4.2. Регулирование отпуска теплоты на отопление

Общее уравнение для регулирования отопительной нагрузки при зависимых схемах присоединения установок к тепловым сетям имеет вид:

; (4.2)

(4.3)

1. Качественное регулирование.

Дано: Q_ор, Т_1р, Т_2р, G_ор.

Определить: Т₁ = f₁(t_н);

Т₂ = f₂(t_н).

Решение. Из уравнений теплового баланса:

. (4.4)

Учитывая то, что = ; = ;

= , получим:

. (4.5)

Коэффициент теплопередачи нагревательных приборов определяется по формуле:

; (4.6)

для радиаторов е → 0 → ;

а – постоянная для каждого типа нагревательных приборов;

m – постоянная, зависящая от типа нагревательных приборов и способа обвязки; , обычно m = 0,25 для современных нагревательных приборов.

Подставим выражение для К_нп и получим:

. (4.7)

Учитывая, что для элеватора , , получим:

;

(4.8)

Из 1 = 2 определяем:

; (4.9)

Из 1 = 3 с учетом 4 определяем:

, ; (4.10)

; (4.11)

. (4.12)

Рис. 4.1. График качественного регулирования

Если система отопления присоединяется непосредственно без смесителя, то коэффициент смешения U = 0, следовательно график поднимется вверх.

При воздушном отоплении коэффициент теплопередачи не зависит от перепада температур, а зависит от скорости движения теплоносителя и весовой скорости воздуха:

, (4.13)

поэтому коэффициент m = 0, U = 0, следовательно получается уравнение первой степени, на графике это прямая линия.

В независимых схемах в нагревательные приборы системы отопления вода поступает после теплообменного аппарата.

Рис. 4.2. Незави

симая схема присоединения

системы отоп-

ления к тепло-

сети

Расчет режима регулирования для независимой системы отопления также основан на уравнениях теплового баланса:

;

(4.14)

. (4.15)

Зависимость расхода от тепловой нагрузки описывается эмпирической формулой , где n – показатель степени, зависящий от метода регулирования:

при качественном регулировании n = 0, ;

при количественном регулировании n ≥ 1;

при качественно-количественном регулировании 0 < n < 1.

Регулирование нагрузки приводит к изменению расходов и температур теплоносителя в теплообменнике. При нерасчетных условиях обычно известны температуры теплоносителей на входе в установку и неизвестны на выходе. Поэтому уравнение тепловой нагрузки теплообменника неудобно для расчетов, т.к. неизвестно выражение , которое определяется методом подбора.

По методике Е.Я.Соколова расчет теплообменных аппаратов облегчается при использовании так называемых тепловых характеристик теплообменников, когда:

, (4.16)

где ε – безразмерная удельная тепловая нагрузка (коэффициент эффективности);

G_м – меньшее значение расхода из теплообменных средств;

- максимальная разность температур между греющей и нагреваемой средой.

Для водоводяных теплообменников (при противотоке):

, (4.17)

где Ф – параметр подогревателя; для данного подогревателя Ф = const при любом режиме.

; (4.18)

При качественном регулировании , т.к. . Тогда:

;

(4.19)

.(4.20)

2. Качественно-количественное регулирование.

Дано: , , зависимость расхода от отопительной нагрузки выражается уравнением , где n – коэффициент, позволяющий устранить влияние переменного гравитационного давления на разрегулировку системы: 0,33 – для двухтрубных систем отопления, 0,2-0,25 – для однотрубных систем отопления.

Определить: Т₁, Т₂, G_о = f_i(t_н).

Решение. Задаваясь , определяем , затем определяем Т₁ и Т₂:

; (4.21)

Из 1 = 3 с учетом 4 получим:

; (4.22)

Из 1 = 2 с учетом 4 и 5 получим:

(4.23)

Если m = 0,25, то , (4.24)

т.е. G_о и G_тс изменяется по гравитационному закону.

Рис. 4.3. График регулирования тепловой нагрузки: 1 – качественно-

количественный; 2 - качественный

Осуществить плавное изменение расхода воды практически невозможно. В современных насосах глубокое изменение расхода происходит за счет изменения скорости вращения двигателя и соответственно изменения числа оборотов.

В этом случае применяется ступенчатое регулирование (рис. 4.4). В результате отопительный сезон делится на несколько диапазонов, в каждом из которых поддерживается постоянный расход воды.

В холодный период система работает с расчетным расходом воды. При увеличении температуры наружного воздуха расход воды уменьшается. Переменный расход обеспечивается работой нескольких насосов различной производительности. Ступенчатое изменение расхода воды приводит к ступенчатому изменению температуры. При уменьшении расхода воды Т₁ чуть выше, а Т₂ чуть ниже, чем при отопительном графике.

Расход воды в системе может быть уменьшен на 30-40 %. Исследования показали, что в этом случае разрегулировка вертикальная незначительна.

Рис. 4.4. График ступенчатого регулирования тепловой нагрузки

Поэтому расход воды в системе уменьшают до ; далее он постоянен. Число ступеней при выбирают в зависимости от оборудования.

Ступенчатое регулирование тепловой нагрузки позволяет уменьшить расход электроэнергии на перекачку теплоносителя, но при увеличении температуры в сети уменьшается отбор пара в турбине.

3. Количественное регулирование.

Дано: Т₁ = const.

Определить: Т₂, G_о = f_i(t_н).

Регулирование поверхностью нагрева происходит за счет подтопления нагревательных приборов.

Решение.

(4.25)

Из 1 = 2 получим: (4.26)

Из 1 = 3 с учетом 4 получим:

,

где . (4.27)

Уравнения 4 и 5 справедливы при Т₂ ≥ t_в .

При уменьшении нагрузки и уменьшении расхода воды температура обратного трубопровода сети стремится к температуре t_в. Дальнейшее понижение теплоотдачи достигается заполнением части нагревательного прибора водой с температурой равной температуре внутреннего воздуха t_в .

Недостатки: разрегулировка системы отопления из-за изменения расхода воды.

Достоинства: сокращение электроэнергии на перекачку теплоносителя. Этим пользуются при присоединении систем отопления по независимой схеме или через смесительные подстанции. В этом случае в системе отопления сохраняется режим качественного регулирования в течение всего отопительного сезона. При уменьшении расхода сетевой воды насосы увеличивают подачу воды из обратки, следовательно нет разрегулировки.