Влияние возмущающих и регулирующих воздействий на температурный режим зданий



Влияние возмущающих ирегулирующих воздействий на температурный режим зданий

Мохов Александр Иванович, студент;

Рафальская Татьяна Анатольевна, кандидат технических наук, доцент

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Рассмотрены основные возмущающие и регулирующие воздействия, влияющие на температурный режим зданий при отклонении параметров в теплосети от расчётных значений. Приведена методика расчёта теплового режима помещений на основе статической отопительной характеристики зданий для зависимой и независимой схем присоединения системы отопления в тепловом пункте.

На основе полученных результатов можно определить статические коэффициенты передачи по каналам возмущающего и регулирующего воздействий и выбрать необходимые режимы работы систем регулирования отопительной нагрузки.

Ключевые слова: система теплоснабжения, тепловая сеть, тепловой пункт, система отопления, температурный режим зданий.

Изменение температурного режима отапливаемых зданий может происходить как вследствие изменения внешних и внутренних возмущающих, так и вследствие изменения регулирующих воздействий. Внешними возмущающими воздействиями являются изменения наружной температуры, скорости ветра, солнечной радиации. К внутренним возмущающим воздействиям относятся бытовые тепловыделения. Регулирующими воздействиями, изменяющими температурный режим отапливаемых зданий, являются:

а) температура сетевой воды в подающей линии отопительной сети;

б) расход сетевой воды, поступающей на отопление;

в) величина поверхности нагрева отопительных приборов.

В качестве примера были рассмотрены режимы работы теплосети от ЦТП-ц41 по ул. Орджоникидзе в г. Новосибирске. Расчётная нагрузка на отопление на ЦТП составляет Q_omax = 4,459 МВт, средняя на горячее водоснабжение Q_hm = 2,659 МВт. Расчётная температура для проектирования отопления в Новосибирске t_но=-37 С, расчётная температура внутреннего воздуха t_вр = 20 С, в системе отопления _о1 = 105 С. Тепловые сети рассчитаны на температурный график отпуска теплоты 150/70 С, но на ТЭЦ применяется верхняя срезка температурного графика на 114 С (рис. 1).

Рис. 1. Температуры сетевой воды в ЦТП: ₁ — в подающей магистрали теплосети; _о3 — в подающей магистрали системы отопления; _о2 — в обратной магистрали системы отопления; ₂ — в обратной магистрали теплосети; _{г2 —} после подогревателя II ступени СГВ; _{с2 —} на входе в подогреватель I ступени СГВ

Таким образом, начиная с наружной температуры t_но=-20 С температура воды в теплосети не соответствует расчётной (₁ < ₁^тр на рис. 1). Кроме того, текущая температура наружного воздуха может опуститься ниже расчётной для проектирования отопления. Снижение ₁ и t_н ниже расчётных значений требует увеличения расхода воды из теплосети в систему отопления для поддержания требуемого температурного режима (G_do не остаётся постоянным при низких температурах наружного воздуха, а должен увеличиваться, рис. 2).

Рис. 2. Расходы сетевой воды в ЦТП: G_d — расход воды в теплосети; G_{dо —} требуемый расход сетевой воды из подающей магистрали тепловой сети для системы отопления; G_dо^д — действительный расход сетевой воды, поступающей в систему отопления из подающей магистрали теплосети; G_dh^II — расход сетевой воды в подогревателе горячего водоснабжения II ступени; G_dh — расход воды из теплосети на СГВ

Изменения температуры воздуха в отапливаемых зданиях при зависимом присоединении системы отопления можно определить, решая систему уравнений (1–3), [1].

Расход теплоты, поступающей в систему отопления:

,(1)

где  коэффициент смешения системы отопления;

 расчётная разность температур сетевой воды, С;

 температурный напор при смешении воды в отопительном устройстве, С;

= G_do/G_do^д  относительный расход воды в отопительной сети;

 требуемая тепловая мощность системы отопления при данной наружной температуре.

В этом уравнении величина Q_о входит в левую и правую части. Поэтому, в первом приближении принимаем. Затем определяется Q_ор:

.(2)

Определив новое значение, снова находим Q_о по формуле (1). Расчёт повторяем до заданной точности.

Внутреннюю температуру можно найти по формуле:

.(3)

На рис. 3 показано, на какую величину будет изменяться температура в отапливаемых помещениях при условии, что регулирующие воздействия ₁, G_dо остаются неизменными, а возмущающее воздействие (наружная температура t_н) будет изменяться на t_н.

