Как правильно вести температурный режим в теплосети. Температурный график системы отопления
Компьютеры уже давно и успешно работают не только на столах офисных работников, но и в системах управления производственными и технологическими процессами. Автоматика успешно управляет параметрами систем теплоснабжения зданий, обеспечивая внутри них...
Заданную необходимую температуру воздуха (иногда для экономии меняющуюся в течение суток).
Но автоматику необходимо грамотно настроить, дать ей исходные данные и алгоритмы для работы! В этой статье рассматривается оптимальный температурный график отопления – зависимость температуры теплоносителя водяной системы отопления при различных температурах наружного воздуха.
Эта тема уже рассматривалась в статье о . Здесь мы не будем рассчитывать теплопотери объекта, а рассмотрим ситуацию, когда эти теплопотери известны из предшествующих расчетов или из данных фактической эксплуатации действующего объекта. Если объект действующий, то лучше взять значение теплопотерь при расчетной температуре наружного воздуха из статистических фактических данных предыдущих лет эксплуатации.
В упомянутой выше статье для построения зависимостей температуры теплоносителя от температуры наружного воздуха решается численным методом система нелинейных уравнений. В этой статье будут представлены «прямые» формулы для вычисления температур воды на «подаче» и на «обратке», представляющие собой аналитическое решение задачи.
О цветах ячеек листа Excel, которые применены для форматирования в статьях, можно прочесть на странице « ».
Расчет в Excel температурного графика отопления.
Итак, при настройке работы котла и/или теплового узла от температуры наружного воздуха системе автоматики необходимо задать температурный график.
Возможно, правильнее датчик температуры воздуха разместить внутри здания и настроить работу системы управления температурой теплоносителя от температуры внутреннего воздуха. Но часто бывает сложно выбрать место установки датчика внутри из-за разных температур в различных помещениях объекта или из-за значительной удаленности этого места от теплового узла.
Рассмотрим пример. Допустим, у нас имеется объект – здание или группа зданий, получающие тепловую энергию от одного общего закрытого источника теплоснабжения – котельной и/или теплового узла. Закрытый источник – это источник, из которого запрещен отбор горячей воды на водоснабжение. В нашем примере будем считать, что кроме прямого отбора горячей воды отсутствует и отбор тепла на нагрев воды для горячего водоснабжения.
Для сравнения и проверки правильности расчетов возьмем исходные данные из вышеупомянутой статьи «Расчет водяного отопления за 5 минут!» и составим в Excel небольшую программу расчета температурного графика отопления.
Исходные данные:
1. Расчетные (или фактические) теплопотери объекта (здания) Q р в Гкал/час при расчетной температуре наружного воздуха t нр записываем
в ячейку D3: 0,004790
2. Расчетную температуру воздуха внутри объекта (здания) t вр в °C вводим
в ячейку D4: 20
3. Расчетную температуру наружного воздуха t нр в °C заносим
в ячейку D5: -37
4. Расчетную температуру воды на «подаче» t пр в °C вписываем
в ячейку D6: 90
5. Расчетную температуру воды на «обратке» t ор в °C вводим
в ячейку D7: 70
6. Показатель нелинейности теплоотдачи примененных приборов отопления n записываем
в ячейку D8: 0,30
7. Текущую (интересующую нас) температуру наружного воздуха t н в °C заносим
в ячейку D9: -10
Значения в ячейках D 3 – D 8 для конкретного объекта записываются один раз и далее не меняются. Значение в ячейке D 8 можно (и нужно) изменять, определяя параметры теплоносителя для различной погоды.
Результаты расчетов:
8. Расчетный расход воды в системе G р в т/час вычисляем
в ячейке D11: =D3*1000/(D6-D7) =0,239
G р = Q р *1000/(t пр — t ор )
9. Относительный тепловой поток q определяем
в ячейке D12: =(D4-D9)/(D4-D5) =0,53
q =(t вр — t н )/(t вр — t нр )
10. Температуру воды на «подаче» t п в °C рассчитываем
в ячейке D13: =D4+0,5*(D6-D7)*D12+0,5*(D6+D7-2*D4)*D12^(1/(1+D8)) =61,9
t п = t вр +0,5*(t пр – t ор )* q +0,5*(t пр + t ор -2* t вр )* q (1/(1+ n ))
11. Температуру воды на "обратке" t о в °C вычисляем
в ячейке D14: =D4-0,5*(D6-D7)*D12+0,5*(D6+D7-2*D4)*D12^(1/(1+D8)) =51,4
t о = t вр -0,5*(t пр – t ор )* q +0,5*(t пр + t ор -2* t вр )* q (1/(1+ n ))
Расчет в Excel температуры воды на «подаче»t п и на «обратке»t о для выбранной температуры наружного воздухаt н выполнен.
Сделаем аналогичный расчет для нескольких различных наружных температур и построим температурный график отопления. (О том, как строить графики в Excel можно прочитать .)
Произведем сверку полученных значений температурного графика отопления с результатами, полученными в статье «Расчет водяного отопления за 5 минут!» — значения совпадают!
Итоги.
Практическая ценность представленного расчета температурного графика отопления заключается в том, что он учитывает тип установленных приборов и направление движения теплоносителя в этих приборах. Коэффициент нелинейности теплоотдачи n , оказывающий заметное влияние на температурный график отопления у разных приборов различный.
К.т.н. Петрущенков В.А., НИЛ “Промышленная теплоэнергетика”, ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет Петра Великого», г. Санкт-Петербург
1. Проблема снижения проектного температурного графика регулирования систем теплоснабжения в масштабах страны
На протяжении последних десятилетий практически во всех городах РФ наблюдается очень значительный разрыв между фактическим и проектным температурными графиками регулирования систем теплоснабжения. Как известно, закрытые и открытые системы централизованного теплоснабжения в городах СССР проектировались при использовании качественного регулирования с температурным графиком регулирования сезонной нагрузки 150-70 °С . Такой температурный график широко применялся, как для ТЭЦ, так и для районных котельных. Но, уже начиная с конца 70-х годов, появились существенные отклонения температур сетевой воды в фактических графиках регулирования от их проектных значений при низких температурах наружного воздуха. В расчетных условиях по температуре наружного воздуха температура воды в подающих теплопроводах снизилась со 150 °С до 85…115 °С. Произведенное понижение температурного графика владельцами тепловых источников обычно официально оформлялось, как работа по проектному графику 150-70°С со “срезкой” при пониженной температуре 110…130°С. При более низких температурах теплоносителя предполагалась работа системы теплоснабжения по диспетчерскому графику. Расчетные обоснования такого перехода автору статьи не известны.
Переход на пониженный температурный график, например, 110-70 °С с проектного графика 150-70 °С должен повлечь за собой ряд серьезных последствий, которые диктуются балансовыми энергетическими соотношениями. В связи с уменьшением расчетной разности температур сетевой воды в 2 раза при сохранении тепловой нагрузки отопления, вентиляции необходимо обеспечить увеличение расхода сетевой воды для этих потребителей также в 2 раза. Соответствующие потери давления по сетевой воде в тепловой сети и в теплообменном оборудовании теплоисточника и тепловых пунктов при квадратичном законе сопротивления вырастут в 4 раза. Необходимое увеличение мощности сетевых насосов должно произойти в 8 раз. Очевидно, что ни пропускная способность тепловых сетей, спроектированных на график 150-70 °С, ни установленные сетевые насосы не позволят обеспечить доставку теплоносителя до потребителей с удвоенным расходом в сравнении с проектным значением.
В связи с этим совершенно ясно, что для обеспечения температурного графика 110-70 °С не на бумаге, а на деле, потребуется радикальная реконструкция как теплоисточников, так и тепловой сети с тепловыми пунктами, затраты на которую непосильны для владельцев систем теплоснабжения.
Запрет на применение для тепловых сетей графиков регулирования отпуска теплоты со “срезкой” по температурам, приведенный в п.7.11 СНиП 41-02-2003 “Тепловые сети”, никак не смог повлиять на повсеместную практику ее применения. В актуализированной редакции этого документа СП 124.13330.2012 режим со “срезкой” по температуре не упоминается вообще, то есть, прямой запрет на такой способ регулирования отсутствует. Это означает, что должны выбираться такие способы регулирования сезонной нагрузки, при которых будет решена главная задача – обеспечение нормированных температур в помещениях и нормированной температуры воды на нужды ГВС.
В утвержденный Перечень национальных стандартов и сводов правил (частей таких стандартов и сводов правил), в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона от 30.12.2009 № 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" (Постановление Правительства РФ от 26.12.2014 № 1521) вошли редакции СНиП после актуализации. Это означает, что применение “срезки” температур сегодня является вполне законным мероприятием, как с точки зрения Перечня национальных стандартов и сводов правил, так и с точки зрения актуализированной редакции профильного СНиП “Тепловые сети”.
Федеральный Закон № 190-ФЗ от 27 июля 2010 г. “О теплоснабжении”, «Правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда» (утверждены Постановлением Госстроя РФ от 27.09.2003 № 170), СО 153-34.20.501-2003 “Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации” также не запрещают регулирование сезонной тепловой нагрузки со “срезкой” по температуре.
В 90-е годы вескими причинами, которыми объясняли радикальное снижение проектного температурного графика, считались изношенность тепловых сетей, арматуры, компенсаторов, а также невозможность обеспечить необходимые параметры на тепловых источниках в связи с состоянием теплообменного оборудования. Несмотря на большие объемы ремонтных работ, проводимых постоянно в тепловых сетях и на тепловых источниках в последние десятилетия, эта причина остается актуальной и сегодня для значительной части практически любой системы теплоснабжения.
Следует отметить, что в технических условиях на присоединение к тепловым сетям большинства тепловых источников до сих приводится проектный температурный график 150-70 °С, или близкий к нему. При согласовании проектов центральных и индивидуальных тепловых пунктов непременным требованием владельца тепловой сети является ограничение расхода сетевой воды из подающего теплопровода тепловой сети в течение всего отопительного периода в строгом соответствии с проектным, а не реальным температурным графиком регулирования.
В настоящее время в стране в массовом порядке происходит разработка схем теплоснабжения городов и поселений, в которых также проектные графики регулирования 150-70 °С, 130-70 °С считаются не только актуальными, но и действительными на 15 лет вперед. При этом отсутствуют пояснения, как обеспечить такие графики на практике, не приводится хоть сколь-нибудь понятное обоснование возможности обеспечения присоединенной тепловой нагрузки при низких температурах наружного воздуха в условиях реального регулирования сезонной тепловой нагрузки.
Такой разрыв между декларируемыми и фактическими температурами теплоносителя тепловой сети является ненормальным и никак не связан с теорией работы систем теплоснабжения, приведенной, например, в .
