1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд (4 голосовало, оценка: 3,75 из of 5)
Загрузка...

Волов Г. Я., к.т.н.,
ОДО «Энерговент»

Для тех, кто проектирует, на-страивает и использует автомати-зированные ИТП, а значит для всех жителей СНГ и не только.

В настоящее время существует целый ряд схем автоматизированных ИТП (индивиду-альных тепловых пунктов) с зависимым подключениям систем отопления к наружным те-пловым сетям. При всем многообразии выбора проектировщик выбор все-таки должен со-вершить. Я попытался найти в отечественной литературе указания, которые однозначно дали бы ответ, какую схему и где надо применять и не нашел таких рекомендаций. В свое время я анализировал поведение потребителя при различных схемах ИТП, а сейчас решил заняться и гидравликой самих ИТП. В этом мне, как раньше, помогает программа МО-ДЭН, но уже версии 3.0.

Рассмотрим четыре схемы ИТП, наиболее широко используемые, хотя бы в Минске (рис. 1). Заранее извиняюсь за рисунки, они выполнены специально для МОДЭНА и оттуда скопированы.


Рис. 1, Схемы зависимо подключенных систем отопления к тепловым сетям

Схема 1. Трехходовой смесительный клапан и насос на перемычке.
Схема 2. Трехходовой смесительный клапан и насос на подающей (обратной линии).
Схема 3. Двухходовой клапан и насос на перемычке.
Схема 4. Трехходовой разделительный клапан, насос на подающей (обратной) линии и гидравлическая стрелка (развязка).

Сразу ограничу себе задачу — система отопления однотрубная. Какую в этом случае схему выбрать? Какие преимущества и недостатки каждой? Для этого начнем с критериев, по которым мы будем оценивать качество схем. Я оцениваю качество схем по следующим критериям:

Критерий 1. Постоянство расхода воды во внутреннем контуре отопления.
Критерий 2. Диапазон регулирования температуры воды, поступающей в контур ото-пления (коэффициент смешения).

Почему так важен критерий 1? Дело в том, что нормальной работы однотрубной сис-темы отопления расход воды в контуре отопления должен быть величиной постоянной (для двухтрубной системы это не так). И степень отклонения от этого расхода и может ха-рактеризовать качество схемы ИТП. Об этом критерии часто забывают, выбирая ту или иную схему ИТП.

Для понимания критерия 2 введем понятие «узел смешения». Узлами смешения в схе-мах 1 и 2 является трехходовой клапан, а в схемах 3 и 4 тройники на подачи. В узлах сме-шения каждой из схем происходит приготовления воды (Т12) далее идущей в систему отопления. В узлах смешивается вода наружной тепловой сети (Т11) и обратной воды из системы отопления (Т22). Температура линии Т12 всегда находится между температурами Т11 и Т22. Для оценки положения Т12 используем известный параметр – коэффициент смешения – Ксм:

Ксм=(Т11-Т12)/(Т12-Т22)
(1)

или

Ксм=G3/G11
(2)

Диапазон изменения Ксм от 0 (Т11=Т12) до бесконечности (Т12=Т22).
Теперь введем исходные данные, которые могут характеризовать наружную сеть и по-требителя, т.е. помещение, в котором расположена система отопления.
Наружная теплосеть характеризуется следующими параметрами:

Параметр 1ТС. Располагаемый перепад давления на вводе.
Параметр 2ТС. График изменения температуры воды в подающей магистрали. Помещение, с точки зрения системы отопления, может характеризоваться следующи-ми параметрами:
Параметр 1О. График нормируемой температуры внутреннего воздуха в помещении.
Параметр 2О. Наличие внутренних тепловыделений (теплопотерь) влияющих на ра-боту системы отопления.

Какие могут быть варианты (ситуации) со значением этих параметров приведено в таблице 1 .

Параметр Ситуация 1 Ситуация 2 Ситуация 3
1 Параметр 1ТС Перепад давления ниже гидравлического сопротивления ИТП и системы отопления Перепад давления равен (приблизительно) гидравлического сопротивления ИТП и системы отопления Перепад давления вышегидравлического сопротивления ИТП и системы отопления
2 Параметр 2ТС Соответствует графику ЦКР во всем диапазоне изменения наружной температуры График имеет срезки (зимнюю и летнюю) График пониженный относительно расчетного графика ЦКР
3 Параметр 1О Нормируемая температура внутреннего воздуха постоянна, т.е. не зависит от времени суток Нормируемая температура зависит от времени суток
4 Параметр 2О Внутренние теплопоступления (теплопотери) отсутствуют (незначительны) и температура в помещении определяется теплопотерями через ограждения и работой системы отопления. Внутренние теплопоступления (теплопотери) значительны и участвуют в формировании температуры в помещении наряду с теплопотерями через ограждения и работой системы отопления.

