Эксплуатация тепловых сетей. Температурный график тепловой сети – советы при составлении Тепловой режим тепловых сетей

Компьютеры уже давно и успешно работают не только на столах офисных работников, но и в системах управления производственными и технологическими процессами. Автоматика успешно управляет параметрами систем теплоснабжения зданий, обеспечивая внутри них...

Заданную необходимую температуру воздуха (иногда для экономии меняющуюся в течение суток).

Но автоматику необходимо грамотно настроить, дать ей исходные данные и алгоритмы для работы! В этой статье рассматривается оптимальный температурный график отопления – зависимость температуры теплоносителя водяной системы отопления при различных температурах наружного воздуха.

Эта тема уже рассматривалась в статье о . Здесь мы не будем рассчитывать теплопотери объекта, а рассмотрим ситуацию, когда эти теплопотери известны из предшествующих расчетов или из данных фактической эксплуатации действующего объекта. Если объект действующий, то лучше взять значение теплопотерь при расчетной температуре наружного воздуха из статистических фактических данных предыдущих лет эксплуатации.

В упомянутой выше статье для построения зависимостей температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха решается численным методом система нелинейных уравнений. В этой статье будут представлены «прямые» формулы для вычисления температур воды на «подаче» и на «обратке», представляющие собой аналитическое решение задачи.

О цветах ячеек листа Excel, которые применены для форматирования в статьях, можно прочесть на странице « ».

Расчет в Excel температурного графика отопления.

Итак, при настройке работы котла и/или теплового узла от температуры наружного воздуха системе автоматики необходимо задать температурный график.

Возможно, правильнее датчик температуры воздуха разместить внутри здания и настроить работу системы управления температурой теплоносителя от температуры внутреннего воздуха. Но часто бывает сложно выбрать место установки датчика внутри из-за разных температур в различных помещениях объекта или из-за значительной удаленности этого места от теплового узла.

Рассмотрим пример. Допустим, у нас имеется объект – здание или группа зданий, получающие тепловую энергию от одного общего закрытого источника теплоснабжения – котельной и/или теплового узла. Закрытый источник – это источник, из которого запрещен отбор горячей воды на водоснабжение. В нашем примере будем считать, что кроме прямого отбора горячей воды отсутствует и отбор тепла на нагрев воды для горячего водоснабжения.

Для сравнения и проверки правильности расчетов возьмем исходные данные из вышеупомянутой статьи «Расчет водяного отопления за 5 минут!» и составим в Excel небольшую программу расчета температурного графика отопления.

Исходные данные:

1. Расчетные (или фактические) теплопотери объекта (здания) Q р в Гкал/час при расчетной температуре наружного воздуха t нр записываем

в ячейку D3: 0,004790

2. Расчетную температуру воздуха внутри объекта (здания) t вр в °C вводим

в ячейку D4: 20

3. Расчетную температуру наружного воздуха t нр в °C заносим

в ячейку D5: -37

4. Расчетную температуру воды на «подаче» t пр в °C вписываем

в ячейку D6: 90

5. Расчетную температуру воды на «обратке» t ор в °C вводим

в ячейку D7: 70

6. Показатель нелинейности теплоотдачи примененных приборов отопления n записываем

в ячейку D8: 0,30

7. Текущую (интересующую нас) температуру наружного воздуха t н в °C заносим

в ячейку D9: -10

Значения в ячейках D 3 – D 8 для конкретного объекта записываются один раз и далее не меняются. Значение в ячейке D 8 можно (и нужно) изменять, определяя параметры теплоносителя для различной погоды.

Результаты расчетов:

8. Расчетный расход воды в системе G р в т/час вычисляем

в ячейке D11: =D3*1000/(D6-D7) =0,239

G р = Q р *1000/(t пр — t ор )

9. Относительный тепловой поток q определяем

в ячейке D12: =(D4-D9)/(D4-D5) =0,53

q =(t вр — t н )/(t вр — t нр )

10. Температуру воды на «подаче» t п в °C рассчитываем

в ячейке D13: =D4+0,5*(D6-D7)*D12+0,5*(D6+D7-2*D4)*D12^(1/(1+D8)) =61,9

t п = t вр +0,5*(t пр – t ор )* q +0,5*(t пр + t ор -2* t вр )* q (1/(1+ n ))

11. Температуру воды на "обратке" t о в °C вычисляем

в ячейке D14: =D4-0,5*(D6-D7)*D12+0,5*(D6+D7-2*D4)*D12^(1/(1+D8)) =51,4

t о = t вр -0,5*(t пр – t ор )* q +0,5*(t пр + t ор -2* t вр )* q (1/(1+ n ))

Расчет в Excel температуры воды на «подаче»t п и на «обратке»t о для выбранной температуры наружного воздухаt н выполнен.

Сделаем аналогичный расчет для нескольких различных наружных температур и построим температурный график отопления. (О том, как строить графики в Excel можно прочитать .)

Произведем сверку полученных значений температурного графика отопления с результатами, полученными в статье «Расчет водяного отопления за 5 минут!» — значения совпадают!

Итоги.

