Уважаемые читатели! С момента публикации этой статьи в ассортименте нашей компании, практике применения оборудования, нормативных документах могли произойти изменения. Предлагаемая вам информация полезна, однако носит исключительно ознакомительный характер.
Достоинства отопления помещений водяными теплыми полами неоднократно рассмотрены в многочисленных публикациях, и лишний раз ломиться в открытые ворота смысла нет.
Однако почему-то, когда речь заходит о необходимости погодного регулирования температуры теплоносителя в контуре напольного отопления, большинство хозяев относится к этому мероприятию как к модному, но совершенно ненужному «навороту». «Зачем мне нужен ваш контроллер? Обычные комнатные термостаты прекрасно справятся с задачей регулирования температуры воздуха в помещениях!» - такие возражения, как правило, выдвигает заказчик, когда проектировщик пытается включить в проект отопления погодозависимое управление контурами теплого пола. И дело вовсе не в прижимистости и скупости - просто люди толком не понимают, что делает контроллер, и каково основное отличие его работы от управления обычными комнатными термостатами. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе.
Для примера рассмотрим абстрактный проект системы встроенного обогрева «теплый пол». Расчетные удельные теплопотери отапливаемых помещений примем равными 80 Вт/м 2 площади пола. Здесь следует напомнить, что расчетные теплопотери определяются по температуре наружного воздуха для наиболее холодной пятидневки отопительного периода. В частности, для Санкт-Петербурга теплопотери будут рассчитываться для температуры наружного воздуха -26 °С.
Конструкцию пола примем такой, как показано на рис. 1 : по многопустотной плите перекрытия (1 ) толщиной 22 см уложен слой теплоизоляции из пенополистирола (2 ) толщиной 5 см. Трубы теплого пола расположены в стяжке (3 ) общей толщиной 70 мм, по которой устроен чистый пол из керамической плитки (4 ) толщиной 15 мм.
Рис. 1. Расчетная конструкция теплого пола
Для определения требуемой температуры теплоносителя воспользуемся расчетным модулем программы VALTEC.PRG 3.1.0 (рис. 2 ).
Рис. 2. Копия экрана расчетного модуля программы V ALTEC .PRG 3.1.0
На основании выполненного расчета среднюю температуру теплоносителя примем 35 °С. При расчетном перепаде температур в контуре теплого пола 10 °С смесительный узел будет настроен на температуру теплоносителя 40 °С.
При температуре наружного воздуха -26 °С данная настройка обеспечит требуемые теплопоступления в помещение в количестве q расч = 80 Вт/м 2 и поддержание температуры воздуха в помещении на уровне 20 °С.
Допустим, температура наружного воздуха повысилась c -26 до -3°С. Удельные теплопотери помещения составили бы в этом случае 40 Вт/м 2 . Однако это было бы справедливо, если бы температура внутреннего воздуха поддерживалась на уровне 20 °С. Фактически же с учетом избыточного теплопритока от теплого пола температура внутреннего воздуха будет значительно выше. Решая уравнение теплового баланса, можно определить, что при отсутствии комнатных термостатов и контроллеров внутренний воздух в помещении прогреется до 26 °С, а фактические удельные теплопотери и удельный тепловой поток от теплого пола составят 50 Вт/м 2 .
Посмотрим, что произойдет в межсезонье, то есть при температуре наружного воздуха +8 °С. Теоретические удельные теплопотери снизятся до 21 Вт/м 2 . Температура внутреннего воздуха прогреется до 28 °С. Фактический тепловой поток от теплого пола составит 35 Вт/м 2 (см. табл. и рис. 3 ).
Таблица. Параметры системы теплого пола при отсутствии автоматического регулирования
| Температура наружного воздуха, °С | Теоретические удельные теплопотери, Вт/м2 | Фактический тепловой поток от теплого пола, Вт/м2 | Температура внутреннего воздуха при отсутствии автоматического регулирования, °С |
Рис. 3. График зависимости требуемой температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха
Как видим, без автоматического регулирования работой петель теплого пола, говорить о каком-то комфорте просто смешно.