Сразу отметим, что по параметру 1ТС не все схемы применимы, а иногда требуют и регулятора перепада. Если схема не применима, то в этом диапазоне мы ее и не будем ис-пользовать, а регулятор перепада будет установлен, если это специально не оговорено.

Для анализа работы каждой схемы были проведены, так называемые, компьютерные (вычислительные) эксперименты в рамках программы МОДЭН. Компьютерные экспери-менты позволяют варьировать значения тех или иных независимых переменных и наблю-дать за откликом всей системы. Выберем эти такие независимые переменные.

Эксперимент 1. Для того чтобы оценить необходимость регулятора перепада проварьируем наружный перепад для ИТП без регуляторов и оценим влияние на коэффициент смешения.

Исходные данные:
Схема 1,
Р2=100000 Па (1 атм),
Шаг варьирования 10000 Па (0,1 атм),
Р1=11000…410000 (1,1…4,1 атм),
N=0,5 – клапан открыт на половину.

На рисунке 1 представлены результаты такого эксперимента. Обратим внимание на то, что при некотором давлении перед трехходовым клапаном (Ркр), значение Ксм становится равным нулю, т.е. подмес прекращается (G3 равно нулю в формуле (2)). Если давление перед клапаном больше Ркр, то подмешивания не происходит. Клапан становится «запер-тым» на подмес. В данном случае такое явление произошло при давлении в подаче Р1=245000 Па (2,45 атм).

Такое явление нередко можно наблюдать в действительности при больших давлениях перед клапаном. Чтобы избежать такого явления перед клапаном необходимо установить регулятор перепада. В дальнейших экспериментах мы предполагаем, что клапан перепада установлен и он поддерживает перепад после себя равным

Р1-Р = 50000 Па. (0,5 атм).

Эксперимент 2. Для того чтобы оценить расход в местном контуре отопления и коэффи-циент смешения от положения клапана проварьируем положение клапана N от 0 до 1. N=0…1 – число характеризующее положение клапана, N=0 – клапан закрыт на проход те-плоносителя наружной теплосети (трехходовой смесительный и двухходовой или на про-ход во внутреннюю сеть для трехходового разветвительного клапана), N=1 – клапан (трехходовой смесительный и двухходовой) полностью открыт на проход теплоносителя наружной теплосети (или трехходовой разветвительный клапан полностью открыт на про-ход во внутреннюю сеть).

Исходные данные:
Схемы 1…4,
dP=P1-P2=50000 Па (0,5 атм),
Шаг варьирования N – 0,1 (от 0,1 до 1).

Результаты эксперимента представлены на рисунках 3…9. Многочисленность рисун-ков вызвана тем, что они взяты непосредственно с окон программы МОДЭН, где они представляются (надеюсь только пока) в не совмещенном виде. На рисунках 3…6 пред-ставлены зависимости G12=F(N). По ним мы можем определить отклонение текущего расхода в местной системе отопления от среднего значения (критерия 1). Результаты сво-дим в таблицу 2. Как видно из таблицы минимальное отклонение расхода от среднего на-блюдается для схемы 1.

Номер схемы Средний расход G12, кг/с Максимальное отклонения от среднего расхода, кг/с % отклонения от среднего расхода Оценка критерия 1 Минимальные значения Ксм Оценка критерия 1 Суммарный бал
1

2

3

4

5

6

7

8

1

0,607

0,041

6,8

5

0

5

10

2

0,675

0,112

16,6

4

0

4

8

3

0,608

0,092

15,1

4

0,53

3

7

4

0,64

0,145

22,7

3

0

4

7

На рисунках 7…10 представлена зависимость Ксм=F(N) для схем 1..4. В той же табли-це 2 приведены минимальные значения коэффициента смешения (максимальные значения Ксм для схем 1..4 стремятся в бесконечность). Значение Ксм=0 говорит о том, что (см. формулы (1)-(2)) подмешивания не происходит, а в местную систему отопления поступает теплоноситель напрямую из наружной теплосети. Для схемы 3 минимальное значение Ксм составляет 0,53. Проанализируем это на примере.