Практическая ценность представленного расчета температурного графика отопления заключается в том, что он учитывает тип установленных приборов и направление движения теплоносителя в этих приборах. Коэффициент нелинейности теплоотдачи n , оказывающий заметное влияние на температурный график отопления у разных приборов различный.

Экономичный расход энергоресурсов в отопительной системе, может быть достигнут, если выполнять некоторые требования. Одним из вариантов, является наличие температурной диаграммы, где отражается отношение температуры, исходящей от источника отопления к внешней среде. Значение величин дают возможность оптимально распределять тепло и горячую воду потребителю.

Высотные дома подключены в основном к центральному отоплению. Источники, которые передают тепловую энергию, являются котельные или ТЭЦ. В качестве теплоносителя используется вода. Её нагревают до заданной температуры.

Пройдя полный цикл по системе, теплоноситель, уже охлаждённый, возвращается к источнику и наступает повторный нагрев. Соединяются источники с потребителем тепловыми сетями. Так как окружающая среда меняет температурный режим, следует регулировать тепловую энергию, чтобы потребитель получал необходимый объём.

Регулирование тепла от центральной системы можно производить двумя вариантами:

1. Количественный. В этом виде изменяется расход воды, но температуру она имеет постоянную.
2. Качественный. Меняется температура жидкости, а расход её не изменяется.

В наших системах применяется второй вариант регулирования, то есть качественный. Здесь есть прямая зависимость двух температур: теплоносителя и окружающей среды. И расчёт ведётся таким образом, чтобы обеспечить тепло в помещении 18 градусов и выше.

Отсюда, можно сказать, что температурный график источника представляет собой ломанную кривую. Изменение её направлений зависит от разниц температур (теплоносителя и наружного воздуха).

График зависимости может быть различный.

Конкретная диаграмма имеет зависимость от:

1. Технико-экономических показателей.
2. Оборудования ТЭЦ или котельной.
3. Климата.

Высокие показатели теплоносителя обеспечивают потребителя большой тепловой энергией.

Ниже показан пример схемы, где Т1 – температура теплоносителя, Тнв – наружного воздуха:

Применяется также, диаграмма возвращённого теплоносителя. Котельная или ТЭЦ по такой схеме может оценить КПД источника. Он считается высоким, когда возвращённая жидкость поступает охлаждённая.

Стабильность схемы зависит от проектных значений расхода жидкости высотными домами. Если увеличивается расход через отопительный контур, вода будет возвращаться не охлаждённой, так как возрастёт скорость поступления. И наоборот, при минимальном расходе, обратная вода будет достаточно охлаждена.

Заинтересованность поставщика, конечно, в поступлении обратной воды в охлаждённом состоянии. Но для уменьшения расхода существуют определённые пределы, так как уменьшение ведёт к потерям количества тепла. У потребителя начнётся опускаться внутренний градус в квартире, который приведёт к нарушению строительных норм и дискомфорту обывателей.

От чего зависит?

Температурная кривая зависит от двух величин: наружного воздуха и теплоносителя. Морозная погода ведёт за собой увеличение градуса теплоносителя. При проектировании центрального источника учитывается размер оборудования, здания и сечение труб.

Величина температуры, выходящей из котельной, составляет 90 градусов, для того, чтобы при минусе 23°C, в квартирах было тепло и имело величину в 22°C. Тогда обратная вода возвращается на 70 градусов. Такие нормы соответствуют нормальному и комфортному проживанию в доме.

Анализ и наладка режимов работы производится при помощи температурной схемы. Например, возвращение жидкости с завышенной температурой, будет говорить о высоких расходах теплоносителя. Дефицитом расхода будут считаться заниженные данные.

Раньше, на 10 ти этажные постройки, вводилась схема с расчётными данными 95-70°C. Здания выше имели свою диаграмму 105-70°C. Современные новостройки могут иметь другую схему, на усмотрение проектировщика. Чаще, встречаются диаграммы 90-70°C, а могут быть и 80-60°C.

График температуры 95-70:

Температурный график 95-70

Как рассчитывается?

Выбирается метод регулирования, затем делается расчёт. Во внимание берётся расчётно-зимний и обратный порядок поступления воды, величина наружного воздуха, порядок в точке излома диаграммы. Существуют две диаграммы, когда в одной из них рассматривается только отопление, во второй отопление с потреблением горячей воды.

Для примера расчёта, воспользуемся методической разработкой «Роскоммунэнерго».

Исходными данными на теплогенерирующую станцию будут:

1. Тнв – величина наружного воздуха.
2. Твн – воздух в помещении.
3. Т1 – теплоноситель от источника.
4. Т2 – обратное поступление воды.
5. Т3 – вход в здание.

Мы рассмотрим несколько вариантов подачи тепла с величиной 150, 130 и 115 градусов.

При этом, на выходе они будут иметь 70°C.

Полученные результаты сносятся в единую таблицу, для последующего построения кривой:

Итак, мы получили три различные схемы, которые можно взять за основу. Диаграмму правильней будет рассчитывать индивидуально на каждую систему. Здесь мы рассмотрели рекомендованные значения, без учёта климатических особенностей региона и характеристик здания.

Чтобы уменьшить расход электроэнергии, достаточно выбрать низкотемпературный порядок в 70 градусов и будет обеспечиваться равномерное распределение тепла по отопительному контуру. Котёл следует брать с запасом мощности, чтобы нагрузка системы не влияла на качественную работу агрегата.

