книги из ГПНТБ / Автоматизация регулирования подачи тепла для отопления жилых и общественных зданий (обзор)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ГРАЖДАНСКОМУ СТРОИТЕЛЬСТВУ И АРХИТЕКТУРЕ

ПРИ ГОССТРОЕ СССР

Центр научно-технической информации ио гражданскому строительству и архитектуре

Серия: Инженерное оборудование населенных мест, жилых и общественных зданий'

АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПОДАЧИ ТЕПЛА ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ

(ОБЗОР)

Ay

УДК 697.34-5 ——------

чъ 'Ш /

Обзор подготовлен Центральным научноисследовательским и проектно—эксперимен­ тальным институтом инженерного оборудо­ вания (ЦНИИЭП инженерного оборудования) и рекомендован к изданию НТС института. Протокол № 1 от 27 февраля 1974 г.

Составители инженеры О .Г .Л о о д у с и

О.Г. Чижи к

Вобзоре рассматриваются системы ав­ томатического регулирования (САР) подачи

местному регулированию, обеспечивающему поддержание комфортной температуры в по­ мещениях и экономию тепловой энергии при минимальных капитальных вложениях и экс­ плуатационных расходах. Приводятся сведе­ ния о новых разработках САР, выполненных ведущими научно-исследовательскими и про­ ектно-конструкторскими институтами стра­ ны, о зарубежных разработках, получивших наибольшее распространение.

В обзоре даны выводы и рекомендации по обозреваемой проблеме.

С ) ЦНТИ по гражданскому строительству и архитектуре, 1974 г

Создание комфортных климатических условий в квартирах жилых домов и помещениях общественных зданий - одна из важ­ ных задач повышения жизненного уровня населения.

Строительными нормами и правилами установлены климати­ ческие нормативы, которые должны быть обеспечены в помеще­ ниях жилых зданий при их проектировании, строительстве и экс­ плуатации. Так, СНиП П-Г.7-62 регламентирует температуру воздуха в помещениях жилых зданий 292-294 К (19—21°С) при влагосодержании 8,2 х 10-3 - 6,Зх1(Г 3 кг /кг и подвижности 0,15 М/сек, Этими же нормами ограничивается минимальная температура воздуха 291 К (18°С ), Соблюдение установленных нормативов следует обеспечивать при минимальных материаль­ ных и трудовых затратах.

В нашей стране на отопление жилых общественных и про­ мышленных зданий расходуется ежегодно около 0,25 млрд, т топлива, т.е. 15% всех потребляемых видов топливно-энергети­ ческих ресурсов. Экономия 1% этих ресурсов сбережет около 300 млн, руб. годовых эксплуатационных заярат и 1,5 млрд, руб, капитальных вложений. При этом потери тепловой энергии на всем пути от генерирования до потребления весьма велики, а используется она не всегда рационально. Поэтому экономия теп­ ловой энергии и топлива, расходуемых на отопление жилых и об­ щественных зданий, приобретает большое значение,

В решениях директивных органов по вопросам экономии энер­ гии и рационального использования энергетических ресурсов на­ мечен ряд мероприятий, направленных на совершенствование си­ стем отопления.

Поддержание комфортных условий и одновременно получение наибольшей экономии тепловой энергии достигается в первую

3

очередь автоматизацией регулирования подачи теплоносителя в системы центрального отопления. При этом величина экономии, достигаемой за счет автоматического регулирования, указывает мая Сафоновым А.Д ., Пукемой Н.М., Туркиным В.П . и Бла­ гих В. Т „ колеблется от 9 до 27%.

Это'значительное колебание объясняется условиями эксплуа­ тации систем отопления, различием технологических схем, спо­ собов автоматизации и т.п„ Однако на основании расчетов, вы­ полненных вышеуказанными авторами, можно утверждать, что автоматизация регулирования подачи тепла на отопление может обеспечить в среднем по стране не менее 10% экономии тепло­ вой энергии при значительном улучшении гигиенических показа­ телей микроклимата в помещениях, что в свою очередь позволит получить дополнительный экономический эффект.

Программное регулирование отпуска тепла также может обес­ печить дополнительную его экономию за год в далом 6-7%, а для общественных зданий - не менее 10-12%.

