І j— подогреватель I ступени,

Рис. 5.6. Последовательная схема або­нентского ввода

Ijj — подогре­

Ватель II ступени; 2 — отопительный тепло­обменник; РР — регулятор постоянного расхо» да; РТ — регулятор температуры

Реализация связанной подачи тепла в систему отопления в закры­тых системах теплоснабжения осуществляется в настоящее время уст­ройством вводов по последовательной схеме (рис. 5.6). Описание этой схемы, включая ее автоматику, было приведено в § 9. При этой схем, е сетевая вода прежде чем попасть в отопительный теплообменник

Проходит подогреватель горячего водоснабжения II ступени, где от­дает часть своего тепла нагревае­мой водопроводной воде. В ре­зультате в среднем за сутки тем­
пература воды, поступающей в отопительный теплообменник, ниже, чем в тепловой сети.

Для нормального функционирования системы отопления охлажде­ние сетевой воды в подогревателе II ступени не должно отражаться на суточном количестве тепла, поступающего в отапливаемые помещения. Обеспечить это можно двумя способами:

1) сохранением в тепловой сети отопительного графика температур воды при увеличении расхода сетевой воды через отопительный тепло­обменник;

2) сохранением нормального отопительного расхода сетевой воды через отопительный теплообменник при повышении температуры воды в тепловой сети.

При первом способе искомым параметром сетевой воды являются ее расход Gc, при втором — ее температура гс.

В наиболее простом случае, когда расход нагреваемой водопровод­ной воды неизменен и равен среднечасовому расходу за сутки (напри­мер, при наличии баков-аккумуляторов в системе горячего водоснаб­жения), для определения искомых параметров сетевой воды исполь­зуют:

Уравнения' теплового баланса нагреваемой и греющей воды в подо­гревателе II ступени:

^г. в

A tr

- „ IFc (*C-T!) Qn=ws (тс-т1) =------ (Tc-Tx) =--- — (5.52)

^ ^C. OT

И уравнение нормальной относительной производительности отопитель­ного комплекса

Фот. норм = Д4 > (5.53)

Где in — температура водопроводной воды после теплообменника I ступени, °С; Arfr = =tr—tx — расчетная разность температур нагреваемой водопроводной воды, принима­емая равной 60—5 = 55°С; Тс, Ті—температура воды соответственно в подающем тру­бопроводе тбпловой сети и сетевой, поступающей в отопительный теплообменник; Wc = Wc/^от. норм — относительный расход сетевой воды по отношению к нормальному расходу сетевой воды на отопление (при качественном регулировании); ДтРот =т^— —тР —расчетная разность температур сетевой воды для отопления, принимаемая равной 150—70 = 80°С при элеваторных и насосных смесительных узлах, и 150—80 = = 70°С при поверхностных отопительных теплообменниках; М — знаменатель в форму­лах (5.16)—(5.18), °С, значение которого зависит от состава отопительного комплекса и при неизменном расходе воды в местной системе отопления является функцией толь­ко относительного расхода сетевой воды, т. е. M=f(Wc).

При повышенном температурном графике воды в сети, когда Wc = = 1 и ті —Ті норм, из выражений (5.51) и (5.52) следует:

'ср (tr — ta) А тР

A tr

■ .. ... тс = Т1 норм + ' (5.54)

Где pcp = QpfB/QoT — относительный среднечасовой расход тепла в горячем водоснаб­жении по отношению к расчетному расходу тепла на отопление.

Кр* (tr-tu) = - tV Єг-'п); (5.51)

При отопительно-бытовом графике температур воды в сети полу­чим

129

Pep Cr— tn) А тР от TihoPM-C=MQot + д ^ ^ . (5.55)

5 Зак 435

Например, при отопительном комплексе с элеваторным узлом

„ Д^р. пр Д Тс. от~~0,5 Л ХЫ

М =

-0,25 "Г w

'от

<?с

Подставив данное выражение для М в формулу (5.55) находим — _ Pep jtr — ta) Л xg от

Д tT (АтсР. от-0,5АтР) Q0T ' (5'5 '

На результаты определения параметров сетевой воды %с, Wc замет­ное влияние оказывает площадь поверхности нагрева подогревателя I ступени, которую, как и при смешанной схеме ввода, задают значени­ем температуры ta в расчетном режиме подогревателя и которая тео­ретически может изменяться от нуля до бесконечности. В настоящее время за расчетный режим подогревателей горячего водоснабжения при последовательной схеме ввода принимается их режим при наруж­ной температуре tnx, соответствующей точке излома отопитёльно-быто - вого графика температур. Следовательно, нормальные значения темпе­ратур сетевой воды, поступающей в отопительный теплообменник (ті норм) и выходящей из него (тенори), всегда известны из этого графика.

Температуру tn в расчетном режиме подогревателей задают по ус­ловию

' ^4ноРм-6'- (5.57)

Значение 6 • .при повышенном температурном графике принимают равным 5° С, при отопительно-бытовом графике — 3—4° С. В послед­нем случае при Wc ;> 1 фактическое значение температуры t4 всегда будет больше, чем х 'норм, поэтому при определении tп по темпера­туре Т4норм расчетное значение б' может быть несколько уменьшено.

При расчете повышенного графика всегда ориентируются на так на­зываемый «типовой» абонент, под которым понимается или услов­ный абонент со средним по всему теплоснабжаемому району зна­чением рср = рср-тшь или реальный абонент, если число таких абонен­тов в районе является преобладающим. Для остальных «нетиповых» абонентов района с рср ^ Pcp-тип расчетные расходы воды при элева­торных вводах определяются по выражению

Рср (*г —*п) А Т£.от

1+ А'г (АтР-ОТ-0,5 AtP0T) Q0T

TOC o "1-3" h z. Wc =-------------------------------------- :-------- :------------------------------- . 5.58)

F ____ т

Lc Ч норм

+ (Д^.от-°>5 Фот

• Выражение (5.58) при тс=тінорм переходит в формулу (5.56), а при Wc= 1—в формулу (5.54).