Регулировка

Регулятор отопления

Автоматический контроль обеспечивается регулятором отопления.

В него входят следующие детали:

1. Вычислительная и согласующая панель.
2. Исполнительное устройство на отрезке подачи воды.
3. Исполнительное устройство , выполняющее функцию подмеса жидкости из возвращённой жидкости (обратки).
4. Повышающий насос и датчик на линии подачи воды.
5. Три датчика (на обратке, на улице, внутри здания). В помещении их может быть несколько.

Регулятором прикрывается подача жидкости, тем самым, увеличивается значение между обраткой и подачей до величины, предусмотренной датчиками.

Для увеличения подачи присутствует повышающий насос, и соответствующая команда от регулятора. Входящий поток регулируется «холодным перепуском». То есть происходит понижение температуры. На подачу отправляется некоторая часть жидкости, поциркулировавшая по контуру.

Датчиками снимается информация и передаётся на управляющие блоки, в результате чего, происходит перераспределение потоков, которые обеспечивают жёсткую температурную схему системы отопления.

Иногда, применяют вычислительное устройство, где совмещены регуляторы ГВС и отопления.

Регулятор на горячую воду имеет более простую схему управления. Датчик на горячем водоснабжении производит регулировку прохождения воды со стабильной величиной 50°C.

Плюсы регулятора:

1. Жёстко выдерживается температурная схема.
2. Исключение перегрева жидкости.
3. Экономичность топлива и энергии.
4. Потребитель, независимо от расстояния, равноценно получает тепло.

Таблица с температурным графиком

Режим работы котлов зависит от погоды окружающей среды.

Если брать различные объекты, например, заводское помещение, многоэтажный и частный дом, все будут иметь индивидуальную тепловую диаграмму.

В таблице мы покажем температурную схему зависимости жилых домов от наружного воздуха:

Температура наружного воздуха	Температура сетевой воды в подающем трубопроводе	Температура сетевой воды в обратном трубопроводе
+10	70	55
+9	70	54
+8	70	53
+7	70	52
+6	70	51
+5	70	50
+4	70	49
+3	70	48
+2	70	47
+1	70	46
0	70	45
-1	72	46
-2	74	47
-3	76	48
-4	79	49
-5	81	50
-6	84	51
-7	86	52
-8	89	53
-9	91	54
-10	93	55
-11	96	56
-12	98	57
-13	100	58
-14	103	59
-15	105	60
-16	107	61
-17	110	62
-18	112	63
-19	114	64
-20	116	65
-21	119	66
-22	121	66
-23	123	67
-24	126	68
-25	128	69
-26	130	70

СНиП

Существуют определённы нормы, которые должны быть соблюдены в создании проектов на тепловые сети и транспортировку горячей воды потребителю, где подача водяного пара должна осуществляться в 400°C, при давлении 6,3 Бар. Подачу тепла от источника рекомендуется выпускать потребителю с величинами 90/70 °C или 115/70 °C.

Нормативные требования следует выполнять на соблюдение утверждённой документации с обязательным согласованием с Минстроем страны.

Рассматривая тепловые нагрузки систем коммунального теплоснабжения (раздел Расчет режимов отопления), установлена их непосредственная индивидуальная связь-зависимость с параметрами окружающей природной среды - температурой и влажностью наружного воздуха, температурой воды в источниках водоснабжения, скоростью и направлением ветра, радиационным воздействием - солнечным сиянием.

Любое изменение их вызывает необходимость корректировки теплового потребления как на источнике теплоснабжения, так и непосредственно у потребителя, путем уменьшения или увеличения подачи теплоты, включения или выключения отдельных видов оборудования и приборов, установления рационального режима их работы с учетом тепловых потерь при транспортировании. Таким образом возникает необходимость управления процессами отпуска и потребления тепловой энергии, т.е. теплового регулирования ими.

Превалирующим параметром для большинства тепловых нагрузок является температура наружного воздуха, она определяет и температуру воды на источнике водоснабжения, и температуру строительных материалов и изделий, и параметры внутреннего климата жилых и общественных зданий и т.п. В балансовые уравнения нагрузок входит разность температур (t вн - t нар.среды), показывающая линейную зависимость их от текущей температуры наружного воздуха (уравнения прямых линий).

Если построить график отопительной тепловой нагрузки в зависимости от t нар.среды, то он будет выглядеть прямой наклонной линией, аналогичные виды примут и графики вентиляционных нагрузок и графики зависимости нагрузки горячего водоснабжения от температуры исходной воды (рис. 1).

Рисунок 1. Графики изменения тепловых нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилого дома в зависимости от t нар.возд.

В практической работе проектантов и эксплуатационников принято строить такие графики зависимости тепловых нагрузок Q (функцию) от определяющего параметра t нар.возд (аргумента) в координатах «t нар.возд - Q», где Q = ƒ(t нар.возд). При этом учитывают их в определенном температурном диапазоне, например, в интервале начала отопительного периода и максимальной отопительной нагрузки, называемой «расчетной», t н.расч.