Следует отметить, что рациональный выбор схем и техничес­ ких средств автоматизации затруднен большим разнообразием технологических схем теплоснабжения и центрального отопления.

Так, наряду со сторонниками независимого присоединения по­ требителей к тепловым сетям и устройства глубоких вводов се­ тей с высокими параметрами некоторые авторы* и специалисты проектных организаций (в частности, управления Москпроект-1) выступают инициаторами создания на теплосетях крупных ко -т- роль норегул яторных пунктов (КРП), которые заменят большое количество центральных и индивидуальных тепловых пунктов (ЦТП и ИТП).

В данном обзоре не рассматриваются вопросы построения технологических схем, но обращается внимание на необходи­ мость разработки согласованных рекомендаций по применению разнообразных схем и опредеаения рациональных областей их использования.

Наблюдается большое разнообразие в решении систем отоп­ ления.

Однотрубная система, принятая в большинстве современных "проектов, подвергается критике, а отдельные авторы (Ю.В. По­

г р о м о в Н.К. Повышение надежности и качества тепло­ снабжения потребителей от крупных ТЭЦ. В сб.: Теплоснабже­ ние жилых и общественных зданий. М., ДНТП, 1974.

4

нонович) считают, что улучшить эксплуатационные качества систем отопления можно за счет применения двухтрубных гид­ равлически устойчивых систем. Некоторые специалисты реко­ мендуют применять вместе с насосными схемами смешения эле­ ваторы с регулируемым выходным сечением сопла и даже сис­ темы с естественной циркуляцией.

Немало сторонников и у смешанной системы, имеющей в сос­ таве и насосную установку, и элеватор.

б Челябинске широкое применение нашла бифилярная система отопления, обладающая повышенной вертикальной тепловой и гид­ равлической устойчивостью.

Все эти системы имеют право на существование, и в опре­ деленных условиях каждая из них может оказаться более прием­ лемой.

Выбор технологических схем в известной степени определяет принятые решения по автоматизации, однако и сами технологи­ ческие схемы выбираются с учетом возможности автоматизации регулирования подачи теплоносителя.

Установлено, что наибольший эффект можно получить при ав­ томатизации регулирования на разных ступенях теплоснабжения, т.е. при генерировании, передаче и использовании тепловой энер­ гии, причем каждая ступень в отдельности не может обеспечить оптимальных режимов работы систем отопления.

Количество ступеней регулирования, места установки регу­ лирующих устройств выбираются в зависимости от принятой технологической схемы теплоснабжения и центрального отопле­ ния. Наибольшее распространение получило трехступенчатое ре­ гулирование: центральное - у генераторов тепла, местное - в пунктах преобразования энергоносителей, где происходит смеше­ ние потоков энергоносителей с разными параметрами и, наконец, индивидуальное - у отопительных приборов. Однако в некоторых работах рассматривается четырехступенчатое регулирование (имеется в виду установка регуляторов в ЦТП и на отдельных вводах в здания). Предлагаются также варианты двухступенча­ того регулирования при условии поддержания постоянной темпе­ ратуры теплоносителя.

Ниже рассматриваются отдельные ступени регулирования и основные принципьци технические средства для его осуществле­ ния.

Центральное регулирование производится у агрегатов, произ­ водящих и подающих теплоноситель (обычно горячую воду) в сеть, т.е. на ТЭЦ, в котельной и т.п. Оно выполняется в соот­

5

ветствии с отопительным графиком, учитывающим сезон, время суток, рабочие и праздничные дни, прогноз погоды и т.п. Техни­ ческие средства автоматизации центрального регулирования хоро­ шо известны и выпускаются серийно отечественной промышлен­ ностью, К ним относятся электронные регуляторы типов РПИК и РПИБ Московского завода тепловой автоматики, работающие в комплекте с колонками дистанционного управления типа КДУ. Большое распространение получила электрогидравлическая систе­ ма регулирования типа 'Кристалл', установленная в квартальных и других котельных. Применяются также пневматическая система автоматики типа ПМА, разработанная Мосгазпроектом, электри­ ческая система АГОК-66, разработанная АКХ им, К. Д. Памфило­ ва, и некоторые другие. На крупных ТЭЦ начали применяться электронные вычислительные и управляющие машины, которые обеспечивают оптимальные режимы работы всего оборудования станций и, в частности, центральное регулирование подачи тепло­ носителя.

