Регулювання відпуску теплоти в централізованих системах теплогазопостачання в період "зрізки" температурного графіка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Харківський державний технічний університет

будівництва та архітектури

Автореферат дисертації на здобуття вченого

ступеня кандидата технічних наук

РЕГУЛЮВАННЯ ВІДПУСКУ ТЕПЛОТИ В ЦЕНТРАЛІЗОВАНИХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ В ПЕРІОД “ЗРІЗКИ” ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФІКА

КУТНИЙ Богдан Андрійович

УДК 697.34-533.66

Спеціальність 05.23.03 вентиляція,

освітлення та теплогазопостачання.

Харків 1999

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Полтавському державному технічному університеті імені Юрія Кондратюка.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор, зав. кафедри ТГВ Строй Анатолій Федорович, Полтавський державний технічний універси-тет імені Юрія Кондратюка.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор кафедри Інформатики Стоянов Фелікс Анатолійович, Харківський державний технічний університет будівництва і архітектури.

кандидат технічних наук, помічник генерального директора з технічних питань Русланов Георгій Валерієвич, обласне виробниче об'єднання “Харківтеплоенерго”.

Провідна установа: Харківська державна академія міського господарства Міністерства освіти України, кафедра теплохолодопостачання.

Захист дисертації відбудеться “ 12” листопада 1999р.

об 11-00 годині на засіданні спеціалізованої вченої Ради Д 64.056.03

при Харківському державному технічному університеті будівництва та

архітектури Міністерства освіти України, за адресою: 310002,

м. Харків, вул. Сумська, 40, т. 40-29-20.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури.

Автореферат розісланий “ 9 ” жовтня 1999р.

Учений секретар

спеціалізованої Ради

кандидат технічних наук, професор М.І.Колотило.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

тепловий опалювальний математичний мікропроцесорний

Дисертацiя присвячена питанням економiї паливно-енергетичних ресурсiв у системах централiзованого теплопостачання.

Як правило, централiзоване регулювання вiдпуску теплоти в системах теплопостачання здiйснюється згiдно з опалювальним графiком i орiєнтується на найбiльш характернi примiщення та певний тип опалювальних приладiв. Значну частину опалювального сезону (до 3035%) система гарячого водопостачання накладає обмеження на мiнiмальну температуру теплоносiя. В цей перiод регулювання вiдпуску теплоти повинно здiйснюватися в центральних (ЦТП) та iндивiдуальних (IТП) теплових пунктах. Вiдомо, що регулювання опалювального навантаження в ЦТП дає 510%, а в IТП 1520% економiї рiчних витрат теплоти на опалення. Практика експлуатацiї централiзованих систем теплопостачання показує, що вiдомi схеми регулювання в теплових пунктах, як правило, або не застосовуються, або не працюють.

Недосконалiсть методiв і засобiв мiсцевого регулювання призводить до значних перевитрат теплоти та порушення санiтарно-гiгiєнiчних норм в опалюваних примiщеннях.

Актуальнiсть теми. В умовах обмеження паливно-енергетичних ресурсiв країни особливої актуальностi набуває економiчнiсть централiзованого теплопостачання, яке споживає близько 30% первинних енергоносiїв. Найбiльш перспективним методом одержання економiї паливно-енергетичних ресурсiв у централiзованих системах теплопостачання є вдосконалення методiв та засобiв регулювання вiдпуску теплоти на опалення в iндивiдуальних теплових пунктах.

Вiдомi схеми регулювання вiдпуску теплоти в індивідуальних теплових пунктах не набули значного поширення в практицi централiзованого теплопостачання. Одними з головних причин цього є їх низька надiйнiсть і вiдсутнiсть вiдчутного економiчного ефекту в умовах неповної або поетапної автоматизацiї теплових мереж. Саме тому залишається актуальним розробка простих, надiйних та економiчно ефективних схем регулювання опалювального навантаження, якi повиннi враховувати структурнi особливостi системи теплопостачання.

Iншим важливим чинником, що знижує ефективнiсть регулювання вiдпуску теплоти в системах опалення, є недосконалiсть методiв регулювання. В зв'язку з появою сучасних регуляторiв з мiкропроцесорним керуванням, особливої актуальностi набуває засто-сування для управлiння тепловим режимом опалюваних будiвель бiльш точних математичних моделей та методiв регулювання. Врахування теплоакумулюючої ємностi окремих конструкцiй будiвлi, теплофiзичних характеристик системи опалення і розподiлу теплових потокiв на конвективну та променеву складовi дозволяє створити математичну модель, яка з високою точнiстю буде вiдтворювати тепловi процеси в опалюванiй будiвлi.

Одним із шляхів поліпшення гідравлічного режиму теплових мереж є перехід на підвищений температурний графік регулювання з одночасною реконструкцією ЦТП. Для обгунтування рекомендацій по реконструкції ЦТП необхідно проаналізувати вплив добових коливань водовідбору в системі гарячого водопостачання на температурний режим опалюваних будинків. Такий аналіз можливий лише при наявності достатньо точної моделі нестаціонарних теплових режимів опалюваної будівлі.