За расчетную температуру t н.о для проектирования отопления в каждой местности принимается средняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период наблюдений. Такие значения t н.о определены для многих городов страны, они приведены в СНиП по строительной климатологии, по ним составлены карты климатологического районирования.

Были определены и введены в практику также расчетные температуры для проектирования вентиляции t н.в; продолжительность отопительного периода n, сут; средняя наружная температура отопительного периода; средняя самого холодного месяца, а также средняя самого жаркого месяца.

Для установления суммарных нагрузок строят графики суммарных тепловых нагрузок (см. рис. 1), они необходимы для выполнения технологических, технико-экономических подсчетов и исследований.

В планово-экономической работе предприятий (для определения расходов топлива, разработки режимов использования оборудования, графиков ремонтов и т.п.) получили применение графики расхода теплоты по месяцам года (рис. 2), графики продолжительности сезонной нагрузки (рис. 3), а также интегральные графики суммарных нагрузок (рис. 4).

Рисунок 2.

Рисунок 3.

Рисунок 4.

С помощью графиков продолжительности и интегральных графиков суммарной нагрузки города/района легко устанавливают экономичные режимы работы теплофикационного оборудования, определяют необходимые параметры теплоносителя на ТЭЦ и РТС, выполняют другие технологические и планово-экономические расчеты и исследования. Например, установление режима работы и оперативно-диспетчерское планирование конкретной системы ЦТС производится на основании трех графиков нагрузки: суточного, годового и графика изменения тепловой нагрузки по продолжительности.

Регулирование тепловых процессов производят с помощью температурных графиков отпуска теплоты. Эти графики (или таблицы) устанавливают связь текущих температур воды в системах отопления t 1 и t 2 и в тепловых сетях в зависимости от температуры наружного воздуха. Такая зависимость устанавливается из уравнения баланса теплоты нагревательного прибора при расчетных и любых других температурных условиях:

где Q и G- расходы теплоты, Вт · ч, и теплоносителя, кг/ч, при текущей и расчетной температуре наружного воздуха; ∆t = t 1 - t 2 - температурный перепад в местных нагревательных приборах при текущей и расчетной (∆t p) наружной температуре, в град; t 1 и t 2 - температура подаваемой и обратной воды в местных нагревательных приборах, град; = (t 1 + t 2)/2 - Т n - температурный напор нагревательного прибора, град; ∆T = Т в - Т н - температурный перепад воздуха внутри (T в) и снаружи помещения (Т н) при текущей и расчетной температуре (∆T p), град; k - коэффициент теплопередачи нагревательного прибора, Вт/(м 2 · ч · град); F - поверхность нагревательных приборов, м 2 .

После ряда преобразований уравнения (1) получим следующие выражения для t 1 и t 2:

Рисунок 5. График температуры воды в подающих и обратных магистралях тепловой сети при качественном регулировании отопительной нагрузки при Т п.р. = +18 °С

ПРИМЕР 1. Исходные условия: Система водяного отопления с расчетными параметрами Т н.р = -25 °С, Т п.р = +20 °С, t 1з = 95 °С, t 2р = 70°С.

Требуется: Определить температуры подающей и обратной воды для системы отопления при наружных температурах Т н = +8 °С, -3,2 °С и температуре помещения Т п = +20 °С.

Решение: Находим для Т н = +8 °С:

По формулам (2); (3) получим:

Для T н = -3,2 °С аналогично:

По полученным точкам строим температурный график (см. линии 1 и τ" 2 на рис. 5).

Здесь приведены значения температур воды в подающих и обратных линиях тепловой сети τ 1 и τ 2 для разных климатических районов при качественном регулировании отопительной нагрузки, для расчетного перепада температур в местной системе ∆t p = 95 - 70 = 25 °С, Т п.р = +18 °С; p = (95 + 70)/2 - 18 = 64,5 °С.

В связи с тем, что к тепловым сетям ЦТС присоединяются разнородные тепловые потребители: системы отопления и вентиляции (сезонные, однородные нагрузки), системы горячего водоснабжения (круглогодичные нагрузки), технологические установки, температурные режимы тепловых сетей должны удовлетворять запросам и учитывать особенности теплового потребления каждого из них. Поэтому графики температур, которые строятся по превалирующей тепловой нагрузке (в городах - отопительно-вентиляционной), должны учитывать требования систем горячего водоснабжения. Необходимость подогрева водопроводной воды до уровня 55-60 °С. До такого уровня нагрева вторичного теплоносителя первичная сетевая вода должна иметь свою температуру не ниже 70 °С, поэтому на температурном отопительном графике возникает так называемая весенне-летняя срезка или «излом» температуры подающей линии на уровне 70 °С.

В свою очередь, поддержание такой температуры в подающей линии теплосети в теплые периоды года приводит к нежелательному явлению - перетопу зданий, что вызывает дискомфорт у населения и, как следствие этого, потерю теплоты через открытые форточки и фрамуги окон. Устранить перетопы можно, регулируя пропусками подачу теплоты в системы отопления (отключая системы ЦО на некоторое время). Так возникает комбинированное регулирование нагрузок (рис. 6).

Рисунок 6.