Рис. 3. Изменение температуры в отапливаемых помещениях при изменении наружной температуры t_н (₁ = const, G_dо = const)

На рис. 4 и 5 показаны результаты расчёта системы уравнений (1–3) при отклонении температуры в подающей магистрали теплосети от расчётных значений.

Рис. 4. Температура в помещениях t_в при отклонении температуры сетевой воды ₁ от расчётного значения по температурному графику (t_н = const, G_dо = const)

Рис. 5. Относительный расход теплоты на отопление Q_o /Q_op при отклонении температуры сетевой воды ₁ от расчётного значения по температурному графику (t_н = const, G_dо = const)

На рис. 6 показаны полученные из формулы (1) зависимости относительного расхода сетевой воды в систему отопления _о при различном отклонении температуры воды в теплосети, при которых будут обеспечены и, следовательно, t_вр = 20 С.

Рис. 6. Относительные расходы сетевой воды на отопление _о, компенсирующие отклонение ₁ от расчётного значения на величину ₁

На основе полученных результатов можно определить статические коэффициенты передачи по каналам возмущающего и регулирующего воздействий.

Так, статический коэффициент передачи по каналу (изменение температуры наружного воздуха к изменению температуры воздуха в отапливаемых помещениях) при условии постоянства других воздействий определяется как отношение изменения внутренней температуры к изменению наружной:

.(4)

При независимом присоединении системы отопления относительный расход воды на отопительный подогреватель можно определить по уравнению:

,(5)

где для рассматриваемого ЦТП принято:

 относительный расход сетевой воды из внешней сети через отопительный подогреватель;

= 150  65 = 75 С  расчётный перепад температур во внешней сети;

= 130  70 = 60 С  расчётный перепад температур в отопительной сети;

,  безразмерные тепловые производительности отопительного подогревателя и отопительной системы.

Как правило, при независимом присоединении отопительных систем расход воды в отопительной сети остаётся постоянным, т. е. =1.

Величина рассчитывается по уравнению:

,(6)

где = 53,36 т/ч; = 61,88 т/ч — расчётные расходы меньшей (греющей) и большей (нагреваемой) сред в отопительном подогревателе в точке излома температурного графика;

Ф_п = 4,79 — параметр отопительного подогревателя, определён при подборе пластинчатых подогревателей Alfa Laval по методике [2, 3].

Безразмерная производительность отопительной системы:

.(7)

Отношение в первом приближении принимают равным 1. После этого при известном значении ₁ рассчитывают величину по уравнению (5) и далее расчёт повторяют до увязки с заданной точностью. Внутреннюю температуру в помещениях определяют по формуле (3).

На рис. 7 показано, на какую величину изменяется внутренняя температура в помещениях при снижении расхода сетевой воды на отопительный подогреватель. Как следует из рисунка, эта величина при одних и тех же значениях зависит от t_н.

Рис. 7. Изменение температуры воздуха в отапливаемых помещениях t_в при изменении относительного расхода сетевой воды на отопительный подогреватель

На рис. 8 для независимой схемы показаны значения относительных расходов воды на отопительный подогреватель , компенсирующие отклонения температуры сетевой воды ₁ от требуемой по температурному графику _1тр.

Рис. 8. Относительные расходы сетевой воды на отопительный подогреватель _п, компенсирующие отклонения температуры воды в подающей магистрали теплосети на величину ₁

Поскольку величина изменения внутренней температуры t_в при одних и тех же изменениях расхода сетевой воды на отопительный подогреватель зависит от t_н, то и статический коэффициент передачи:

(8)

также является переменной величиной, что необходимо учитывать при разработке и эксплуатации систем автоматического регулирования отопительной нагрузки в ЦТП.

Выводы.

Рассмотрены основные факторы, влияющие на температурный режим отапливаемых зданий, показана методика расчёта действия этих факторов на внутреннюю температуру воздуха в зданиях, которая является основным регулируемым параметром при регулировании отопительной нагрузки. На этой основе могут быть выбраны необходимые режимы работы систем регулирования отопительной нагрузки в ЦТП.

Литература:

1. Зингер Н. М. Повышение эффективности работы тепловых пунктов / Н. М. Зингер, В. Г. Бестолченко, А. А. Жидков. — Москва: Стройиздат, 1990. — 188 с.
2. Мохов А. И. Расчет и сравнение характеристик пластинчатых теплообменников / А. И. Мохов, Т. А. Рафальская // Молодой ученый.  2015.  № 7.  С. 176–180.
3. Рафальская Т. А. Тепловой и гидравлический расчет водо-водяных теплообменников систем отопления и горячего водоснабжения: учеб. пособие / Т. А. Рафальская, В. В. Бурцев; Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин). — Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2015. — 128 с.