Критерии качества теплопотребления объекта и эффективности применения автоматического регулирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Виноградов А.Н.

КРИТЕРИИ КАЧЕСТВА ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ ОБЪЕКТА И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

Рассмотрим объект (административное здание федерального казначейства, управление по Приморскому краю, г. Владивосток), в тепловом узле которого для регулирования теплопотребления установлен регулятор температуры ЕСЬ 100М. Регулирование осуществляется путем изменения коэффициента смешения при помощи клапана с электроприводом, установленного на подающем трубопроводе. Принципиальная схема установки регулирующего и измерительного оборудования приведена на рис. 1.

Рис. 1 - Объект исследования

В данной схеме регулятор температуры выдерживает температуру в подающем трубопроводе после узла смешения Ьсм в соответствии с установленным (при настройке регулятора) графиком зависимости Ьсм от температуры наружного воздуха tнв.

Для последующего анализа взята достаточно короткая выборка данных архива тепловычислителя Ми1^са1 НЮТ с 4.03.04г. по 18.03.04г., поскольку остальные результаты измерений малопригодны для анализа (по крайней мере, без существенной фильтрации, реализация которой весьма затруднительна).

На рис.2 приведен график тенденции зависимости потребленной тепловой энергии О от изменения температуры наружного воздуха ^в. Из рисунка видно, что при повышении температуры наружного воздуха 1Ив на 10°С потребление тепловой энергии линейно снижалось в среднем на 0,047 Гкал/час (или на 26% относительно среднего потребления 0,18 Гкал/час). При этом коэффициент корреляции между О и tнв достигает 89,3 %!

■16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4

Температура наружного воздуха, X

Рис. 2 - Зависимость количества потребляемой теплоты от температуры наружного воздуха

Взяв за основу зависимость

(1) О (Гкал)=0,153 - 0,0047 ЬНв,

отраженную на рис.2, представим ее же, но выраженную в процентах, где за 100% принято количество тепловой энергии, потребляемой объектом при tHв= -24°С (фактическая максимальная тепловая нагрузка Омакс Факт при минимальной среднесуточной температуре наружного воздуха для г. Владивостока tHв= -24°С).

Из выражения (1) следует:

Омакс. факт. (Гкал)=0,153 - 0,0047* (-24)=0,266Гкал

Приняв за 100% величину 0,266, получим:

(2) Оф (%)=57,59 - 1, 77

Сравним полученную зависимость (2) с нормативной зависимостью потребляемой тепловой энергией от температуры наружного воздуха:

(3) (Гкал) Омакс. расч. (^вн ^нв .) /( ^-вн ^нв мин ),

где Омакс. расч.- максимальная расчетная тепловая нагрузка объекта, 1вн - нормативная температура воздуха внутри помещения. С учетом того, что для г. Владивостока 1вн = 18°С и 1нв = -24°С, имеем:

Он (Гкал)= Омакс. расч. (18 - 1нв) / 42= Омакс. расч ( 0,42 - 0,024 1нв)

или в процентах:

(5) Он (%)=42 - 2,4 1нв

Процентные зависимости (2) и (5) полезны, когда неизвестна расчетная максимальная тепловая нагрузка объекта или ее значение вызывает серьезные сомнения. В этих случаях сопоставление зависимостей, выраженных в единицах измерения теплоты, представляется нелогичным. Однако естественно при этом использование выражений (2) и (5).

Следует отметить, что зависимости (4) и (5) являются нормативными зависимостями для любого объекта -потребителя тепловой энергии г. Владивостока. Сравнение выражений фактической (2) и нормативной (5) зависимостей для рассматриваемого объекта свидетельствует о том, что с понижением температуры наружного воздуха реальное теплопотребление растет несколько медленнее (1,77% на 1°С), чем предусмотрено графиком регулирования (2,4% на 1°С).