Розробка нових схем місцевого регулювання вiдпуску теплоти разом з удосконаленням методiв регулювання дасть можливість пiдвищити економiчну ефективнiсть централiзованого теплопостачання, поліпшити гiдравлiчний режим теплових мереж та тепловий режим опалюваних будинкiв.

Зв'язок роботи з науковими програмами

Тематика дисертаційої роботи відповідає головним засадам державної політики у сфері енергозбереження, які викладені в “Законі України про енергозбереження” №283 від 26 липня 1994р.

Мета роботи. Пiдвищити ефективнiсть використання теплоти в системах опалення житлових та адмiнiстративних будинкiв централiзованих систем теплопостачання в перiод "зрiзки" опалювального графiка шляхом удосконалення методiв і схем регулювання витрат теплоти в індивідуальних теплових пунктах.

Для досягнення цiєї мети були поставленi такі завдання:

1. Проаналiзувати недолiки iснуючих схем та методiв регулювання вiдпуску теплоти в індивідуальних теплових пунктах і виявити шляхи їх удосконалення.

2. Розробити математичну модель для оперативного управлiння нестацiонарним тепловим режимом опалюваних будівель, орiєнтовану на використання в сучасних регуляторах з мiкропроцесорним керуванням. Провести лабораторнi й натурнi експериментальнi дослiдження для оцiнки коректностi створеної математичної моделi.

3. Запропонувати нову, просту та надiйну схему регулювання опалювального навантаження в IТП, яка не потребує iстотної реконструкцiї вузла вводу й уможливлює одержання економії теплоти в умовах часткової автоматизації теплових мереж.

4. Установити межi застосування запропонованої схеми IТП, оцiнити температурний режим опалюваної будiвлi та режим роботи регулятора при застосуванні запропонованої схеми ІТП.

5. Використовуючи розроблену математичну модель, оцiнити вплив нерiвномiрностi водовiдбору в системi гарячого водопостачання на тепловий режим опалюваних будинкiв при реконструкцiї ЦТП.

Наукова новизна одержаних результатів

1. Створена математична модель нестацiонарних теплових режимiв опалюваної будiвлi, з окремим урахуванням теплоакумулюючої ємностi зовнішніх і внутрішніх огороджуючих конструкцiй, внутрiшнього повiтря, водяної системи опалення та розподiлом теплових потокiв на конвективну й променеву складовi.

2. Запропоновано метод двохпозицiйного регулювання вiдпуску теплоти на опалення в IТП, який грунтується на прогнозуванні температури внутрiшнього повiтря опалюваного будинку за допомогою математичної моделі.

3. Вперше запропоновано метод цифрово-аналiтичного рiшення задачi управлiння нестацiонарним тепловим режимом примiщень при двохпозицiйному регулюваннi, який дозволяє одержати високу точність та швидкiсть розрахунку регулюючого впливу на ЕОМ.

Практичне значення роботи

1. Запропонована нова схема елеваторного IТП із двохпозицiйним регулятором (патент №UA13928A), робота якої практично не впливає на гiдравлiчний режим теплових мереж і дає можливість одержати економію теплоти, прямо пропорційну кількості автоматизованих теплових пунктів.

2. Створено алгоритм та програму для обчислень на ЕОМ задачi двохпозицiйного регулювання вiдпуску теплоти на опалення в IТП.

3. На основi створеної математичної моделi теплових режимiв опалюваних будiвель запропонована методика аналiзу впливу нерiвномiрностi споживання води в системi гарячого водопостачання на тепловий режим опалюваних будiвель при переведеннi ЦТП з двоступеневої змiшаної на двоступеневу послiдовну схему ввiмкнення водонагрiвачiв, яку впроваджено в управлінні Теплокомуненерго м.Кременчука в 1995р.

Особистий внесок автора

1. У роботі [3] автором запропонована математична модель нестацiонарних теплових режимiв опалюваної будiвлi, яка враховує теплоакумулюючу ємнiсть масивних огороджуючих конструкцiй, внутрiшнього середовища, водяної ситеми опалення й розподiл теплових потокiв на конвективну i променеву складовi.

2. У роботі [4] автором запатентована схема автоматизованого елеваторного теплового пункту з двохпозиційним регулюванням.

3. У роботі [7] автором запропонована методика розрахунку гідравлічного режиму елеватора при зриві інжекції. Наведені результати експериментальних та теоретичних досліджень.

Апробацiя роботи. Загальнi положення дисертацiї та її результатiв доповiдалися й обговорювалися на науково-технiчних конференцiях у Полтавському технiчному унiверситетi в 1993-1998р., у Харкiвському університеті будівництва та архітектури в 1995р., на міжнародній конференції в Львівському політехнічному інституті в 1997р.

Публiкацiї. За матерiалами дисертацiї одержано один патент, надруковано шість статей і п'ять тез доповiдей на наукових конференцiях.