В этих условиях чрезвычайно важным является анализ реального положения с гидравлическим режимом работы тепловых сетей и с микроклиматом отапливаемых помещений при расчетной температуре наружного воздуха. Фактическое положение таково, что, несмотря на значительное понижение температурного графика, при обеспечении проектного расхода сетевой воды в системах теплоснабжения городов, как правило, нет значительного понижения расчетных температур в помещениях, которые бы приводили к резонансным обвинениям владельцев тепловых источников в невыполнении своей главной задачи: обеспечении нормативных температур в помещениях. В связи с этим встают следующие естественные вопросы:
1. Чем объясняется такая совокупность фактов?
2. Можно ли не только объяснить существующее положение дел, но и обосновать, исходя из обеспечения требований современной нормативной документации, либо “срезку” температурного графика при 115°С, либо новый температурный график 115-70 (60) °С при качественном регулировании сезонной нагрузки?
Эта проблема, естественно, постоянно привлекает к себе всеобщее внимание. Поэтому появляются публикации в периодической печати, в которых даются ответы на поставленные вопросы и приводятся рекомендации по ликвидации разрыва между проектными и фактическими параметрами системы регулирования тепловой нагрузки. В отдельных городах уже проведены мероприятия по снижению температурного графика и делается попытка обобщить результаты такого перехода.
С нашей точки зрения, наиболее выпукло и ясно эта проблема обсуждается в статье Гершковича В.Ф. .
В ней отмечаются несколько чрезвычайно важных положений, являющихся, в том числе обобщением практических действий по нормализации работы систем теплоснабжения в условиях низкотемпературной “срезки”. Отмечается, что практические попытки увеличения расхода в сети с целью приведения его в соответствие с пониженным температурным графиком не привели к успеху. Скорее, они способствовали гидравлической разрегулировке тепловой сети, в результате которой расходы сетевой воды между потребителями перераспределялись непропорционально их тепловым нагрузкам.
В то же время при сохранении проектного расхода в сети и снижении температуры воды в подающей линии даже при низких температурах наружного воздуха в ряде случаев удалось обеспечить на приемлемом уровне температуру воздуха в помещениях. Этот факт автор объясняет тем, что в нагрузке отопления очень значительная часть мощности приходится на нагрев свежего воздуха, обеспечивающего нормативный воздухообмен помещений. Реальный воздухообмен в холодные дни далек от нормативного значения, так как он не может быть обеспечен только открыванием форточек и створок оконных блоков или стеклопакетов. В статье особо подчеркивается, что российские нормы воздухообмена в несколько раз превышают нормы Германии, Финляндии, Швеции, США. Отмечается, что в Киеве снижение температурного графика за счет “срезки” со 150 °С до 115 °С было реализовано и не имело отрицательных последствий. Аналогичная работа выполнена в тепловых сетях Казани и Минска.
В настоящей статье рассмотрено современное состояние российских требований нормативной документации по воздухообмену помещений. На примере модельных задач с осредненными параметрами системы теплоснабжения определено влияние разных факторов на ее поведение при температуре воды в подающей линии 115 °С в расчетных условиях по температуре наружного воздуха, в том числе:
Снижение температуры воздуха в помещениях при сохранении проектного расхода воды в сети;
Повышение расхода воды в сети с целью сохранения температуры воздуха в помещениях;
Снижение мощности системы отопления за счет уменьшения воздухообмена для проектного расхода воды в сети при обеспечении расчетной температуры воздуха в помещениях;
Оценка мощности системы отопления за счет уменьшения воздухообмена для фактически достижимого повышенного расхода воды в сети при обеспечении расчетной температуры воздуха в помещениях.
2. Исходные данные для анализа
В качестве исходных данных принято, что имеется источник теплоснабжения с доминирующей нагрузкой отопления и вентиляции, двухтрубная тепловая сеть, ЦТП и ИТП, приборы отопления, калориферы, водоразборные краны. Вид системы теплоснабжения не имеет принципиального значения. Предполагается, что проектные параметры всех звеньев системы теплоснабжения обеспечивают нормальную работу системы теплоснабжения, то есть, в помещениях всех потребителей устанавливается расчетная температура t в.р =18 °С при соблюдении температурного графика тепловой сети 150-70°С, проектном значении расхода сетевой воды, нормативном воздухообмене и качественном регулировании сезонной нагрузки. Расчетная температура наружного воздуха равна средней температуре холодной пятидневки с коэффициентом обеспеченности 0,92 на момент создания системы теплоснабжения. Коэффициент смешения элеваторных узлов определяется общепринятым температурным графиком регулирования систем отопления 95-70 °С и равен 2,2.
Следует отметить, что в актуализированной редакции СНиП “Строительная климатология” СП 131.13330.2012 для многих городов произошло повышение расчетной температуры холодной пятидневки на несколько градусов в сравнении с редакцией документа СНиП 23-01-99.
3. Расчеты режимов работы системы теплоснабжения при температуре прямой сетевой воды 115 °С
Рассматривается работа в новых условиях системы теплоснабжения, созданной на протяжении десятков лет по современным для периода строительства нормам. Проектный температурный график качественного регулирования сезонной нагрузки 150-70 °С. Считается, что в момент ввода в работу система теплоснабжения выполняла свои функции в точности.
В результате анализа системы уравнений, описывающих процессы во всех звеньях системы теплоснабжения, определяется ее поведение при максимальной температуре воды в подающей линии 115 °С при расчетной температуре наружного воздуха, коэффициентах смешения элеваторных узлов 2,2.
Одним из определяющих параметров аналитического исследования является расход сетевой воды на отопление, вентиляцию. Его величина принимается в следующих вариантах:
Проектное значение расхода в соответствии с графиком 150-70 °С и заявленной нагрузкой отопления, вентиляции;
Значение расхода, обеспечивающее расчетную температуру воздуха в помещениях в расчетных условиях по температуре наружного воздуха;
Фактическое максимально возможное значение расхода сетевой воды с учетом установленных сетевых насосов.
3.1. Снижение температуры воздуха в помещениях при сохранении присоединенных тепловых нагрузок
Определим, как изменится средняя температура в помещениях при температуре сетевой воды в подающей линии t o 1 =115 °С, проектном расходе сетевой воды на отопление (будем считать, что вся нагрузка отопительная, так как вентиляционная нагрузка такого же типа) , исходя из проектного графика 150-70 °С, при температуре наружного воздуха t н.о =-25 °С. Считаем, что на всех элеваторных узлах коэффициенты смешения u расчетные и равны
Для проектных расчетных условий эксплуатации системы теплоснабжения ( , , , ) справедлива следующая система уравнений:
где - среднее значение коэффициента теплопередачи всех приборов отопления с общей площадью теплообмена F, - средний температурный перепад между теплоносителем приборов отопления и температурой воздуха в помещениях, G o – расчетный расход сетевой воды, поступающий в элеваторные узлы, G п – расчетный расход воды, поступающий в приборы отопления, G п =(1+u)G o , с – удельная массовая изобарная теплоемкость воды, - среднее проектное значение коэффициента теплопередачи здания с учетом транспорта тепловой энергии через наружные ограждения общей площадью А и затрат тепловой энергии на нагрев нормативного расхода наружного воздуха.
При пониженной температуре сетевой воды в подающей линии t o 1 =115 °C при сохранении проектного воздухообмена происходит снижение средней температуры воздуха в помещениях до величины t в. Соответствующая система уравнений для расчетных условий по наружному воздуху будет иметь вид
, (3)
где n – показатель степени в критериальной зависимости коэффициента теплопередачи приборов отопления от среднего температурного напора, см. , табл. 9.2, с.44. Для наиболее распространенных приборов отопления в виде чугунных секционных радиаторов и стальных панельных конвекторов типа РСВ и РСГ при движении теплоносителя сверху вниз n=0,3.
Введем обозначения 
, , 
.
Из (1)-(3) следует система уравнений
,
,
решения которой имеют вид:
, (4)
(5)
. (6)
Для заданных проектных значений параметров системы теплоснабжения
,
Уравнение (5) с учетом (3) для заданной температуры прямой воды в расчетных условиях позволяет получить соотношение для определения температуры воздуха в помещениях:
Решением этого уравнения является t в =8,7°C.
Относительная тепловая мощность системы отопления равна
Следовательно, при изменении температуры прямой сетевой воды со 150 °С до 115 °С снижение средней температуры воздуха в помещениях происходит с 18 °С до 8,7 °С, тепловая мощность системы отопления падает на 21,6%.
Расчетные значения температур воды в системе отопления для принятого отклонения от температурного графика равны °С, °С.
Выполненный расчет соответствует случаю, когда расход наружного воздуха при работе системы вентиляции и инфильтрации соответствует проектным нормативным значениям вплоть до температуры наружного воздуха t н.о =-25°С. Так как в жилых зданиях, как правило, применяется естественная вентиляция, организуемая жильцами при проветривании с помощью форточек, оконных створок и систем микропроветривания стеклопакетов, то можно утверждать, что при низких температурах наружного воздуха расход холодного воздуха, поступающего в помещения, особенно после практически полной замены оконных блоков на стеклопакеты далек от нормативного значения. Поэтому температура воздуха в жилых помещениях по факту значительно выше определенного значения t в =8,7°C.
3.2 Определение мощности системы отопления за счет снижения вентиляции воздуха помещений при расчетном расходе сетевой воды
Определим, насколько нужно снизить затраты тепловой энергии на вентиляцию в рассматриваемом непроектном режиме пониженной температуры сетевой воды тепловой сети для того, чтобы средняя температура воздуха в помещениях сохранилась на нормативном уровне, то есть, t в = t в.р =18°C.
Система уравнений, описывающих процесс работы системы теплоснабжения в этих условиях, примет вид
Совместное решение (2’) с системами (1) и (3) аналогично предыдущему случаю дает следующие соотношения для температур различных потоков воды:
,
,
.
Уравнение для заданной температуры прямой воды в расчетных условиях по температуре наружного воздуха позволяет найти уменьшенную относительную нагрузку системы отопления (произведено уменьшение только мощности системы вентиляции, теплопередача через наружные ограждения в точности сохранена):
Решением этого уравнения является =0,706.
Следовательно, при изменении температуры прямой сетевой воды со 150°С до 115°С сохранение температуры воздуха в помещениях на уровне 18°С возможно за счет снижения общей тепловой мощности системы отопления до 0,706 от проектного значения за счет снижения затрат на нагрев наружного воздуха. Тепловая мощность системы отопления падает на 29,4%.
Расчетные значения температур воды для принятого отклонения от температурного графика равны °С, °С.