Учитывая качественный способ регулирования теплопотребления (за счет температуры теплоносителя при постоянстве его расхода), принятый для источников централизованного теплоснабжения в России, очевиден переход от выражения (5) к нормативной зависимости (выраженной в процентах) разности температур =11 -

12 от температуры наружного воздуха при отсутствии средств количественного регулирования:

(6) А1н(%) = 42 - 2,4 1нв

Для определения эффективности работы системы отопления с использованием регулятора температуры проанализируем зависимость температуры теплоносителя после узла смешения Ьсм от температуры наружного воз-

духа. Именно на ее поддержание (отраженное в отопительном графике источника) ориентирован регулятор температуры. Отметим, что в нашем случае нет результатов измерения параметра tcM. Однако его значения

можно приближенно вычислить, исходя из имеющихся измеренных среднечасовых значений ti, t2 и Ml. Для

этого вначале воспользуемся достаточно очевидным выражением для определения tcM, а именно:

(7) tcM = (Miti + Mt2) / (Mi+MJ

Далее примем во внимание, что при правильном выборе насоса и регулирующего клапана должно соблюдаться:

(8) M1+Mn = const

Очевидно, что при Мп=0 выполняется:

(9) M1 = Ммакс,

где МмаКс - максимальное значение расхода теплоносителя Mi для случая, когда весь теплоноситель, без подмеса (Мл=0), транспортируется в систему после узла смешения. По измеренным данным архива за рассматриваемый интервал времени значение Ммакс ориентировочно равно 23 т/час. Следовательно:

(10) Mi+Mn * ММакс

С учетом (10) выражение для приближенного вычисления значений искомого параметра примет вид:

(11) tcM * (Miti + M„t2)/MMZKC= (Miti + (Ммакс - Mi)t2)/MMSKc =

= (Mi(ti - t2)+ M„aKct2) / Ммакс= Mi / M макс (ti - 12) + t2

Приведем также используемые далее для анализа нормативные и фактические зависимости AtcM н и AtcM ф от

температуры наружного воздуха для отопительного графика источника 130оС - 70оС:

(12) AtcM н( оС) = -0,6tHB +i0,8

(13) AtcM ф ( оС) = -0,i8tHB +6,4

Эти же зависимости, выраженные в процентах, выглядят следующим образом:

(14) AtcM н(%) =43 - 2,4 tHB

(15) AtcM ф(%)=59,7 - i,68 tHB

Выражение нормативной зависимости (14) повторяет выражение (5), что вполне естественно, т.к. именно значение AtcM определяет количество потребляемой объектом тепловой энергии при QcM=Qi + Qn=COnst . Выражения (15) и (2) для фактических зависимостей близки друг другу, что подтверждает правильность предыдущих предположений и приближенного вычисления значений tcM.

На рис. 3 отражены также значения коэффициента эффективности теплопотребления, вычисленные по следующей формуле:

K

(1-(Л tc

A tCM ф)

A tc

н)*100%

Из рисунка видно, что эффективность теплопотребления растет с увеличением 1Ив . Это вполне объяснимо, т.к. работа регулятора эффективна именно в области высоких температур наружного воздуха.

70

60

50

а 40

6. 30 с 20 f 10 3 о -10 -20 -30

д Pi л &Дл лд ЙДЛдЭДдДА

♦ AtcM H=f(tHB) О AtcM ф AtCM 0=f(tHB)

д Кэфф.потр.

40

35

30

25

20 о

15 g

10*

5

0

-5

-10

0 -2 -4 -6 -8 -10 -12 -14 -16 -18

Температура наружного воз дуга, °С

-20 -22 -24

рис. 3 - Зависимость разности температур после узла смешения и коэффициента эффективности теплопотребления от температуры наружного воздуха

В заключение отметим, что несложный расчет (здесь не приводится) с использованием измеренных данных показывает, что экономия от применения регулятора температуры на объекте за 15 весенних дней составила 35% - вместо 91,5 Гкал. без регулятора было потреблено 59,8 Гкал с применением регулятора.

эфф потр