Структура та обсяг роботи. Дисертацiйна робота складається iз вступу, чотирьох роздiлiв, загальних висновкiв, списка використаних джерел із 103 назв та трьох додатків. Загальний змiст роботи викладений на 118 сторiнках машинописного тексту, який мiстить 24 малюнки і 8 таблиць.

ЗМIСТ РОБОТИ

У вступi наведено обгрунтування актуальностi теми дисертацiйної роботи, її зв'зок з науковими програмами, мета, наукова новизна та практичне значення. Крім того, у вступі розкривається особистий внесок автора, питання апробації результатів, публікації, загальний обсяг і структура роботи.

У першому роздiлi аналiзується сучасний стан питання й ставляться завдання дослiджень.

Як правило, регулювання вiдпуску теплоти в централiзованих системах теплопостачання здiйснюється згiдно з опалювальним графiком. Вплив системи гарячого водопостачання призводить до появи на ньому зони "зрiзки", де температура теплоносiя постiйна. Застосування регулювання опалювального навантаження в групових та індивідуальних теплових пунктах у цей перiод дозволяє отримати значну економію теплоти.

Проведений аналiз показав, що економія теплоти при застосуванні регулювання відпуску теплоти в перехідний період у пiвнiчних регіонах України може перевищувати 11% рiчних витрат теплоти на опалення. Крiм того, регулювання в IТП дозволяє одержувати економiю теплової енергiї в результатi врахування побутових тепловидiлень, iнфiльтрацiї та iнсоляцiї (при пофасадному регулюваннi). Згiдно з науковими даними, така економiя може додатково становити вiд 10 до 15% рiчних витрат теплоти на опалення.

Звичайно, частина споживачiв приєднанi до магiстральних теплових мереж "напряму", обминаючи ЦТП. У цьому разi економiю теплоти в перехiдний перiод можна одержати лише шляхом управлiння тепловим режимом будинкiв в iндивiдуальних теплових пунктах.

Проаналiзовано вiдомi схеми регулювання відпуску теплоти в IТП та виялено їх недолiки. Головним недоліком цих схем є неможливiсть отримання розрахункової економiї паливно-енергетичних ресурсiв при частковiй або поетапнiй автоматизацiї теплових мереж. Причиною цього є гiдравлiчне розрегулювання, яке спостерiгається в теплових мережах при зменшенні витрат теплоносія в автоматизованих IТП. При збiльшеннi втрат тиску в трубопроводах теплової мережi порiвняно з системами опалення величина гiдравлiчного розрегулювання збiльшується, а ефективнiсть застосування вiдомих схем IТП зменшується. На практицi цi недолiки призводять до того, що вiдомi схеми ІТП, як правило, або не застосовуються, або не працюють.

Зроблено висновок, що в умовах частковiї чи поетапної автоматизацiї вiдпуску теплоти в ІТП необхiдно стабілізувати витрати теплоносія в тепловій мережі. Така автоматизацiя дозволить отримувати економію теплоти, прямо пропорційну кількості автоматизованих споживачів.

Для регулювання вiдпуску теплоти в IТП може застосовуватися як пропорцiйне, так i двохпозицiйне регулювання. При малому часовi транспортного запiзнення та великiй теплоакумулюючiй ємностi об'єкта регулювання рекомендується застосовувати метод двохпозицiйного регулювання. Його перевагами порiвняно з пропорцiйним є: простота, нижча вартiсть, бiльш висока надiйнiсть, вiдсутнiсть гiдравлiчного розрегулювання в системi опалення, зниженi вимоги до квалiфiкацiї обслуговуючого персоналу. До недолiкiв двохпозицiйного регулювання звичайно вiдносять можливiсть теплового розрегулювання в системi опалення при частих увiмкненнях регулятора та дещо бiльшу помилку регулювання порівняно з пропорційним методом.

Аналiз недолiкiв основних методiв двохпозицiйного регулювання показав, що для отримання високої точностi регулювання при мiнiмальнiй частотi ввiмкнення регулятора необхiдно адекватно враховувати не тільки одночасний вплив зовнішніх і внутрішніх збурюючих факторів, але й величину регулюючого впливу пiсля змiни положення штока регулятора. Для такого регулювання необхідна достатньо точна математична модель нестацiонарних теплових режимiв опалюваної будiвлi.

На сьогоднi швидкий розвиток мiкропроцесорної технiки дозволяє застосовувати для розв'язання задач регулювання різноманітні математичнi моделi. Для оперативного управлiння тепловим режимом опалюваних будинкiв необхiдна математична модель з високою швидкiстю розрахункiв та достатньою для практичного застосування точнiстю. Аналiтичнi моделi потребують уведення великої кiлькостi спрощуючих передумов, якi знижують точнiсть одержаних результатiв. Цифровi моделi при пiдвищенiй точностi мають низьку швидкiсть розрахункiв. Статистичнi моделi мають найвищу швидкiсть розрахункiв, але не в усiх випадках адекватно вiдображають тепловий режим опалюваної будiвлi. Зроблено висновок, що для оперативного управління тепловим режимом опалюваних будівель необхідно застосовувати комбіновані математичні моделі, наприклад цифрово-аналітичні.