В более сложном случае, когда в состав отопительного комплекса входит поверхностный теплообменник, решение вышеприведенной си­стемы балансовых уравнений приводит к выражению:

Д < ( 1 - (Tc-t;HOpM) + (AtPOT-o,5 дтР) q't_hopm=~w~ hr—Q0TH0PM +

"м ьх. то '

АтР,0Т

- +Рср---------------------------- ГГ¥:—' (d-59)

Где ті норм—температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при данной наружной температуре по отопительно-бытовому графику температур для данного отопительного комплекса, °С; е^ то ~~ коэффициент нагрева отопительного теплооб­менника.

При расчете повышенного температурного гріфика, когда Wc = = WM = 1, справедливо равенство

А тр. / 1

(А тРот-0,5 Дт£) Фот. норм I"------------- "G'5J «с

И выражение (5.59) переходит в формулу (5.54).

Расчетный расход сетевой воды у нетипорых абонентов района при поверхностном отопительном теплообменнике определяется по выраже­нию (5.59) методом последовательных приближений. При этом зада­ются значением Wc и при постоянном расходе воды в местной систе­ме отопления, т. е. при WM = 1, находят значение

W А тр W

П м u 'с от № м

Д К '

По значению 8х. то и параметру А отопительного теплообменника по графику на рис. 3.7 находят значение &х. то и, подставив его в фор­мулу (5.59), проверяют совпадение левой и правой частей равенства. Если совпадения не получается, расчет повторяют, задаваясь новым

Значением Wс.

При 'отопительно-бытовом графике температур воды в сети иско­мый расчетный расход сетевой воды Wc находят так - го выражению (5.59) путем последовательных приближений. Так ка при таком графике температур Тс = Тінорм, то первое слагаемое в п-вой части равенства (5.59) превращается в нуль.

Ііри наружных температурах іц<іі-ах искомые параметры сетевой воды иа>'пят по вышеуказанным формулам с дополнительным опре^ делением іемпературьі водопроводной воды после подогревателя I ступени tn, так как площадь поверхности нагрева этого подогрева­теля уже задана его расчетным режимом.

У типовых абонентов при повышенном графике температур воды в сети температура определяется из равенства коэффициентов на­грева подогревателя 1 оупени при tmx и которое обусловливает­ся в этих режимах одним и тем же значением 0xi = W7^ (Wc и неиз­менностью параметра Ах теплообменника I ступени. Из этого равен­ства следует, что при ta<itex:

Hi пм ^х

= ---------------------- • (5-60)

%

У нетиповых абонентов при повышенном графике температур во­ды в сети определение Wc и tu при tB с tux происходит методом по­следовательных приближений. Задаются значением Wc и находят зна­чение

^СгРв А^сРот

Рср

Wc v A tr W с

Затем по графику на рис. 3.7 определяют значение єхі, по кото­рому с некоторым приближением (полагая Т4=Т4Норм) и находят ис­комое значение tn'

131

^П = ^Х + ех I (Т4НОрМ----------- ^х) • (5.61)

5" Зак 435

Проверка правильности предварительно принятого значения Wс производится по выражению (5.59).

При отопительно-бытовом графике температур воды в сети искомые расходы сетевой воды при tB<^Bx определяются тем же методом, что и расходы воды у нетиповых абонентов при повышенном графике. Вы­ражение (5.59) в этом случае несколько упрощается, так как слагае­мое Тс—Ті норм становится равным нулю.

При равномерном расходе нагреваемой водопроводной воды опре­деление площади поверхности нагрева подогревателя II ступени не представляет затруднений, так как все необходимые для этого данные (Wc, №'ГСРВ, тії, tT, 1с, ті) становятся известными в процессе опре­деления параметров сетевой воды в расчетном режиме ввода. Для случаев, когда Wc=^, температуру сетевой воды по выходе ее из по­догревателя II ступени находят по выражению:

(tT-tn) ДтРт

Ті = тс — pCD ----------------------- ------- . (5.62)

С гср Д tr Wc

Однако в настоящее время большинство местных систем горячего водоснабжения не имеет аккумуляторов, и расход водопроводной воды через подогреватели горячего водоснабжения неравномерен по часам суток (см. рис. 4.8).

Но даже одинаковые отклонения расхода водопроводной воды от его среднечасового значения вызывают неодинаковые отклонения теплоотдачи приборов от ее нормального значения: при увеличении расхода водопроводной воды теплоотдача приборов уменьшается в большей степени, чем происходит ее возрастание при уменьшении расхода нагреваемой воды. В связи с этим при одном и том же зна­чении рср для обеспечения нормальной суммарной теплоотдачи нагре­вательных приборов параметры поступающей на ввод сетевой воды при неравномерном расходе нагреваемой воды должны быть несколько увеличены по сравнению с их значениями, получаемыми при равно­мерном расходе нагреваемой воды.

Точное определение такого увеличения параметров сетевой воды чрезвычайно сложно как из-за пикового характера самих колебаний (см. рис. 1.1), так и вследствие теплоаккумулирующих свойств пода­ющих трубопроводов между подогревателем II ступени и нагреватель­ными приборами. Для приближенной оценки влияния колебаний расхода нагреваемой водопроводной воды на искомые параметры сетевой воды автором предлагаются следующие формулы:

Тс. кол = тс+ д ткол = тс + 7 (Кч— 1) РсР; 1 (5 63)

+ Д Wc кол = Гс + (#с-1) (1,1 ... 1,15). (5.64)

Для более точного определения параметров сетевой воды при не­равномерном расходе нагреваемой водопроводной воды применяют следующий метод. Упрощают суточный график расхода тепла в горячем водоснабжении, представляя его в виде трех — пяти групп часов (сту­пеней графика) с'равным теплопо - треблением. При таком упрощении стараются примерно сохранить ве­личину и продолжительность перио­дов максимального и минимального

___

Теплопотребления с обязательным сохранением общего расхода тепла за? сутки. Примерный вид такого графика, состоящего из четырех ступеней, приведен на рис. 5.7. Такой упрощенный график, называемый «расчет­ным», целесообразно строить в безразмерных величинах, принимая за 100% среднечасовой расход тепла за сутки.

