CC BY
12УДК 662.612—428.4
Зайцев О.Н.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства.
Борисенко К.И., Шмоняк В.И., Наконечный В.А.
Одесская государственная академия строительства и архитектуры.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО НАПОРА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАБОТЫ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ С АККУМУЛИРУЮЩИМ БАКОМ
Выявлено, что для эффективного использования бака аккумулятора и увеличение времени поддержания заданной температуры в помещении необходимо выполнять расчет требуемой площади нагревательных приборов для таких систем отопления не на максимальный температурный перепад, а с учетом остывания -на средний, между максимальным и минимально-допустимым в помещении. Аккумулятор, теплоноситель, система водяного отопления.
ВВЕДЕНИЕ
Наиболее простым и надежным устройством аккумулирования тепла являяется жидкостные теплоаккумуляторы, что связано с совмещением функций теплоаккумулирующего материала теплоносителя. Вследствие этого аккумуляторы такого типа особенно широко применяются для бытовых целей, в схемах различных электростанций (АЭС, АТЭЦ, солнечные и др.). В настоящее время применяются несколько основных конструктивных исполнений жидкостных ТА. Наиболее рационально используется объем теплового аккумулятора в случае применения единого корпуса, заполненного в начале процесса горячим теплоносителем.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
В процессе работы горячий теплоноситель забирается из верхней части аккумулятора, а отработанный подается в нижнюю его часть. Такой тип жидкостного аккумулятора называется вытеснительным. Вследствие разности плотностей горячей и холодной жидкостей может обеспечиваться малое перемешивание жидкости (эффект «термоклина»), эффективность использования вытеснительных аккумуляторов снижается вследствие потерь тепла на перемешивание между объемами горячего и холодного теплоносителя, нагрев корпусов и т. п.
Конструктивное исполнение жидкостного теплового аккумулятора во многом определяется свойствами теплоаккумулирующего материала. В настоящее время наиболее широко применяются вода и водные растворы солей, высокотемпературные органические и кремнийорганические теплоносители, расплавы солей и металлов.
В диапазоне рабочих температур 0...100 оС вода является лучшим жидким ТАМ как по комплексу теплофизических свойств, так и по экономическим показателям. Дальнейшее повышение рабочей температуры воды связано с существенным ростом давления, что усложняет проектирование корпуса, повышает его стоимость.
Кроме этого, использование наиболее распространенного вытеснительного типа аккумулятора связано с комплексом конструктивных и эксплуатационных мероприятий, обеспечивающих минимальные потери энергии.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ Цель работы - повышение эффективности работы систем аккумуляционного децентрализованного теплоснабжения с изменяемым гидравлическим режимом. Для достижения поставленной цели решалась следующая задача: выявить пределы регулирования тепловой мощности системы отопления с изменяемой гидравликой при работе от бака-аккумулятора в условиях снижения температурного напора и уточнить
существующую методику расчета аккумуляционной емкости для системы водяного отопления с учетом работы терморегуляторов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Расчет требуемого объема аккумулирующей емкости выполняется по формуле [1] Система теплоснабжения должна иметь мощность в соответствии с п. 4.2.2 БК 12828:2003 или СНиП 2.04.05-91 [2]
В данном случае, рассматривалась задача, корда источником тепловой энергии для системы отопления является аккумулирующая емкость. Тогда теплоноситель из бака-аккумулятора поступает в систему отопления, и, проходя через нагревательные приборы остывает, при этом происходит изменение количества теплоносителя, пропорционально требуемому количеству тепла для данного помещения (данное соответсвие обеспечивается количественным регулированием термостатическими клапанами на нагревательных приборах). То есть для определения фактического времени поддержания требуемой температуры в помещении за счет тепловой энергии бака-аккумулятора необходимо сравнить изменение количества тепловой энергии, поступающей в помещение от нагревательных приборов при охлаждении теплоносителя с учетом увеличения расхода теплоносителя с располагаемым на данный период количеством тепла в аккумуляторе.
Расчет тепловой мощности нагревательного прибора выполнен по действующей методике, приведенной в [3].
Для определенности в задаче принят температурный перепад 80-60 С, тепловая мощность системы отопления - 2500 Вт, в качестве нагревательного прибора принят стальной радиатор с коэффициентом теплоотдачи 4.9 Вт/м2К, система отопления принята двухтрубной.