У роздiлi також наводиться огляд методiв розрахунку нестацiонарних теплових режимiв опалюваних будинкiв Е.Я. Соколова, В.Н.Богословського, А.М.Шкловера, А.В.Ликова, С.А.Чистовича, В.П. Туркіна, А.А.Кошелєва, Ю.А.Табунщикова, В.К.Авер'янова, Ю.В.Кононовича, А.Ф.Строя й iнших авторiв.

У другому роздiлi для оперативного управлiння тепловим режимом будинкiв при двохпозицiйному регулюваннi запропонована нова математична модель. Вона враховує всi найбiльш суттєвi променевi та конвективнi тепловi потоки в примiщеннi i складається з трьох диференцiйних рiвнянь теплового балансу: теплоносiя елеваторної системи опалення, стiнки еквівалентного за тепловіддачею опалювального приладу та внутрiшнього повітря будинку. Запропонована система рiвнянь має вигляд:

(1)

де cт, mт питома теплоємність і маса теплоносія системи опалення; ср середня температура теплоносія в системі опалення; z- час; u- коефіцієнт змішування елеватора; Gк витрати теплоносія в квартальній тепловій мережі (до елеватора); 1к температура теплоносія в подаючому трубопроводі квартальної теплової мережі; 1 коефіцієнт теплообміну біля внутрішньої поверхні стінки еквівалентного опалювального приладу; F1, F2 відповідно площа внутрішньої та зовнішньої поверхні цього опалювального приладу; ccт, mст, tст вiдповiдно питома теплоємнiсть, маса й температура стiнки еквiвалентного опалювального приладу; , коефіцієнти конвективного та променевого теплообміну біля зовнішньої поверхні еквівалентного опалювального приладу; tв температура внутрішнього повітря приміщень; tстR середньорадіаційна температура поверхонь, які оточують дану; сп питома теплоємність повітря; mп вага внутрішнього повітря опалюваних приміщень; коефіцієнт конвективного теплообміну на внутрішніх поверхнях огороджуючих конструкцій; Fзк, Fвк, Fмк площі відповідно зовнішніх, внутрiшнiх огорож і малотеплоємких огороджуючих конструкцій; tзк(o,z), tвк(б/2,z), tмк(z) температури на внутрішніх поверхнях відповідно зовнiшнiх, внутрішніх та малотеплоємких огороджуючих конструкцій; Gінф витрати інфільтраційного повітря; tз температура зовнішнього повітря; конвективна частина внутрішніх тепловиділень у приміщеннях.

Для знаходження температур на внутрiшнiх поверхнях огороджуючих конструкцiй систему рiвнянь (1) доповнено системами рiвнянь нестаціонарного теплового балансу: малотеплоємких огороджуючих конструкцiй, теплоємких зовнiшнiх та внутрiшнiх огроджуючих конструкцiй. Кожна система рівнянь, що описують тепловий режим теплоємких огороджуючих конструкцій містить диференційне рівняння теплопровідності при граничних умовах другого та третього роду і відповідні початкові та кінцеві часові умови.

При постановці задачі використані такі спрощуючі припущення: температура повiтря в кожний момент часу однакова в усьому об'ємi будинка; розглядаються одношарові огороджуючі конструкції; температурне поле в них одномірне; коефіцієнти теплообміну на поверхнях огороджуючих конструкцiй у робочому діапазоні температур- постійні; теплоакумулююча ємність малотеплоємких огороджуючих конструкцій (вікна, двері) дорівнює нулю.

Одержання однозначного рiшення поставленої задачі, особливо за умови використання декількох видiв огороджуючих конструкцiй, можливе лише при застосуваннi цифрових методiв розв'язання систем диференцiйних рiвнянь. Для знаходження рішення системи рiвнянь (1) застосований цифровий метод Рунге-Кутта, який дозволяє використовувати максимальний крок обчислень. Для розрахунку дiючих температур на поверхнях теплоємких огороджуючих конструкцiй використанi результати розв'язку рiвняння нестацiонарної теплопровiдностi, якi одержанi аналiтичним шляхом.

На основi одержаного рiшення складено алгоритм та програму. При виконаннi розрахункiв із кроком 120 сек. на ЕОМ з тактовою частотою 40 МГц для 5 теплоємких огороджуючих конструкцiй і 5 коренях характеристичних рiвнянь ця програма дозволяє одержати швидкiсть розрахунку близько 14.4 год. реального часу за 1хв. машинного часу.

Для підвищення точності двохпозиційного регулювання запропонована методика знаходження оптимальних моментів зміни положення штока регулятора. Вона грунтується на прогнозуванні температури внутрішнього повітря в точках екстремуму, які утворюються при зміні положення штока регулятора.