Если, например, в основу расчета принят четырехступенчатый график, приведенный на рис. 5.7, то из суточного баланса теплоотдачи нагревательных приборов следует:

Qі гг + Q3 z2 + Qs z3 + Qi z4 = Q4-hopm-24, (5.65)

Где Qi, ., Q4 —часовая отдача тепла нагревательными приборами при различных «ступенях» расхода тепла в горячем водоснабжении; zb.., z4 — продолжительность каждой «ступени» графика, ч

Разделив обе части равенства (5.65) на Q4Hopm, получим:

ЇІ1 гі+^2 г3+5з + & г4 = 24, (5.66>

Где Qi, Qi — относительная теплоотдача приборов по отношению к нормальной ча­совой теплоотдаче при данной наружной температуре

Взаимосвязь между относительной часовой теплоотдачей приборов

Q=iQ/Qhopm, эквивалентом водоразбора WTs и параметрами поступаю­щего на ввод теплоносителя тс, Wс находится в результате решения следующей системы уравнений:

Qr в = Qi + Qn'» Qi = ^rBexi (**-*х);

Qi! = we (Tc — ti); Qot = -------------------------------------------- —------------ ;

Q0t = r7c (ti — t4);

=_______ Qot Qp t

О = 0

^от. норм ^от. норм

Где Qr в — общий расход тепла на горячее водоснабжение, Qj, Qu — теплообменная способность подогревателей I и II ступени; Wr в, Wc — эквиваленты нагреваемой (хо­лодной) водопроводной воды и сетевой воды; Єхі — коэффициент нагрева подогревате­ля I ступени; ті, Т4 — температура сетевой воды соответственно при входе в отопи­тельный теплообменник и при выходе из него, °С; /х — начальная температура водо­проводной воды, °С; tЈH —расчетная Температура внутреннего воздуха, °С; М — зна­менатель в формулах (5 16) — (5.18), значение которого зависит от состава отопитель­ного комплекса, °С; Q0T, Qot норм — часовая теплоотдача нагревательных приборов пр» затрате части тепла на подогрев водопроводной воды и нормальная часовая теплоот­дача приборов при данной наружной температуре.

Решив совместно приведенную систему уравнений, находим

~ (*с-0-9х, [А ;Г-ЄХІ

Сот. дорм [Af-exl ех1 (М - 1 /гс)] • (5'67)

При повышенном графике температур воды в сети, когда расход сетевой воды через ввод остается неизменным и равным нормальному

Отопительному расходу, т. е. при Wc= 1, формула (5.67) приобретает более простой вид:

^ (Тс-С)-9x1 (&-/,)]

(^іноРм-^н)-єх1 Єх1 (т4норм-0 ' (5 68>

Где = = — —разность конечной и начальной температур нагревае­

Мой водопроводной, L, Ті норм, т4 норм—температура сетевой воды соответственно при* входе В отопительный теплообменник и выходе из него при нормальном режиме узла J* ' данной наружной температуре, °С ^ у

Значения Qot ПО выражению (5.67) при каждой «ступени» упрощен­ного графика суточного расхода нагреваемой воды подставляют &

Формулу (5.66), откуда и находят искомые параметры сетевой воды. Если искомым параметром сетевой воды является ее эквивалент Wc, то задача решаете^ методом последовательных приближений. Сна­чала задаются значением Wc, находят значение переменной М и зна­чения Qxl = Wr. BfWc для каждой «ступени» суточного графика расхода тепла (воды) в горячем водоснабжении, а затем проверяют правиль­ность принятого значения Wc по формуле (5.66).

При расчете повышенного графика данная задача решается проще. В этом случае формулу (5.68) приводят к виду:

<*с

Qot і = -------------------------------------- , (5.68а)

О*

Где

Bi =exh (C-^x)li

B[ = (ti норМ Јx ] , , (т4 норм ^вн) •

Частные значения Q0t і по выражению (5.68а) при каждой «ступе­ни» водоразбора подставляют в формулу (5.66), которая приобретает такой вид:

[(*с-С)~ 5і] [(tc-О - Б,] г,

----- + ... +------------------------- г------------------- = 24.

В і

Обозначив

Z

Д =

В (Тінорм ^вн) Єх I ®х I (т4норм О

И сделав некоторые преобразования, получим:

Л> , 24 + (Ді Ді + Б* Д2 + Б3 Дз + Б, Д4)

Тс — № 4--------------------------------------------------------------------------------- . (5.69)

Ді + Дг + Дз + Ді

При tH<itHX искомая температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети определяется по вышеизложенной методике с подста­новкой в формулу (5.68а) значений т і норм и т 4 норм? соответствующих температуре tn, при которой находится повышенное значение темпера­туры ВОДЫ в сети Тг.

При неравномерном расходе нагреваемой водопроводной воды пло­щадь поверхности нагрева подогревателя II ступени определяется в расчетном режиме подогревателей при іц=ііюе и при максимальном во­доразборе. При этом считают, что вся сетевая вода проходит только через подогреватель, а его обводной трубопровод в этом режиме пере­крыт автоматом PP. Сначала находят минимальное значение относи­тельной теплоотдачи нагревательных приборов QoTmm, соответст­вующее^ аксим а льному водоразбору. При уточненном решении этой

Задачи Q0Tmin находят по формуле (5.67) или (5.68) с подстанов­кой в эти формулы предварительно найденных значений параметров сетевой ВОДЫ Тс или Wс.

Для приближенного определения значений Q от min При ПОВЬІШЄН- І. ЬІХ графиках температур воды в сети может быть использована пред­лагаемая автором формула

Фотпнп = 1 — а Ртах — Ь (ртах)2, (5.70)

Где

Ртах — Qr в / Qot •

Значения коэффициентов а и b зависят от расчетной разности тем­ператур ВОДЫ В тепловой сети Ат с. от*

ДТР0Т........... 150—70=8(УС 140—70'= 70РС 130—70 = 6СГС

А.............................. 0,4 0,35 0,2

Ъ.............................................. 0-.5 0,4 0,35 •

Определив значение относительной теплоотдачи _нагревательных

Приборов ПО отношению к ее нормальному значению Q от min, пере­ходят к относительной теплоотдаче нагревательных приборов по отно­шению К ее расчетному значению: QoTmin^QoTtnin/QoT == QoTmin X ХОотнорм, а затем по закономерностям отопительного комп­лекса [формулы (5.19), (5.20), (5.21)] находят значения температуры сетевой ВОДЫ При входе ті min И ВЬІХОДЄ min ЄЄ ИЗ ОТОПИТЄЛЬНОГО теплообменника.