Допустим, мы решили поставить комнатные термостаты , которые управляют электротермическими сервоприводами клапанов на коллекторе теплого пола (рис. 4 ).
Рис. 4. Комнатный электронный термостат VT.AC.701
Работают термостаты по элементарному принципу: при превышении заданной температуры на 1 °С термостат подает команду на термоэлектрический сервопривод термостатического клапана (рис. 5 ), прекращая подачу теплоносителя в конкретную петлю теплого пола.
Рис. 5. Термоэлектрический сервопривод термостатического клапана
Когда температура воздуха в помещении снова понизится до значения уставки, термостат даст команду на открытие клапана. Как мы выяснили, в межсезонье тепловой поток от пола должен составлять 21 Вт/м 2 , что почти в четыре раза меньше расчетного. Это значит, что мы будем иметь дело с режимом прерывистого отопления.
При прекращении подачи теплоносителя в петли теплого пола, скорость остывания помещения описывается экспонентой, из которой следует, что время остывания τ , ч, определяется выражением:
где t x - температура помещения после остывания, °С; t в - температура помещения до начала остывания, °С; t н - температура наружного воздуха, °С; β - коэффициент аккумуляции теплоты помещением (постоянная времени), ч. Этот коэффициент представляет из себя произведение теплоемкости расчетных слоев ограждающих конструкций С , участвующих в теплообмене, на их приведенное сопротивление теплопередаче R пр. Коэффициент аккумуляции численно равен времени остывания, при котором отношение температурных напоров между внутренней и наружной температурами до начала охлаждения и после охлаждения равно числу «e» (2,72).
В предложенном примере комнатный термостат даст команду на закрытие клапана при превышении уставки на 1 °С. Если термостат настроен на значение внутренней температуры 20 °С, то он перекроет петли при температуре 21 °С.
Если принять для рассматриваемого примера, что здание выполнено с кирпичными наружными стенами толщиной 640 мм и коэффициентом остекления 0,2 (β = 100 ч), то можно рассчитать время, за которое температура в данном помещении снизится на 1 °С при наружной температуре +8 °С:
При этом температуры воздуха и пола практически уравниваются.
Через это время термостат даст команду на открытие клапана, и теплый пол снова начнет нагреваться. Время, за которое пол снова нагреется с 20 до 26 °С можно (с определенными допущениями) рассчитать по формуле:
τ пол = Δt · (с cт · S cт · δ ст · γ ст + с п · S п · δ п · γ п + с т · (1/b) · v т · γ т)/q расч =
6 · (880 · 1·0,07 · 1800 + 840 · 1 · 0,015 · 2000 + 4187 · (1/0,15) · 0,000113 · 1000)/80 = 2,9 ч.
В приведенной формуле с ст, с п, с т - удельная теплоемкость стяжки, плиточного покрытия и воды, Дж/кг · °С; S ст, S п - расчетная площадь стяжки и плиточного покрытия, м 2 ; δ ст, δ п - расчетная толщина стяжки и плиточного покрытия, м; γ ст, γ п, γ т - удельный вес материала стяжки, плиточного покрытия и воды, кг/м 3 ; v т - объем теплоносителя в 1 пог. м трубы, м 3 ; b - шаг трубы, м.
Таким образом, очевидно, что при использовании комнатных термостатов температура поверхности пола становится заметно изменяющейся величиной и большую часть времени будет лежать вне комфортных пределов. То есть, потратив средства на создание теплого пола, именно полноценного теплого пола-то пользователь в итоге и не получит (рис. 6 ).
Рис. 6. График изменения во времени температуры пола и помещения при прерывистом отоплении
Постоянные знакопеременные нагрузки, вызванные циклическими температурными деформациями трубопроводов, снижают срок службы самих труб, и могут вызвать ослабление трубных соединений. Циклический режим нагрева и охлаждения постепенно снижает прочность цементно-песчаной стяжки и неблагоприятно сказывается на качестве финишных напольных покрытий.