Продолжительность работы системы отопления n, ч, при регулировании пропусками определяется из выражения:

где Q - подача теплоты в прибор, Вт, за время z, ч; G - подача горячей воды в прибор, кг/ч; с - теплоемкость воды, Вт/(кг·град); t 1 и t 2 - температура подаваемой и обратной воды в нагревательном приборе, град; Т п - температура окружающей обогреваемой среды, °С; F - поверхность нагрева теплоприемника, м 2 ; k - коэффициент теплопередачи теплоприемника Вт/(м 2 · ч · град); z - время, ч.

Для парового приемника имеем:

Здесь, кроме обозначений, принятых выше:

D - расход пара, кг/ч; Т - температура насыщения пара °С; ∆i - теплоиспользование пара, кДж/кг.

В водяных системах ЦТС на количество поступающей теплоты Q можно воздействовать разными путями - изменением температуры входящей воды t 1 (качественное регулирование), расходом воды G (количественное регулирование), временем подачи теплоты z (прерывистое регулирование), изменением поверхности нагрева теплообменника F (применяется редко).

В отечественном теплоснабжении наибольшее применение получил способ центрального качественного регулирования тепловой нагрузки, при котором изменяется температура поступающей сетевой воды и остается неизменным ее расход. Этот метод позволяет работать с малым давлением пара в водоподогревателях ТЭЦ и дает при теплофикации значительную экономию топлива. Он легко осуществляется и сильно упрощает групповую и индивидуальную регулировку местных систем.

Количественное регулирование получило широкое применение в зарубежной практике теплоснабжения, у нас оно нашло частичное использование при групповом и местном регулировании систем и отдельных приборов. В последние годы получил распространение комбинированный метод качественно-количественного регулирования (см. рис. 6).

Регулирование временем натопа (или как его еще называют регулирование пропусками) получило ограниченное применение при центральном регулировании водяных сетей в теплый период отопительного сезона (когда сетевые насосы остановлены), так как при этом горячее водоснабжение и работа систем вентиляции прекращаются. При групповом и местном регулировании этот способ позволяет получать существенную экономию теплоты без указанных ограничений.

В паровых системах прерывистое групповое и местное регулирование являются основным методом регулирования паровых установок теплоснабжения.

Центральное и групповое регулирование производится в соответствии с режимными графиками, устанавливающими режим температуры и расхода воды в тепловых сетях и на абонентских вводах и позволяющими контролировать правильность эксплуатации и распределения теплоты между потребителями.

Для правильного регулирования большое значение имеет гидравлическая устойчивость местной системы. Под ней понимают способность отдельных теплоприемников системы сохранять установленный для них расход теплоносителя при изменении расхода другим теплообменником системы.

Гидравлическая устойчивость определяется отношением гидравлического сопротивления теплоприемника к гидравлическому сопротивлению распределительной сети: чем больше это отношение, тем выше и гидравлическая устойчивость системы.

Для повышения гидравлической устойчивости системы необходимо стремиться к повышению гидравлического сопротивления теплоприемников и понижению сопротивления тепловых сетей.

Системы с низкой гидравлической устойчивостью невозможно точно отрегулировать и трудно эксплуатировать, поэтому часто гидравлическую устойчивость приходиться повышать путем установки искусственных гидравлических сопротивлений перед теплоприемниками (проводить дросселирование-шайбирование систем), этому способствует также уменьшение сечений регулирующих органов, правильный подбор конусов в элеваторах, последовательное, а не параллельное, включение теплоприемников одного агрегата (подогревателей ГВС и др.).

В централизованных системах теплоснабжения (особенно в Теплосетях АО-энерго) сложилась определенная система разделения труда и ответственности персонала в процессе теплового регулирования. Так персонал станции отвечает за выполнение заявочного суточного графика по температуре подающей линии и за поддержание заданных напоров на коллекторах станции (в паровых системах — за соблюдение графика по давлению и температуре пара на выходе со станции).

Персонал района тепловых сетей, в оперативном подчинении которого находится дежурный персонал абонентов, контролирует и отвечает за параметры сетевого хозяйства - расходы теплоносителя в сети, температуру воды в обратных линиях, величину подпитки (в закрытых системах ЦТ), возврат конденсата на станцию.

Температурный график определяет режим работы тепловых сетей, обеспечивая центральное регулирование отпуска тепла. По данным температурного графика определяется температура подающей и обратной воды в тепловых сетях, а также в абонентском вводе в зависимости от температуры наружного воздуха.

Применяемый в г. Москве график 150/70°С (см. графы 2 и 3 таблицы) позволят передавать тепло от источника тепла с меньшими расходами теплоносителя, однако в домовые системы отопления нельзя подавать теплоноситель с температурой выше 105°С. Поэтому производится по сниженным графикам.

Для домовых систем отопления потребителей применяется График качественного регулирования температуры воды в системах отопления при различных расчетных и текущих температурах наружного воздуха при расчетных перепадах температура воды в системе отопления 95-70 и 105-70°С (см. графы 5 и 6 таблицы).

Для сетей, работающих по температурным графикам 95-70°С и 105-70°С (графы 5 и 6 таблицы) температура воды в обратном трубопроводе систем отопления определяется по графе 7 таблицы.

Для потребителей, подключенных по независимой схеме присоединения температура воды в прямом трубопроводе определяется по графе 4 таблицы, а в обратном трубопроводе по графе 8 таблицы.