Производительность подогревателя II ступени Qnmax и темпера­туру водопроводной ВОДЫ при входе ее в ЭТОТ подогреватель t nniin определяют по выражениям:

W - (Tg — Tjmjn)

Ql"lmax = *c K-timin)=QoPT -------------------------- і (5-71)

^ с. от

• __ Qn max ^c (^c-^'min)

^n min F -<r Ртах А тс. от ' '

Температуру сетевой воды, уходящей из подогревателя I ступени, во всех случаях находят по формуле

Qr. B + QoT (р + QOT) А тС. ОТ

Тк = тс—------------------------- = тс —-------------------- =---------------- . (5.73)

Wc We

Связанная подача тепла в систему отопления при отопительно-бы - товом графике температур воды в сети приводит к увеличению расчет­ных расходов сетевой воды и требует применения специальной автохма - тики, которая уменьшала бы расход сетевой - воды через ввод при по­нижении наружной температуры. Необходимость в такой автоматике вызывается тем, что с понижением наружной температуры и повыше­нием температуры обратной воды от отопительного теплообменника увеличивается подогрев водопроводной воды в подогревателе I ступени и уменьшается нагрев воды в подогревателе II ступени. Соответственно уменьшаются и охлаждение сетевой воды в подогревателе II ступени, и необходимый добавочный расход сетевой воды для компенсации этого охлаждения.

При расчетной наружной температуре, когда температура обратной воды от отопительного теплообменника повышается до 70—80°С, на­грев водопроводной воды может полностью осуществляться в подогре­вателе I ступени и в этот период никакого увеличения расхода сетевой воды через ввод сверх нормального отопительного расхода не потре­буется.

В расчетном же режиме подогревателей горячего водоснабжения дополнительный расход сетевой воды составляет примерно 2—2,5 м3 на каждый ГДж/ч расчетной нагрузки горячего водоснабжения.

Для «нетиповых» абонентов при повышенном графике температур воды в сети необходима специальная автоматика. У таких абонентов с рср>рср. тип расход сетевой воды должен уменьшаться в течение ото­пительного периода, а с рсР<рсР. тип увеличиваться. Использ вание же существующей автоматики с постоянным расходом сетевой воды через

Ввод неизбежно приводит у «нетиповых» абонентов к перерасходу тепла на отопление.

Однако применение связанной подачи тепла даже для типовых абонентов при повышенном температурном; графике воды в сети ослож­няется неравномерностью потребления горячей воды по дням недели, когда расход горячей воды в нерабочие и предпраздничные дни на 20—30% превышает расход воды в остальные дни недели. В этих ус­ловиях для обеспечения нормальной суточной отдачи тепла нагрева­тельными приборами во все дни недели целесообразно применение в эксплуатации двух температурных графиков: «предпраздничного» — с более высокими значениями температур воды в сети и «рабочего» — с пониженными температурами воды в сети. При применении двух тем­пературных графиков вначале рассчитывают «предпраздничный» график с соответствующим подбором подогревателей горячего водо­снабжения. Расчет же «рабочего» графика ведут при уменьшенных расходах горячей воды, но при известном уже параметре Ai подогрева­теля I ступени, полученном из расчета «предпраздничного» графика. При применении же для таких расчетов упрощенной формулы (5.54) ВМеСТО формулы (5.69) ОПредеЛЯЮТ НОВОе Значение 0х1раб = = №гРв. раe/Wc и, зная параметр теплообменника Aj, находят по графику на рис. 3.7 новое значение температуры водопроводной воды после подогревателя I ступени ^П. раб-

/П. раб = '*+-ех1раб (Т4норМ — • (5-74)

Температуры воды в сети для двух указанных случаев — при Рср раб =г"0,3 и рсрпр ==0,375 — приведены на рис. 5.8.

Расход сетевой воды через ввод в теплый период года при отклю­ченном отоплении находится при последовательной схеме ввода так же, как и при смешанной (см. § 24).

Влияние колебаний расхода тепла в горячем водоснабжении на температуру воздуха в отапливаемых помещениях весьма приближенно определяется по формуле (5.25).

Последовательная схема абонентского ввода как средство реализа­ции связанной подачи тепла в систему отопления имеет ограниченную область применения, о чем свидетельствуют и СНиП П-36-73, которыми предписывается применение последовательной схемы до ртах=0,6. .

Рассмотрим справедливость это­го положения. При последователь­ной схеме ввода неизменная в тече­ние суток подача тепла на ввод оп­ределяется исходя из расхода тепла абонентом, равного 2Q = Q0t. hopm + - f - Q гРв- Но в часы максимального водопотребления расход тепла або­нентом составляет

^ Qmax — Qot min Qr!^" Qot тіп4~^ч Qppb >

Где Кч — коэффициент часовой неравномер­ности потребления тепла в горячем водо­снабжении.

Необходимый подогрев водопро­водной воды при максимальном во - допотреблении может быть обеспе­чен только при соблюдении условия

Qot. норм + @грв ^ Qot min + ^ч Qr? B» І36

Которое в безразмерных величинах имеет вид

Фот. норм "Ь Рср ^ Фот min + Кч Рср •

В предельном случае, когда при максимальном водопотреблении

Qot min становится равНЫМ нулю (при ті =Т4=^н), пренебрегая неко­торым незначительным в этом случае нагревом водопроводной воды в подогревателе I ступени, получим

Фот. норм + Рср%> ^ч Рср»

Откуда предельное значение рср:

Фот. норм _

Рср. пред < • (5-75>

Если переход на постоянную температуру воды в сети в теплый пе­риод отопительного сезона происходит при одной и той же наружной температуре £их как при отопительно-бытовом, так и при повышенном графике температур воды в сети, когда ті норм =.70°С, a Qot. hopm «0,35, то при /Сч—>2,2 предельное значение рср равно

0,35

- = 0,293 я 0,3,

Гер. пред о о _

ЧТО СООТВЄТСТВуЄТ ртах пред = 0,3-2,2 = 0,66.

Так как полное прекращение отдачи тепла нагревательными прибо­рами в течение всего времени максимального водопотребления недо­пустимо из-за чрезмерного снижения внутренней температуры, то СНиП П-36-73 и ограничивают применение последовательной схемы значением ртах, равным 0,6.

