§ 4. Тепловой и гидравлический режимы автоматизированных систем отопления

Исследования показали, что системы отопления, оборудованные индивидуальными автоматическими регуляторами, работают устойчиво.

Особенности теплового и гидравлического режимов определяются типом системы отопления, способом ее присоединения к тепловой сети и методом автоматического регулирования (двухпозиционное, непрерывное).

Режимы автоматизированных систем при элеваторной схеме характеризуются ростом температур обратной воды и отсутствием влияния автоматики на расход воды из тепловой сети. С увеличением количества отключенных приборов (при применении двухпозиционных регуляторов) или степени прикрытия регулирующих органов (при применении приборов непрерывного действия) коэффициент смешения элеватора уменьшается.

При этом в однотрубных системах отопления уменьшение коэффициента смешения происходит в основном за счет снижения величины гравитационного давления. В двухтрубных системах коэффициент смешения уменьшается вследствие роста гидравлического сопротивления системы при отключении отдельных нагревательных приборов. Однако при полном отключении даже 75 — 80% нагревательных приборов элеватор еще продолжает функционировать в качестве смесительного устройства.

При непосредственном присоединении характер теплового и гидравлического режимов определяется типом системы отопления и способом осуществления регулирования. Непрерывное регулирование в двухтрубных системах сопровождается уменьшением расхода воды при одновременном понижении температуры обратной воды; в остальных случаях температура обратной воды повышается.

Определение основных показателей теплового и гидравлического режимов может производиться по формулам, приведенным ниже.

1. Присоединение к тепловой сети непосредственное, регулирование двухпозиционное:

коэффициент расхода воды в двухтрубной системе

температура воды после системы

коэффициент расхода воды в однотрубной проточной системе

2. Присоединение к тепловой сети элеваторное, регулирование двухпозиционное:

коэффициент смешения в двухтрубной системе

коэффициент смешения в однотрубной системе

3. Регулирование непрерывное:

коэффициент расхода воды в системе при непосредственном присоединении

коэффициент расхода воды при элеваторном присоединении

температура воды после двухтрубной системы при непосредственном присоединении

температура воды после однотрубной системы при непосредственном присоединении

температура воды после однотрубной системы при элеваторном присоединении

Здесь Sc — безразмерная (относительная) характеристика гидравлического сопротивления системы отопления; mf — отношение поверхности нагрева включенных нагревательных приборов ко всей поверхности нагрева; ас — безразмерный коэффициент;

-tnWXp-t2p); пэ — количество этажей в здании; э — высота этажа, м; ffa давление, создаваемое насосом, кПа; Нт — гравитационное давление (расчетное значение), кПа; д - коэффициент расхода воды в системе отопления при отсутствии гравитационного давления; Л — величина, определяемая для расчетных условий; yf3 — отношение выходного сечения сопла элеватора к сечению цилиндрического участка камеры смешения; и — коэффициент смешения; Тj — температуры воды в подающей магистрали, на входе в систему отопления и после системы; А — отклонения температур теплоносителя от требуемых значений; « — коэффициент расхода тепла в системе отопления, равный отношению фактической подачи к требуемому расходу тепла; у — фактический и требуемый коэффициенты отпуска тепла; х - коэффициент расхода воды в системе отопления; п — показатель степени, характеризующий зависимость коэффициента теплопередачи нагревательного прибора от температурного перепада 6; & — температурный перепад; 6

Величины с индексами «р», «тр», «х», «у» обозначают следующие режимы: «р» — расчетный; «тр» — требуемый; «х» — режим при коэффициенте расхода воды в системе х; «у» — то же, при коэффициенте расхода тепла у.

Таблица 20 Тепловой и гидравлический режимы элеваторного узла двухтрубной системы при двухпозиционном регулировании

В качестве иллюстрации в табл. 20 приводятся экспериментальные данные о режиме работы элеваторного узла двухтрубной системы при двухпозиционном регулировании. Из таблицы видно, что осуществление индивидуального регулирования привело к повышению температур воды в системе, росту ее гидравлического сопротивления, некоторому уменьшению коэффициента смешения элеватора и снижению расхода тепла.

Следует отметить, что расход тепла в системе снижался непропорционально количеству отключенных нагревательных приборов. Так, например, при выключении 50% приборов (режим № 4) расход тепла уменьшился всего на 21%. Указанное обстоятельство объясняется влиянием теплоотдачи стояков подающей и обратной магистралей, а также остаточной теплоотдачи отключенных радиаторов.

Рис. 20. График температур обратной воды по стоякам при работе двухпозиционных терморегуляторов /-температура воды, подаваемой в систему; 2-то же, после системы; 3-то же, после стояка Л 1; 4-то же, после стояка № 2; 5-то же. после стояка № 3; 6-то же, после стояка № 4

Для оценки режима работы систем отопления при двухпозиционном регулировании теплоотдачи нагревательных приборов значительный интерес представляют данные (рис. 20) об изменении температур воды на выходе из стояков однотрубной системы (объект 1). Графики показывают, что вследствие периодических включений и выключений нагревательных приборов температура воды после отдельных стояков резко менялась. Однако в головных участках системы температурный режим был стабильным, что объясняется неодновременным срабатыванием терморегуляторов установленных в различных помещениях.

Для выявления влияния солнечной радиации на потребление тепла зданием система отопления на указанном объекте была оборудована двумя ветками, одна из которых обслуживает помещения, выходящие на южную, а другая — на северную сторону Из рис. 21 видно, что температура воды на выходе из системы с южной стороны здания была выше, чем с северной. Это указывает на большее количество отключенных приборов на южном фасаде.

Таким образом, результаты выполненных исследовании, данные опытной эксплуатации автоматизированных систем отопления свидетельствуют о высокой эффективности индивидуального автоматического регулирования теплоотдачи нагревательных

приборов.

При его применении повышается общий температурный потенциал в системе отопления, выравнивается распределение теплоносителя между нагревательными приборами в соответствии с фактической потребностью в тепле отдельных помещении, обеспечивается полезное использование скрытых теплоизбытков в тепловом балансе зданий.

Расчет систем отопления, оборудованных комнатными терморегуляторами, следует производить так же, как и обычных систем (определение поверхности нагрева приборов, гидравлический расчет трубопроводов и т. д.).

Для обеспечения устойчивой работы двухтрубных систем водяного отопления гидравлическое сопротивление регулирующего органа терморегулятора, устанавливаемого в этих системах, следует принимать примерно 1,5 — 2,0 кПа. Гидравлическое сопротивление терморегулятора для однотрубной системы целесообразно иметь такое же, как и ручного крана, вместо которого устанавливается регулятор.

Рис. 21. График температур воды после веток системы отопления с южной и северной сторон здания

Запас тепла, необходимый для работы автоматики, создается за счет повышения температурного потенциала в системе благодаря использованию скрытых теплоизбытков и выравниванию распределения теплоносителя. Поэтому нормальные условия для работы индивидуальных терморегуляторов обеспечиваются и в зданиях, снабжаемых теплом по обычным графикам регулирования, применяемым повсеместно в неавтоматизированных системах теплоснабжения.