К защите .
диссертации
УДК 621.186.2
Методика расчета центрального регулирования закрытых независимых систем теплоснабжения
Доктор техн, наук проф. Е. Я. СОКОЛОВ, инж. В. П. ВЕРШИНСКИЙ (диссертант) Московский энергетический институт
При интенсивном жилищном и общественном строительстве, осуществляемом в настоящее время, резко увеличиваются мощность ТЭЦ (до 400—600 Мет), отпуск тепла со станции до 1 500—2 000 Гкал!ч, растет число абонентов, подключенных к тепловой сети, тепловая нагрузка становится все более неоднородной (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха), появляются источники тепла, работающие на общие тепловые сети. В этих условиях современные городские системы теплоснабжения, осуществляемые в основном по зависимой схеме, т. е. при наличии жесткой гидравлической связи между тепловой сетью и внутренней системой абонентов, не полностью удовлетворяют требованиям надежности и качественного теплоснабжения всех подключенных к ним абонентов.
Недостатки современных систем теплоснабжения рассмотрены в [Л. Г]. Там же рекомендуются принципы построения систем централизованного теплоснабжения крупных горо iob.
Настоящая статья посвящена разработке методики расчета закрытых систем теплоснабжения крупных городов при независимой схеме присоединения отопительных установок.
Все приведенные ниже уравнения справедливы для случая постоянного расхода воды в абонентском контуре (рис. I, 2). После небольших преобразований эти же уравнения могут быть применены для расчета систем теплоснабжения с переменным расходом воды в абонентском контуре.
Рис. 1. Принципиальная схема независимой системы теплоснабжения при на шчии чисто отопительной тепловой нагрузки.
I— станционный насос; II станционный подогреватьть; /7/— подогрева ють отгонтения центрального теплового пункта; /lz ~ отопительный прибор; V — элеватор; VI — насос абонентского контура.
Рис. 2. Принципиальная схема независимой системы теплоснабжения при наличии нагрузок отопления и горячего водоснабжения и двухступенчатом последовательном включении подогревателя горячего водоснабжения.
/ — станционный насос: /'/ — станционный подогреватель; /// — подогреватель отопления центрального типового пункта; IV — верхняя ступень подогревателя горячего водоснабжения; V — нижняя ступень подогревателя горячего водоснабжения; VI— регулятор расхода; VII — регулятор температуры; VIII — водоразборный кран: IX — насос або-неч ского контура; X* — отопительный прибор; XI — элеватор.
Методика расчета центрального качественного регулирования отопительной нагрузки
Расчетная схема системы теплоснабжения приведена иа рис. I.
Составим уравнение теплового баланса подогревателя отопления, справедливое для любого режима его работы:
Qn - Qo = Сч - т2)	Г0 (г01 - т02)
—	("j	т02) — eolVzo (тог — ^«)»	(1)
где Qo— количество тепла, передаваемое подогревателем и получаемое системой отопления, ккал/ч;
U7 —водяные эквиваленты воды, циркулирующей в питательном (станционном) и внутреннем (абонентском) контуре, ккал/ч - град\
Ть т2—температуры воды в подающей и обратной лиг ниях питательного контура перед и после подогревателя отопления, град\
гоь Тоз — температуры воды в подающей и обратных линиях абонентского контура, град-,
tn — температура воздуха внутри отапливаемых помещений. град\
t‘1T, Ео - безразмерные характеристики подогревателя п системы отопления.
Безразмерные характеристики подогревателя и системы отопления могут быть определены по уравнениям [/I. 2]:
1 1
(2)
1
е°	°>5+» I	’	(3)
’+« Q'»e
где	а, b—коэффициенты, зависящие от схемы дви-
жения теплоносителей в подогревателе;
V'o --разность между средней температурой отопительных приборов и внутренней температурой отапливаемых помещений при расчетной для отопления температуре наружного воздуха, град\
и — коэффициент смешения элеватора;
QS • расчетная тепловая нагрузка системы топления абонента, ккал/ч\
(А — отношение тепловой нагрузки системы отопления абонента при данной температуре наружного воздуха к расчетной тепловой нагрузке;
V^M = U7n меньшее значение водяных эквивалентов теплообменивающих сред, ккал/ч • град\
U'€. =	— большее значение водяных эквивалентов
тснлообмснивающихся сред, ккал!ч-град\ ф_______Qo______
-----параметр подогревателя отопления
Д/ п У W м и б
(в первохМ приближении — постоянная величина).
А/п— средиелогарнфмическая разность температур в подогревателе при расчетной дня отопления наружной температуре, с рад.
6*
83
К защите .
диссертации
Уравнение (3) справедливо при п=0,25, где «— показатель степени, связывающий коэффициент теплопередачи ото-пительных радиаторов с температурным напором в отопительном приборе.