Оптимальный тепловой режим в здании нельзя создать с по­ мощью только центрального регулирования и з-за ряда условий, вызывающих несоответствие параметров теплоносителя, подавае­ мого согласно отопительному графику, потребностям системы отопления. Эти условия Чистович С.А. разделил на четыре группы.

1. Несоответствие статических характеристик абонентских систем отопления режиму центрального регулирования расхода тепла.

Это вызывается неодинаковыми расчетными температурами воздуха в отапливаемых зданиях (жилые дома, школы, детские сады и ясли, больницы и др.), несоответствием поверхности нагрева радиаторов, установленных в здании, температурному режиму тепловой сети, неодинаковым охлаждением воды в тру­ бах при транспортировании теплоносителя от источников тепло­ снабжения к различным зданиям.

2. Неодинаковые динамические характеристики отапливаемых зданий, абонентских систем отопления и участков тепловой се­ ти от генераторов тепла к данному зданию (тепловая устойчи­ вость зданий, теплоемкость систем отопления, транспортные за ­ паздывания в тепловой сети и пр.)

3. Влияние возмущений, действующих между источником по­ лучения тепла в вводом в отапливаемое здание, на регулируе­ мую величину (параметры теплоносителя). К такого рода воз­ мущениям относятся работа установок горячего водоснабжения и

6

приточной вентиляции, переключения в тепловой сети и т.д.

4. Неоднородный характер теплопотребления, делающий невоз­ можным осуществление центрального регулирования по отопи­ тельному графику на всем диапазоне тепловых нагрузок.

Вследствие влияния перечисленных факторов параметры теп­ лоносителя на вводе в отапливаемое здание отклоняются от тре­ буемых по отопительному графику и фактические^и требуемые расходы теплоносителя не соответствуют друг другу.

К причинам, обусловливающим необходимость применения ме­ стного группового регулирования и на абонентских вводах, необ­ ходимо добавить, что в настоящее время наиболее распростра­ ненным является абонентский отопительный ввод с водоструй­ ным элеватором и регулятором расхода РР, обеспечивающим ре­ гулирование до нижней срезки отопительного графика.

Местное регулирование осуществляется при трансформирова­ нии параметров теплоносителя в теплообменниках, смешении теп­ лоносителей разных энергий на контрольно-распределительных, центральных и индивидуальных тепловых пунктах. Многообразие технологических схем транспортирования и преобразования теп­ лоносителя, систем распределения и ввода теплосети к потреби­ телям является одной из причин большого количества вариантов схем автоматизации и технических средств автоматики, приме­ няемых для местного регулирования.

Чем ближе к потребителю по сетям теплоснабжения и отоп­ ления осуществляется местное регулирование, чем меньше груп­ па потребителей, находящихся в одинаковых погодных условиях, подключена к одной регулируемой системе, тем более высокий комфорт создается у потребителя и тем большая получается экономия тепловой энергии. Однако при этом возрастает потреб­ ность в технических средствах автоматического регулирования, увеличиваются капитальные вложения в строительство инженер­ ных сетей и оборудование. Поэтому при проведении работ по автоматизации регулирования систем отопления и теплоснабжения следует произвести технико-экономическое сопоставление вари­ антов и сделать окончательный выбор с учетом социальных фак­ торов.

В зависимости от технологических требований с учетом эко­ номических факторов регулирование может осуществляться: пу­ тем изменения количества теплоносителя, подаваемого в нагре­ вательные приборы в единицу времени (расхода), так называе­ мое 'количественное регулирование'; изменением температуры теплоносителя при постоянном расходе - так называемое 'к а-

7

чественное регулирование"; либо применением смешанного "коли­ чественно-качественного регулирования", когда может изменять­ ся как расход, так и температура подаваемого теплоносителя.