3.4 Увеличение расхода сетевой воды с целью обеспечения нормативной температуры воздуха в помещениях
Определим, как должен увеличиться расход сетевой воды в тепловой сети на нужды отопления при снижении температуры сетевой воды в подающей линии до t o 1 =115°С в расчетных условиях по температуре наружного воздуха t н.о =-25°С, чтобы средняя температура в воздуха в помещениях сохранилась на нормативном уровне, то есть, t в =t в.р =18°C. Вентиляция помещений соответствует проектному значению.
Система уравнений, описывающих процесс работы системы теплоснабжения, в этом случае примет вид с учетом возрастания значения расхода сетевой воды до G o у и расхода воды через системы отопления G пу =G оу (1+u) при неизменном значении коэффициента смешения элеваторных узлов u=2,2. Для наглядности воспроизведем в этой системе уравнения (1)
.
Из (1), (2”), (3’) следует система уравнений промежуточного вида
Решение приведенной системы имеет вид:
°С, t o 2 =76,5°С,
Итак, при изменении температуры прямой сетевой воды со 150 °С до 115 °С сохранение средней температуры воздуха в помещениях на уровне 18 °С возможно за счет увеличения расхода сетевой воды в подающей (обратной) линии тепловой сети на нужды систем отопления и вентиляции в 2,08 раза.
Очевидно, что такого запаса по расходу сетевой воды нет и на теплоисточниках, и на насосных станциях при их наличии. Кроме того, столь высокое увеличение расхода сетевой воды приведет к возрастанию потерь давления на трение в трубопроводах тепловой сети и в оборудовании тепловых пунктов и теплоисточника более, чем в 4 раза, что невозможно реализовать из-за отсутствия запаса сетевых насосов по напору и по мощности двигателей. Следовательно, увеличение расхода сетевой воды в 2,08 раза за счет возрастания только количества установленных сетевых насосов при сохранении их напора неизбежно приведет к неудовлетворительной работе элеваторных узлов и теплообменников большей части тепловых пунктов системы теплоснабжения.
3.5 Снижение мощности системы отопления за счет снижения вентиляции воздуха помещений в условиях повышенного расхода сетевой воды
Для некоторых теплоисточников расход сетевой воды в магистралях может быть обеспечен выше проектного значения на десятки процентов. Это связано, как с уменьшением тепловых нагрузок, имевшем место в последние десятилетия, так и с наличием определенного резерва производительности установленных сетевых насосов. Примем максимальное относительное значение расхода сетевой воды равным 
=1,35 от проектного значения. Учтем также возможное повышение расчетной температуры наружного воздуха по данным СП 131.13330.2012.
Определим, насколько необходимо снизить средний расход наружного воздуха на вентиляцию помещений в режиме пониженной температуры сетевой воды тепловой сети, чтобы средняя температура воздуха в помещениях сохранилась на нормативном уровне, то есть, t в =18 °C.
Для пониженной температуры сетевой воды в подающей линии t o 1 =115°C происходит снижение расхода воздуха в помещениях с целью сохранения расчетного значения t в =18°C в условиях возрастания расхода сетевой воды в 1,35 раза и повышения расчетной температуры холодной пятидневки. Соответствующая система уравнений для новых условий будет иметь вид
Относительное снижение тепловой мощности системы отопления равно
. (3’’)
Из (1), (2’’’), (3’’) следует решение
,
,
.
Для заданных значений параметров системы теплоснабжения и =1,35:
; =115 °С; =66 °С; =81,3 °С.
Учтем также повышение температуры холодной пятидневки до величины t н.о_ =-22 °C. Относительная тепловая мощность системы отопления равна
Относительное изменение суммарных коэффициентов теплопередачи равно и обусловлено снижением расхода воздуха системы вентиляции.
Для домов постройки до 2000 г. доля затрат тепловой энергии на вентиляцию помещений в центральных районах РФ составляет 40…45% , соответственно, падение расхода воздуха системы вентиляции должно произойти приблизительно в 1,4 раза, чтобы общий коэффициент теплопередачи составил 89% от проектного значения.
Для домов постройки после 2000 г. доля затрат на вентиляцию повышается до 50…55%, падение расхода воздуха системы вентиляции приблизительно в 1,3 раза сохранит расчетную температуру воздуха в помещениях.
Выше в 3.2 показано, что при проектных значениях расходов сетевой воды, температуры воздуха в помещениях и расчетной температуры наружного воздуха снижению температуры сетевой воды до 115°С соответствует относительная мощность системы отопления 0,709. Если это снижение мощности относить на уменьшение нагрева вентиляционного воздуха, то для домов постройки до 2000 г. падение расхода воздуха системы вентиляции помещений должно произойти приблизительно в 3,2 раза, для домов постройки после 2000 г. - в 2,3 раза.
Анализ данных измерений узлов учета тепловой энергии отдельных жилых домов показывает, что уменьшение потребляемой тепловой энергии в холодные дни соответствует снижению нормативного воздухообмена в 2,5 раза и выше.
4. Необходимость уточнения расчетной нагрузки отопления систем теплоснабжения
Пусть заявленная нагрузка системы отопления, созданной в последние десятилетия, равна . Эта нагрузка соответствует расчетной температуре наружного воздуха, актуальной в период строительства, принимаемой для определенности t н.о =-25 °С.
Ниже приводится оценка фактического снижения заявленной расчетной отопительной нагрузки, вызванная влиянием различных факторов.
Повышение расчетной температуры наружного воздуха до -22 °С снижает расчетную нагрузку отопления до величины (18+22)/(18+25)х100%=93%.
Кроме того, следующие факторы приводят к снижению расчетной нагрузки отопления.
1. Замена оконных блоков на стеклопакеты, которая произошла практически повсеместно. Доля трансмиссионных потерь тепловой энергии через окна составляет около 20% от общей нагрузки отопления. Замена оконных блоков на стеклопакеты привела к увеличению термического сопротивления с 0,3 до 0,4 м 2 ∙К/Вт, соответственно, тепловая мощность теплопотерь уменьшилась до величины: х100%=93,3%.
2. Для жилых зданий доля вентиляционной нагрузки в нагрузке отопления в проектах, выполненных до начала 2000-х годов, составляет около 40…45%, позже – порядка 50…55%. Примем среднюю долю вентиляционной составляющей в нагрузке отопления в размере 45% от заявляемой нагрузки отопления. Она соответствует кратности воздухообмена 1,0. По современным нормам СТО максимальная кратность воздухообмена находится на уровне 0,5, среднесуточная кратность воздухообмена для жилого здания – на уровне 0,35. Следовательно, снижение нормы воздухообмена с 1,0 до 0,35 приводит к падению отопительной нагрузки жилого здания до величины:
х100%=70,75%.
3. Вентиляционная нагрузка разными потребителями востребована случайным образом, поэтому, как и нагрузка ГВС для теплоисточника ее величина суммируется не аддитивно, а с учетом коэффициентов часовой неравномерности. Доля максимальной нагрузки вентиляции в составе заявленной нагрузки отопления составляет 0,45х0,5/1,0=0,225 (22,5%). Коэффициент часовой неравномерности оценочно примем таким же, как и для ГВС, равным K час.вент =2,4. Следовательно, общая нагрузка систем отопления для теплоисточника с учетом снижения вентиляционной максимальной нагрузки, замены оконных блоков на стеклопакеты и неодновременности востребования вентиляционной нагрузки составит величину 0,933х(0,55+0,225/2,4)х100%=60,1% от заявленной нагрузки.
4. Учет повышения расчетной температуры наружного воздуха приведет к еще большему падению расчетной нагрузки отопления.
5. Выполненные оценки показывают, что уточнение тепловой нагрузки систем отопления может привести к ее снижению на 30…40%. Такое снижение нагрузки отопления позволяет ожидать, что при сохранении проектного расхода сетевой воды расчетная температура воздуха в помещениях может быть обеспечена при реализации “срезки” температуры прямой воды при 115 °С для низких температур наружного воздуха (см. результаты 3.2). Еще с большим основанием это можно утверждать при наличии резерва в величине расхода сетевой воды на тепловом источнике системы теплоснабжения (см. результаты 3.4).
Приведенные оценки носят иллюстративный характер, но из них следует, что, исходя из современных требований нормативной документации, можно ожидать как существенного снижения суммарной расчетной нагрузки отопления существующих потребителей для теплового источника, так и технически обоснованного режима работы со “срезкой” температурного графика регулирования сезонной нагрузки на уровне 115°С. Необходимая степень реального снижения заявленной нагрузки систем отопления должна определяться при проведении натурных испытаний для потребителей конкретной тепловой магистрали. Расчетная температура обратной сетевой воды также подлежит уточнению при проведении натурных испытаний.
Следует иметь в виду, что качественное регулирование сезонной нагрузки не является устойчивым с точки зрения распределения тепловой мощности по приборам отопления для вертикальных однотрубных систем отопления. Поэтому во всех расчетах, приводимых выше, при обеспечении средней расчетной температуры воздуха в помещениях будет иметь место некоторое изменение температуры воздуха в помещениях по стояку в отопительный период при различной температуре наружного воздуха .
5. Трудности в реализации нормативного воздухообмена помещений
Рассмотрим структуру затрат тепловой мощности системы отопления жилого дома. Основными слагаемыми тепловых потерь, компенсируемых поступлением теплоты от приборов отопления, являются трансмиссионные потери через наружные ограждения, а также затраты на нагрев наружного воздуха, поступающего в помещения. Расход свежего воздуха для жилых зданий определяется требованиями санитарно-гигиенических норм, которые приведены в разделе 6.
В жилых домах система вентиляции, как правило, естественная. Норма расхода воздуха обеспечивается периодическим открытием форточек и створок окон. При этом следует иметь в виду, что с 2000 г. существенно возросли требования к теплозащитным свойствам наружных ограждений, прежде всего, стен (в 2…3 раза).
Из практики разработки энергетических паспортов жилых зданий следует, что для зданий постройки с 50-х по 80-е годы прошлого века в центральном и северо-западном регионах доля тепловой энергии на нормативную вентиляцию (инфильтрацию) составляла 40…45%, для зданий, выстроенных позднее, 45…55%.
До появления стеклопакетов регулирование воздухообмена производилось форточками и фрамугами, причем, в холодные дни частота их открывания снижалась. При широком распространении стеклопакетов обеспечение нормативного воздухообмена стало еще большей проблемой. Это связано с уменьшением в десятки раз неконтролируемой инфильтрации через щели и с тем, что частое проветривание с помощью открытия створок окон, которое только и может обеспечить нормативный воздухообмен, по факту не происходит.