Температурный график регулирования тепловой нагрузки разрабатывается из условий суточной подачи тепловой энергии на отопление, обеспечивающей потребность зданий в тепловой энергии в зависимости от температуры наружного воздуха, чтобы обеспечить температуру в помещениях постоянной на уровне не менее 18 градусов, а также покрытие тепловой нагрузки горячего водоснабжения с обеспечением температуры ГВС в местах водоразбора не ниже + 60°С, в соответствии с требованиями СанПин 2.1.4.2496-09 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения».Температурный график регулирования тепловой нагрузки утверждается теплоснабжающей организацией.

Т наружного воздуха	Т1		Т"3	Т3		Т4	T"4
	150-70 с надбавкой	150-70 со срезкой на 130	120-70	105-70	95-70	после системы отопления
							после отопительного бойлера
1	2	3	4	5	6	7	8
10	80	70	43	38	37	33	34
9	80	71	45	41	39	34	35
8	80	74	47	43	41	35	36
7	80	75	49	45	42	36	37
6	80	77	51	47	44	38	39
5	80	78	53	49	46	39	40
4	80	79	56	51	48	40	42
3	80	81	58	53	49	41	43
2	81	82	60	55	52	42	44
1	83	84	62	57	53	43	45
0	85	85	64	59	55	45	47
-1	88	86	67	61	57	46	48
-2	91	88	69	63	58	47	49
-3	93	89	71	65	60	48	50
-4	96	90	73	66	62	49	52
-5	98	92	75	68	64	50	54
-6	101	93	78	70	65	51	54
-7	103	95	80	72	67	52	56
-8	106	96	82	74	68	53	57
-9	108	97	84	76	70	54	58
-10	110	99	87	77	71	55	59
-11	113	100	89	79	73	56	60
-12	116	102	91	81	74	57	61
-13	118	103	93	83	76	58	62
-14	121	105	96	84	78	59	63
-15	123	107	98	86	79	60	64
-16	126	108	100	88	81	61	65
-17	128	112	102	90	82	62	67
-18	130	114	104	91	84	63	69
-19	132	116	107	93	85	64	70
-20	135	118	109	95	87	65	70
-21	137	121	111	96	88	66	72
-22	140	123	113	98	90	67	73
-23	142	125	115	100	91	68	74
-24	144	128	117	102	93	69	74
-25	146	130	119	103	94	69	75
-26	148	130	120	105	95	70	76
-28	150	130	120	105	95	70	76

Обозначения

Т 1 (п. 2, 3) - температура воды в магистральной тепловой сети от источника до ЦТП

Т 3 (п. 5, 6) - температура воды в разводящих сетях отопления к потребителю после ЦТП

Т " 3 (п. 4) - температура воды в разводящих сетях отопления к потребителю при независимой схеме присоединения с элеватором у потребителей

Т 4 (п. 7) - температура воды в обратном трубопроводе сети отопления от потребителя для сетей, работающих по температурным графикам п. 5, 6
Т" 4 (п 8) - температура воды после отопительного подогревателя в ЦТП при независимой схеме присоединения

Примечание:

1. Все графики работы источников и местных систем могут быть другими и определяются по решению проектной и энергоснеабжающей организации. Схема присоединения системы отопления выбирается при проектировании в соответствии с требованиями правилам.

Важнейшей задачей при проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения является разработка эффективного гидравлического режима, обеспечивающего надежную работу тепловых сетей.

Под надежной работой подразумевается:

1) обеспечение требуемых напоров перед абонентами ();

2) исключение вскипания теплоносителя в подающей магистрали;

3) исключение опорожнения систем отопления в зданиях, а значит последующего завоздушивания при повторном пуске;

4) исключение опасных превышений давления у потребителей, вызывающих возможность порыва труб и отопительной арматуры.

Под гидравлическим режимом тепловой сети понимают взаимную связь между давлениями (напорами) и расходами теплоносителя в различных точках сети в данный момент времени.

Гидравлический режим тепловой сети изучают с помощью построения графика давлений (пьезометрического графика).

График строится после проведения гидравлического расчета трубопроводов. Он позволяет наглядно ориентироваться в гидравлическом режиме работы тепловых сетей при различном режиме их работы, с учетом влияния рельефа местности, высоты зданий, потерь давления в тепловых сетях. По этому графику можно легко определить давление и располагаемый напор в любой точке сети и абонентской системе, подобрать соответствующее насосное оборудование насосных станций и схему автоматического регулирования гидравлического режима работы ИТП.

Рассмотрим пьезометрический график для тепловой сети, располо­женной на местности со спокойным рельефом (рис. 7.1). Плоскость с нулевой отметкой совмещена с отметкой расположения теплоподготовительной установки. Профиль основной магистрали 1 -2-3 -III совме­щен с вертикальной плоскостью, в которой вычерчен пьезометрический график. В точке 2 к магистрали присоединено ответвление 2 -I . Это от­ветвление имеет свой профиль в плоскости, перпендикулярной основной магистрали. Для возможности изображения профиля ответвления 2 -I на пьезометрическом графике повернем его на 90° против часовой стрел­ки вокруг точки 2 и совместим c плоскостью профиля основной маги­страли. После совмещения плоскостей профиль ответвления займет на графике положение, отображаемое линией 2 - . Аналогично строим профиль и для ответвления 3 - .