Расчет проводился в следующем порядке:
1. Определялось количество тепловой энергии, необходимой для поддержания заданной (20 С) температуры в помещении.
2. Рассчитывался объем бака-аккумулятора (время его работы в качестве источника тепла принято равным 6 ч.).
3. Определялось количество теплоносителя в расчетный перепад температур в системе отопления (80-60 С).
4. Рассчитывалась количество тепла, отдаваемое нагревательными приборами в помещение с учетом изменения температурного перепада и соответствующего ему изменения расхода теплоносителя.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ
Полученные данные представлены на рис. 1-5. Анализ зависимости изменения расхода теплоносителя, необходимого для поддержания заданной температуры, от снижения температурного перепада (рис.2.1) (с учетом постоянства температуры воздуха в помещении), показал, что расход остается постоянным до достижения перепада температур теплоносителя 60-40 С, а после происходит резкое возрастание расхода, вызванное уменьшением располагаемого перепада температуры теплоносителя (минимально-допустимая температура в баке-аккумуляторе - 40 С). При этом следует отметить, что даже такое значительное увеличение расхода не позволяет подать в помещение требуемое количество тепловой энергии (при температурном перепаде теплоносителя 42-22 С, количество тепла подаваемого в помещение в 2.3 раза меньше требуемого), что вызывает снижение температуры в помещении ниже нормируемой (в данном случае определение снижения температуры зависит от величины тепловой инерции ограждающих конструкции помещения и оборудования, расположенного в нем.
50
40
30
20
10
0
0 200 400 600 800 1000 1200
Рис.1 Зависимость расхода теплоносителя от температурного напора в отапливаемом помещении при использовании бака-аккумулятора в качестве источника тепловой
энергии.
В отличие от повышения требуемого расхода теплосителя в системе отопления, увеличение расхода теплоносителя через нагревательный прибор происходит во всем диапазоне изменения температурного напора (рис.2), что объясняется работой термостатического клапана на нагревательном приборе. Однако, увеличение расхода в рабочем диапазоне температур (температурный напор более 30 С) незначительно, что объясняется ограниченной пропускной способностью клапана (фирмы изготовители и разработчики программ по расчету систем отопления с изменяемой гидравликой рекомендуют положение клапана от 0,3 до 0,7 от всего диапазона его работы - то есть работа клапана только в области линейного регулирования). Поскольку область регулирования термостатического клапана ограничена, увеличение расхода также не
позволяет подать в помещение требуемое количество тепловой энергии.
60
50 40 30
20 10 0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
Рис.2 Зависимость расхода теплоносителя через нагревательный прибор от температурного напора при использовании бака-аккумулятора в качестве
источника тепловой энергии.
1 с
0, кг/ч
1, с
--•
0,кг/ч
Анализ мощности нагревательного прибора показал (рис.3), что уменьшение располагаемого температурного напора в процессе работы бака-аккумулятора вызывает практически прямопропорциональное снижение тепловой мощности рассматриваемого стального радиатора. Таким образом, для более эффективного использования бака аккумулятора и увеличение времени поддержания заданной температуры в помещении необходимо выполнять расчет требуемой площади нагревательных приборов для таких систем отопления не на максимальный температурный перепад, а с учетом остывания - на средний, между максимальным и минимально-допустимым в помещении (для данного
случая - это 40 С)
60
50 40 30 20 10 0
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Рис.3 Зависимость мощности нагревательного прибора от располагаемого температурного напора в отапливаемом помещении.
В отличие от практически прямопропорциональной предыдующей зависимости, зависимость температурного напора от соотношения требуемой тепловой мощности к фактической мощности нагревательного прибора (рис.4) не является
прямопрорциональной и отражает характеристику влияния работы термостатического клапана на пропускную способность нагревательного прибора и, соответственно, на тепловую мощность последнего. При этом наблюдается падение мощности в
нагревательном приборе по сравнению с требуемой более чем в 2,5 раза.
60
50 40 30 20 10 0
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3
Рис.4 Зависимость соотношения требуемой тепловой мощности к мощности нагревательного прибора от располагаемого температурного напора.