Кроме того, существенным недостатком прерывистого режима отопления является то, что циркуляционный насос основную долю рабочего времени будет гонять теплоноситель по малому кругу - через байпас и перепускной клапан. Это приведет к перерасходу электроэнергии, поскольку перепускной клапан настраивается на перепад давления больший, чем потери давления в расчетной петле, и значит, рабочая точка насоса сдвинется в сторону большей потребляемой мощности. Этого можно избежать, если подключать термостаты к сервоприводам клапанов коллектора через коммуникаторы, имеющие функцию отключения насоса при отсутствии запроса на отопление. Но это лишь полумера.
Если потребитель хочет получить действительно эффективную систему встроенного обогрева, адекватно и оперативно реагирующую на изменение климатических факторов, то в этом случае не обойтись без контроллера с погодозависимой автоматикой.
Оснащение дополнительным оборудованием традиционных систем отопления позволяет существенно повысить их эффективность без радикальной реконструкции в ходе модернизации жилого фонда.
Потенциал систем отопления
Для системы водяного отопления энергоэффективный уровень теплопотребления может быть обеспечен при следующем наборе функций и возможностей:
- автоматическое поддержание температурного графика на вводе в здание;
- регулирование теплоотдачи системы, включая термо-регулирование на отопительных приборах и стояках;
- автоматическое поддержание требуемого/расчетного распределения потока теплоносителя по всем участкам системы;
- индивидуальный учет тепла, мотивированный оплатой по фактическому потреблению.
По конструктивному исполнению можно представить следующие основные варианты энергоэффективных систем отопления:
- система с горизонтальной поквартирной разводкой трубопроводов с различными конструктивными вариантами поквартирных тепловых пунктов или распределительных щитов, включающими комбинации автоматики регулирования, теплообменники для контуров отопления и/или ГВС и др.;
- традиционная система отопления с вертикальными внутриквартирными стояками — однотрубная и двухтрубная, комплексно оснащенная приборами автоматического регулирования и учета тепла.
Возможны и другие конструктивные варианты систем и их комбинации.
Для систем с горизонтальной разводкой потенциал энерго-эффективности и набор оборудования, обеспечивающий нормативный уровень теплопотребления, очевидны и описаны в работах многих специалистов. В то же время потенциал повышения энергоэффективности традиционных вертикальных систем отопления для многих специалистов пока не очевиден. Однако он весьма значительный, и возможность модернизации таких систем следует рассмотреть более подробно, поскольку:
- данные системы являются наиболее массовыми в применении, особенно в существующем жилом фонде;
- радикальная конструктивная трансформация таких систем в горизонтальные в ходе модернизации здания слишком затратная.
Модернизация узла ввода теплоносителя в здание
Важнейшим элементом системы отопления любого конструктивного исполнения является узел ввода теплоносителя в здание. Наиболее энергоэффективными решениями ввода являются автоматизированный узел управления (АУУ, вариант зависимой схемы присоединения системы отопления) или индивидуальный тепловой пункт (ИТП, вариант независимой схемы присоединения с теплообменниками контура отопления и ГВС). В этих устройствах обеспечивается соблюдение температурного графика, адекватного температуре наружного воздуха и текущему теплопотреблению здания, а также надежная насосная циркуляция теплоносителя в системе отопления.
Экономический эффект от применения указанных устройств составляет от 10 до 30% в зависимости от соответствия состояния здания проектным решениям и от условий его эксплуатации.
Известен ряд альтернативных АУУ технических решений узла ввода, таких, как:
- узел смешения теплоносителя с элеваторами с постоянным или изменяющимся коэффициентом смешения;
- узел без смешения теплоносителя — применяется при подаче в здание теплоносителя с температурой, равной расчетной температуре в системе отопления.
На наш взгляд, применение этих устройств и технических решений в энергоэффективных системах отопления неприемлемо. Техническая аргументация, квалифицированно обосновывающая неадекватность таких решений для современных систем отопления, давно известна. Однако по разным причинам критика не всегда принимается во внимание.
Разовое применение таких решений приводит к возникновению проблем в одном конкретном здании. Но когда допущение о применении элеватора включается в нормативы, в частности, в актуализированный СНиП ОВК, как сделано сейчас, — это уже более серьезная ошибка, которая приведет к массовым превышениям нормируемого уровня энергоэффективности во вновь возводимых и модернизируемых зданиях.