Пусть график наружной теплосети 130/70 °С, а внутренней 105/70 °С, тогда

Ксм=(130-105)/(105-70)=0,71.

Такой график схема 3 может обеспечить, а если график наружной 120/70 °С, то

Ксм=(120-105)/(105-70)=0,43.

В этом случае значение Ксм меньше минимального, т.е. такой график обеспечен быть не может.

Отметим, что значение Ксм=0 достигается в схемах 2 и 4 не при полном закрытии кла-пана, а при N=0,5. Происходит «запирание» клапана, но уже его порта связанного с на-ружной теплосетью. В столбцах 5 и 7 таблицы 2, исходя из вышесказанного, выставлена экспертные оценки (по 5-и бальной шкале) исходя из значения критериев 1 и 2. Суммарный балл приведен в столбце 8.

Вывод

  1. В системах теплоснабжения с центральным качественным регулированием и одно-трубной системой отопления наиболее предпочтительным (исходя из выполнения крите-риев 1 и 2) является применение схемы 1.
  2. Схему 2 рекомендуется применять при недостатке располагаемого давления на вво-де.
  3. Схему 4 рекомендуется применять в системах, в которых требуется постоянство расхода циркулирующей воды не только в местном, но и наружном контурах, например с местными котельными.
  4. Схема 3 уступает всем остальным схемам. Диапазонам ее применения могут быть иные системы отопления и теплоснабжения, но не те, которые рассматривались в предла-гаемой статье.

Условные обозначения

G11-расход воды в подающей магистрали теплосети, кг/с,
G12-расход воды в местной системе отопления, кг/с,
G3-расход воды подмешиваемой в смесительном устройстве (трехходовом клапане, трой-нике), кг/с,
Ксм- коэффициент смешения,
N=0…1 – число характеризующее положение клапана, N=0 – клапан закрыт на проход те-плоносителя наружной теплосети (трехходовой смесительный и двухходовой или на про-ход во внутреннюю сеть для трехходового разветвительного клапана), N=1 – клапан (трех-ходовой смесительный и двухходовой) полностью открыт на проход теплоносителя на-ружной теплосети (или трехходовой разветвительный полностью открыт на проход во внутреннюю сеть),
P1-давление в подающей магистрали теплосети перед трехходовым (двухходовым) кла-паном, Па,
P2-давление в обратной магистрали теплосети, Па,
Т11-температура воды в подающей магистрали теплосети, °С,
Т12-температура воды в подающей магистрали системы отопления, °С,
Т21-температура воды в обратной магистрали теплосети, °С,
Т22- температура воды в обратной магистрали системы отопления, °С,


Рис. 2. График значений Ксм для схемы 1 в зависимости от давления перед клапаном (Р2=100000 Па, N=0,5)


Рис. 3. График значений G12 для схемы 1 в зависимости от положения клапана N


. 4. График значений G12 для схемы 2 в зависимости от положения клапана N


Рис. 5. График значений G12 для схемы 3 в зависимости от положения клапана


Рис. 6. График значений G12 для схемы 4 в зависимости от положения клапана N


Рис. 7. График значений Ксм для схемы 1 в зависимости от положения клапана N


Рис. 8. График значений Ксм для схемы 2 в зависимости от положения клапана N


Рис. 9. График значений Ксм для схемы 3 в зависимости от положения клапана N


Рис. 10. График значений Ксм для схемы 4 в зависимости от положения клапана N

РБ 220036, г.Минск, ул.Волоха 1; Тел./факс: +375(17) 2861093, +375(17) 2088180; Email:energovent@open.minsk.by

Прочитано здесь http://www.energovent.com/articles/index.php?art=12

Эта запись была опубликована 27.09.2006в 10:31 пп. В рубриках: Моделирование, Все статьи. Вы можете следить за ответами к этой записи через RSS 2.0. Вы можете оставить свой отзыв или трекбек со своего сайта.

Оставьте свой отзыв

Примечание: Осуществляется проверка отзывов на соотвествие правилам, и это может задержать их публикацию. Отправлять отзыв повторно нет необходимости.