Каждый ил рассмотренных способов имеет свои достоинства и недостатки, которые следует учитывать при проектировании. Так, при количественном регулировании трудно достичь большой глу­ бины регулирования, т.е. разницы между наибольшим и наимень­ шим потреблением тепла. Кроме того, возникает значительная разрегулировка протяженных систем - неравномерность подачи теплоносителя близлежащим потребителям и удаленным от источ­ ника тепла.

Качественное регулирование связано с дополнительными за ­ тратами электроэнергии на подачу значительного количества низкопотенциального теплоносителя.

Значительное распространение нашел смешанный способ коли­ чественно-качественного регулирования, в котором, в зависимости от тех или иных условий, преобладает та или иная (количествен­ ная или качественная) сторона регулирования.

На основании работ, выполненных лабораторией теплоснабже­ ния ИНИИЭП инженерного оборудования в 1972-1973 гг ., дока­ зана целесообразность применения способа подачи теплоносителя с постоянной температурой для теплоснабжения небольших по­ селков и сельскохозяйственных объектов от собственных цент­ рализованных источников тепла. Этот способ, предусматриваю­ щий количественное регулирование подачи теплоносителя непо­ средственно у абонентов (на квартиру или отдельный небольшой

дом), будет проходить экспериментальную проверку в 1974-1975гг.

водном из поселков Московской области.

Втеплоснабжении и отоплении в зависимости от поставлен­ ных задач и места установки датчиков используются известные

способы регулирования:

по отклонению от заданных параметров, т.е. стабилизация заданной для данных помещений температуры с помощью датчи­ ков, установленных в этих же помещениях и воздействующих на регулируемую систему;

по возмущению, т.е. с помощью датчиков, воспринимающих изменение условий, которые воздействуют на объект ( в данном случае погодных) и на температуру внутри помещений. К этим условиям относятся в первую очередь температура наружного воздуха, направление и сила ветра, солнечная радиация;

программное регулирование, когда по заданной во времени программе может изменяться непосредственно подача теплоно-

8

сител я в нагревательные приборы или степень воздействия дат­ чиков.

Имеются также работы, показывающие целесообразность объ­ единения разных принципов регулирования в одном устройстве.

Одна из наиболее рациональных схем автоматизации централь­ ного теплового пункта представлена на рис. 1, а. ЦТП оснаща­ ется смесительным насосом (СН) и двумя автоматическими ре­ гуляторами, один из которых установлен на прямом трубопрово­ де до узла смешения и регулирует температуру теплоносителя в зависимости от наружной температуры, а другой установлен по­ сле точки смешения прямой и обратной воды и предназначен для поддержания постоянного расхода теплоносителя в квартальных сетях.

Применение данной схемы исключает воздействие горячего водоснабжения на нормальную работу системы отопления, дает возможность отказаться от применения регуляторов расхода на абонентских вводах, оборудованных элеватором или насосом.

При этом коэффициент смешения этих устройств выбирается меньше, чем обычно. Это позволяет регулировать расход тепла как в меньшую, так и в большую сторону. ЦТП, оборудованные автоматизированным смесительным устройством, дают возмож­ ность обеспечения необходимых режимов регулирования для раз­ нохарактерных групп абонентов.

Отсюда следует, что применение автоматизации подачи тепло­ носителя из ЦТП исключает ряд причин, препятствующих нор­ мальной работе систем отопления, и регулирование отпуска теп­ ла в ЦТП является наиболее экономичным.

Схемы регулирующих смесительных устройств для отпуска тепла из ЦТП (см.рис. 1 ,6 ,в ), предложенные АКХ, отличаются от описанных выше главным образом установкой одного из ре­ гулирующих органов на перемычке после смесительного насоса, что делает их более экономичными. Но они менее надежны, по­ тому что вследствие закрытая регулирующего органа регулято­ ра при аварийном падении давления воды в тепловой сети пре­ кратится циркуляция воды в контуре потребителя.

Групповое регулирование отпуска тепла из ЦТП не может полностью создать комфортные условия в жилых зданиях из-за наличия возмущающих факторов, обусловленных метеорологичес­ кими условиями, в связи с чем возникает необходимость регули­ рования абонентских вводов.

При обеспечении комфортных условий в зданиях нужно учи­ тывать влияние внешних возмущаюших воздействий: ветра, сол-

9