В подтверждение этих слов можно сослаться на работу коллег из ВТИ , в которой проанализирован ряд возможных схем автоматизированных элеваторных узлов смешения. В работе детально рассмотрены основные недостатки каждой из схем. Общим недочетом всех схем является то обстоятельство, что для обеспечения адекватной работоспособности таких устройств необходимо поддержание в системе отопления постоянного и малого по своей величине гидравлического сопротивления. Однако эти требования практически невыполнимы при наличии в системе отопления терморегуляторов и другой арматуры автоматического регулирования.
Следует также отметить негативную эксплуатационную практику применения таких элеваторов.
Поддержание расчетного распределения потока теплоносителя
Данное мероприятие позволяет исключить перетопы или дефицит тепла на отдельных стояках традиционных вертикальных систем отопления. Такая возможность обеспечивается установкой на стояках автоматических балансировочных клапанов, поддерживающих постоянство перепада давления в стояках двухтрубных систем или постоянства расхода в стояках однотрубных систем отопления.
Для вертикальных двухтрубных систем отопления это мероприятие не вызывает вопросов у специалистов, однако относительно однотрубной системы ряд специалистов высказывают сомнения в его актуальности.
Эти сомнения базируются на следующем:
- значительное количество вертикальных однотрубных систем, особенно в типовом домостроении, рассчитано по методу переменных (скользящих) перепадов температур, что теоретически должно обеспечивать гидравлическую сбалансированность стояков;
- в однотрубных системах отопления, даже при срабатывании термостатов, поддерживается постоянный расход теплоносителя, т. е. автоматизированный контроль и регулировка стояков не требуются.
По каждому из этих утверждений есть достаточно простая контраргументация. В частности, по первому утверждению: из литературы известны расчетные ограничения этого метода, не позволяющие достаточно точно сбалансировать стояки. Также некорректно утверждение о постоянстве расхода при коэффициенте затекания порядка 0,25 и при изменении расхода теплоносителя, связанного с изменением гравитационного давления в стояках. Все это достаточно убедительно показано в детальных расчетах, выполненных украинскими специалистами .
Однако все эти расчетные эффекты перекрываются влиянием ошибок и допущений, вносимых в систему отопления в массовом порядке при ее проектировании и монтаже, а также изменениями в конструкции системы, вносимыми жильцами в пределах квартиры.
Результаты обследования типовых секционных зданий показали разброс расхода теплоносителя на контрольных стояках в пределах ±30% относительно проектных значений. После установки балансировочных клапанов и их настройки на проектные значения дисбаланс не превышал ±3%.
В результате теплопотребление зданий снизилось на 7-12% за счет сокращения необоснованного проветривания в помещениях на «перегретых» стояках и корректировки настроек автоматики узла ввода, защищающих «отстающие» стояки (рис. 1).
Рис. 1. Различия в работе терморегуляторов
Терморегулирование стояков как средство качественного регулирования теплоотдачи
Следующий шаг в повышении энергоэффективности традиционной однотрубной системы отопления — обеспечить количественное регулирование теплоотдачи системы не только на уровне отопительных приборов с помощью термостатов, но также на стояках посредством установки терморегуляторов в корне стояков, совместив их конструктивно с балансировочными клапанами (рис. 2). Эффект достигается путем сокращения расхода теплоносителя через конкретный стояк, температура теплоносителя в котором повышается в результате закрытия термостатов при избытке тепла в отдельных помещениях.
Рис. 2. Терморегулирование стояков однотрубных систем отопления
Результаты функционирования терморегулятора на одном из контрольных стояков представлены на рисунке 3. Из графиков видно сокращение расхода теплоносителя в стояке как следствие повышения в нем температуры теплоносителя в результате закрытия термостатов на отдельных отопительных приборах. При этом температура воздуха в контрольном помещении не изменяется.
Рис. 3. Энергоэффективность автоматической балансировки стояков
Значения настройки данных устройств определяются в ходе обследования здания и выявления потенциала источников избыточного тепла. Наиболее эффективны «постоячные» терморегуляторы с электроприводом и системой автоматического контроля температуры теплоносителя в стояках.