На эту тему имеются публикации, см., например, . Даже при проведении периодического проветривания отсутствуют какие-либо количественные показатели, свидетельствующие о воздухообмене помещений и его сравнении с нормативным значением. В результате по факту воздухообмен далек от нормативного и возникает ряд проблем: возрастает относительная влажность, образуется конденсат на остеклении, появляется плесень, возникают стойкие запахи, повышается содержание углекислого газа в воздухе, что в совокупности привело к появлению термина “синдром больных зданий”. В отдельных случаях из-за резкого снижения воздухообмена возникает разрежение в помещениях, приводящее к опрокидыванию движения воздуха в вытяжных каналах и к поступлению холодного воздуха в помещения, перетеканию грязного воздуха из одной квартиры в другую, обмерзанию стенок каналов. Как следствие, перед строителями возникает проблема в части использования более совершенных систем вентиляции, способных обеспечить экономию затрат на отопление. В связи с этим необходимо применять системы вентиляции с регулируемым притоком и удалением воздуха, системы отопления с автоматическим регулированием подачи тепла на приборы отопления (в идеале – системы с поквартирным подключением), герметичные окна и входные двери в квартиры.
Подтверждением того, что система вентиляции жилых зданий работает с производительностью, существенно меньшей проектной, являются более низкие, в сравнении с расчетными, расходы тепловой энергии в течение отопительного периода, фиксируемые узлами учета тепловой энергии зданий.
Выполненный сотрудниками СПбГПУ расчет системы вентиляции жилого дома показал следующее . Естественная вентиляция в режиме свободного притока воздуха в среднем за год почти в 50% времени меньше расчетной (сечение вытяжного канала спроектировано по действующим нормам вентиляции многоквартирных жилых домов для условий Санкт-Петербурга на нормативный воздухообмен для наружной температуры +5 °С), в 13% времени вентиляция более чем в 2 раза меньше расчетной, и в 2% времени вентиляция отсутствует. Значительную часть отопительного периода при температуре наружного воздуха менее +5 °С вентиляция превышает нормативное значение. То есть, без специальной регулировки при низкой температуре наружного воздуха обеспечить нормативный воздухообмен невозможно, при температурах наружного воздуха более +5°С воздухообмен будет ниже нормативного, если не применять вентилятор.
6. Эволюция нормативных требований к воздухообмену помещений
Затраты на нагрев наружного воздуха определяются требованиями, приведенными в нормативной документации, которые на протяжении длительного периода строительства зданий претерпели ряд изменений.
Рассмотрим эти изменения на примере жилых многоквартирных домов.
В СНиП II-Л.1-62, часть II, раздел Л, глава 1, действовавших до апреля 1971 г., нормы воздухообмена для жилых комнат составляли 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади комнат, для кухни с электроплитами кратность воздухообмена 3, но не менее 60 м 3 /ч, для кухни с газовой плитой - 60 м 3 /ч для двухконфорочных плит, 75 м 3 /ч – для трехконфорочных плит, 90 м 3 /ч – для четырехконфорочных плит. Расчетная температура жилых комнат +18 °С, кухни +15 °С.
В СНиП II-Л.1-71, часть II, раздел Л, глава 1, действовавших до июля 1986 г., указаны аналогичные нормы, но для кухни с электроплитами исключена кратность воздухообмена 3.
В СНиП 2.08.01-85, действовавших до января 1990 г., нормы воздухообмена для жилых комнат составляли 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади комнат, для кухни без указания типа плит 60 м 3 /ч. Несмотря на разную нормативную температуру в жилых помещениях и на кухне, для теплотехнических расчетов предложено принимать температуру внутреннего воздуха +18°С.
В СНиП 2.08.01-89, действовавших до октября 2003 г., нормы воздухообмена такие же, как и в СНиП II-Л.1-71, часть II, раздел Л, глава 1. Сохраняется указание о температуре внутреннего воздуха +18 °С.
В действующих до сих пор СНиП 31-01-2003 появляются новые требования, приведенные в 9.2-9.4:
9.2 Расчетные параметры воздуха в помещениях жилого дома следует принимать по оптимальным нормам ГОСТ 30494. Кратность воздухообмена в помещениях следует принимать в соответствии с таблицей 9.1.
Таблица 9.1
| Помещение | Кратность или величина
воздухообмена, м 3 в час, не менее |
|
| в нерабочем | в режиме
обслуживания |
|
| Спальная, общая, детская комнаты | 0,2 | 1,0 |
| Библиотека, кабинет | 0,2 | 0,5 |
| Кладовая, бельевая, гардеробная | 0,2 | 0,2 |
| Тренажерный зал, бильярдная | 0,2 | 80 м 3 |
| Постирочная, гладильная, сушильная | 0,5 | 90 м 3 |
| Кухня с электроплитой | 0,5 | 60 м 3 |
| Помещение с газоиспользующим оборудованием | 1,0 | 1,0 + 100 м 3 |
| Помещение с теплогенераторами и печами на твердом топливе | 0,5 | 1,0 + 100 м 3 |
| Ванная, душевая, уборная, совмещенный санузел | 0,5 | 25 м 3 |
| Сауна | 0,5 | 10 м 3
на 1 человека |
| Машинное отделение лифта | - | По расчету |
| Автостоянка | 1,0 | По расчету |
| Мусоросборная камера | 1,0 | 1,0 |
Кратность воздухообмена во всех вентилируемых помещениях, не указанных в таблице, в нерабочем режиме должна составлять не менее 0,2 объема помещения в час.
9.3 При теплотехническом расчете ограждающих конструкций жилых зданий следует принимать температуру внутреннего воздуха отапливаемых помещений не менее 20 °С.
9.4 Система отопления и вентиляции здания должна быть рассчитана на обеспечение в помещениях в течение отопительного периода температуры внутреннего воздуха в пределах оптимальных параметров, установленных ГОСТ 30494, при расчетных параметрах наружного воздуха для соответствующих районов строительства.
Отсюда видно, что, во-первых, появляются понятия режима обслуживания помещения и нерабочего режима, во время действия которых предъявляются, как правило, очень разные количественные требования к воздухообмену. Для жилых помещений (спальни, общие комнаты, детские комнаты), составляющих значительную часть площади квартиры, нормы воздухообмена при разных режимах отличаются в 5 раз. Температура воздуха в помещениях при расчете тепловых потерь проектируемого здания должна приниматься не менее 20°С. В жилых помещениях нормируется кратность воздухообмена, независимо от площади и количества жильцов.
В актуализированной редакции СП 54.13330.2011 частично воспроизведена информация СНиП 31-01-2003 в первоначальной редакции. Нормы воздухообмена для спален, общих комнат, детских комнат при общей площади квартиры на одного человека менее 20 м 2 – 3 м 3 /ч на 1 м 2 площади комнат; то же при общей площади квартиры на одного человека более 20 м 2 – 30 м 3 /ч на одного человека, но не менее 0,35 ч -1 ; для кухни с электроплитами 60 м 3 /ч, для кухни с газовой плитой 100 м 3 /ч.
Следовательно, для определения среднесуточного часового воздухообмена необходимо назначать длительность каждого из режимов, определять расход воздуха в разных помещениях в течение каждого режима и затем вычислять среднечасовую потребность квартиры в свежем воздухе, а затем и дома в целом. Многократное изменение воздухообмена в конкретной квартире в течение суток, например, при отсутствии людей в квартире в рабочее время или в выходные дни приведет к существенной неравномерности воздухообмена в течение суток. В то же время очевидно, что неодновременное действие указанных режимов в разных квартирах приведет к выравниванию нагрузки дома на нужды вентиляции и к неаддитивному сложению этой нагрузки у разных потребителей.
Можно провести аналогию с неодновременным использованием нагрузки ГВС потребителями, что обязывает вводить коэффициент часовой неравномерности при определении нагрузки ГВС для теплоисточника. Как известно, его величина для значительного количества потребителей в нормативной документации принимается равной 2,4. Аналогичное значение для вентиляционной составляющей нагрузки отопления позволяет считать, что соответствующая суммарная нагрузка также будет по факту уменьшаться, как минимум, в 2,4 раза в связи с неодновременным открытием форточек и окон в разных жилых зданиях. В общественных и производственных зданиях наблюдается аналогичная картина с тем отличием, что в нерабочее время вентиляция минимальна и определяется только инфильтрацией через неплотности в световых ограждениях и наружных дверях.
Учет тепловой инерции зданий позволяет также ориентироваться на среднесуточные значения расходов тепловой энергии на нагрев воздуха. Тем более, что в большинстве систем отопления отсутствуют термостаты, обеспечивающие поддержание температуры воздуха в помещениях. Известно также, что центральное регулирование температуры сетевой воды в подающей линии для систем теплоснабжения ведется по температуре наружного воздуха, осредняемой за период длительностью порядка 6-12 часов, а иногда и за большее время.
Следовательно, необходимо выполнить расчеты нормативного среднего воздухообмена для жилых домов разных серий с целью уточнения расчетной отопительной нагрузки зданий. Аналогичную работу необходимо проделать для общественных и производственных зданий.
Следует отметить, что указанные действующие нормативные документы распространяются на вновь проектируемые здания в части проектирования систем вентиляции помещений, но косвенно они не только могут, но и должны быть руководством к действию при уточнении тепловых нагрузок всех зданий, в том числе тех, что были выстроены по другим, приведенным выше нормам.
Разработаны и опубликованы стандарты организаций, регламентирующие нормы воздухообмена в помещениях многоквартирных жилых зданий. Например, СТО НПО АВОК 2.1-2008, СТО СРО НП СПАС-05-2013, Энергосбережение в зданиях. Расчет и проектирование систем вентиляции жилых многоквартирных зданий (Утверждено общим собранием СРО НП СПАС от 27.03.2014 г.).
В основном, в этих документах приводимые нормы соответствуют СП 54.13330.2011 при некоторых снижениях отдельных требований (например, для кухни с газовой плитой к 90(100) м 3 /ч не добавляется однократный воздухообмен, в нерабочее время в кухне такого типа допускается воздухообмен 0,5 ч -1 , тогда как в СП 54.13330.2011 – 1,0 ч -1).
В справочном Приложении В СТО СРО НП СПАС-05-2013 приводится пример расчета требуемого воздухообмена для трехкомнатной квартиры.
Исходные данные:
Общая площадь квартиры F общ = 82,29 м 2 ;
Площадь жилых помещений F жил = 43,42 м 2 ;
Площадь кухни – F кх = 12,33 м 2 ;
Площадь ванной комнаты – F вн = 2,82 м 2 ;
Площадь уборной – F уб = 1,11 м 2 ;
Высота помещений h = 2,6 м;
На кухне установлена электроплита.
Геометрические характеристики:
Объём отапливаемых помещений V =221,8 м 3 ;
Объём жилых помещений V жил = 112,9 м 3 ;
Объём кухни V кх = 32,1 м 3 ;
Объём уборной V уб = 2,9 м 3 ;
Объём ванной комнаты V вн = 7,3 м 3 .
