Теплообменные аппараты ТТАИ
Сочетают в себе преимущества кожухотрубных и пластинчатых теплообменников без их недостатков.
РосТепло.ru - Информационная система по теплоснабжению
РосТепло.ру - всё о теплоснабжении в России
ЦЭЭВТ

Импульсное погодозависимое регулирование теплопотребления здания

К.т.н. В.П. Александров, ведущий специалист;
А.Е. Журавлёв, коммерческий директор;
А.В. Александров, заместитель начальника управления
подготовки производства ОАО «Ивэлектроналадка»
к.т.н. С.М. Кулагин, главный инженер;
к.т.н. П.А. Шомов, директор;
к.т.н. А.Н. Корягин, заместитель директора по производству,

ООО НТЦ «Промышленная Энергетика», г. Иваново

Наибольшая экономия тепловой энергии, расходуемой на отопление, при относительно небольших капиталовложениях обеспечивается за счет применения автоматических систем управления теплопотреблением (АСУТ) непосредственно в тепловом узле здания.

При обеспечении квазиоптимального режима работы АСУТ экономия тепловой энергии может составить не менее 20% от ее годового потребления на отопление без нарушения теплового режима в здании.

Автоматизация управления теплопотреблением здания позволяет существенно улучшить качество теплоснабжения, т.е. обеспечить потребителю тепловую энергию в соответствии с его потребностью, создав комфортный тепловой режим в помещениях.

Условия комфортности определяются поддержанием требуемой температуры воздуха в помещениях Тв, независимо от изменения наружной температуры Тнар, поэтому во всех АСУТ должно быть предусмотрено регулирование теплоотдачи системы отопления путем поддержания эталонного графика зависимости температуры теплоносителя (или разности его температур в прямом Тп и обратном То трубопроводах) от температуры наружного воздуха с возможностью коррекции по температуре воздуха в помещениях здания.

Считается, что наиболее полно и эффективно задачи автоматизации управления теплопотреблением могут быть реализованы с помощью автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) зданий с возможностью регулирования теплопотребления по желанию потребителя в зависимости от температуры наружного воздуха (погодозависимое регулирование), назначения объекта и других факторов.

Экономия от применения таких ИТП достигается за счет компенсации инерционности источника тепловой энергии в моменты изменения температуры наружного воздуха (погодная компенсация) и транспортного запаздывания теплоносителя, а также за счет возможности автоматического снижения температуры воздуха внутри здания в нерабочее время и в выходные дни, что актуально для производственных, административных и т.п. зданий, работающих в одну смену.

Экономические показатели от внедрения мероприятий по повышению эффективности работы системы отопления за счет автоматического управления теплопотреблением оцениваются той экономией тепловой энергии, которая при этом достигается. Затратная часть включает капитальные вложения в АСУТ и эксплуатационные расходы на пользование электроэнергией, заработную плату персонала и амортизационные отчисления от дополнительных капитальных вложений.

Капитальные вложения в АСУТ включают стоимость блока управления, датчиков, линий связи, регулирующих органов и другого необходимого оборудования.

Регулирование теплопотребления может производиться двумя способами: качественным - за счет изменения температуры теплоносителя и количественным - за счет изменения расхода теплоносителя, аналоговым (непрерывным) или цифровым (импульсным) способами, причем последний способ заключается в периодическом (по заранее заданному алгоритму регулирования) прекращении и возобновлении подачи теплоносителя в систему отопления здания [1, 2].

Качественное регулирование осуществляется централизованно во всей системе теплоснабжения. Недостатком его является то, что все здания, подключенные к тепловой сети, получают теплоноситель с приблизительно одинаковой температурой и расчетным расходом теплоносителя.

При необходимости изменить микроклимат здания (например, в нерабочие часы) прибегают к местному количественному регулированию, корректируя расход теплоносителя непосредственно на входе в здание.

Местное количественное регулирование в ИТП требует отхода от простой, надежной и энергонезависимой элеваторной схемы присоединения отопительной нагрузки к тепловой сети. При этом на замену приходят сложные и энергозатратные автоматизированные ИТП, насыщенные дорогой автоматикой и измерительными комплексами [3].

Альтернативой дорогим автоматизированным ИТП является оснащение существующих абонентских вводов локальными АСУТ с импульсной подачей теплоносителя в систему отопления здания при сохранении работоспособности исходной схемы теплового узла [4].

В табл. 1 приведен сравнительный анализ вариантов АСУТ для элеваторных тепловых узлов зданий. Для сравнения приняты 4 системы управления теплопотреблением:

1. АСУТ на базе регулируемого гидравлического элеватора.

2. АСУТ на базе аналогового регулятора перед элеватором.

3. АСУТ блочного ИТП с циркуляционным насосом.

4. АСУТ на базе импульсного регулятора перед элеватором.

Очевидно, что АСУТ на базе импульсного регулятора как минимум ни в чем не уступает известным аналогам и даже имеет серьезные преимущества, выражающиеся, например, в реальном сохранении работоспособности исходной схемы существующего теплового узла и возможности самостоятельного изготовления и/или ремонта регулятора силами эксплуатирующей организации.

Импульсное погодозависимое регулирование теплопотребления осуществляется с помощью двухпозиционного регулятора расхода теплоносителя (РРТ), конструкция которого представлена на рис. 1.

РРТ содержит двухпозиционный нормально-открытый электромагнитный клапан 1 с соленоидной катушкой 2, предохранительный пружинный клапан 3 с регулировочной гайкой 4, разъемные соединения 5 и 6, тройники 7, 8 и 9, а также ниппели 10, 11, 12 и воздухоотводчик 13.

Входы нормально-открытого электромагнитного клапана 1 и предохранительного клапана 3 объединены через тройник 8, ниппель 11 и разъемное соединение 6.

Выходы нормально-открытого электромагнитного клапана 1 и предохранительного клапана 3 объединены через тройник 9 и тройник 7, ниппель 10, разъемное соединение 5 и ниппель 12.

Входом РРТ является вход тройника 8, а выходом РРТ служит выход тройника 7.

Второй выход тройника 9 соединен с входом воздухоотводчика 13, который может быть ручным или автоматическим.

РРТ функционирует следующим образом.

Наличие нормально-открытого электромагнитного клапана 1 исключает прерывание поступления теплоносителя в трубопровод потребителя в нештатных ситуациях, например, при аварийном отключении от сети электроснабжения.

В исходном состоянии теплоноситель через тройник 8, нормально-открытый электромагнитный клапан 1 и тройник 7 подается в трубопровод потребителя с максимальным расходом

G=Gmax.

Блок управления (не показан на рис. 1) задает период регулирования расхода теплоносителя и в течение заданного периода регулирования устанавливает требуемую длительность (т.е. скважность импульса) подачи теплоносителя в трубопровод потребителя через нормально-открытый электромагнитный клапан 1 и далее инициирует закрытие нормально-открытого электромагнитного клапана 1.

При этом закрытие нормально-открытого электромагнитного клапана 1 производится при подаче напряжения питания на соленоидную катушку 2, а открытие нормально-открытого электромагнитного клапана 1 обеспечивается при снятии напряжения питания с соленоидной катушки 2.

Закрытие нормально-открытого электромагнитного клапана 1 сопровождается скачкообразным увеличением величины давления теплоносителя (гидравлическим ударом) в подающем трубопроводе, т.е. на входе РРТ.

Всплеск давления теплоносителя устраняется за счет кратковременного открытия (срабатывания) предохранительного клапана 3, настраиваемого регулировочной гайкой 4 на разность давлений в подающем и обратном трубопроводах с некоторым запасом, и сброса порции теплоносителя не традиционным способом (т.е. в отдельный сосуд), а в трубопровод потребителя в обход уже закрытого нормально-открытого электромагнитного клапана 1 через тройники 9 и 7.

В результате давление теплоносителя в подающем трубопроводе восстанавливается, после чего предохранительный клапан 3 закрывается, и подача теплоносителя в трубопровод потребителя прекращается.

Импульсная(порционная)подачатеплоноси- теля в подающий трубопровод позволяет практически без увеличения гидравлического сопротивления участка трубопровода обеспечить величину среднего за период регулирования расхода теплоносителя в предельно широком диапазоне, т.е. от нуля до максимального значения Gmax при одновременном исключении нежелательных акустических эффектов, сопровождающих гидравлические удары, и сохранении максимального расхода теплоносителя Gmax в формируемом импульсе теплоносителя, что подтверждено экспериментально проведением испытаний опытного образца АСУТ.

РРТ устанавливается в тепловом пункте на подающем трубопроводе на байпасе параллельно шаровому крану [5], условный проход которого равен условному проходу подающего трубопровода, непосредственно перед элеватором (при его наличии), причем конструкция выполнена таким образом, что подача теплоносителя в систему отопления может осуществляться либо по существующей схеме, либо через РРТ. При необходимости регулятор может быть отключен и/или демонтирован и подача теплоносителя организуется по существующей схеме.

Для прекращения подачи теплоносителя через байпас (т.е. через РРТ) предусмотрены дополнительные шаровые краны (рис. 2).

Рис. 2. Установка РРТ в тепловом узле.

Предлагаемая схема регулирования прошла проверку в нескольких тепловых узлах зданий (всего более 10) различного схемного исполнения: с элеватором, с элеватором и циркуляционным насосом, без элеватора. По результатам работы регулятора получена экономия тепловой энергии 15-30% в зависимости от назначения здания и режима его работы.

В табл. 2 представлены результаты испытания АСУТ с импульсным РРТ в тепловом пункте административного здания АО «Газпромнефть- МНПЗ» (г. Москва).

Таблица 2. Результаты замеров параметров теплоносителя от 02.04.2015 г.
нар≈-5 ОС).

Испытания проводились в апреле 2015 г. Необходимость регулирования теплопотребления была вызвана высокой температурой воздуха (Тв25-28 0С) в помещениях здания, превышающей комфортные значения. Регулирование осуществлялось путем стабилизации температуры То теплоносителя в обратном трубопроводе по эталонному графику. Расход G теплоносителя фиксировался с помощью ультразвукового импортного расходомера в режиме постоянной записи результатов измерения в заданном интервале времени.

Анализ полученных результатов показывает, что температура То теплоносителя в обратном трубопроводе достигает в процессе регулирования своего расчетного значения и поддерживается на заданном уровне То/з. Одновременно достигается экономия тепловой энергии на отопление здания за счет снижения расхода теплоты на 0,0193 Гкал/ч. График изменения расхода G теплоносителя в процессе теплорегулирования приведен на рис. 3.

АСУТ была включена в 9 ч 00 мин с предварительным заданием через предохранительный клапан постоянного расхода теплоносителя G1,5 м3/ч. В результате в АСУТ установился режим периодического (τ=10 мин) импульсного изменения расхода G теплоносителя от 1,5 до 6,4 м3/ч, причем длительность импульса Δτ=1 мин, а эквивалентный за период расход теплоносителя Gэкв1,5+0,1x6,4=2,14 м3/ч.

В промежуток времени с 10 ч 08 мин по 10 ч 14 мин произведено увеличение постоянного расхода теплоносителя до G3,0 м3/ч. При этом АСУТ вошла в зону нечувствительности или отсечки и импульсное регулирование расхода G теплоносителя не производилось до 13 ч 14 мин (на графике не показано), когда АСУТ вышла из зоны нечувствительности или отсечки и импульсное регулирование расхода G теплоносителя возобновилось.

На следующем этапе проводились испытания АСУТ в суточном режиме с одновременной регистрацией расхода и температуры теплоносителя, а также температуры Тв воздуха в характерных помещениях здания. Замеры производились с 11 ч 15 мин 16.04.2015 г. по 15 ч 15 мин 17.04.2015 г. при температуре Тнар наружного воздуха от +3 ОС в ночное время до +8 ОС в дневное. Интервал между замерами составлял 1 мин. Средний расход теплоносителя при регулировании составил 3,2 т/ч.

Результаты замеров показывают, что АСУТ обеспечивает стабилизацию температуры То теплоносителя в обратном трубопроводе на заданном То/з уровне.

Температура внутреннего воздуха в помещениях снизилась до комфортных значений [6] и практически не изменялась. Для условий без регулирования суточный расход теплоты составил 0,86 Гкал, для случая с регулированием 0,54 Гкал.

