CC BY
19
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 697.31
Н. Н. КОВАЛЬНОГОВ, А. С. РТИЩЕВА
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕП Л ОНО 1 РЕК Л Е НИЕМ ГЛАВНОГО КОРПУСА УлГТУ
Рассмотрена методика оценки эффективности использования автоматизированной системы управления теплопотреблением и представлены некоторые результаты работы этой системы в первый месяц её эксплуатации в Ульяновском государственном техническом университете (УлГТУ).
В декабре 2004 г. введена в эксплуатацию автоматизированная система управления
теплопотреблением главного корпуса УлГТУ [1]. Оценка эффективности её использования предполагает сравнение количества потреблённой объектом тепловой энергии за определённый промежуток времени при наличии такой системы и её отсутствии. Однако напрямую (путём сопоставления теплопотребления в настоящее время и в соответствующий период, предшествующий монтажу системы, например, в декабре 2003 и 2004 годов) такое сравнение провести невозможно, поскольку метеорологические условия в сравниваемые периоды были неодинаковы. Поэтому разработана адекватная методика оценки эффективности использования автоматизированной системы.
При отсутствии автоматизированной системы регул ирование теплопотребления осуществляется в элеваторных узлах, где путём смешивания в определённой (неизменной во времени) пропорции теплоносителей из подающей и обратной магистралей готовится теплоноситель, поступающий в нагревателыше приборы. Температуру смеси (теплоносителя, поступающего в нагревательные приборы) ¿3, пренебрегая
зависимостью плотности и удельной теплоёмкости теплоносителя (воды) от температуры, можно выразить следующим балансовым соотношением
ч^ш^Ф^Л В)
где % - С] /£3 - коэффициент подмешивания; £3 = + С2 - массовый расход теплоносителя через нагревательные приборы; - массовый расход теплоносителя из подающей магистрали; - массовый
расход теплоносителя из обратной магистрали.
Таким образом, при отсутствии автоматизированной системы управления в элеваторных узлах обеспечивается реализация такого постоянного во времени коэффициента подмешивания при котором для
принятого графика центрального регулирования достигается расчётная температура теплоносителя /3 на
Н. Н. Ковальногов, А. С. Ртищева, 2005
входе в нагревательный прибор (в рассматриваемых условиях Г3 = 95°С). Для графика центрального качественного регулирования 150 - 70 это значение g, определяется с помощью выражения (1)
г
g =
/3 -*2 95- 70
= 0,3125.
1\-Г2 150-70
При этом температура воздуха в помещениях в течение всего отопительного периода не должна опуститься ниже значения, регламентированного санитарными нормами. Очевидно, что в этом случае будут существовать периоды, в течение которых температура воздуха в помещениях окажется выше нормативного значения, теплопотребление окажется выше необходимого, и произойдёт перерасход тепловой энергии.
В настоящее время в условиях постоянного дефицита топлива нередко поставщик тепловой энергии не обеспечивает расчётных параметров теплоносителя в подающей магистрали. В этом случае потребители тепловой энергии вынуждены работать при максимально возможном значении коэффициента g\ равном 1, чтобы поддерживать температуру в помещениях на максимально возможном уровне, (хотя иногда и меньшем того, которое определяется санитарными нормами). Практически это означает, что теплоноситель из подающей магистрали напрямую (минуя элеваторный узел) подаётся на нагревательные приборы. Именно такая схема подачи теплоносителя имела место при отоплении главного корпуса УлГТУ до его оснащения системой автоматического регулирования.
При наличии автоматизированной системы коэффициент подмешивания g автоматически изменяется таким образом, чтобы температура теплоносителя /3 принимала значение, обеспечивающее заданную температуру внутреннего воздуха в помещениях. Таким образом, относительная экономия тепловой энергии г] в рассматриваемых условиях за промежуток времени Ат. обусловленная наличием системы автома-тического регулирования, может быть определена выражением
п =
Arfj . /3 -r3
zlr
I
0
'/r,
(2)
\
/3-г2
где г -текущее время.
Здесь /3 - значение температуры смеси, соответствующее значению коэффициента подмешивания
8=8'-
Заметим, что определяемая выражением (2) экономия отнесена к фактически потреблённой тепловой энергии при наличии автоматизированной системы. Экономия тепловой энергии т] , отнесённая к энергии, которая была бы потреблена при отсутствии автоматического регулирования, определяется соотношением
П =
1
Ат
Ат
j
о
/ -
ч
ti — t
t3-t2
(3)
На практике, как было отмечено ранее, нередко выполняется условие g, - 1, что соответствует равенству ?з = . Поскольку до оснащения главного корпуса УлГТУ системой автоматического регулирования были справедливы соотношения g' = 1; = ц , то
для оценки эффективности её использования можно применить выражения, полученные из соотношений (2), (3):
Ат '
1
1
Ат
1
п =
1
J
О
Ат j
О
\ г
u-u
(4)
(5)
Ат \ 1\ -12
Из анализа выражений (2) - (5) следует, что при несоблюдении поставщиком тепловой энергии установленных параметров теплоносителя в подающей магистрали в течение длительного промежутка времени, для поддержания заданной температуры в помещениях требуется реализация больших (вплоть до 1) значений коэффициента g и поддержание относительно высокой (вплоть до значений ^) температуры
/3, что приводит к снижению эффективности использования системы автоматического регулирования.