Из приведенного расчет воздухообмена следует, что система вентиляции квартиры должна обеспечивать расчетный воздухообмен в режиме обслуживания (в режиме проектной эксплуатации) – L тр раб = 110,0 м 3 /ч; в нерабочем режиме - L тр раб = 22,6 м 3 /ч. Приведенные расходы воздуха соответствуют кратности воздухообмена 110,0/221,8=0,5 ч -1 для режима обслуживания и 22,6/221,8=0,1 ч -1 для нерабочего режима.
Приведенная в настоящем разделе информация показывает, что в существующих нормативных документах при разной заселенности квартир максимальная кратность воздухообмена находится в диапазоне 0,35…0,5 ч -1 по отапливаемому объему здания, в нерабочем режиме – на уровне 0,1 ч -1 . Это означает, что при определении мощности системы отопления, компенсирующей трансмиссионные потери тепловой энергии и затраты на подогрев наружного воздуха, а также расхода сетевой воды на нужды отопления можно ориентироваться в первом приближении на среднее за сутки значение кратности воздухообмена жилых многоквартирных домов 0,35 ч -1 .
Анализ энергетических паспортов жилых дома, разработанных в соответствии со СНиП 23-02-2003 “Тепловая защита зданий”, показывает, что при вычислении нагрузки отопления дома кратность воздухообмена соответствует уровню 0,7 ч -1 , что в 2 раза превышает рекомендуемое выше значение, не противоречащее требованиям современных СТО.
Необходимо сделать уточнение отопительной нагрузки зданий, выстроенных по типовым проектам, исходя из уменьшенного среднего значения кратности воздухообмена, что будет соответствовать существующим российским нормам и позволит приблизиться к нормам ряда стран Евросоюза и США.
7. Обоснование снижения температурного графика
В разделе 1 показано, что температурный график 150-70 °С в связи с фактической невозможностью его применения в современных условиях должен быть понижен, либо модифицирован путем обоснования “срезки” по температуре.
Приведенные выше вычисления различных режимов работы системы теплоснабжения в нерасчетных условиях позволяют предложить следующую стратегию по внесению изменений в регулирование тепловой нагрузки потребителей.
1. На переходный период ввести температурный график 150-70 °С со “срезкой” 115 °С. При таком графике расход сетевой воды в тепловой сети для нужд отопления, вентиляции сохранить на существующем уровне, соответствующем проектному значению, либо с небольшим его превышением, исходя из производительности установленных сетевых насосов. В диапазоне температур наружного воздуха, соответствующем “срезке”, считать расчетную нагрузку отопления потребителей сниженной в сравнении с проектным значением. Уменьшение отопительной нагрузки относить за счет снижения затрат тепловой энергии на вентиляцию, исходя из обеспечения необходимого среднесуточного воздухообмена жилых многоквартирных зданий по современным нормам на уровне 0,35 ч -1 .
2. Организовать работу по уточнению нагрузок систем отопления зданий путем разработки энергетических паспортов зданий жилого фонда, общественных организаций и предприятий, обратив внимание, прежде всего, на вентиляционную нагрузку зданий, входящую в нагрузку систем отопления с учетом современных нормативных требований по воздухообмену помещений. С этой целью необходимо для домов разной этажности, прежде всего, типовых серий выполнить расчет тепловых потерь, как трансмиссионных, так и на вентиляцию в соответствии с современными требованиями нормативной документации РФ.
3. На основе натурных испытаний учесть длительность характерных режимов эксплуатации систем вентиляции и неодновременность их работы у разных потребителей.
4. После уточнения тепловых нагрузок систем отопления потребителей разработать график регулирования сезонной нагрузки 150-70 °С со “срезкой” на 115°С. Возможность перехода на классический график 115-70 °С без “срезки” при качественном регулировании определить после уточнения сниженных нагрузок отопления. Температуру обратной сетевой воды уточнить при разработке пониженного графика.
5. Рекомендовать проектировщикам, застройщикам новых жилых зданий и ремонтным организациям, выполняющим капитальный ремонт старого жилого фонда, применение современных систем вентиляции, позволяющих производить регулирование воздухообмена, в том числе механических с системами рекуперации тепловой энергии загрязненного воздуха, а также введение термостатов для регулировки мощности приборов отопления.
Литература
1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети, 7-е изд., М.: Издательство МЭИ, 2001 г.
2. Гершкович В.Ф. “Сто пятьдесят… Норма или перебор? Размышления о параметрах теплоносителя…” // Энергосбережение в зданиях. – 2004 - № 3 (22), Киев.
3. Внутренние санитарно-технические устройства. В 3 ч. Ч.1 Отопление/ В.Н. Богословский, Б.А. Крупнов, А.Н. Сканави и др.; Под ред. И.Г. Староверова и Ю.И. Шиллера, - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1990. -344 с.: ил. – (Справочник проектировщика).
4. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность / Монография. М.: Издательство АСВ, 2011.
6. А.Д. Кривошеин, Энергосбережение в зданиях: светопрозрачные конструкции и вентиляция помещений // Архитектура и строительство Омской области, №10 (61), 2008 г.
7. Н.И. Ватин, Т.В. Самопляс “Системы вентиляции жилых помещений многоквартирных домов”, СПб, 2004 г.
Построить для закрытой системы теплоснабжения график центрального качественного регулирования отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения (повышенный или скорректированный температурный график).
Принять расчетные температуры сетевой воды в подающей магистрали t 1 = 130 0 С в обратной магистрали t 2 = 70 0 С, после элеватора t 3 = 95 0 С. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления tнро = -31 0 С. Расчетная температура воздуха внутри помещения tв= 18 0 С. Расчетные тепловые потоки принять те же. Температура горячей воды в системах горячего водоснабжения tгв = 60 0 С, температура холодной воды t с = 5 0 С. Балансовый коэффициент для нагрузки горячего водоснабжения a б = 1,2. Схема включения водоподогревателей систем горячего водоснабжения двухступенчатая последовательная.
Решение. Предварительно выполним расчет и построение отопительно-бытового графика температур с температурой сетевой воды в подающем трубопроводе для точки излома =70 0 С. Значения температур сетевой воды для систем отопления t 01 ; t 02 ; t 03 определим используя расчетные зависимости (13), (14), (15) для температур наружного воздуха t н = +8; 0; -10; -23; -31 0 С
Определим, используя формулы (16),(17),(18), значения величин
Для t н = +8 0С значения t 01, t 02 ,t 03 соответственно составят:
Аналогично выполняются расчеты температур сетевой воды и для других значений t н. Используя расчетные данные и приняв минимальную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе = 70 0 С, построим отопительно-бытовой график температур (см. рис. 4). Точке излома температурного графика будут соответствовать температуры сетевой воды = 70 0 С, = 44,9 0 С, = 55,3 0 С, температура наружного воздуха = -2,5 0 С. Полученные значения температур сетевой воды для отопительно-бытового графика сведем в таблицу 4. Далее приступаем к расчету повышенного температурного графика. Задавшись величиной недогрева Dt н = 7 0 С определим температуру нагреваемой водопроводной воды после водоподогревателя первой ступени
Определим по формуле (19) балансовую нагрузку горячего водоснабжения
По формуле (20) определим суммарный перепад температур сетевой воды d в обеих ступенях водоподогревателей
Определим по формуле (21) перепад температур сетевой воды в водоподогревателе первой ступени для диапазона температур наружного воздуха от t н = +8 0 С до t" н = -2,5 0 С
Определим для указанного диапазона температур наружного воздуха перепад температур сетевой воды во второй ступени водоподогревателя
Определим используя формулы (22) и (25) значения величин d 2 и d 1 для диапазона температур наружного воздуха t н от t" н = -2,5 0 С до t 0 = -31 0 С. Так, для t н = -10 0 С эти значения составят:
Аналогично выполним расчеты величин d 2 и d 1 для значений t н = -23 0 С и t н = –31 0 С. Температуры сетевой воды и в подающем и обратном трубопроводах для повышенного температурного графика определим по формулам (24) и (26).
Так, для t н = +8 0 С и t н = -2,5 0 С эти значения составят
для t н = -10 0 С
Аналогично выполним расчеты для значений t н = -23 0 С и -31 0 С. Полученные значения величин d 2, d 1, , сведем в таблицу 4.
Для построения графика температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после калориферов систем вентиляции в диапазоне температур наружного воздуха t н = +8 ¸ -2,5 0 С используем формулу (32)
Определим значение t 2v для t н = +8 0 С. Предварительно зададимся значением 0 С. Определим температурные напоры в калорифере и соответственно для t н = +8 0 С и t н = -2,5 0 С
Вычислим левые и правые части уравнения
Левая часть 
Правая часть 
Поскольку численные значения правой и левой частей уравнения близки по значению (в пределах 3%), примем значение как окончательное.
Для систем вентиляции с рециркуляцией воздуха определим, используя формулу (34), температуру сетевой воды после калориферов t 2v для t н = t нро = -31 0 C.
Здесь значения Dt ; t ; t соответствуют t н = t v = -23 0 С. Поскольку данное выражение решается методом подбора, предварительно зададимся значением t 2v = 51 0 С. Определим значения Dt к и Dt
Поскольку левая часть выражения близка по значению правой (0,99»1), принятое предварительно значение t 2v = 51 0 С будем считать окончательным. Используя данные таблицы 4 построим отопительно-бытовой и повышенный температурные графики регулирования (см. рис. 4).
Таблица 4 - Расчет температурных графиков регулирования для закрытой системы теплоснабжения.
| t Н | t 10 | t 20 | t 30 | d 1 | d 2 | t 1П | t 2П | t 2V |
| +8 | 70 | 44,9 | 55,3 | 5,9 | 8,5 | 75,9 | 36,4 | 17 |
| -2,5 | 70 | 44,9 | 55,3 | 5,9 | 8,5 | 75,9 | 36,4 | 44,9 |
| -10 | 90,2 | 5205 | 64,3 | 4,2 | 10,2 | 94,4 | 42,3 | 52,5 |
| -23 | 113,7 | 63,5 | 84,4 | 1,8 | 12,5 | 115,6 | 51 | 63,5 |
| -31 | 130 | 70 | 95 | 0,4 | 14 | 130,4 | 56 | 51 |
 |
Рис.4. Температурные графики регулирования для закрытой системы теплоснабжения (¾ отопительно-бытовой; --- повышенный)
Построить для открытой системы теплоснабжения скорректированного (повышенного) графика центрального качественного регулирования . Принять балансовый коэффициент a б = 1,1. Принять минимальную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе для точки излома температурного графика 0 С. Остальные исходные данные взять из предыдущей части.
