещении с 34 до 25 °С работоспособность сотрудников повыша лась на 11,2 %, а интенсивность использования их рабочего времени на 43 %); снижение заболеваемости работников (на 17,5 % за период с мая по сентябрь), сокращение текучести кадров (на 3 % за этот же период); уменьшение количества обслуживаемого персонала. Совместный эффект энергосберегающих факторов обеспечивает окупаемость капитальных вложений в систему обеспечения микрокли мата в срок, значительно меньший нормативной величины. Так, в мно гоквартирных зданиях с терморегуляторами на отопительных приборах он составляет 1,5…4 года [54], а с регуляторами перепада давления на стояках — около 5 лет [53]. Чем выше автоматическое регулировочно техническое оснащение системы обеспечения микроклимата и чем больше учтено влияющих экономических факторов, тем значительнее энергосберегающий эффект. Линейная рабочая расходная характеристика клапана не претер певает существенного искажения под воздействием внешнего авто ритета, если его значение находится в диапазоне 0,5...1,0. С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 линейная рабочая расходная характеристика клапана значительно искажается, что следует учитывать при обеспечении регулируемости системы и возможности ее наладки. Для упрощения расчетов и наладки системы, а также уменьшения погрешности потокораспределения рекомендуется применять ав томатические регуляторы перепада давления на стояках верти кальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обеспе чивая внешние авторитеты клапанов а 0,5. 3.4.2. Равнопроцентная рабочая расходная характеристика клапана Логарифмическую (равнопроцентную) расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего авторитета. Логарифмическая расходная характеристика клапана не претерпе вает существенного изменения при внешнем авторитете 0,5...1,0. С уменьшением внешнего авторитета ниже 0,5 логарифмическая рабочая расходная характеристика клапана значительно искажа ется, что следует учитывать при обеспечении регулируемости си стемы и возможности ее наладки. Для упрощения расчетов и наладки системы, а также уменьшения погрешности потокораспределения рекомендуется применять ав томатические регуляторы перепада давления на стояках верти кальных или на приборных ветках горизонтальных систем, обеспе чивая внешние авторитеты клапанов а 0,5. 3.4.3. Параболическая рабочая расходная характеристика клапана Параболическая рабочая расходная характеристика имеет мень ший прогиб идеальной кривой, чем логарифмическая. Параболическую расходную характеристику клапана можно приблизить к линейной путем изменения внешнего авторитета. ≤ ≤ 287 ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА |