Справочник строителя | Автоматизация работы систем отопления

МЕТОДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ

Мощность системы отопления зависит от внешних и внутренних условий, влияющих на формирование тепловых режимов отапливаемых помещений.

Внешние климатические условия определяются наружными климатическими параметрами, которые значительно изменяются как по географическому месту расположения (широта, долгота) объекта строительства, так и по временным параметрам - времени суток, периода года.

Для суточных колебаний температуры наружного воздуха характерно сохранение наиболее низких величин в ночные и утренние часы, когда требуется наиболее высокая тепловая мощность системы отопления. Значительно изменяются температуры наружного воздуха по месяцам отопительного периода. На рис. 1 представлен график изменения среднемесячных температур наружного воздуха за семь месяцев отопительного периода в климате Москвы по данным СНиП.

График изменения среднемесячных температур наружного воздуха за семь месяцев отопительного периода в климате Москвы

Рисунок 1. График изменения среднемесячных температур наружного воздуха за семь месяцев отопительного периода в климате Москвы

В нем для оценки расходов теплоты на работу систем отопления для различных климатических районов России приводятся данные по средним за отопительный период температурам наружного воздуха меньше и равным tн ≤ 8 °С.

Для климата Москвы продолжительность отопительного периода определена в τот.пер= 213 суток (5112 ч) при средней за этот период температуре наружного воздуха tн.ср.от.пер = -3,6 °С. Из графика на рис. 1 следует, что наиболее холодные дни и наибольшие нагрузки на систему отопления наблюдаются в январе, а наименьшие - в октябре. Отопительный период в Москве установлен в 7 мес. и по СНиП регламентируется в 213 суток. Изменение температур наружного воздуха по месяцам отопительного периода требует применения средств регулирования мощности отопительных систем.

При централизованном теплоснабжении от ТЭЦ в источнике производства тепловой энергии осуществляется качественное регулирование по температурному графику теплоснабжения. При повышении температуры наружного воздуха снижается начальная температура сетевой воды в подающем теплопроводе Тwг1.

В разделе Расчет режимов отопления показано, что расчетная мощность систем отопления вычисляется по температурному перепаду (tв - tнх). Для расчетных параметров Б в климате Москвы перепад температур для расчета систем отопления составляет [20 - (-26)] = (20 + 26)= 46 °С.

Из графиков на рис. 1 видно, что в октябре средняя температура наружного воздуха tн.ср.мес = + 4,2 °С. Следовательно, расчетный перепад, определяющий требуемую мощность системы отопления в октябре, составит: 20 - 4,2 = 15,8 °С. Отношением помесячных перепадов температур можно охарактеризовать требуемую степень снижения за отопительный период тепловой мощности системы отопления. Для климата Москвы это отношение составит: 46/15,8 = 2,9 раза.

На графике рис. 1 показаны также среднемесячные температуры наружного воздуха для мая tн.ср.от.пер = +11,6 °С и для сентября tн.ср.от.пер = +10,6 °С. Значения средних температур наружного воздуха выше +8 °С и поэтому эти месяцы года не входят в отопительный период. Однако длительное наблюдение показало, что в Москве в отдельные недели мая и сентября в ночные и утренние часы температура наружного воздуха приближается к 0 °С. Централизованное теплоснабжение в эти месяцы выключено и жильцы пользуются электронагревателями для поддержания комфортной температуры воздуха в помещениях.

Использование прямого электронагрева экономически дорого. Поэтому автономное теплоснабжение домов или квартир позволяет обеспечить тепловой комфорт независимо от графика централизованного теплоснабжения. В этом состоит одно из его преимуществ.

Данные о средних за отопительный период температурах наружного воздуха tнср.от.пер и продолжительности отопительного периода позволяют проводить расчеты годовых расходов теплоты на работу системы отопления по формулам:
на компенсацию трансмиссионных теплопотерь через наружные ограждения:

(1)

на нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха:

(2)

теплопоступления от бытового и служебного оборудования:

(3)

Расчетные годовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию составят:

(4)


 

Покажем на примере определение упомянутых выше составляющих теплового баланса 10-этажного жилого здания в климате Москвы.