Решение . Вначале строим графики температур , , , используя расчеты по формулам (13); (14); (15). Далее построим отопительно-бытовой график, точке излома которого соответствуют значения температур сетевой воды 0 С; 0 C; 0 C, и температура наружного воздуха 0 C. Далее приступаем к расчету скорректированного графика. Определим балансовую нагрузку горячего водоснабжения
Определим коэффициент отношения балансовой нагрузки на горячее водоснабжение к расчетной нагрузке на отопление
Для ряда температур наружного воздуха t н = +8 0 С; -10 0 С; -25 0 С; -31 0 С, определим относительный расход теплоты на отопление по формуле (29)`; Например для t н = -10 составит:
Затем, приняв известные из предыдущей части значения t c ; t h ; q ; Dt определим, используя формулу (30), для каждого значения t н относительные расходы сетевой воды на отопление .
Например, для t н = -10 0 С составит:
Аналогично выполним расчеты и для других значений t н.
Температуры сетевой воды в подающем t 1п и обратном t 2п трубопроводах для скорректированного графика определим по формулам (27) и (28).
Так, для t н = -10 0 С получим
Выполним расчеты t 1п и t 2п и для других значений t н. Определим используя расчетные зависимости (32) и (34) температуры сетевой воды t 2v после калориферов систем вентиляции для t н = +8 0 С и t н = -31 0 С (при наличии рециркуляции). При значении t н = +8 0 С зададимся предварительно величиной t 2v = 23 0 C.
Определим значения Dt к и Dt к
; 
Поскольку численные значения левой и правой частей уравнения близки, принятое предварительно значение t 2v = 23 0 C ,будем считать окончательным. Определим также значения t 2v при t н = t 0 = -31 0 C. Зададимся предварительно значением t 2v = 47 0 C
Вычислим значения Dt к и
Полученные значения расчетных величин сведем в таблицу 3.5
Таблица 5 - Расчет повышенного (скорректированного) графика для открытой системы теплоснабжения.
| t н | t 10 | t 20 | t 30 | `Q 0 | `G 0 | t 1п | t 2п | t 2v |
| +8 | 60 | 40,4 | 48,6 | 0,2 | 0,65 | 64 | 39,3 | 23 |
| 1,9 | 60 | 40,4 | 48,6 | 0,33 | 0,8 | 64 | 39,3 | 40,4 |
| -10 | 90.2 | 52.5 | 64.3 | 0,59 | 0,95 | 87.8 | 51.8 | 52.5 |
| -23 | 113.7 | 63.5 | 84.4 | 0,84 | 1,02 | 113 | 63,6 | 63.5 |
| -31 | 130 | 70 | 95 | 1 | 1,04 | 130 | 70 | 51 |
Используя данные таблицы 5, построим отопительно-бытовой, а также повышенный графики температур сетевой воды.
Рис.5 Отопительно - бытовой ( ) и повышенный (----) графики температур сетевой воды для открытой системы теплоснабжения
Гидравлический расчет магистральных теплопроводов двухтрубной водяной тепловой сети закрытой системы теплоснабжения .
Расчетная схема теплосети от источника теплоты (ИТ) до кварталов города (КВ) приведена на рис.6. Для компенсации температурных деформаций предусмотреть сальниковые компенсаторы. Удельные потери давления по главной магистрали принять в размере 30-80 Па/м.
 |
Рис.6. Расчетная схема магистральной тепловой сети.
Решение. Расчет выполним для подающего трубопровода. Примем за главную магистраль наиболее протяженную и загруженную ветвь теплосети от ИТ до КВ 4 (участки 1,2,3) и приступим к ее расчету. По таблицам гидравлического расчета, приведенным в литературе , а также в приложении №12 учебного пособия, на основании известных расходов теплоносителя, ориентируясь на удельные потери давления R в пределах от 30 до 80 Па/м, определим для участков 1, 2, 3 диаметры трубопроводов d н xS , мм, фактические удельные потери давления R , Па/м, скорости воды V , м/с.
По известным диаметрам на участках главной магистрали определим сумму коэффициентов местных сопротивлений Sx и их эквивалентные длины L э. Так, на участке 1 имеется головная задвижка (x = 0,5), тройник на проход при разделении потока (x = 1,0), Количество сальниковых компенсаторов (x = 0,3) на участке определим в зависимости от длины участка L и максимального допустимого расстояния между неподвижными опорами l . Согласно приложению №17 учебного пособия для D у = 600 мм это расстояние составляет 160 метров. Следовательно, на участке 1 длиной 400 м следует предусмотреть три сальниковых компенсатора. Сумма коэффициентов местных сопротивлений Sx на данном участке составит
Sx = 0,5+1,0 + 3 × 0,3 = 2,4
По приложению №14 учебного пособия (при К э = 0,0005м) эквивалентная длина l э для x = 1,0 равна 32,9 м. Эквивалентная длина участка L э составит
L э = l э × Sx = 32,9 ×2,4 = 79 м
L п =L + L э = 400 + 79 = 479 м
Затем определим потери давления DP на участке 1
DP = R × L п = 42 × 479 = 20118 Па
Аналогично выполним гидравлический расчет участков 2 и 3 главной магистрали (см. табл. 6 и табл.7).
Далее приступаем к расчету ответвлений. По принципу увязки потери давления DP от точки деления потоков до концевых точек (КВ) для различных ветвей системы должны быть равны между собой. Поэтому при гидравлическом расчете ответвлений необходимо стремиться к выполнению следующих условий:
DP 4+5 = DP 2+3 ; DP 6 = DP 5 ; DP 7 = DP 3
Исходя из этих условий, найдем ориентировочные удельные потери давления для ответвлений. Так, для ответвления с участками 4 и 5 получим
Коэффициент a , учитывающий долю потерь давления на местные сопротивления, определим по формуле
тогда 
Па/м
Ориентируясь на R = 69 Па/м определим по таблицам гидравлического расчета диаметры трубопроводов, удельные потери давления R , скорости V , потери давления DР на участках 4 и 5. Аналогично выполним расчет ответвлений 6 и 7, определив предварительно для них ориентировочные значения R .
Па/м
Па/м
Таблица 6 - Расчет эквивалентных длин местных сопротивлений
| № участка | dн х S, мм | L, м | Вид местного сопротивления | x | Кол-во | åx | l э,м | Lэ,м |
| 1 | 630x10 | 400 | 1. задвижка 2. сальниковый компенсатор | 0.5 0.3 1.0 | 1 3 1 | 2,4 | 32,9 | 79 |
| 2 | 480x10 | 750 | 1. внезапное сужение 2. сальниковый компенсатор 3. тройник на проход при разделении потока | 0.5 0.3 1.0 | 1 6 1 | 3,3 | 23,4 | 77 |
| 3 | 426x10 | 600 | 1. внезапное сужение 2. сальниковый компенсатор 3. задвижка | 0.5 0.3 0.5 | 1 4 1 | 2,2 | 20,2 | 44,4 |
| 4 | 426x10 | 500 | 1.тройник на ответвление 2. задвижка 3. сальниковый компенсатор 4. тройник на проход | 1.5 0.5 0.3 1.0 | 1 1 4 1 | 4.2 | 20.2 | 85 |
| 5 | 325x8 | 400 | 1. сальниковый компенсатор 2. задвижка | 0.3 0.5 | 4 1 | 1.7 | 14 | 24 |
| 6 | 325x8 | 300 | 1. тройник на ответвление 2. сальниковый компенсатор 3. задвижка | 1.5 0.5 0.5 | 1 2 2 | 3.5 | 14 | 49 |
| 7 | 325x8 | 200 | 1.тройник на ответвление при разделении потока 2.задвижка 3.сальниковый компенсатор | 1.5 0.5 0.3 | 1 2 2 | 3.1 | 14 | 44 |
Таблица 7 - Гидравлический расчет магистральных трубопроводов
| № участка | G, т/ч | Длина, м | dнхs, мм | V, м/с | R, Па/м | DP, Па | åDP, Па | ||
| L | Lэ | Lп | |||||||
| 1 2 3 | 1700 950 500 | 400 750 600 | 79 77 44 | 479 827 644 | 630x10 480x10 426x10 | 1.65 1.6 1.35 | 42 55 45 | 20118 45485 28980 | 94583 74465 28980 |
| 4 5 | 750 350 | 500 400 | 85 24 | 585 424 | 426x10 325x8 | 1.68 1.35 | 70 64 | 40950 27136 | 68086 27136 |
| 6 | 400 | 300 | 49 | 349 | 325x8 | 1.55 | 83 | 28967 | 28967 |
| 7 | 450 | 200 | 44 | 244 | 325x8 | 1.75 | 105 | 25620 | 25620 |
Определим невязку потерь давления на ответвлениях. Невязка на ответвлении с участками 4 и 5 составит:
Невязка на ответвлении 6 составит:
Невязка на ответвлении 7 составит.
Существуют определенные закономерности, по которым меняется температура теплоносителя в центральном отоплении. Для того, чтобы адекватно прослеживать эти колебания, существуют специальные графики.
Причины температурных изменений
Для начала важно понять несколько моментов:
- Когда изменяются погодные условия, это автоматически влечет за собой изменение теплопотерь. При наступлении холодов для поддержания в жилище оптимального микроклимата тратится на порядок больше тепловой энергии, чем в теплый период. При этом уровень расходуемого тепла рассчитывается не точной температурой уличного воздуха: для этого используется т.н. «дельта» разницы между улицей и внутренними помещениями. К примеру, +25 градусов в квартире и -20 за ее стенами повлекут за собой точно такие же затраты тепла, как при +18 и -27 соответственно.
- Постоянство теплового потока от батарей отопления обеспечивается стабильной температурой теплоносителя. При снижении температуры в помещении будет наблюдаться некоторый подъем температуры радиаторов: этому способствует увеличение дельты между теплоносителем и воздухом в помещении. В любом случае, это не сможет адекватно компенсировать возрастание тепловых потерь посредством через стены. Объясняется это установкой ограничений для нижней границы температуры в жилище действующим СНиПом на уровне +18-22 градусов.
Логичнее всего решить возникшую проблему увеличения потерь повышением температуры теплоносителя. Важно, чтобы ее возрастание происходило параллельно снижению температуры воздуха за окном: чем там холоднее, тем большие потери тепла нуждаются в восполнении. Для облегчения ориентации в этом вопросе на каком-то этапе было решено создать специальные таблицы согласования обоих значений. Исходя из этого, можно сказать, что под температурным графиком системы отопления подразумевается выведение зависимости уровня нагрева воды в подающем и обратном трубопроводе по отношению к температурному режиму на улице.
Особенности температурного графика
Вышеупомянутые графики встречаются в двух разновидностях:
- Для сетей теплоподачи.
- Для системы отопления внутри дома.