Экономический эффект от применения терморегулирования стояков зависит от величины неучтенных в проекте избыточных теплопоступлений в здание, в том числе от избыточной поверхности нагрева отопительных приборов. По результатам обследования экспериментальных зданий эффект составил от 8 до 12% в зависимости от состояния здания.
Индивидуальный (поквартирный) учет тепла
Индивидуальный (поквартирный) учет тепла с оплатой по фактическому его потреблению является важнейшим фактором, мотивирующим жильцов к энергосбережению. Без этого мероприятия система энергосберегающих мероприятий остается «разомкнутой», базирующейся только на административных рычагах.
Известны следующие основные типы систем индивидуального учета тепла, применяемых для традиционных вертикальных однотрубных систем отопления.
Система с аллокаторами (heatcostallocator — распределитель стоимости потребленной теплоты) на каждом отопительном приборе регистрирует разницу температур (tалл) между поверхностью отопительного прибора и воздухом помещения. Расход теплоносителя регистрируется на домовом счетчике и участвует только в расчете подомового теплопотребления.
Система с датчиками температур теплоносителя, установленными в стояке на каждом этаже, регистрирует разницу температур (tэт) теплоносителя в стояке в пределах каждого этажа. Расход теплоносителя регистрируется на каждом стояке и в подомовом теплосчетчике.
Для вертикальных двухтрубных систем отопления применяется только система с аллокаторами.
Обе указанные выше системы распределительные, принцип их работы достаточно подробно описан в литературе.
В настоящей статье рассматривается только один аспект — точность расчета теплопотребления. Данная информация должна позволить проектировщику сделать выбор между системами, адекватный задачам энергосбережения и защиты прав жильца на справедливую оплату за потребленное тепло.
В таблице представлены изменения перепадов температур tалл и tэт и соответствующие им погрешности измерений в рассматриваемых системах индивидуального учета в зависимости от этажности здания и температуры теплоносителя в течение отопительного сезона. При этом погрешность определения tэт рассчитана с учетом погрешности измерения датчика температур tдат = 0,05 °С.
Табл. 1. Перепады температур tалл и tэт и соответствующие им погрешности измерений
В ходе эксплуатации системы, в силу ряда причин, возможно снижение точности измерения датчика. Для иллюстрации в таблице в скобках представлены данные, рассчитанные для tдат =0,1 °С для варианта с наибольшей погрешностью.
Как видно из таблицы, tалл >> tэт, при этом абсолютные значения tэт весьма малы. Оба эти обстоятельства существенно влияют на точность начисления платежей. Так, при среднем ежемесячном начислении за потребленное тепло, например, 2 000 руб. необоснованная переплата или недоплата отдельных жильцов может составить:
- 450-550 руб./мес. — для системы с датчиками на стояках при tдат = 0,05 °С;
- 650-1 050 руб./мес. — для системы с датчиками на стояках при tдат = 0,1 °С;
- 60-100 руб./мес. — для системы учета с аллокаторами.
Как видно из примера, погрешность начисления платежей для системы с датчиками на стояках в несколько раз превышает погрешность системы с аллокаторами. Очевидно, что ошибка начислений возможна в обе стороны — как в пользу жильца, так и в пользу поставщика ресурсов. В обоих случаях невозможно свести баланс по показаниям поквартирных и подомового счетчика, а также исключить жалобы со стороны жильцов или поставщика тепла вплоть до судебных разбирательств.
В любом случае, при коммерческом расчете за тепло следует рекомендовать к применению систему индивидуального учета с наименьшей возможной погрешностью.
Заключение
Рассмотренные выше мероприятия по модернизации существующих вертикальных однотрубных и двухтрубных систем отопления показывают, что для существенного повышения их энергоэффективности нет необходимости производить радикальную реконструкцию традиционных систем в ходе модернизации, достаточно лишь дооснастить их соответствующим оборудованием.
Литература
1. Байбаков С. А., Филатов К. В. «О возможности регулирования элеваторных узлов систем отопления». // «Новости теплоснабжения». № 7, 2010 г.