Постановка задачі складається з системи рівнянь теплового балансу системи опалення і внутрішнього повітря будівлі:

 (2)

де коефіцієнт

.

Температури на поверхнях огороджуючих конструкцій і величини збурюючих факторів на прогнозованому проміжку часу прийняті постійними. В якості початкових умов використовується тепловий режим будівлі в даний момент часу, який розраховується за допомогою головної математичної моделі (1).

Одержано аналітичне рішення поставленої задачі, яке дозволяє знайти температуру внутрішнього повітря в точці екстремуму:

, (3)

де коефіцієнт

;

 температура внутрішнього повітря після закінчення бескінечно великого проміжка часу; температура внутрішнього повітря в початковий момент прогнозування; швидкість зміни температури повітря в початковий момент прогнозування; , корені характеристичного рівняння.

Ввираз (3) дає можливість швидко знаходити температуру внутрішнього повітря в точці екстремуму на кожному кроку ітерації. Якщо ця температура знаходиться в межах зони регулювання , положення штока регулюючого органа не змінюється. У випадку, якщо , регулятор закривається, а при відкривається. Таким чином, відбувається процес двохпозиційного регулювання по прогнозованій температурі внутрішнього повітря в точці екстремуму.

Вдосконалений метод двохпозиційного регулювання мажна застосовувати для управління відпуском теплоти в системах опалення громадських, адміністративних та житлових будинків. Він дозволяє покращити температурний режим будинку та оптимізувати частоту ввімкнень регулятора.

У третьому роздiлi наведенi результати натурного експерименту та їх порiвняння з результатами розрахунку, виконаного за допомогою складеної математичної моделi.

Для перевiрки працездатностi одержаної математичної моделi проведено натурний експеримент у лабораторному корпусi Полтавської гравiметричної обсерваторiї. Це двоповерховий цегляний будинок із котельнею в пiдвалi та насосною циркуляцiєю теплоносiя в двотрубнiй системi опалення. Регулювання вiдпуску теплоти вiдбувалося шляхом вимикання котлiв на рiзнi промiжки часу вiд 1-ї до 42-х годин.

Пiд час проведення експерименту (протягом 649 годин) записувалися температури у 8 характерних примiщеннях будинку, температура теплоносiя в подаючому та зворотньому трубопроводах, витрати теплоносiя, температура зовнiшнього повiтря. Перiодично вимiрювалися температури в усiх примiщеннях будинку, витрати iнфiльтраційного повiтря у витяжних каналах, кiлькiсть теплоти, яка надходить з iнсоляцiєю, побутовi й технологiчнi тепловидiлення.

Одержана iнформацiя використана в якостi вихiдних даних для порiвняння температурного режиму будинку пiд час проведення експерименту з результатами розрахункiв на математичнiй моделi. Порiвняння показало високу подiбнiсть експериментальних даних та теоретичних розрахунків як для "швидких", так i для порiвняно "повiльних" теплових процесiв. Найбiльша рiзниця середньої температури внутрiшнього повiтря мiж результатами спостережень і розрахункiв не перевищує 0.6 оС. Крива розподiлу помилок добре збігається з кривою Гаусса, отже, помилки розрахункiв зумовленi переважно неточнiстю вихiдної iнформацiї. Таким чином, запропонована математична модель може застосовуватися для управлiння тепловими режимами опалюваних будинкiв з достатньою для пракичних розрахункiв точнiстю.

У четвертому роздiлi для одержання реальної економiї при регулюваннi вiдпуску теплоти на IТП запропонована нова схема автоматизованого теплового пункту. Її особливiстю є встановлення двохпозицiйного регулятора температури пiсля елеватора, з боку системи опалення (рис.1). Це забезпечує регулювання відпуску теплоти в системi опалення при постійних витратах теплоносія в тепловiй мережi. Теоретичний аналiз та результати експериментальних дослiджень гідравліч-



Рис.1. Принципова схема двохпозиційного регулювання в ІТП:

1-елеватор; 2- двопозиційний регулятор; 3- система опалення

ного режиму запропонованої схеми IТП показали незначне пiдвищення гiдравлiчного опору елеватора при закриттi регулюючого органа. Встановлено, що запропонована схема IТП може застосовуватися при коефiцiєнтах iнжекцiї елеватора в межах 02,5 та спiввiдношеннях дiаметра горловини до дiаметра сопла елеватора в межах 1,5 4,4 .

При регулюваннi опалювального навантаження за допомогою запропонованої схеми IТП зекономлена кiлькicть теплової енергiї у виглядi пiдвищеної температури теплоносiя зворотнього трубопроводу квартальної теплової мережi повертається на джерело теплоти без перерозподiлу мiж сусiднiми будинками. Наявнiсть незначної залишкової циркуляцiї дає можливiсть запобiгти замерзанню теплоносiя в "холодних" частинах системи опалення.

Пiдвищення якостi двохпозицiйного регулювання досягнуто за рахунок використання запропонованої математичної моделi теплових режимiв опалюваного примiщення разом з розробленим методом двохпозицiйного регулювання за розрахованою температурою внутрiшнього повiтря. Для аналiзу теплового режиму будинку та роботи регулятора при центральному якiсному і мiсцевому двохпозицiйному регулюваннi проведений цифровий експеримент(рис.2). В якостi вихiдних даних для нього використанi матерiали натурного експерименту. Як показали розрахунки, максимальна помилка регулювання температури внутрішнього повітря не перевищує 1,34 оС , що достатньо для практичного застосування. При низьких температурах зовнiшнього повiтря регулятор закривається в середньому на 46 годин один раз на двi доби. В перiод "зрiзки" опалювального графiка частота вмикань регулятора пiдвищується до 1-го разу на добу.

У деяких випадках з метою поліпшення гiдравлiчного режиму теплових мереж централізовані системи теплопостачання переводять на пiдвищений опалювальний графiк з одночасною реконструкцiєю ЦТП. При цьому змiнюють схему вмикання водонагрiвачiв системи гарячого водопостачання з двоступеневої змiшаної на двоступеневу послiдовну. Виникає необхiднiсть проаналiзувати вплив нерiвномiрностi водовiдбору в системi гарячого водопостачання на тепловий режим опалюваних будiвель.

Такий аналiз можна виконати з допомогою запропонованої математичної моделi при вiдомих теплофiзичних параметрах опалюваного будинка та збурюючих впливiв. При цьому температура теплоносiя в подаючому трубопроводi магiстральної теплової мережi змiнюється за пiдвищеним опалювальним графiком, а температура теплоносiя в подаючому трубопроводi квартальної теплової мережi розраховується виходячи з параметрiв водонагрiвачiв та витрат води в системi гарячого водопостачання. Результати розрахункiв дають можливiсть зробити висновки про необхiднiсть коригування температурного графіка, встановлення додаткових бакiв-акумуляторiв та водонагрівачів. Такi розрахунки, виконанi для теплових мереж мікрорайону Раковка м.Кременчука дозволили виробити рекомендацiї по реконструкцiї ЦТП. Рiчний економiчний ефект вiд реконструкцiї склав 37,7 тис. у.о.

ЗАГАЛЬНI ВИСНОВКИ

1. Створена математична модель нестаціонарних теплових режимів опалюваних будівель, яка дозволяє пiдвищити точність оперативного управлiння об'єктом регулювання шляхом врахування перехідних теплових процесів в системі опалення, зовнiшнiх і внутрiшнiх огороджуючих конструкцiях при окремому розгляді конвективних та променевих теплових потокiв.

2. Розроблено метод комбінованого цифрово-аналітичного рiшення запропонованої математичної моделi, який дозволяє одержати високу швидкість розрахунку результатiв на ЕОМ (за 1 хв. машинного часу при тактовiй частотi 40МГц та 5 теплоємких огороджуючих конструкцiй розраховується 14,4 год. дійсного часу).

3. На основi натурних експериментальних дослiджень показано, що максимальна помилка обчислення середньої температури внутрiшнього повiтря будівлі за запропонованою математичною моделлю не перевищує 0,6 оС.

4. Запропонована нова схема двохпозиційного регулювання відпуску теплоти в індивідуальному елеваторному тепловому пункті (пат.№ UA13928А), яка дозволяє одержувати економію теплоти в системах теплопостачання, прямо пропорційну кількості автоматизованих теплових пунктів. Це дає можливість застосовувати її в умовах неповної автоматизації теплових мереж.

5. На основi теоретичних та експериментальних дослiджень гiдравлiчних режимiв елеватора в умовах припинення iнжекцiї теплоносія окреслена робоча зона застосування запропонованої схеми регулювання в IТП. Показано, що запропонована схема регулювання може застосовуватися при коефіцієнтах інжекції елеватора в межах 02,5 і співвідношеннях діаметра горловини до діаметра сопла елеватора в межах 1,5 4,4.

6. Запропонована методика визначення моментів зміни положення штока двохпозиційного регулятора, яка грунтується на прогнозуванні температури внутрішнього повітря будинку за допомогою розробленої математичної моделі і дозволяє підвищити точність регулювання температури повітря в опалюваних приміщеннях.

7. На основі виконаних розрахункiв показано, що максимальна помилка регулювання при застосуваннi запропонованї методики двохпозицiйного регулювання не перевищує 1,34 оС при середній частоті ввімкнення регулятора 0,8 раз на добу.

8. Запропонована методика аналiзу впливу нерiвномiрностi водовiдбору в системi гарячого водопостачання на тепловий режим опалюваних будинкiв при реконструкцiї ЦТП. Ця методика дозволяє розробити обгрунтовані рекомендації щодо реконструкції обладнання ЦТП і внесення змін у режими регулювання.

9. Удосконалена методика розрахунку економії теплоти в системах централiзованого теплопостачання в період "зрізки" опалювального графіка. З'ясована залежнiсть кількості зекономленої теплоти вiд розрахункових параметрів опалювального графiка та розрахункової температури зовнішнього повітря.