Для понимания того, чем отличаются оба этих понятия, желательно для начала разобраться в особенностях работы централизованного отопления.
Связка между ТЭЦ и тепловыми сетями
Назначением этой комбинации является сообщение теплоносителю должного уровня нагрева, с последующей транспортировкой его к месту потребления. Теплотрассы обычно имеют длину в несколько десятков километров, при общей площади поверхности в десятки тысяч квадратных метров. Хотя магистральные сети и подвергаются тщательной теплоизоляции, без теплопотерь обойтись невозможно.
По ходу движения между ТЭЦ (или котельной) и жилыми помещениями наблюдается некоторое остывание технической воды. Сам по себе напрашивается вывод: чтобы донести до потребителя приемлемый уровень нагрева теплоносителя, его необходимо подавать внутрь теплотрассы из ТЭЦ в максимально нагретом состоянии. Повешение температуры ограничено точкой кипения. Ее можно сместить в сторону повышения температуры, если увеличивать давление в трубах.
Стандартный показатель давления в подающей трубы теплотрассы находится в пределах 7-8 атм. Данный уровень, несмотря на потери напора по ходу транспортировки теплоносителя, дает возможность обеспечить эффективную работу отопительной системы в зданиях высотой до 16 этажей. При этом дополнительные насосы обычно не нужны.
Очень важно то, что такое давление не создает опасности для системы в целом: трассы, стояки, подводки, смесительные шланги и другие узлы сохраняют свою работоспособность длительное время. Учитывая определенный запас для верхнего предела температуры подачи, его значение берется, как +150 градусов. Пролегание самых стандартных температурных графиков подачи теплоносителя в систему отопления проходит в промежутке между 150/70 - 105/70 (температуры подающей и обратной трассы).
Особенности подачи теплоносителя в систему отопления
Домовая система отопления характеризуется наличием ряда дополнительных ограничений:
- Значение наибольшего нагрева теплоносителя в контуре ограничено показателем +95 градусов для двухтрубной системы и +105 для однотрубной системы отопления. Следует заметить, что дошкольные воспитательные учреждения характеризуются наличием более строгих ограничений: там температура батарей не должна подниматься выше +37 градусов. Чтобы компенсировать такое уменьшение температуры подачи, приходится наращивать число радиаторных секций. Внутренние помещения детских садов, расположенных в регионах с особо суровыми климатическими условиями, буквально напичканы батареями.
- Желательно добиться минимальной температурной дельты графика подачи отопления между подающим и обратным трубопроводами: в противном случае степень нагрева радиаторных секций в здании будет иметь большую разницу. Для этого теплоноситель внутри системы должен двигаться максимально быстро. Однако тут есть своя опасность: из-за высокой скорости циркуляции воды внутри отопительного контура ее температура на выходе обратно в трассу будет излишне высокой. В итоге это может привести к серьезным нарушениям в работе ТЭЦ.
Для преодоления возникшей проблемы каждый дом оснащается одним или несколькими элеваторными модулями. Благодаря им поток воды из подающего трубопровода разбавляется порцией из обратки. Используя эту смесь, можно добиться быстрой циркуляции значительных объемов теплоносителя, не подвергая при этом опасности излишнего нагрева обратный трубопровод магистрали. Система отопления внутри жилищ задается отдельным температурным графиком отопления, где учитывается наличие элеватора. Двухтрубные контуры обслуживаются отопительным температурным графиком 95-70, однотрубные - 105-70 (такие схемы почти не встречаются в многоэтажных зданиях). Читайте также: «Какая температура должна быть в батареях центрального отопления – нормы и стандарты».
Влияние климатических зон на температуру наружного воздуха
Главным фактором, напрямую влияющим на составление температурного графика на отопительный сезон, выступает расчетная зимняя температура. По ходу составления стараются добиться того, чтобы наибольшие значения (95/70 и 105/70) при максимальных морозах гарантировали нужную СНиП температуру. Температура наружного воздуха для расчета отопления берется из специальной таблицы климатических зон.
В данной ситуации Вам необходимо требовать перерасчета у ресурсоснабжающей организации (далее - РСО). При наличии общедомового прибора учета, плата за отопление зависит от объема полученного многоквартирным домом теплоносителя.
Чтобы воздействовать на РСО, вам необходимо с участием представителя РСО составить двухсторонний акт сверки соответствия температуры теплоносителя температурному графику. Также Вы вправе направить претензию РСО в связи с ненадлежащим исполнением договорных обязательств в части завышения температуры.
В соответствии со ст. 15 Федерального закона от 27.07.2010 N 190-ФЗ «О теплоснабжении» потребители тепловой энергии приобретают тепловую энергию и теплоноситель у теплоснабжающей организации по договору теплоснабжения. Также согласно п. 1.1. «Методических рекомендаций по регулированию отношений между РСО и потребителями» (Методические рекомендации Минэнерго России от 19.01.2002г.) получение тепловой энергии осуществляется на основании договора теплоснабжения, заключаемого между РСО и абонентом.
Одним из существенных условий договора теплоснабжения является показатель качества тепловой энергии (по тепловой энергии, отпускаемой с сетевой водой), обеспечиваемый РСО - это температура сетевой воды в подающем трубопроводе в соответствии с температурным графиком, минимальный перепад давлений между подающим и обратным трубопроводом и предельное значение давления в обратном трубопроводе на границе эксплуатационной ответственности (п. 1.5 гл. 1 Отопление «Методические рекомендации по регулированию отношений между РСО и потребителями» Минэнерго России от 19.01.2002г.).
Ресурсоснабжающая организация обязана, поддерживать температуру сетевой воды, в подающем трубопроводе на границе эксплуатационной ответственности в соответствии с приложенным к договорутемпературным графиком.
В периоды снижения температуры наружного воздуха ниже расчетных значений, принятых для проектирования систем отопления, температура сетевой воды должна поддерживаться на уровне ее значения для расчетной температуры наружного воздуха.
Конкретный график зависит от климата, оборудования котельной и технико-экономических показателей.
В силу п. 6.32 МДК 4-02.2001 «Типовой инструкции по технической эксплуатации тепловых сетей систем коммунального теплоснабжения» (Приказ Госстроя России от 13.12.2000 N 285) температура воды в подающей линии водяной сети в соответствии с утвержденным для системы теплоснабжения температурным графиком должна быть задана по усредненной температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 18-24 ч, определяемой диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов.
Согласно п. 9.2.1. Приказа Минэнерго России от 24.03.2003 N 115 «Об утверждении Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок», отклонение среднесуточной температуры воды, поступившей в системы отопления должно быть в пределах 3% от установленного температурного графика.
Среднесуточная температура обратной сетевой воды не должна превышать заданную температурным графиком температуру более чем на 5%.
Чем ниже температура наружного воздуха, тем выше температура в подающем трубопроводе.
Соответственно температура обратного трубопровода также изменяется по этой зависимости.
И все системы, потребляющие тепло, проектируются с учетом этих требований.
Температурный график определяет режим работы тепловых сетей, обеспечивая центральное регулирование отпуска тепла.
По данным температурного графика определяется температура подающей и обратной воды в тепловых сетях, а также в абонентском вводе в зависимости от температуры наружного воздуха.
Температурный график регулирования тепловой нагрузки разрабатывается из условий суточной подачи тепловой энергии на отопление, обеспечивающей потребность зданий в тепловой энергии в зависимости от температуры наружного воздуха, чтобы обеспечить температуру в помещениях, постоянной на уровне не менее 18 градусов.
Температурный график регулирования тепловой нагрузки утверждается теплоснабжающей организацией (п. 2.3.2 МДК 4-03.2001).
Согласно ст. 539 Гражданского кодекса РФ по договору энергоснабжения РСО обязуется подавать абоненту (потребителю) через присоединенную сеть энергию, а абонент обязуется оплачивать принятую энергию, а также соблюдать предусмотренный договором режим ее потребления, обеспечивать безопасность эксплуатации находящихся в его ведении энергетических сетей и исправность используемых им приборов и оборудования, связанных с потреблением энергии.
В соответствии со ст. 542 Гражданского кодекса РФ, качество подаваемой энергии должно соответствовать требованиям, установленным в соответствии с законодательством Российской Федерации, в том числе с обязательными правилами, или предусмотренным договором энергоснабжения.
В случае нарушения РСО, предъявляемых к качеству энергии, абонент вправе отказаться от оплаты такой энергии.
Исходя из положений ч. 2 ст. 542 Гражданского кодекса РФ, для реализации права на отказ от оплаты энергии, установленного указанной нормой, абонент должен доказать факт нарушения РСО требований, предъявляемых к качеству ресурса.
В п. 2 ст. 2 Федерального закона от 27.07.2010 N 190-ФЗ «О теплоснабжении» дано понятие качества теплоснабжения, под которым понимается совокупность установленных нормативными правовыми актами Российской Федерации и (или) договором теплоснабжения характеристик теплоснабжения, в том числе термодинамических параметров теплоносителя.
Полученные результаты сносятся в единую таблицу, для последующего построения кривой:
Итак, мы получили три различные схемы, которые можно взять за основу. Диаграмму правильней будет рассчитывать индивидуально на каждую систему. Здесь мы рассмотрели рекомендованные значения, без учёта климатических особенностей региона и характеристик здания.
Чтобы уменьшить расход электроэнергии, достаточно выбрать низкотемпературный порядок в 70 градусов и будет обеспечиваться равномерное распределение тепла по отопительному контуру. Котёл следует брать с запасом мощности, чтобы нагрузка системы не влияла на качественную работу агрегата.
Регулировка
Автоматический контроль обеспечивается регулятором отопления.
В него входят следующие детали:
- Вычислительная и согласующая панель.
- Исполнительное устройство на отрезке подачи воды.
- Исполнительное устройство , выполняющее функцию подмеса жидкости из возвращённой жидкости (обратки).
- Повышающий насос и датчик на линии подачи воды.
- Три датчика (на обратке, на улице, внутри здания). В помещении их может быть несколько.
Регулятором прикрывается подача жидкости, тем самым, увеличивается значение между обраткой и подачей до величины, предусмотренной датчиками.
Для увеличения подачи присутствует повышающий насос, и соответствующая команда от регулятора. Входящий поток регулируется «холодным перепуском». То есть происходит понижение температуры. На подачу отправляется некоторая часть жидкости, поциркулировавшая по контуру.
Датчиками снимается информация и передаётся на управляющие блоки, в результате чего, происходит перераспределение потоков, которые обеспечивают жёсткую температурную схему системы отопления.
Иногда, применяют вычислительное устройство, где совмещены регуляторы ГВС и отопления.
Регулятор на горячую воду имеет более простую схему управления. Датчик на горячем водоснабжении производит регулировку прохождения воды со стабильной величиной 50°C.