Для возможности реализации экономичной связанной подачи тепла В систему отопления При ршах>0,6 очевидно должны применяться какие-то другие схемы абонентских вводов. Такой схемой, в частности, может являться несколько измененная последовательная схема, пред­ложенная кафедрой теплофикации и газоснабжения МИСИ им. В. В. Куйбышева (см. § 9). Расчет последовательной схемы с ре­гулируемой перемычкой (рис. 5.9) проводится на основе следующих исходных положений:

1) повышенный температурный график воды в сети уже задан (оп­ределяется ИЛИ ПО ТИПОВО'Му абоненту, если его Ртах<0,6, или по ус­ловному абоненту С ртах='0,6);

2) максимум и минимум температуры сетевой воды, поступающей в отогштельный теплообменник у рассчитываемого абонента, совпадают с аналогичными значениями температур у абонента, по которому рассчи­тан график температур воды в сети. Тем самым обусловливается оди-

Рис. 5.9. Последова­тельная схема або­нентского ввода с ре­гулируемой перемыч­кой /j — подогреватель I сту­пени;

— подогрева­

II

Тель II ступени; 2 — ото­пительный теплообмен­ник; PPi, РР2 — регуля­торы постоянства расхо­да воды; РТ — регулятор температуры

Наковое влияние горячего водоснгбжения на отопление у того и другого абонентов;

3) минимальное значение относительного расхода тепла на отопле - • ние Qot тій и минимальное значение температуры сетевой воды, посту­пающей в отопительный теплообменник, Timin определяют из расчета типового абонента (по которому. строится температурный график воды в сети) при максимальном водопотреблении.

Искомый расход сетевой воды у рассчитываемого абонента опреде­ляют на основе решения следующей системы уравнений:

Уравнения теплового баланса подогревателя II ступени в расчетном режиме

KalVr~Q=K (тс-т 1Ш1П);

Уравнения температуры водопроводной воды, поступающей в подо­греватель II ступени, определяемой по задаваемому значению ее недо - грева б max до температуры греющей воды в подогревателе I ступени

І=т' • — б"

(см шш max"

Уравнения температуры греющей воды в подогревателе I ступени

О О Д тр

. . ^оттіп. *<оїтіп " ьс от

^см min min jp min jj^

Решая эту систему уравнений, находят

(тс — xi min) (Ю* — M'max Cr + Smax — х[ min) WQ — цшах Q0T min Д тс от = О,

Где

А тр

_ с от

F^max == Ртах л, A tp

После определения Wc ИЗ третьего уравнения находят Тсмтіп» а затем по второму уравнению определяют значение tn. Температуру воды, покидающей ввод, определяют по выражению

(Ртах + Qot min/ " с от,

*т - —— _____ __________________________________ :___ _____ ____________________________________

К min "с ^

В результате становятся известными расходы и все температуры греющей и нагреваемой воды в теплообменниках I и II ступени, по значениям которых и определяются затем площади их поверхности на­грева (по формулам, приведенным в гл. 3).

§ 26. РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛА В ОТКРЫТЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И РАСЧЕТ АБОНЕНТСКИХ ВВОДОВ

Как уже отмечалось в § 9, нормальная подача тепла в систему отопления в открытых системах теплоснабжения осуществляется по схеме ввода, представленной на рис. 2.12,а. Как и в закрытых системах теплоснабжения, регулирование отпуска тепла в этом случае проис­ходит по нормальному отопительно-бытовому графику температур, но с точкой излома при температуре поступающей воды тс=<65°С.

В течение отопительного периода возможны три режима отбора воды из трубопроводов тепловой сети на цели горячего водоснабжения (рис. 5.10): I режим, когда температура обратной воды от отопительного теплообменника Т4^65°С, II режим, когда Т4<65°С, а температура воды в подающем трубопроводе сети тс>65°С, и III режим, когда тс = 650С. При I режиме отбор воды происходит только из обратного трубопро-

Рис. 5.10. Графики температур (а) и отно­сительных расходов (б) сетевой воды в открытой системе при нормальной подаче тепла в систему отопления 1—111 — режимы; 1 — температура воды в подаю­щем трубопроводе; 2 — то же, в обратном тру­бопроводе; 3 — относительный расход (эквива­лент) сетевой воды через отопительный теплооб­менник по отношению к нормальному отопитель­ному расходу; 4 — относительный расход воды, отбираемой на горячее водоснабжение нз подаю­щего трубопровода, по отношению к нормально­му отопительному расходу; 5 — суммарный отно­сительный расход сетевой воды через ввод на отопление и горячее водоснабжение; € — относи­тельный расход воды, отбираемой из обратного трубопровода

Вода, при II режиме — совместно из подающего и обратного трубопро­водов, при III режиме — только из подающего трубопровода.

Выведем выражение для опреде­ления доли воды, отбираемой из подающего трубопровода, №г. в.ш>д по отношению к общему количеству воды, идущей на водоразбор, WTmB, т. е. выражение для определения величины a=Wr. B.nonlWr. B.

Из теплового баланса воды, иду­щей на водоразбор, Wr. в имеем

При лимитированном расходе сетевой воды через ввод и отборе части сетевой воды из подающего трубопровода на горячее водоснаб­жение подача необходимого количества тепла на отопление может быть обеспечена или увеличением расхода сетевой воды при отопительно - бытовом графике температур воды в сети, или повышением темпера­туры воды в сети при сохранении отопительного расхода сетевой воды через ввод. При первом из указанных способов расчетные расходы се­тевой воды (средние по подающему и обратному трубопроводам) получаются почти такими же, как и при нормальной подаче тепла в систему отопления, т. е. связанная подача не приводит к уменьшению расчетных расходов сетевой воды. По этой причине связанная подача тепла в систему отопления при отопительно-бытовом графике темпера­тур воды в сети не получила распространения. При применении в от­крытых системах повышенных графиков температур их расчет, так же как и в закрытых системах, ориентируют на типового абонента, т. е. на наиболее характерное в теплоснабжаемом районе соотношение расчет­ных нагрузок горячего водоснабжения и отопления.

Рассмотрим сначала метод расчета повышенного графика темпера­тур воды в сети для наиболее простого случая — схемы ввода с мест­ным лимитированием расхода сетевой воды при равномерном в течение суток отборе воды на горячее водоснабжение (см. рис. 2.12,6). В I диапазоне наружных температур, когда температура обратной воды ИЗ отопительного теплообменника удовлетворяет условию отбор

Воды на горячее водоснабжение происходит только из обратного тру­бопровода в размере, определяемом по выражению (5.78).