10. Показано, що при кiлькiсному регулюваннi опалювального навантаження окремих споживачiв в умовах неповної автоматизації системи теплопостачання в теплових мережах виникає гiдравлiчне розрегулювання, яке не дозволяє отримати розрахункову економiю теплоти в маштабах всiєї системи теплопостачання.

Загальний змiст дисертацiї опублiковано в наступних роботах:

1. Кутний Б.А. Математична модель для регулювання відпуску теплоти в умовах нестаціонарного теплового режиму опалюваних будівель// Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. Полтава,1998. Вип. 2. С.110119.

2. Кутний Б.А. Аналіз витрат теплоти в період “зрізки” опалювального графіка// Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. Полтава,1998. Вип. 3. С.167175.

3. Строй А.Ф., Кутний Б.А. Регулювання відпуску теплоти при стабілізації температури внутрішнього повітря з використанням метеорологічного прогнозу// Збірник наукових праць (галузеве машинобудування, будівництво) / Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. Полтава,1998. Вип.1. C. 149-157.

4. Пат. 13928A UA , МКИ F24D 19/10. Автоматизований елеваторний тепловий пункт/ А.Ф. Строй, Б.А.Кутний. - № 95052382; Заявл. 16.05.95; Опубл. 25.04.97, Бюл. 2.

5. Кутний Б.А. Схемы автоматического регулирования отпуска теплоты на центральном тепловом пункте// Конструкции зданий и строительное производство: сб. науч. тр. Полт. инж.-строит. ин-т. К., 1993. С.155-160.

6. Кутний Б.А. Автоматизований елеваторний тепловий пункт для систем централізованого теплопостачання.// Матеріали 1-ї Міжнар. наук.-практ. конф. “Системи транспортування, контролю якості та обліку енергоносіїв” Львів: Держ. ун-т “Львівська політехніка”, 1998. С.20-26.

7. Бакушевич В.Б., Кутний Б.А. Підвищення ефективності автоматизованого елеваторного пункту системи централізованого теплопостачання. // Матеріали 1-ї Міжнар. наук.-практ. конф. “Системи транспортування, контролю якості та обліку енергоносіїв” Львів: Держ. ун-т “Львівська політехніка”, 1998. С.27-33.

8. Кутний Б.А. Регулирование подачи тепла на отопление в период постоянной температуры теплоносителя в тепловой сети// Тез. докл. 44-ой науч. конф./ Полт. инж.-строит. ин-т. Полтава, 1992. Ч.2. С.194.

9. Строй А.Ф., Кутний Б.А. Автоматическое регулирование отпуска теплоты на ЦТП// Тези доп. 45-ої наук. конф./ Полт. инж.-будів. ін-т. Полтава, 1993, Ч.2. С.30.

10. Кутний Б.А. Моделювання теплового режиму будiвель з використанням метеорологiчного прогнозу// Тези доп. 46-ої наук. конф./ Полт. инж.-будів. ін-т. Полтава, 1994. Ч.3. С.109.

11. Строй А.Ф., Кутний Б.А. Автоматизований елеваторний тепловий пункт// Тези доп. 48-ої наук. конф./ Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. Полтава, 1996. Ч.3. С.122.

12. Кутний Б.А. Підвищення ефективності двохпозиційного регулювання відпуску теплоти на опалення// Тези доп. 50-ої наук. конф./ Полт. держ. техн. ун-т ім. Ю. Кондратюка. Полтава, 1998. С.222.

Анотація

Кутний Б.А. Регулювання відпуску теплоти в централізованих системах теплогазопостачання в період “зрізки” температурного графіка. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.03 вентиляція, освітлення та теплопостачання. Харківський державний університет будівництва і архітектури, Харків, 1999.

Дисертація присвячена питанням економії паливно-енергетичних ресурсів у системах централізованого теплопостачання. В дисертації запропонована нова схема двохпозиційного регулювання відпуску теплоти в індивідуальних теплових пунктах опалюваних будівель, яка дозволяє одержувати економію теплоти в системах теплопостачання, прямо пропорційну кількості автоматизованих теплових пунктів. Для підвищення точності оперативного управління нестаціонарним тепловим режимом опалюваних будівель розроблена математична модель, яка дозволяє одержувати високу точність та швидкість розрахунку регулюючого впливу завдяки цифрово-аналітичному рішенню. Її коректність підтверджена натурним експериментом. Запропонована математична модель, використана при реконструкції теплових мереж мікрорайону Раковка м. Кременчука.

Ключові слова: централізована система теплопостачання, математична модель, нестаціонарний тепловий режим, цифрово-аналітичне рішення, тепловий пункт, двохпозиційне регулювання.

Аннотация

Кутный Б.А. Регулирование отпуска теплоты в централизованных системах теплоснабжения в период “срезки” температурного графика. Рукопись.

Диссертация на соискание ученого звания кандидата технических наук по специальности 05.23.03 вентиляция, освещение и теплогазоснабжение. Харьковский государственный университет строительства и архитектуры, Харьков, 1999.