Плюсы регулятора:
- Жёстко выдерживается температурная схема.
- Исключение перегрева жидкости.
- Экономичность топлива и энергии.
- Потребитель, независимо от расстояния, равноценно получает тепло.
Таблица с температурным графиком
Режим работы котлов зависит от погоды окружающей среды.
Если брать различные объекты, например, заводское помещение, многоэтажный и частный дом, все будут иметь индивидуальную тепловую диаграмму.
В таблице мы покажем температурную схему зависимости жилых домов от наружного воздуха:
| Температура наружного воздуха | Температура сетевой воды в подающем трубопроводе | Температура сетевой воды в обратном трубопроводе |
| +10 | 70 | 55 |
| +9 | 70 | 54 |
| +8 | 70 | 53 |
| +7 | 70 | 52 |
| +6 | 70 | 51 |
| +5 | 70 | 50 |
| +4 | 70 | 49 |
| +3 | 70 | 48 |
| +2 | 70 | 47 |
| +1 | 70 | 46 |
| 70 | 45 | |
| -1 | 72 | 46 |
| -2 | 74 | 47 |
| -3 | 76 | 48 |
| -4 | 79 | 49 |
| -5 | 81 | 50 |
| -6 | 84 | 51 |
| -7 | 86 | 52 |
| -8 | 89 | 53 |
| -9 | 91 | 54 |
| -10 | 93 | 55 |
| -11 | 96 | 56 |
| -12 | 98 | 57 |
| -13 | 100 | 58 |
| -14 | 103 | 59 |
| -15 | 105 | 60 |
| -16 | 107 | 61 |
| -17 | 110 | 62 |
| -18 | 112 | 63 |
| -19 | 114 | 64 |
| -20 | 116 | 65 |
| -21 | 119 | 66 |
| -22 | 121 | 66 |
| -23 | 123 | 67 |
| -24 | 126 | 68 |
| -25 | 128 | 69 |
| -26 | 130 | 70 |
Существуют определённы нормы, которые должны быть соблюдены в создании проектов на тепловые сети и транспортировку горячей воды потребителю, где подача водяного пара должна осуществляться в 400°C, при давлении 6,3 Бар. Подачу тепла от источника рекомендуется выпускать потребителю с величинами 90/70 °C или 115/70 °C.
Нормативные требования следует выполнять на соблюдение утверждённой документации с обязательным согласованием с Минстроем страны.
Параметры теплового режима при вводе в МКД
Вопрос:
Каковы параметры теплового режима при вводе в МКД?
Ответ:
Температура сетевой воды в подающих трубопроводах должны соответствовать с заданным графиком, согласно Правилам технической эксплуатации тепловых энергоустановок, утвержденных Приказом Министерства энергетики РФ от 24.03.2003 г. N 115 (далее - Правила N 115).
Графики зависимости температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводе называются температурным графиком системы теплоснабжения.
Температурный график теплоисточника - это кривая, которая определяет, какая должна быть температура теплоносителя при фактической температуре наружного воздуха
В соответствии с п. 6.2.58 Правил N 115, при наличии нагрузки горячего водоснабжения минимальная температура воды в подающем трубопроводе сети предусматривается для закрытых систем теплоснабжения не ниже 70 град. С; для открытых систем теплоснабжения горячего водоснабжения не ниже 60 град. С.
Согласно п. 6.2.59 Правил N 115, температура воды в подающей линии водяной тепловой сети в соответствии с утвержденным для системы теплоснабжения графиком задается по усредненной температуре наружного воздуха за промежуток времени в пределах 12 - 24 ч, определяемый диспетчером тепловой сети в зависимости от длины сетей, климатических условий и других факторов. При этом отклонения от заданного режима температуры воды, поступающей в тепловую сеть, на источнике теплоты предусматриваются не более +/- 3%;
В силу п. 9.2.1 Правил N 115 отклонение среднесуточной температуры воды, поступившей в системы отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения, должно быть в пределах 3% от установленного температурного графика. Среднесуточная температура обратной сетевой воды не должна превышать заданную температурным графиком температуру более чем на 5%.
Давление и температура теплоносителя, подаваемого на тепло потребляющие энергоустановки, должны соответствовать значениям, установленным технологическим режимом (п.4 Правил N 115).
В соответствии с п. 107 Правил о коммерческом учете тепловой энергии, теплоносителя, утвержденныхПостановлением Правительства РФ от 18.11.2013 N 1034 (далее Правила N 1034) контролю качества теплоснабжения подлежат следующие параметры, характеризующие тепловой и гидравлический режим системы теплоснабжения теплоснабжающих и тепло сетевых организаций:
Температурный график представляет собой зависимость степени нагрева воды в системе от температуры холодного наружного воздуха. После необходимых вычислений результат представляют в виде двух чисел. Первое означает температуру воды на входе в систему теплоснабжения, а вторая на выходе.
Например, запись 90-70ᵒС означает, что при заданных климатических условиях для отопления определенного здания понадобится, чтобы на входе в трубы теплоноситель имел температуру 90ᵒС, а на выходе 70ᵒС.
Все значения представляются для температуры воздуха снаружи по наиболее холодной пятидневке. Данная расчетная температура принимается по СП «Тепловая защита зданий». Внутренняя температура для жилых помещений по нормам принимается 20ᵒС. График обеспечит правильную подачу теплоносителя в трубы отопления. Это позволит избежать переохлаждения помещений и нерационального расхода ресурсов.
Необходимость выполнения построений и расчетов
Температурный график необходимо разрабатывать для каждого населенного пункта. Он позволяет обеспечиться наиболее грамотную работу системы отопления, а именно:
- Привести в соответствие тепловые потери во время подачи горячей воды в дома со среднесуточной температурой наружного воздуха.
- Предотвратить недостаточный нагрев помещений.
- Обязать тепловые станции поставлять потребителям услуги, соответствующие технологическим условиям.
Такие вычисления необходимы, как для крупных отопительных станций, так и для котельных в небольших населенных пунктах. В этом случае результат расчетов и построений будет называться график котельной.
Способы регулирования температуры в системе отопления
По завершении расчетов необходимо добиться вычисленной степени нагрева теплоносителя. Достигнуть ее можно несколькими способами:
- количественным;
- качественным;
- временным.
В первом случае изменяют расход воды, поступающей в отопительную сеть, во втором регулируют степень нагрева теплоносителя. Временный вариант предполагает дискретную подачу горячей жидкости в тепловую сеть.
Для центральной системы теплоснабжения наиболее характерен качественный, способ при этом объем воды, поступающий в отопительный контур, остается неизменным.
Виды графиков
В зависимости от назначения тепловой сети способы выполнения отличаются. Первый вариант - нормальный график отопления. Он представляет собой построения для сетей, работающих только на отопление помещений и регулируемых централизованно.
Повышенный график рассчитывается для тепловых сетей, обеспечивающих отопление и снабжение горячей водой. Он строится для закрытых систем и показывает суммарную нагрузку на систему подачи горячей воды.
Скорректированный график также предназначен для сетей, работающих и на отопление, и на нагрев. Здесь учитываются тепловые потери при прохождении теплоносителя по трубам до потребителя.
Составление температурного графика
Построенная прямая линия зависит от следующих значений:
- нормируемая температура воздуха в помещении;
- температура наружного воздуха;
- степень нагрева теплоносителя при поступлении в систему отопления;
- степень нагрева теплоносителя на выходе из сетей здания;
- степень теплоотдачи отопительных приборов;
- теплопроводность наружных стен и общие тепловые потери здания.
Чтобы выполнить грамотный расчет, необходимо вычислить разницу между температурами воды в прямой и обратной трубе Δt. Чем выше значение в прямой трубе, тем лучше теплоотдача системы отопления и выше температура внутри помещений.
Чтобы рационально и экономно расходовать теплоноситель, необходимо добиться минимально возможного значения Δt. Это можно обеспечить, например, проведением работ по дополнительному утеплению наружных конструкций дома (стен, покрытий, перекрытий над холодным подвалом или техническим подпольем).
Расчет режима отопления
В первую очередь необходимо получить все исходные данные. Нормативные значения температур наружного и внутреннего воздуха принимаются по СП «Тепловая защита зданий». Для нахождения мощности отопительных приборов и тепловых потерь потребуется воспользоваться следующими формулами.
Тепловые потери здания
Исходными данными в этом случае станут:
- толщина наружных стен;
- теплопроводность материала, из которого изготовлены ограждающие конструкции (в большинстве случаев указывается производителем, обозначается буквой λ);
- площадь поверхности наружной стены;
- климатический район строительства.
В первую очередь находят фактическое сопротивление стены теплопередаче. В упрощенном варианте можно его найти как частное толщины стены и ее теплопроводности. Если наружная конструкция состоит из нескольких слоев, по отдельности находят сопротивление каждого из них и складывают полученные значения.
Тепловые потери стен рассчитываются по формуле:
Q = F*(1/R 0)*(t внутр. воздуха -t наружн. воздуха)
Здесь Q – это тепловые потери в килокалориях, а F – площадь поверхности наружных стен. Для более точного значения необходимо учесть площадь остекления и его коэффициент теплопередачи.
Расчет поверхностной мощности батарей
Удельная (поверхностная) мощность вычисляется как частное максимальной мощности прибора в Вт и площади поверхности теплоотдачи. Формула выглядит следующим образом:
Р уд = Р max /F акт
Расчет температуры теплоносителя
На основе полученных значений подбирается температурный режим отопления и строится прямая теплоотдачи. По одной оси наносятся значения степени нагрева подаваемой в систему отопления воды, а по другой температура наружного воздуха. Все величины принимаются в градусах Цельсия. Результаты расчета сводятся в таблицу, в которой указаны узловые точки трубопровода.
Проводить вычисления по методике достаточно сложно. Для выполнения грамотного расчета лучше всего воспользоваться специальными программами.
Для каждого здания такой расчет выполняется в индивидуальном порядке управляющей компанией. Для примерного определения воды на входе в систему можно воспользоваться существующими таблицами.
- Для крупных поставщиков тепловой энергии используют параметры теплоносителя 150-70ᵒС, 130-70ᵒС, 115-70ᵒС.
- Для небольших систем на несколько многоквартирных домов применяются параметры 90-70ᵒС (до 10 этажей), 105-70ᵒС (свыше 10 этажей). Может также быть принят график 80-60ᵒС.
- При обустройстве автономной системы отопления для индивидуального дома достаточно контроля над степенью нагрева с помощью датчиков, график можно не строить.
Выполненные мероприятия позволяют определять параметры теплоносителя в системе в определенный момент времени. Анализируя совпадение параметров с графиком можно проверять эффективность отопительной системы. В таблице температурного графика указывается также степень нагрузки на систему отопления.