Так как отбор воды из подающего трубопровода в данном случае отсутствует и вся сетевая вода в количестве, равном нормальному рас­ходу на отопление (Wc=^othopm), поступает в отопительный теплооб­менник, то в I диапазоне наружных температур никакого повышения температуры воды не требуется и в тепловой сети должен сохраняться нормальный отопительно-бытовой график температур.

Во II диапазоне наружных температур, когда Т4<^г, а про­

Исходит огбор воды из подающего и обратного трубопроводов. При этом расход сетевой воды через отопительный теплообменник становится меньше нормального (Wor< Wc = W0T HOpM) и, следовательно, темпера­тура сетевой воды должна быть повышена. Это повышение тс опреде­ляют путем решения следующей системы уравнений:

Уравнения нормального относительного расхода тепла в отопитель­ном комплексе

О Тс-'ви

"от. норм »

Уравнения баланса тепла сетевой воды, проходящей через отопи­тельный теплообменник і[формула (5.15)]

А тр О

"с от^от. норм

Tl=tl------------- Щ ;

Уравнения баланса расхода сетевой воды

Уравнения баланса тепла в горячем водоснабжении

+ С (1-а) т4,

Где М—знаменатель в формулах (5.16)—(5.18), °С, значение которого зависит от со­става отопительного комплекса и в общем виде есть функция относительного расхода сетевой воды через отопительный теплообменник, т. е. M=f(Wот); а= ^г! в.под/^гРв— доля воды, отбираемой из подающего трубопровода, по отношению ко всему расходу воды, идущей на горячее водоснабжение.

Последние два выражения в безразмерных величинах имеют вид:

1 = Й^от + а Мтр; (5 79)

/г = а тс + (1 — а) т4,

Где Wm— W0?/W qT —относительный расход сетевой воды, поступающей в отопи­тельный теплообменник, по отношению к нормальному расходу воды на отопление, UCP = W^PB/WPT — средний относительный расход воды на горячее водоснабжение по отношению к нормальному расходу воды на отопление.

Данная система уравнений содержит пять неизвестных: тс, М, Т4,

Wot, а.

При поверхностном отопительном теплообменнике_ и постоянном расходе воды в местной системе отопления, т. е. при WM = 1, перемен­ная М определяется по выражению [см. формулу (5.16)]:

A /L ™ / 1

Фот норм

И решение приведенной выше системы уравнений приводит к равенству

Tp д ft

Fcp

+0,5 Д ТЕ

О о0'25

Хот норм ^от норм

+ м-ср (— — ех То) д. (5.80)

fcx. то /

По равенству (5 80) путем пробных подстановок определяют иско­мое значение W01:. Для этого сначала задаются ориентировочным зна­чением Wot и находят безразмерную величину

Д тр

Д тР Гот '

По которой, зная параметр Лто отопительного теплообменника, находят по графику на рис. 3.7 значение єх. то - Подставив значения 0Х. то И Єх то В равенство (5.80), проверяют совпадение его левой и правой частей. При отсутствии такого совпадения расчет повторяют, задаваясь новым значением Wot. _

После определения Wot находят температуры сетевой воды:

А тр О ( 1

"с. от ^от. норм / 1 I £ ' (5-81>

Д FP о

С. от **от. норм

Ті = т4 +------- =------ Є-. (5.82)

"от

При элеваторном смесительном узле, когда значение М равно [формула (5.18)]:

П0.25 "Г TW

Vox w0T

Решение приведенной выше системы уравнений позволяет получить значение W0T в явном виде, что в свою очередь позволяет определить искомые значения тс и Та=гг4 в виде поправок к нормальным значени­ям этих температур при заданной величине Q0T:

Тг = Тг Норм — Б; (5.83)

Тс = тс. норм + (1 + 2и) Б, (5.84)

М - ;о. Т" +Ат£ [——-0,5

Где Б — вспомогательная величина; и — коэффициент подмешивания элеватора.

Величина Б определяется по выражению

(tT Т? норм) Цср

2(1+»)-|Ц» ■ <5-85>

Зная значения температур воды в сети, по формуле (5.76) находят долю а отбора воды "из подающего трубопровода, а затем, используя формулу (5.79), определяют относительный расход (эквивалент) сете­вой ВОДЫ через отопительный теплообменник WOT.

Пример 5.1. При местном лимитировании поступающей на ввод сетевой воды

(№с = 1) определить температуры воды в сети и расход сетевой воды через элеватор при наружной температуре tnx, соответствующей точке излома отопительно-бытового

Графика температур, когда. QOT=0,354; Тінорм = 70°С; т2ноРм = 41,7°С Задано рСр = 150—70

= 0,3; |іСр = 0,3 gF r =0,4; и = 2,2. bo—5

Решение Определяем вспомогательную величину Б по формуле (585).

(65-4!,7) 0.4 2 (1+2,2) —0,4

Затем находим по формулам (5.83), (5 84), (5.76) и (5 79):

Т2 = 41,7— 1,55 = 40,15 °С; хг = 70 + (1 + 2-2,2) 1,55 = 78,37 С,

65 — 40,15 _

А==---------------------- :-------- = 0,65; Wor = 1 — 0,65-0,4 = 0,74.

78,37 — 40,15 0

Точка излома повышенного графика температур воды в сети обычно принимается при %c=tT, но в принципе она может быть принята и при несколько более высоких значениях тс.

На рис. 5.11 приведены графики температур и расходов сетевой во­ды в системе с местным лимитированием ее расхода.

Для обеспечения нормальной суточной подачи тепла в отапливае­мые помещения регулирование отпуска тепла в течение недели должно осуществляться так же, как и при последовательной схеме ввода, по двум температурным графикам — «предпраздничному» и «рабочему».

Расчетные расходы сетевой воды у нетиповых абонентов при по­верхностном отопительном теплообменнике определяют в такой после­довательности-

1) по известным значениям температуры сетевой воды тс и нор­мальным при данной наружной температуре значениям температуры воды в местной системе отопления находят

_ Ч --- Т2

Єхто - Тс_Т2 ;

2) по параметру Лто отопительного теплообменника и полученному значению Єхто по графику на рис. 3.7 находят 0Х то> по которому вы­числяют значение

А тр

W„~ сот

4 тг 9

X то

3) подсчитывают искомый относительный расчетный расход сетевой воды по выражению

_ ' _

(Ті-/г) ЇР0Т А тр О С. от ^от норм

(5.86)

= = W0T + хср

При отопительном комплексе с элеваторным узлом расход сетевой воды через элеватор у нетиповых абонентов определяют из формулы (5.18), а расход сетевой воды в целом через ввод находят по форму­ле (5.86).