Суточная экономия тепловой энергии зданием составила порядка 0,32 Гкал.

Реальной экономии можно добиться еще больше в случае перехода на дежурное отопление в нерабочее время.

Наиболее целесообразная величина снижения температуры воздуха в помещениях здания ΔТв=4-6 оС. При более глубоком снижении температуры Тв воздуха в помещениях здания необходимо учитывать возможности источника тепловой энергии быстро увеличить отпуск тепловой энергии при резком снижении температуры наружного воздуха.

В любом случае, значение температуры Тв воздуха в помещениях здания в период ее ночного снижения не должно вызывать выпадение конденсата на стенах.

Продолжительность снижения тепловой нагрузки здания определяется режимом его работы, для ориентировочных расчетов можно принять 10-12 ч в рабочие дни (рис. 4) и 18-20 ч в праздничные и выходные дни (рис. 5).

Построение представленных на рис. 4, 5 графиков выполнено при допущении, что Т о/з ≈const.

В рабочие дни (рис. 4) в общем случае величины снижения ΔТo↓ температуры То теплоносителя в обратном трубопроводе в ночное время и увеличения ∆То↑ температуры То теплоносителя в обратном трубопроводе при восстановлении температурного режима в помещениях здания перед началом смены могут различаться, т.е. ∆То↑ ≠∆То↓, причем часто натоп (при Тоо/з) не обязателен и ∆То↑=0.

В выходные и праздничные дни в служебных помещениях нет людей, следовательно, в субботу можно снижать температуру Тв воздуха в помещениях здания до более низких значений, чем в ночные часы рабочих дней, т.е. допустимо устанавливать значение снижения температуры То теплоносителя в обратном трубопроводе ∆Тоmax >>∆То↓ (рис. 5).

В воскресенье может быть задана промежуточная величина снижения ΔТпр↓ температуры То теплоносителя в обратном трубопроводе:

∆Тоmax>ΔТпр↓>∆То↓ . Далее устанавливается значение ∆То↓, и график регулирования теплопотребления здания в выходные дни (рис. 5) фактически переходит в график регулирования теплопотребления здания в рабочие дни (рис. 4).

Заключение

Сравнение четырех известных вариантов автоматических систем управления теплопотреблением здания показывает ощутимые преимущества импульсного регулирования расхода теплоносителя.

Испытания опытного образца импульсной автоматической системы управления теплопотреблением здания подтверждают эффективность ее применения для погодозависимого регулирования тепловой нагрузки здания за счет устранения «перетопов» и обеспечения комфортных условий для персонала.

Перспектива эффективного применения импульсной автоматической системы управления теплопотреблением здания заключается в осуществлении дежурного отопления здания в нерабочее время.

Литература

1. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети: Учебник. - М.: ИНФРА-М, 2010. 480 с.

2. Туркин В.П., Туркин П.В., Тыщенко Ю.Д. Автоматическое управление отоплением жилых зданий. - М.: Стройиздат, 1987.

3. Применение средств автоматизации Danfoss в тепловых пунктах систем централизованного теплоснабжения зданий. Пособие. - М.: Изд. ООО «Данфосс», 2010.

4. Регулятор расхода теплоносителя: патент РФ на полезную модель № 150892, МПК G05D 7/00, 2014 г.

5. Регулятор расхода теплоносителя: патент РФ на полезную модель № 160998, МПК G05D 7/00, 2015 г.

6. ГОСТ30494-96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях. - М.: ГУПЦПП, 1996.

В.П. Александров, А.Е. Журавлёв, А.В. Александров, С.М. Кулагин, П.А. Шомов, А.Н. Корягин, Импульсное погодозависимое регулирование теплопотребления здания

Источник: Журнал «Новости теплоснабжения» №5 (189) 2016 г. , www.rosteplo.ru/nt/189

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Тематические закладки - служат для сортировки и поиска материалов сайта по темам, которые задают пользователи сайта.

Похожие статьи:

Подбор теплообменника!

Теплообменник ТТАИ для ГВС, отопления, промпроизводств.

+7(495)741-20-28, info@ntsn.ru