Рассмотрим работу двухтрубной системы теплоснабжения, принци­пиальная схема которой показана на рис. 7.1,в . Из теплоподготовительной установки Т высокотемпературная вода с поступает в по­дающий теплопровод в точке П1 с полным напором в подающем коллек­торе источника теплоснабжения (здесь - на­чальный полный напор после сетевых насосов (точка K ); - потери напора сетевой воды в теплоподготовительной установке). Так как гео­дезическая отметка установки сетевых насосов , полные напоры в начале сети равны пьезометрическим напорам и соответствуют избыточ­ным давлениям в коллекторах источника теплоснабжения. Горячая вода по подающей магистрали 1-2-3-III и ответвлениям 2-I и 3-II по­ступает в местные системы потребителей тепла I , II , III . Полные напоры в подающей магистрали и ответвлениях изображены графиками напоров П1-ПIII , П2-ПI , П3-ПII . Охлажденная вода по обратным трубопро­водам направляется к источнику теплоснабжения. Графики полных дав­лений в обратных теплопроводах изображены линиями OIII-О1 , OII- О3, ОI-О1.

Разность напоров в подающей и обратной линиях для любой точ­ки сети называется располагаемым напором . Так как подающий и обрат­ный трубопроводы в любой точке имеют одну и ту же геодезическую от­метку, располагаемый напор равен разности полных или пьезометриче­ских напоров:

У абонентов располагаемые напоры равны: ;

; . Полный напор в конце обратной линии перед сетевым насосом на обратном коллекторе источника тепло­снабжения равен . Следовательно, располагаемый

напор в коллек­торах теплоподготовительной установки

Сетевой насос повышает давление воды, поступающей из обратной линии, и направляет ее в теплоподготовительную установку, где она на­гревается до . Насос развивает напор .

Рис. 7.1. Пьезометрический график (а), однолинейная схема трубопроводов (б) и схе­ма двухтрубной тепловой сети (в)

I -III - абоненты; 1, 2, 3 - узлы; П - подающая линия; О - обратная линия; Н - напоры; Т -теплоподготовительная установка; СИ - сетевой насос; РД - регулятор давления; Д - точка от­бора импульса для РД; ПН - подпиточный насос; Б - бак подпиточной воды; ДК - дренажныйклапан.

Потери напора в подающей и обратной линиях равны разности пол­ных напоров в начале и конце трубопровода. Для подающей магистрали они равны , а для обратной .

Описанный гидродинамический режим наблюдается при работе се­тевого насоса. Положение пьезометрической линии обратного трубопро­вода в точке О1 поддерживается постоянным в результате работы подпиточного насоса ПН и регулятора давления РД . Напор, развиваемый подпиточным насосом при гидродинамическом режиме , дросселируется клапаном РД таким образом, чтобы в точке отбора импульса давления Д из байпасной линии сетевого насоса поддерживался напор , рав­ный полному напору, развиваемому подпиточным насосом.

На рис. 7.2 показаны график напоров в линии подпитки и в байпас­ной линии, а также принципиальная схема подпиточного устройства.

Рис. 7.2. График напоров в линии подпитки 1 -2 и в байпасной линии сетевого насоса 2 -3 (а) и схема подпиточного устройства (б):

Н - пьезометрические напоры; - поте­ри напора в дроссельных органах регуля­тора давления РД и в задвижках А и В; СН, ПН - сетевой и подпиточный насосы; ДК - дренажный клапан; Б - бак подпиточной воды

Перед подпиточным насосом полный напор условно принимаем равным нулю. Подпиточный насос ПН развивает напор . Этот напор будет в трубопроводе до регулятора давления РД. Потерями напора на трение на участках 1 -2 и 2 -3 пренебрегаем ввиду их малости. В байпасной линии теплоноситель движется от точки 3 к точке 2. В задвижках А и В срабатывается весь напор, развиваемый сетевым насосом. Степень за­крытия этих задвижек регулируют таким образом, чтобы в задвижке А был сработан напор и полный напор после нее был равен .

В задвижке В срабатывается напор , причем (здесь - напор после РД). Регулятор давления под­держивает постоянное давление в точке Д между задвижками А и В. При этом в точке 2 будет поддерживаться напор , а на клапане РД будет срабатываться напор .

При увеличении утечки теплоносителя из сети давление в точке Д начинает снижаться, клапан РД приоткрывается, увеличивается подпит­ка тепловой сети и давление восстанавливается. При сокращении утечки давление в точке Д начинает повышаться и клапан РД прикрывается. Если при закрытом клапане РД давление будет продолжать расти, на­пример в результате прироста объема воды при повышении ее темпера­туры, в работу включится дренажный клапан ДК, поддерживающий по­стоянное давление «до себя» в точке Д, и сбросит избыток воды в дре­наж. Так работает подпиточное устройство при гидродинамическом ре­жиме. При остановке сетевых насосов прекращается циркуляция тепло­носителя в сети и во всей системе напор падает вплоть до . Регуля­тор давления РД открывается, а подпиточный насос ПН поддерживает во всей системе постоянный напор .