Однако, как уже отмечалось в начале данного параграфа, все изло­женные выше решения справедливы для равномерного в течение суток отбора воды на горячее водоснабжение. При колебаниях в_расходе горячей воды получаемые значения искомых параметров тс и Wc необ­ходимо несколько увеличить по тем же соображениям, что и в закры­тых системах теплоснабжения. С учетом колебаний расхода воды на горячее водоснабжение искомые параметры сетевой воды будут равны:

Wr

Тс. кол = тс + (Тс - Тс. норм) кх1 (5 • 87)

(5.88)

Где tc, — параметры сетевой воды, получаемые без учета колебаний расхода воды на горячее водоснабжение, Кх —температурный коэффициент колебаний, принимае­мый равным 1,15—1,2; Kw — расходный коэффициент колебаний, принимаемый равным 1,1—1,15.

Применение схемы ввода с местным лимитированием расхода сете­вой воды для нетиповых абонентов теплоснабжаемого района неизбеж­но приводит к перерасходу тепла у этих абонентов. Доказать это можно весьма несложными рассуждениями. При наиболее низкой, рас­четной для отопления, наружной температуре отбор воды на горячее водоснабжение происходит только из обратного трубопровода как у типовых, так и у нетиповых абонентов. Следовательно, при такой на­ружной температуре системы отопления всех абонентов получают нормальное количество тепла на отопление. Но с повышением наруж­ной температуры ориентированная на типового абонента температура воды в тепловой сети окажется недостаточной для абонентов с рСр> >рср. тип и завышенной для абонентов С рср<Орср. тип. В связи с этим с повышением наружной температуры расход сетевой воды у абонентов с Рср>Рср. тил необходимо уВЄЛИЧИВаТЬ, а у абонентов С рср<Рср. тип— уменьшать. Однако существующая автоматика схемы ввода с местным лимитированием может поддерживать только постоянный расход сете­вой воды, который, очевидно, необходимо устанавливать по наиболь­шему за отопительный период рас - а) ходу сетевой воды. г;с

При центральном лимитирова­нии, т. е. ігри отсутствий на абонент­ских вводах автоматов, ограничива­ющих расход сетевой воды через ввод, значение последнего определя­ется разностью давлений, создавае­мой сетевым насосом, и гидравличе­ской характеристикой сети, которая

Складывается из гидравлических характеристик подогревательной уста­новки S„.y, подающего трубопровода тепловой сети 5ПОд, абонента Saб и обратного трубопровода 50бр - Если данная задача решается относи­тельно разности давлений в трубопроводах на выходе их из источника тепла, то из состава переменных исключается Sn. y.

Отбор воды у абонентов на горячее водоснабжение не оказывает влияния на гидравлические характеристики подогревательной установ­ки и тепловой сети, но существенно изменяет гидравлическую проводи­мость абонента, так как возникновение отбора идентично появлению отверстий в трубопроводах сети. ,

Баланс давлений в системе выражается равенством

А = (5П у + Япод) G + s;6 (Gc - a Gr_B)s + So6p (Gc - Gr B)«,

Где Gс — расход сетевой воды в системе; Sa6—гидравлическая характеристика або­нента при отсутствии водоразбора; a=Gr в под/Gr в — доля отбора воды из подающего трубопровода по отношению к общей величине отбора сетевой воды на горячее водо­снабжение.

Разделив все части уравнения баланса давлений на Драб =

F 2

=-£аб GOT. HopM, ПОЛУЧИМ! ГДЄ Wc = Wc/W0T норм —

GcfG

От норм---

Относительный расход (эквивалент) воды в теп­ловой сети по отношению К нормальному отопительному расходу; Ртв=№г в/ /Wot норм = Gr b/Got Норм = ріДт £ от/Afr— относительный расход воды на горячее водо­снабжение по отношению к нормальному отопительному расходу.

Для определения гидравлических характеристик элементов сети производят гидравлический расчет сети на расход воды, равный нор­мальному отопительному расходу при отсутствии водоразбора. По по­лученным падениям давления в отдельных элементах сети определяют их гидравлические характеристики по выражению

5'=Др/С*т. норм.

2АР;0Д+А,;.у+А,;6 /

АРаб V Д^аб /

А Риге

0. (5.89)

+

Необходимая разность давлений, создаваемая сетевым насосом и поддерживаемая автоматическим устройством неизменной, определяет­ся по выражению Д р'яас = Д Рп. у + А Рпод + Л р'аб + Д Робр, (5.90) Где Ар п. у» А^под» ДРаб — потери давления в подогревательной установке, подающем трубопроводе и у абонента, значения которых берутся из гидравлического расчета се­ти на отопительный расход воды.

Заменив в предыдущем равенстве отношения гидравлических ха­рактеристик на отношения потерь давления и приравняв 50бр к 5П0д, так как при одинаковых диаметрах подающих и обратных трубопро­водов их гидравлические характеристики совпадают, после преобразо­ваний получаем квадратное уравнение:

При подборе насоса потери давления в обратном трубопроводе Аробр определяют с учетом отбора из него воды на горячее водоснаб­жение:

/ q _ £ Јjcp а

ДРобр = Др;бр = Д р (1-^ср)». (5.91)

иот. норм /

Коэффициент Ь — 0,9 учитывает влияние неравномерности отбора воды в течение суток на теплоотдачу нагревательных приборов.

Из формулы (5.89) следует, что при неизменных значениях осталь­ных величин относительный расход воды по тепловой сети зависит только от доли отбора воды из подающего трубопровода, т. е. от вели­чины а— І^г. в.под/^г. в, которая, в свою очередь, согласно формуле (5.76), зависит от температуры воды в сети. Для отопительного комп­лекса с элеватором (далее рассматривается только этот случай):

, а= Га (5.76а)

Тс — т2

Температуры воды в сети неизвестны, и для расчета необходимо совместное решение уравнений (5.89), (5.76а), (5.82), (5.83) и приве­денного ниже нового уравнения, в которое переходит уравнение (5.85)

При __ _

Рср (^Г-^2норМ)-Д tPT Q0T (Wc - I)

--------- , (5.92)

Б'

2 (1+u) ігс-ііср

Где и — коэффициент подмешивания элеватора.