Разделим все члены уравнения (1) на величину расчетного расхода тепла па отопление абонента, равную
Q'o=ITn6T'==W>r'o,	(4)
где lFn, IT'o — водяные эквиваленты воды, циркулирующей в питательном и абонентском контурах, при расчетной для отопления температуре наружного воздуха, ккал/ч - град;
6т'==т,1—т'р — расчетный перепад температур в питательном контуре, определяющий расход воды в нем, град;
дт'о=т'о 1—т'п2 — расчетный перепад температур в абонентском контуре, град.
С учетом тою, чго для случая качественного регулирования = и W"o=Fn, получим уравнение теплового баланса в относительных величинах:
_ Tj------т2 Т01	Т02 £н (Tj То2)	(Tflj /.в)
‘° 3V	Зт'о	Йт'	Зт'о
(5)
Из уравнения (5) находим выражения для расчета температур воды в обоих контурах в зависимости от относительной тепловой нагрузки системы отопления абонента:
%2-<п4-^^(1-ев) ;	(7)
*4	4)2 + е >	(N)
ел
*2	*02 +	(1 — гп) •	(9)
еп
Для расчета безразмерных характеристик подогревателя и системы отопления необходимо преобразовать уравнения (2) и (3) применительно к рассматриваемому случаю качественно' го регулирования:
1 1

(14)
где О7 —расчетный перепад температур воды в местной системе, град.
Из совместного решения уравнений (8), (9) и (14) могут быть получены следующие уравнения для расчета температур воды в питательном контуре:
д _ п о _ /5V	6' \
t, = Го +	+ (Ц—---------ту, (15)
-п Я - Г SV (1   €jj) 6' I
*2 - /'•„ + Д/'.Ц)-8 + V, [--------------т.	(16)
Для того чтобы произвести расчет температур воды в подающей и обратной линиях питательного контура по уравнениям (8), (9) или (15), (16), необходимо правильно выбрать поверхность нагрева подогревателя и определить его параметр Ф. Расчет поверхности нагрева подогревателя и его параметра Ф должен быть произведен при расчетной для отопления температуре наружного воздуха ((Л)=1).
Предварительно должны быть определены гехнико-эконо-мичсским расчетом при расчетной для отопления температуре наружного воздуха и выбранных значениях температур воды в абонентском контуре t'oi и t'q2 следующие величины:
температура воды в подающей линии питательного кон-тура Vг,
перепад температур на холодном конце подогревателя отопления 5т, т. е. разность температур воды в обратных линиях питающего и абонентского контуров 6т=т'2—т'02;
температура воды в обратной линии питательного контура Т'2 = Т/О2“|_6т.
Порядок расчета параметров подогревателя следующий:
по известным значениям температур rOi, Too, t'i и т'2 находим среднелогарифмическую разность температур в подогревателе Д#п;
по уравнению (11) находим значение параметра подогревателя Ф.
Расчет значений температур воды Ti и т2 па всем диапазоне температур наружного воздуха производится с учетом полученного значения параметра подогревателя.
В качестве примера на рис. 3 приведены температурные графики центрального качественного регулирования отопительной нагрузки для независимой системы теплоснабжения, построенные при следующих условиях:
6т' =190 85 = 105 град; бт'о = 95 —70 - 25 град;
и~ 0; а=0,35; 5 — 0,65.
Рис. 3. Температурный график центрального качественного регулирования отопительной нагрузки при независимой системе теплоснабжения (6т' = 105’С,	6<0-25°С).
Из анализа уравнений (10) — (12) видно, что для рассматриваемого случая eu = const, а величина е0 зависит только от относительной тепловой нагрузки системы отепления абонента в степени 0,2 (Qq’2).
Уравнения (6) и (7) легко могут быть преобразованы в общепринятые выражения для расчета температурных графиков качественного регулирования отопительной нагрузки при зависимой системе теплоснабжения [Л. 2]:
^01 = /'в +	+
(13)
Методика расчета центрального качественного регулирования суммарной нагрузки отопления и горячего водоснабжения при двухступенчатой последовательной схеме включения подогревателя горячего водоснабжения
Расчетная схема независимой системы теплоснабжения с двухступенчатой последовательной схемой включения подогревателей горячего водоснабжения приведена на рис. 2
Расчет температур воды в подающей и обратной линиях питательного контура при различных значениях температур наружного воздуха производится по методике, изложенной в [Л. 2].
Исходными данными для расчета являются:
значения отношения средней нагрузки горячего водоснабжения к расчетной тепловой нагрузке отопления для типового абонента (QrB/Q'o)T;
температурные графики центрального качественного регулирования отопительной нагрузки, рассчитанные по методике, приведенной выше;
типовой суточный график горячего водоснабжения.