2. Богословский В. Н., Сканави А. Н. «Отопление». — М.: Стройиздат, 1991 г.
3. Милейковский В. А. «Математическое моделирование переменного гидравлического и теплового режимов приборных узлов однотрубных вертикальных систем отопления». // Данфосс Info. № 1-2, 2012 г.
4. Стандарт АВОК «Распределители стоимости потребленной теплоты от комнатных отопительных приборов». СТО НП «АВОК» 4.3-2007 (EN 834:1994).
О.Ф. Гавей, инженер, ОАО «Магнитогорский Металлургический комбинат», г. Магнитогорск;
д.т.н. В.И. Панферов, профессор, НИИ «Южно-Уральский государственный университет», г. Челябинск
В настоящее время на многих промышленных предприятиях в системах теплоснабжения применяются низкотемпературные графики регулирования отпуска теплоты взамен традиционных высокотемпературных . Считается, что низкотемпературные параметры теплоносителя являются более предпочтительными по причинам пониженного расхода топлива на производство тепловой энергии, низких тепловых потерь при выработке тепловой энергии и транспортировке теплоносителя, повышенного уровня комфортности у потребителей и т.п. Известно, что для грамотного перевода систем теплоснабжения с одних параметров на другие необходимо изменить диаметры тепловых сетей и сетевое оборудование, а также разработать подходящие методы регулирования теплоты при новых температурных графиках .
Что касается последнего утверждения, то на сегодняшний день существует множество средств автоматизации, которые помогают осуществлять грамотную наладку систем теплоснабжения на предприятии. Изменение же диаметров теплопроводов и замена оборудования на тепловых сетях являются дорогостоящими и трудоемкими мероприятиями, не приносящими экономического эффекта, поэтому зачастую теплоснабжающие организации и предприятия, вырабатывающие тепловую энергию, стремятся их избегать. Аргументируется это тем, что тепловые сети проектируются с большим запасом, как по прочности, так и по диаметрам, поэтому при снижении температуры теплоносителя его количество увеличивается без каких-либо изменений в конфигурации тепловых сетей.
При этом, как правило, неизвестно, достаточно ли такого увеличения количества теплоносителя для того, чтобы обеспечить заданный тепловой поток при сниженных температурах, достаточен ли запас прочности теплопроводов и т.п. Поэтому определение зависимостей основных параметров теплоснабжения - расхода и температуры теплоносителя - друг от друга представляет интересную задачу с этой точки зрения. Зная, как меняется расход теплоносителя при изменении температурного графика и наоборот, можно судить о количестве тепловых потерь при транспортировке теплоносителя, оптимальных диаметрах теплопроводов, расходе электрической энергии на перекачку теплоносителя, допустимой толщине тепловой изоляции теплопроводов и т.п. Полученные данные можно использовать как для оценки состояния уже существующих систем теплоснабжения, так и на стадии их проектирования.
В качестве основной идеи при разработке зависимостей было принято, что температура и расход теплоносителя в подающем теплопроводе, диаметры теплопроводов и тепловые потери при первоначальном температурном графике равны соответственно t, G, D и q. После изменения температурного графика эти же параметры равны соответственно t+∆t, G+∆G, D+∆D, q+∆q. Количество переносимой системой тепловой энергии Q должно быть неизменно при любых температурных параметрах.
На первоначальном этапе исследования была поставлена задача определения того, как снижение температуры теплоносителя должно повлиять на увеличение его расхода с тем, чтобы доставляемая тепловая мощность (доставляемый теплоносителем поток теплоты) была бы прежней. В результате решения этой задачи был разработан алгоритм управления расходом теплоносителя с учетом характеристик теплопотребляющего оборудования, который имеет вид:
где KF - произведение коэффициента теплопередачи на площадь поверхности эквивалентного отопительного прибора, Вт/ О С; G - расход теплоносителя для предыдущего (базового) режима теплоснабжения, кг/с; ∆G - необходимое изменение расхода теплоносителя для низкотемпературного режима, кг/с; t вн, t, ∆t - температура внутреннего воздуха объекта теплоснабжения, температура теплоносителя в подающем теплопроводе в базовом режиме и изменение температуры теплоносителя при низкотемпературном теплоснабжении соответственно, О С; с - удельная теплоемкость теплоносителя, кДж/(кг О С); G+∆G - необходимый расход теплоносителя при новом режиме теплоснабжения.