ПРИМЕР 1. Исходные условия: Десятиэтажное жилое здание в Москве имеет:

общую площадь наружных ограждающих конструкций Fн = 2673 м2;

площадь жилых помещений Fпом = 1488 м2;

площадь отапливаемых помещении Fпом,от = 2392 м2;

приведенное термическое сопротивление наружных ограждений Rпр = 2,26 м2 · °С/Вт;

удельные тепловыделения в жилых комнатах примем qт.выд = 10 Вт/м2;

кратность воздухообмена жилых помещений 3 м3 /(м2 · ч);

продолжительность отопительного периода τот.пер = 213 суток при среднезимней температуре tн.ср.от.пер = -3,6 °С.

Требуется: Определить трансмиссионные теплопотери, расход теплоты на подогрев санитарной нормы воздуха, суммарный годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию здания, удельные показатели (сравнить их с нормативными).

Решение: 1. По формуле (1) вычисляем расход теплоты системой отопления на компенсацию трансмиссионных теплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания:

2. Вычисляем санитарную норму приточного наружного воздуха Lп.н в жилые помещения: Lп.н = Fпом · 3 = 1488 · 3 = 4464 м3/ч.

3. По формуле (2) вычисляем расход теплоты на подогрев санитарной нормы приточного наружного воздуха до комнатной температуры tвн = +20°С:

4. По формуле (3) вычисляем суммарные тепловыделения

5. По формуле (4) вычисляем расходы теплоты на функционирование системы отопления:

6. Вычисляем удельный расход теплоты в системе отопления жилого 10-этажного здания:

7. Сравним полученный показатель удельного расхода теплоты в системе отопления 10-этажного жилого здания с нормативным показателем по МГСН:

Показатель энергетической эффективности здания вычисляется по формуле:

(5)

По формуле (5) для рассматриваемого здания получим:

По данным табл. 1 полученный показатель характеризует стандартную категорию энергетической эффективности здания.

Таблица 1. Классы энергетической эффективности зданий  

Обозначение класса
Наименование класса энергетической эффективности
Величина отклонения расчетного (фактического) значения удельного расхода теплоты на отопление здания от нормативного, %
Рекомендуемые мероприятия органами администрации

Для новых и реконструируемых зданий

А

Очень высокий

Менее минус 51

Экономическое стимулирование

В

Высокий

От минус 10 до минус 50

С

Нормальный

От минус 5 до минус 9

Для существующих зданий

D

Низкий

От плюс 6 до плюс 75

Желательна реконструкция

Е

Очень низкий

Более 76

Необходимо утепление здания в ближайшей перспективе

 

Для повышения энергетической эффективности функционирования системы отопления, организации устойчивого воздушного режима в здании, повышения санитарно-гигиенических качеств создаваемого в жилых помещениях микроклимата, применим в 10-этажном жилом доме систему организованной приточно-вытяжной вентиляции с включением в нее установки утилизации теплоты вытяжного воздуха на нагрев приточного наружного воздуха.

Оценим на примере 2 энергоэффективность такого решения.

Примем показатель теплотехнической эффективности установки утилизации θty = 0,4 и температуру вытяжного воздуха из кухонь и санузлов ty1 = +24 °С. Находим температуру приточного наружного воздуха после установки утилизации при средней температуре наружного воздуха по формуле:

(6)

ПРИМЕР 2. Исходные условия: В жилом здании по примеру 1 применяется приточно-вытяжная система вентиляции с θty = 0,4 и ty1 = 24 °С.

Требуется: Определить годовой расход теплоты на годовое функционирование системы отопления совместно с приточно-вытяжной вентиляцией и сделать вывод об энергоэффективности принятого решения.

Решение: 1. По формуле (6) вычисляем температуру приточного наружного воздуха после установки утилизации:

2. По формуле (2) вычисляем расход теплоты на догрев санитарной нормы приточного наружного воздуха:

3. По формуле (4) вычисляем годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию здания:

4. Вычисляем удельный годовой расход теплоты в системе отопления и организованной вентиляции жилого 10-этажного здания:

5. Сравниваем полученный удельный показатель расхода теплоты с нормируемым по МГСН по формуле (5):

Вывод: По данным табл. 3.6 МГСН 2.01-99 полученный показатель характеризует повышенную энергоэффективность здания.