Диссертация посвящена вопросам ыкономии топливно-энергетических ресурсов в системах централизованного теплоснабжения. Наиболее перспективным путым их экономии является усовершенствование методов и схем регулирования отпуска теплоты на отопление в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП).

На основе анализа гидравлического режима в тепловых сетях при использовании количественного регулирования отопительной нагрузки в период “срезки” температурного графика показано, что в условиях неполной автоматизации системы теплоснабжения в тепловых сетях возникает гидравлическая разрегулировка, которая не позволяет получить расчетную экономию теплоты.

Для оперативного управления нестационарным тепловым режимом отапливаемых зданий разработана математическая модель, которая учитывает разделение тепловых потоков на конвективную и лучистую составляющие. Она состоит из системы трых уравнений теплового баланса: теплоносителя элеваторной системы отопления, стенки эквивалентного по теплоотдаче отопительного прибора и внутреннего воздуха здания. Для определения температур на внутренних поверхностях теплоымких ограждающих конструкций основная система уравнений дополнена системами уравнений теплового баланса соответствующих ограждающих конструкций. Для решения ытой системы уравнений использован численный метод Рунге-Кутта, который позволяет получить максимальный итерационный шаг. Для расчыта действующих температур на поверхностях теплоымких ограждающих конструкций использованы результаты решения соответствующих уравнений нестационарной теплопроводности, полученные аналитическим путым. Благодаря численно-аналитическому решению предложенная математическая модель позволяет получить высокую точность и скорость расчыта управляющего воздействия. Еы корректность подтверждена результатами натурного эксперимента.

В диссертации предложена новая схема двухпозиционного регулирования отпуска теплоты в индивидуальном тепловом пункте отапливаемого здания. В отличие от существующих схем, она позволяет получать экономию теплоты в системах теплоснабжения прямо пропорционально количеству автоматизированных тепловых пунктов. ыто даыт возможность использовать еы в условиях неполной автоматизации тепловых сетей. На основании теоретических и ыкспериментальных исследований гидравлических режимов работы ылеватора в условиях срыва инжекции определена рабочая зона использования предложенной схемы регулирования в ИТП.

Для повышения точности двухпозиционного регулирования предложена методика определения моментов изменения положения штока двухпозиционного регулятора, которая основана на прогнозировании температуры внутреннего воздуха отапливаемого здания после изменения положения штока регулирующего органа. ыта температура вычисляется аналитически на основании исходных данных, полученных с помощью математической модели. Составлен алгоритм и программа расчета на ыВМ задачи двухпозиционного регулирования отпуска теплоты на отопление в ИТП. На основании выполненных расчетов показано, что при использовании предложенной методики двухпозиционного регулирования ошибка регулирования не превышает 1,34оС при средней частоте включения регулятора 0,8 раз в сутки.

Предложена методика анализа влияния неравномерности водопотребления в системе горячего водоснабжения на тепловой режим отапливаемых зданий при переводе центральных тепловых пунктов (ЦТП) с двухступенчатой смешанной на двухступенчатую последовательную схему включения теплообменников горячего водоснабжения. ыта методика основана на использовании математической модели нестационарных тепловых режимов отапливаемого здания и позволяет разрабатывать рекомендации при реконструкции оборудования ЦТП и внесения изменений в режимы регулирования. Предложенная методика анализа теплового режима отапливаемых зданий использована при реконструкции тепловых сетей микрорайона Раковка г. Кременчука.

Усовершенствована методика расчета экономии теплоты в системах централизованного теплоснабжения в период “срезки” температурного графика. Показано, что в ытот период на территории Украины можно получить экономию теплоты превышающую 11 годового расхода теплоты на отопление.

Ключевые слова: централизованная система теплоснабжения, математическая модель, нестационарный тепловой режим, численно-аналитическое решение, индивидуальный тепловой пункт, двухпозиционное регулирование.

Аbstract

Kutny B.A. “Regulation of Heat Supply in Heat Supply Central Systems during “Cut” period for Temperature Graph.” Manuscript.

Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences, speciality 05.23.03 Ventilation, Lighting and Heat Supply. Kharkiv State University of Construction and Architecture, Kharkiv , 1999.

The dissertation is devoted to the problems of saving fuel and energy resources in the systems of centralized heat supply. The new scheme of two-position regulation of heat supply in individual heat stations of heated buildings is suggest here which allows to save heat in heat supply systems in the amount of direct proportion to the number of automated heat stations. To increase accuracy of operative control over non-statinary heat conditions of heated buildings the new mathematic model has been developed which permits to obtain high accuracy and speed of calculation of controlling affect due to numerical analitical solution. Its correctness is confirmed by full-scale experiment. The suggested mathematic model has been used in reconstruction of heat supply systems in the residential area of Rakovka in Kremenchug.

Clue words: central system of heat supply, mathematical model, non-statinary heat control, numerical analitical solution, heat system, two-position regulation.

Размещено на Allbest.ru