Таким образом, при втором характерном гидравлическом режиме - статическом - во всех точках системы теплоснабжения устанавливается полный напор, развиваемый подпиточным насосом. В точке Д как при гидродинамическом, так и при статическом режимах поддерживается постоянный напор .Такая точка называется нейтральной.

Ввиду большого гидростатического давления, создаваемого столбом воды, и высокой температуры транспортируемой воды возникают жест­кие требования к допустимому диапазону давлений как в подающем, так и в обратном трубопроводах. Эти требования накладывают ограни­чения на возможное расположение пьезометрических линий как при статическом, так и при гидродинамическом режимах.

Для исключения влияния местных систем на режим давления в сети будем считать, что они присоединены по независимой схеме, при которой гидравлические режимы тепловой сети и местных систем автономны. В таких условиях к режиму давлений в сети предъявляются излагаемые ниже требования.

При работе тепловой сети и при разработке графика пьезометрических напоров должны быть соблюдены следующие условия (как при динамическом, так и при статическом режимах), которые перечисляются в порядке очередности их проверки при построении графика.

1. Пьезометрический напор в обратном трубопроводе сети должен быть выше статического уровня подсоединенных систем (высоты зданий Н зд ) не менее чем на 5 м (запас), иначе давление в обратном трубопроводе Н обр будет меньше статического давления здания Н зд и уровень воды в зданиях установится на высоте напора обратного пьезометра, а над ним возникнет вакуум (оголение системы), который вызовет подсос воздуха в систему. На графике это условие выразится тем, что линия обратного пьезометра должна пройти на 5 м выше здания:

Н обр Н зд + 5 м ; Н ст Н зд + 5 м .

2. В любой точке обратной магистрали пьезометрический напор должен быть не менее 5 м , чтобы не было вакуума и подсоса воздуха в сеть (5 м – запас). На графике это условие выражается тем, что пьезометрическая линия обратной магистрали и линия статического напора в любой точке сети должны идти не менее чем на 5м выше уровня земли:

Н обр Н з + 5 м ; Н ст Н з + 5 м.

3. Напор на всасе сетевых насосов (напор подпитки Н о ) должен быть не менее 5 м , чтобы обеспечить залив насосов водой и отсутствие кавитации:

Н о 5 м.

4. Давление воды в системе отопления должно быть меньше максимально допустимого, которое могут выдержать отопительные приборы (6 кгс/см 2 ). На графике это условие выражается тем, что на вводах в здания пьезометрические напоры в обратной магистрали и статический уровень сети не должны быть выше Н доп = 55 м (с запасом 5 м ):

Н обр - Н з 55 м ; Н ст - Н з 55 м .

5. В подающем трубопроводе до элеватора, где температура воды выше , должно поддерживаться давление не менее давления кипения воды при температуре теплоносителя – принимается с запасом; (для статического уровня это не обязательно):

Н s =20 м при и Н s =40 м при .

На графике это условие выразится тем, что линия напоров в подающем трубопроводе должна быть соответственно на величину Н s выше наивысшейточки перегретой воды в системе отопления (для жилых зданий это будет уровень земли, а для промышленных зданий –высшаяточка перегретой воды в цехах):

Н под Н s + 5 м .

6. Статический уровень местных систем (уровень верха зданий) не должен создавать в системах других зданий давление больше максимального допустимого для них, иначе при остановке сетевых насосов произойдет раздавливание приборов этих систем за счет давления воды высоко расположенных зданий. На графике это условие выразится тем, что уровни высоко расположенных зданий не должны превышать больше чем на 55 м уровни земли у других зданий.

7. Давление в любой точке системы не должно превышать максимально допустимое из условий прочности оборудования, деталей и арматуры. Обычно принимают максимальное избыточное давление Р доп =16…22 кгс/см 2 . Это означает, что и пьезометрический напор в любой точке подающего трубопровода (от уровня земли) должен быть не менее Н доп – 5 м (с запасом5 м ):

Н под – Н з Н доп – 5 м .

8. Располагаемый напор (разность пьезометрических напоров в подающем и обратном трубопроводах) на вводах в здания должен быть не менее потери напора в системе абонента:

Н р = Н под – Н обр Н зд .

Таким образом, пьезометрический график позволяет обеспечить эффективный гидравлический режим тепловой сети и подобрать насосное оборудование.

Контрольные вопросы

1. Изложите основные задачи выбора режима давлений водяных тепловых сетей из условия надежности работы системы теплоснабжения.

2. Что такое гидродинамический и статический режимы работы тепловой сети? Обоснуйте условия определения положения статического уровня.

3. Представьте методику построения пьезометрического графика.

4. Изложите требования к определению положения на пьезометрическом графике линий давления в подающей и обратной магистралях тепловой сети.

5. На основе каких условий на пьезометрическом графике наносятся наносятся уровни допустимых максимальных и минимальных пьезометрических напоров для подающей и обратной линий системы теплоснабжения?

6. Что такое «нейтральная» точка» на пьезометрическом графике и при помощи какого устройства на ТЭЦ или котельной регулируется ее положение?

7. Как определяется рабочий напор сетевых и подпиточных насосов?