Из-за неравномерности суточного графика горячего водоснабжения расчет производится по «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения Q®
Q°--=x«Q?p, где xo — балансовый коэффициент нагрузки горячего водоснабжения.
84
К защите
диссертаций
/Ч
Рис 4. Температурный график центрального качественного регулирования суммарной нагрузки отопления и горячего водоснабжения мри независимой системе теплоснабжения и двухступенчатой последовательной схеме включения подогревателя горячего водоснабжения
(6V= 105° С; б?'о=25° С; Q
-О.ЗЗ'о; О?
Расчет температурных графиков центрального регулирования производится следующим образом: определяют при различных значениях (Jo и «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения перепады температур сетевой воды в верхней 6i и нижней ступенях 62 подогревателя и определяют значения температур во ты в подающей тП1 и обратной тП2 линиях питательного контура перед и после верхней и нижней ступеней подогревателя горячего водоснабжения по уравнениям:
тю-тй + бг, (17)
Тц2 = Т2—62.	(18)
Для расчета значений 6t и 62 задаются величиной подогрева \1"п в нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения, т. е. разностью между температурой обратной воды после подогревателя отопления н температурой водопроводной воды после нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения, при 0^ и температуре наружного воздуха соответствующей точке срезки температурного графика
\t"n - t"2—= 5д-Ю град. (19)
Перепад температур сетевой воды в нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения при Qr и /"„ находят по уравнению
где /ь 1ч — температуры подаваемой на горячее водоснабжение и водопроводной воды, град.
Перепад температур сетевой воды в нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения при Q^ и любой наружной температуре воздуха tn определяют по уравнению
= • (2,)
т 2 -
Суммарный перепад температур сетевой воды в верхней и нижней ступенях подогревателя горячего водоснабжения одинаков при любой температуре наружного воздуха и равен:
Qr
§ = 8,+^ = —	(22)
Ч о
Перепад температур сетевой воды в верхней ступени подо! рсвателя горячего водоснабжения определяют по уравнению
61 = 6—62.	(23)
Значение температуры водопроводной воды после нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения при любом значении температуры наружного воздуха и определяется по следующему выражению:
/11 = <г + ^(\7^(л_<2) = <2 +
Qq^2 (Л -- ^2)
(24)
Для определения относительного расхода тепла па отопление абонента при любой нагрузке горячего водоснабжения Qr и заданном значении температуры тП1 могут быть использованы следующие уравнения:
7в   Qr
~Л7 Q'Aii — tz) “ ®н (Гв ~
1__г д'ь'о (1 — е0)   ФгЕи
еП	8т'б0	Q'ti (ti   t?}
где er, “ безразмерная характеристика нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения.
Значение ен определяется по уравнению
1
«и — ~ ——---------------------- -_____ _____—.
___Q^z' , . , 1 1/ Q3x'
— /,) + '’ + Ф„ V —
(26)
Значение характеристики нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения определяется из расчета подогревателя при «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения Qp и температуре срезки температурного графика 1\ ио уравие-пню
_	Q" п
дг>,уЖЖ-’	(27)
где Q"n— тепловая нагрузка нижней ступени при {ккал/ч\
Ы"и — средпелогарнфмический температурный напор в нижней ступени при i''u, град\
Qr
U7r —	—водяной эквивалент водопроводной воды, пос-
тупающей на горячее водоснабжение, ккал/ч. град.
Значения безразмерных характеристик подогревателя отопления 8П и системы отопления абонента Fo определяются по уравнениям (10) и (12).
Поскольку Fo зависит от относительной тепловой нагрузки системы отопления (Л), уравнение (25) решается методом подбора.
При
Q3x'
т 1	Q' е,‘ в —
С* 1 — ео) (1 — еи) | [1 — gf. (1 - - gp)Py ео	в и
(28)
Значение еи определяется по уравнению
1
Q'o (6 - М Qr3x'
(29)
а
Значения Ф1Ь Fo, еп определяются по уравнениям (27), (Ю) и (12).
Уравнение (28) решается методом подбора.
В качестве примера па рис. 4 приведены температурные графики при
Q^/Q'e =0,3; Q* = 1,1 (?{?; 0 - 60° С;
/2 — 5° С; Д/"„ = 5° С; значения т, и т2 приняты согласно рис. 3; точка срезки температурного графика при (7о = 0,27.
Литература
1. Е. Я. Соколов. II М. Зингер, Р. П Сазонов, В. С. В у и и л. «Теплоэнергетика» № 2. 1967.
2 Е. Я. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. Госэиепго-издат, 1963.
85