Полученные результаты о годовых расходах теплоты в системах отопления и вентиляции 10-этажного жилого дома могут быть получены при условии реализации автоматического регулирования системы отопления в ЦТП, как это показано на схеме рис. 7.1. Датчик контроля температуры наружного воздуха 3 через регулирующий прибор РУНТ 312 осуществляет автоматизацию работы системы отопления здания в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Изменения температуры наружного воздуха tн характерны и для суточного режима работы системы отопления. На рис. 2 показаны графики суточного хода температур наружного воздуха в январе (кривая 1) как наиболее холодного зимнего месяца и в марте (кривая 2), когда отмечается много солнечных дней.

График изменения за сутки температуры наружного воздуха в два месяца отопительного периода: 1 - в январе; 2 - в марте

Рисунок 2. График изменения за сутки температуры наружного воздуха в два месяца отопительного периода: 1 - в январе; 2 - в марте

Кривая 1 показывает, что расчетная температура наружного воздуха в климате Москвы по параметрам Б (tнх = -26 °С) наблюдается в ночные часы и требуемая тепловая мощность системы отопления будет наибольшей. В дневные часы температура наружного воздуха повышается до -15 °С, что требует пропорционального повышению температуры tн снижения тепловой мощности системы отопления. Наиболее быстро снижение тепловой производительности системы отопления достигается автоматическим сокращением подачи в водо-водяной теплообменник 1 горячей воды из сети теплоснабжения по команде датчика 3 (см. рис. 7.1). Соответствующий импульс поступает на управляющее устройство РУНТ 312, от которого следует команда на автоматический клапан сокращения расхода горячей сетевой воды. Следовательно, на ИТП автоматическое изменение тепловой мощности системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха осуществляется методом количественного регулирования расхода теплоносителя из теплосети.

По правилам поставки теплоты от ТЭЦ центральное регулирование температуры сетевой воды осуществляется не чаще двух раз в сутки. Из графиков на рис. 2 видно, что суточное изменение тепловой мощности системы отопления требуется проводить непрерывно. Это позволит обеспечивать теплотой системы отопления в соответствии с реальными условиями изменения температур наружного воздуха.

В административных и общественных зданиях экономия энергии на работу систем отопления достигается применением регулятора «Минитерм 400.22.74» (МЗТА). Применение этих регуляторов позволяет экономить тепловую энергию методами снижения температуры в ночные часы, когда нет людей на рабочих местах.

На рис. 3 показан график изменения температур воды в системе отопления в ночные часы. В регулятор «Минитерм 400.22.74» встроен таймер-календарь. В 21 ч в среду, когда в служебных помещениях нет людей, происходит снижение температуры tв до 10-11 °С в соответствии с заданной программой, которая автоматически корректируется в зависимости от температуры наружного воздуха. В 4 ч утра в четверг автоматический регулятор выполняет программу подъема температуры горячей воды до значений, при которых работа системы отопления к 7 ч утра, за час до прихода в помещение служащих, восстановит температуру воздуха в помещениях до комфортного уровня tв = +20 °С.

График суточного изменения тепловой мощности системы отопления

Рисунок 3. График суточного изменения тепловой мощности системы отопления, программа которого автоматически контролируется в зависимости от температуры наружного воздуха и времени суток

Длительность времени снижения dτ и проведения натопа автоматически корректируется в зависимости от tн.

В выходные и праздничные дни в служебных помещениях нет людей и можно снижать температуру tв до более низких значений, чем в ночные часы рабочих дней. На рис. 4 показан график снижения тепловой мощности системы отопления за двое суток выходных дней (суббота и воскресенье).

 График изменения тепловой мощности системы отопления в субботу и воскресение (выходные и праздничные дни)

Рисунок 4. График изменения тепловой мощности системы отопления в субботу и воскресение (выходные и праздничные дни)

Регулятор «Минитерм 400.22.74» может быть подключен к ЭВМ с показом мнемосхем узлов ИТП и системы отопления. Это позволяет осуществлять одновременный просмотр, контроль и управление отдельными узлами системы теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения здания.

Внешнее влияние на работу системы отопления оказывает и солнечная радиация. Интенсивность солнечной радиации на остекленные части наружных ограждений зданий зависит от ориентации остекления по сторонам света, времени года и суток. Воздействие солнечной радиации на помещения здания наиболее эффективно учитывать по условиям формирования теплового режима в каждом помещении. Регулирование мощности отопительной системы по особенностям изменения внутреннего теплового режима проводится методом регулирования отопительных приборов в каждом помещении.

Поделитесь ссылкой в социальных сетях