1, с
О, Вт
1, с
Опом/Онп
Зависимость располагаемой тепловой мощности аккумулятора от температурного напора (рис.5) практически аналогична по своему характеру зависимости изменения расхода теплоносителя, необходимого для поддержания заданной температуры, от снижения температурного перепада (рис.1) (с учетом постоянства температуры воздуха в помещении). То есть тепловая мощностьбака-аккумулятора остается постоянной до достижения перепада температур теплоносителя 60-40 С, а после происходит резкое возрастание расхода, вызванное уменьшением располагаемого перепада температуры теплоносителя (минимально-допустимая температура в баке-аккумуляторе - 40 С).
60
50
40
30
20
10
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000
Рис.5 Зависимость располагаемой тепловой мощности аккумулятора от
температурного напора.
ВЫВОДЫ.
1. Основными элементами, которые формируют температурный режим отапливаемого помещения являются нагревательный прибор и терморегулятор. При этом терморегулятор управляет работой нагревательного прибора количественным методом регулирования, но обладает ограниченным диапазоном пропускной способности, что недостаточно для обеспечения поддержания заданной температуры в помещении.
2. Увеличение скорости движения теплоносителя в системе отопления не приводит к существенному увеличению теплоотдачи в нагревательных приборах, работающих от источника тепловой энергии - бака аккумулятора. При этом недостача тепловой мощности от нагревательного прибора достигает 2-2,5 раз.
3. Для более эффективного использования бака аккумулятора и увеличение времени поддержания заданной температуры в помещении необходимо выполнять расчет требуемой площади нагревательных приборов для таких систем отопления не на максимальный температурный перепад, а с учетом остывания - на средний, между максимальным и минимально-допустимым в помещении.
4. В зависимость по определению требуемого объема бака-аккумулятора необходимо наряду с учетом температурного перепада теплоносителя ввести корректирующее соотношения максимального и минимального температурного напора -тогда увеличение объема аккумулятора позволит использовать тепловую его мощность в течении расчетного периода использования бака в качестве теплового источника системы отопления.
^ с
0, Вт
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Конструкцп будинюв i споруд.ТЕПЛОВА 1ЗОЛЯЦ1Я БУДЮЕЛЬ.ДБН В.2.6-31:2006. МБАЖКГ Украни, 2006, с.87.
2. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - М.: Стройиздат, 1991.
3. Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч1. Отопление. /В.Н. Богословский, Б. А. Крупнов, А.Н. Сканави. -М. : Стройиздат,1990. -344с.
УДК 697.317.42
Зайцев О.Н. д.т.н., профессор, Верламов А.М., ст. н.с., Ангелюк И.П. аспирант
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА КАНАЛИЗАЦИОННЫХ СТОКОВ НА НУЖДЫ ОТОПЛЕНИЯ ЖИЛЫХ ЗДАНИЙ
Использование тепла канализационных стоков может сократить расход топливо-энергетических ресурсов и уменьшить количество выбросов загрязняющих веществ.
Канализационный стоки, расход, тепло, отопление, тепловой насос, экономия.
ВВЕДЕНИЕ
Стоки в жилых зданиях - это секундно-отработавшая вода от душей рукомойников, унитазов и т.д. Количество и температура (около 20°С) стоков остаются постоянными в течении года, это делает их удобными для использования в качестве низкотемпературного теплоисточника для теплового насоса.
Использование тепла канализационных стоков - ещё один шаг реализации программы энергосбережния зданий и повышения их энергонезависимости.
АНАЛИЗ ПУБЛИКАЦИЙ
На данный момент в технической литературе нет методики расчета количества тепла, которое можно получить от канализационных стоков в жилых зданиях. В статье [1] описана установка с тепловым насосом, использующим в качестве теплоисточника тепло канализационных стоков и грунта, и получены опытным путем некоторые физические характеристики этой установки, в частности тепло отнимаемое от стоков. В технической литературе ведущих мировых фирм, выпускающих теплонасосное оборудование, также нет методики подбора данного оборудования для утилизации тепла канализационных стоков.
ЦЕЛЬ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Цель данной статьи - рассчитать количество тепла, которое можно получить от канализационных стоков. Задачей является определение эффективности использования теплонасосного оборудования, работающего от тепла стоков для компенсации теплопотребности системы отопления.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Методика исследований заключается в определении с помощью нормативной, технической литературы, количества стоков, их температуры, сравнении количества тепла, производимого ТН с теплопотребностью системы отопления.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ
Исследование проводим для одноподъездного 10-и этажного 38-и квартирного жилого дома с числом жителей - 80 человек, расположенного в Симферополе. Согласно