В условиях несоблюдения поставщиком тепловой энергии установленных параметров теплоносителя существенно повышается роль приборов учёта тепловой энергии. Степень снижения потребляемой тепловой энергии (р при неконтролируемом уменьшении
параметров теплоносителя в подающей магистрали определяется выражением
<Р =
1
Ат
Ат
i
г
h ~h
\
dz,
(6)
О \t\p~hp,
где расчётные температуры теплоносителя в подающей цр и обратной tip магистралях определяются
соотношениями [2,3]
tlp=tB+AS
/
h - tH
\
Kte-t
нО
у
0.8
+ (Ат -0,50'
h " h,
\
и 0
/
(7)
hp = t„ + At'
Здесь
/ \0.S
(,< - <„
\
/
- 0,50'
r \
-1„
\
~ '//0
/
(8)
1\рч12р ~ соответственно расчетные
температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях при температуре наружного воздуха (п ;
- температура внутреннего воздуха (в
помещении); ¿„о - расчётная температура наружного
воздуха (для г. Ульяновска ///0 = -31 °С); А? -
расчётный температурный напор нагревательного прибора; Ат' - расчётный перепад температур теплоносителя в тепловой сети; & - расчётный перепад температуры нагревательных приборах.
Величины Ат\ 0', выражениями
теплоносителя
в
At' определяются
в >
(9)
где ; /2 ~~ соответственно температура теплоносителя в подающей и обратной магистралях при расчётной температуре наружного воздуха tJ{Q;
¿3 - расчётная температура теплоносителя на входе в нагревательный прибор (в рассматриваемых условиях
Г3 = 95°С).
Температура внутреннего воздуха принимается в соответствии с [4].
Использование приборов учёта позволяет фиксировать недопоставку тепловой энергии из-за снижения параметров теплоносителя в подающей магистрали. Параметр <р представляет собой долю фактически поставленной тепловой энергии от той энергии, которая поступила бы при расчётных параметрах теплоносителя в подающей магистрали.
В стационарных условиях потребляемая системой отопления тепловая энергия рассеивается в окружающую среду через наружную поверхность здания. Поэтому теплоизоляционные свойства здания можно охарактеризовать интегральным коэффициентом теплопередачи к (Вт/(м2К)), представляющим собой рассеиваемый единицей поверхности здания тепловой поток, отнесённый к температурному напору (разности температуры внутреннего и наружного воздуха)
к=аМ*«-**)]■ по)
Здесь площадь Р поверхности главного учебного корпуса составляет примерно 17074 м2. Тепловой поток £2 (Вт) определяется теплопотреблением в единицу времени.
Приведённое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций связано с интегральным коэффициентом теплопередачи соотношением Ео=\/к.
С использованием изложенной методики выполнен анализ теплопотребления за декабрь 2004 г. Характеристики потребления и экономии тепловой энергии для главного корпуса УлГТУ приведены в табл. 1.
Таблица 1
Потребление и экономия тепловой энергии за декабрь 2004 г.
Параметр Обозначение Единица измерения Значение
Количество потреблённой тепловой.энергии <2г Гкал 459,3
Количество сэкономленной тепловой энергии 42г Гкал 188,8
Цена тепловой энергии в декабре за 1 Гкал (с учётом НДС) Ц руб. 475,54
Стоимость потреблённой тепловой энергии с тыс. руб. 218,4
Стоимость сэкономленной тепловой энергии ¿1С тыс. руб. 89,8
Процент экономии — % 41,1
Исследование показало, что фактически вместо графика 150-70 центральное регулирование осуществлялось в соответствии с графиком 80-46, а неконтролируемое уменьшение поставщиком параметров теплоносителя приводит к недопоставкам тепловой энергии в среднем за месяц примерно на 45 %. Иначе говоря, при отсутствии приборов учёта потребителю тепловой энергии пришлось бы в анализируемых условиях платить за нее в 1,8 раза большую сумму. Заметим, что наличие приборов учёта не приводит к экономии потребляемой тепловой энергии, а лишь позволяет вести правильный её учёт. Наличие же автоматизированной системы управления теплопотреблением обеспечивает, как это видно из табл. 1, реальную экономию потребляемой тепловой энергии.
Анализ результатов исследования позволяет отметить также, что для главного учебного корпуса УлГТУ имеются существенные резервы экономии тепловой энергии, поскольку приведённое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций оказалось 2-4 раза меньшим того, которое регламентируется СНиП Н-3-79 [5].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ковалъногов, Н. Н., Ртищева. А. С., Фомин. А. Н., Афонин, А. Н., Свиридов. Ю. П., Мердеев, И. М., Абрамов, В. М. Автоматизированная система управления теплопотреблением главного корпуса УлГТУ// Вестник Ульяновского государственного технического университета. - 2004. - № 4. - С. 57-61.
2. Колко, В. М., Зайцева, Н. К., Базыленко, Г. И. Теплоснабжение. - Минск: Вышэйшая школа. 1985.
3. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. -Ш Изд-во МЭИ. 2001. - 472 с.
4. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. -М., 1994.
5. СНиП Н-3-79. Строительная теплотехника. -М., 1998.
Ковалыюгов Николай Николаевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Теплоэнергетика» УлГТУ. Имеет статьи, монографии и учебные пособия в области теплофизика и теплотехники.
Ртищева Алена Сергеевна, аспирант кафедры «Теплоэнергетика» УлГТУ Имеет статьи в области т епл о г? г ехн г пс и.