Решение указанной системы уравнений приводит к квадратному уравнению: _ _

АЩ — В¥с + С = 0,

(5.93)

Где

2 Д Рпод+ДРп. у+ДРаб

А =

Д Раб

Б = 2 Hep (t-

2d;

-0,5 d) Д Рнас А Раб

U4

С =

1

*2

Д т Д Рг

С. норм

' tr

Норм

D = Цср

2 (1 + U) 1

Правильность полученного значения Wc проверяется по уравнению (5.89). После определения Wc искомые температуры воды в сети на­ходятся по формулам (5.82), (5.83). Относительный расход сетевой воды через отопительный теплообменник находится из баланса экви­валентов (расходов) сетевой воды:

W0? = Wc-ancp. (5.94)

Пример 5.2. При постоянной разности давлений, создаваемой сетевым насосом (центральное лимитирование^ определить параметры воды в тепловой сети при наруж­ной температуре /нх, когда: QOT=0,354; ТіноРм=70°С; т2 В0РМ«=4117СС.

150—70

Прочие исходные данные: рср=0,3; цор=0,3 ——— = 0,4; ЛтГ от = 150—70=80°С;

Ь5—5

Д^г = 65—5 == 60°С; и =

150—95

= 2,2. Из гидравлического расчета системы на отопи­

95—70

Тельный расход при отсутствии водоразбора известно: Ар „од =2 МПа; Др*пу = = 2 МПа; Ар 'аб = 1,5 МПа.

^ ^Решение Разность давлений, создаваемую насосом, определим по формуле

Д Рнас = [20] + 2+ 1.5 + 2 (I— 0,9-0,4)а = 6,32 МПа.

А = о

Вспомогательные величины при определении коэффициентов в квадратном урав­нении (5 93)-

Г 65 —41,7 1 І 2 1

,4 --------------------- —------------------------- =0,266: t =------------------------ +------------------------- 1 489

L 70-41,7 2 (1 +2,2) J ' 1,5 2 (1 + 2,2) '

Коэффициенты в квадратном уравнении (5.93): 2-2 + 2+1,5

-2-0,266 = 4,466;

1,5

В — 2-0,4 (1,489 —0,5-0,266) = 1,085; 6,32

С= 1,489-0,4а — —--------------- = — 3,976.

1,5

Решаем уравнение (5 93) •

- 1,085 +/і,085а + 4-4,466-3,976

--------------------------- 2^466------------------------------- = 1,065.

По формуле (5.92) находим:

Б> _ °-4 (65 — 41,7) — 80-0,354^(1,065 — 1) = { ^

2 (1 +2,2) 1,065 — 0,4

Используя формулы (5 84), (5 83) и (5.76а), определяем: »

Ті = 70 + (1 +2-2,2) 1,166 = 76,3 °С; та = 41,7 — 1,166 = 40,53 °С;

65 — 40,53

А =--------------------- !-------- = 0,684.

76,3 — 40,53

Проверяем полученные результаты по уравнению (5.89).

2 2-4-2-1-1 5 / 2 г / 2 6 321 ^ ' 1,065»-2-0,4 (^0,684+ —J 1,065 + 1(0,684»+"Yy-J 0,4»-j^J=0.

6,32

Получаем. 5,671—1,72+0,287— ------------------ =5,671—5,65» 0. Решение верно.

1,5

По формуле (5.94):

Wor= 1,065-0,684-0,4 =0,791.

§ 27. РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛА НА ОТОПЛЕНИЕ В ПАРОВЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

При паровых системах отопления теплоотдача нагревательных при­боров определяется по формуле

Q = KF (*■-<£>) Р. (5.95)

Где fn — температура пара в приборе, °С.

Согласно формуле (5.95), регулировать теплоотдачу прибора можно изменением температуры пара в приборе tn и изменением коэффициен­та р, т. е. продолжительностью действия прибора. Температура насы­щенного пара есть функция его давления, следовательно, для изменения теплоотдачи прибора необходимо изменять давление пара в приборе. Практически это осуществляется изменением количества пара, посту­пающего в прибор, т. е. количественным регулированием.

Понижение давления пара в приборе уменьшает разность давления, под влиянием которой происходит удаление конденсата из прибора, в результате чего возможно затопление части поверхности нагрева при­бора конденсатом с соответствующим уменьшением теплосъема с прибора.

Таким образом, изменение количества пара, поступающего в при­бор, может приводить не только к изменению температуры пара в при­боре, но и к уменьшению активной поверхности нагрева прибора.

Широкий диапазон регулирования теплоотдачи паровых приборов количественным методом возможен только при переходе на пароваку - умное отопление, при котором давТ? ЧИ'4 в приборе и во всей системе отопления должно быть мсі'іше аімосферного. Осуществление такого отопления требует повышенной плеть ости системы и наличия устройств для удаления из системы проникающего в нее воздуха. В отечественной практике паровакуумное отопление не нашло применения.

Возможности же регулирования теплоотдачи прибора при давлепчп •пара в нем выше атмосферного весьма ограничены. Так, при уменьше­нии давления пара в приборе с 0,5 до 0,11 МПа, т. е. .почти в 5 раз, температура пара уменьшается вс£го с 151,1 до 101,8°С, т е. всего в 1,5 раза. В паровых системах наиболее часто применяют прерывистое регулирование. Амплитуда колебаний внутренней температуры при та­ком способе регулирования зависит от теплоаккумулирующей способ­ности зданий, продолжительности перерывов в работе прибора и раз­ности температур внутреннего и наружного воздуха.

К недостаткам прерывистого регулирования паровых систем отно­сится периодическое заполнение системы воздухом (отсюда коррозия) при образовании в ней вакуума вследствие конденсации остатков пара в системе. Воздух в системе и не совсем правильный дренаж конденса­та приводят к появлению стуков при пуске системы и нспрогреву от­дельных приборов и даже целых ветвей системы. Кроме того, сама организация перерывов требует соответствующей автоматики. Слож­ность регулирования отпуска тепла в паровых системах является одной из основных причин перехода к водяным системам отопления.