Необходимо подчеркнуть, что произведение KF является теплотехническим показателем системы отопления объекта и показывает, какое количество теплоты способен принять объект от системы теплоснабжения. Для удобства в качестве эквивалентного отопительного прибора принимается вся система отопления здания.
Чаще всего произведение KF определяется при статистическом наборе фактических данных с тепловых счетчиков и последующем его расчете методом наименьших квадратов.
Для наглядности полученных результатов на рис. 1 приведен график зависимости изменения расхода теплоносителя от изменения температуры теплоносителя.
На данном графике представлено изменение расхода теплоносителя в зависимости от изменения его температуры с учетом свойств теплопотребляющего объекта для следующих условий: t=150 О С, KF=7000 Вт/ О С, t вн =20 0 С. Показано, что при снижении температуры на 5, 10, 20, 30, 40, 50%, расход теплоносителя необходимо увеличивать на 6,2, 13,1, 30,2, 53,4, 86,7, 138,3% соответственно.
На следующем этапе исследования было выявлено, как должны измениться диаметры теплопроводов, чтобы при прокачке другого (нерасчетного) расхода по тепловым сетям потери давления остались прежними.
Зависимость, позволяющая оценить изменение диаметров теплопроводов вследствие изменения температуры теплоносителя (теплопотребляющие характеристики объекта учтены), выглядит следующим образом:
Результаты решения данной задачи иллюстрируются на рис. 2, в частности, для случая снижения температуры теплоносителя в подающем теплопроводе со 150 О С на 95 О С необходимо увеличить диаметр теплотрассы на 23%.
Необходимо отметить, что изменение диаметра на указанные величины происходит при условии неизменных удельных потерь давления на трение. В некоторых случаях, когда изначально диаметр тепловых сетей подобран с некоторым запасом прочности, и удельные потери давления не предельные, оптимальный диаметр тепловой сети при изменении температуры может отличаться от того, который получается по зависимости.
Следующая задача заключалась в определении изменения тепловых потерь и расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя при снижении его температуры и изменении диаметра изолированных теплопроводов.
Итоговая зависимость выглядит следующим образом:
где q - линейная плотность теплового потока, при тепловых потерях, Вт; Δq - изменение линейной плотности теплового потока, Вт; t нар - температура наружного воздуха, О С.
Для упрощения функции (3) введены следующие обозначения: Δq/q=у; Δt/t=х;
1 - (t нар /t)=а.
Тогда последняя зависимость перепишется в виде:
Пусть температура теплоносителя равна 150 О С, а температура наружного воздуха равна минус 34 О С, тогда а=1,23. Для данных условий график зависимости изменения линейной плотности теплового потока от изменения температуры теплоносителя представлен на рис. 3. Полученный в результате график показывает, что с уменьшением температуры теплоносителя значение тепловых потерь уменьшается. Теоретически, при значительном снижении температуры тепловые потери начинают возрастать из-за существенного увеличения площади поверхности теплопроводов, о чем свидетельствует экстремум графика.
Полученные соотношения позволяют определять изменение основных параметров тепловой сети - диаметра, расхода, линейной плотности теплового потока - от изменения температуры теплоносителя и, как следствие, оценить затратность мероприятий по переводу систем на низкотемпературное теплоснабжение и могут быть использованы при формировании критериев для принятия решений.
1. Гершкович В.Ф. Сто пятьдесят.. Норма или перебор? (Размышления о параметрах теплоносителя) // Энергосбережение. 2005. № 5. С. 14-19.
2. Шарапов В.И., Ротов П.В. Регулирование нагрузки систем теплоснабжения //М.: Новости теплоснабжения, 2007. - 164 с.
3. // Новости теплоснабжения. 2007. № 2. С. 30-35.
