что такое температурный график

О температурных графиках

А.И. Миргородский, ведущий инженер, ООО «Ивтеплоналадка», г. Иваново (приводится в сокращении. С полной версией статьи можно ознакомиться на сайте РосТепло.ру).

В статье обобщается информация из учебников и справочников по теплоснабжению и приводятся основополагающие данные для расчётов графиков регулирования отпуска и потребления тепла.

Обобщая опыт работы теплоснабжающих организаций (ТСО) в более чем 50 крупных городах России, можно сделать вывод, что в среднестатистической ТСО технические специалисты и их руководители не знают, как рассчитывается температурный график, почему он именно такой и на что и как влияет его изменение. Технические руководители некоторых ТСО своим решением изменяют температурные графики совершенно произвольным образом: изменяют угол наклона, выгибают дугой, вводят ступени на линии температур воды в подающем трубопроводе, поднимают линию температур воды в обратном трубопроводе приближая её к фактическим температурам.

Температурный график – это не эмпирическая зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха. Температурные графики рассчитываются по формулам. В их основе лежат уравнения теплопередачи. Но обо всем по порядку, с начала нужно разобраться со способами регулирования тепловой нагрузки.

Способы регулирования тепловой нагрузки

Существует три основных способа регулирования тепловой нагрузки:

ü качественный – изменением температуры сетевой воды при постоянном её расходе;

ü количественный – изменением расхода сетевой воды при постоянной её температуре;

ü качественно-количественное – одновременное изменение температуры и расхода сетевой воды.

Для большинства источников тепловой энергии (а для некоторых и единственным) основным видом тепловой нагрузки является отопление. Доля других видов тепловой нагрузки, ГВС (средняя) и вентиляции в период отопительного сезона существенно ниже отопительной и, как правило, не превышает 30%. Поэтому, в основу центрального регулирования закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха – график качественного регулирования тепловой нагрузки по отоплению.

При наличии нагрузки ГВС в температурный график вводят ограничение минимального значения температуры воды в подающем трубопроводе для обеспечения необходимой температуры воды систем ГВС. Это ограничение называется «спрямление на ГВС». При включении подогревателей ГВС по последовательной схеме применяется график качественного регулирования по совмещённой нагрузке отопления и ГВС. В этом случае к значениям температур воды в подающем трубопроводе вводится надбавка, которая рассчитывается, исходя из соотношения нагрузки ГВС и отопления. Но такие системы теплоснабжения встречаются не часто.

Случаев применения количественного или качественно-количественного регулирования для теплоснабжения городов автору не известно.

Расчёт температурного графика качественного регулирования

Формулы расчёта температурного графика выводятся из совместного решения трёх уравнений теплопередачи.

Первое уравнение. Тепловой поток на компенсацию тепловых потерь зданием (теплопотери через ограждающие конструкции здания)

где t_вн – температура воздуха в отапливаемом здании, °С; t_н – температура наружного воздуха, °С; ∑(k_i ∙ F_i)_зд – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания на их поверхности.

В безразмерном виде первое уравнение можно представить, как:

(2)

, (3)

где – относительная разность температур внутреннего и наружного воздуха.

Надстрочные индексы «р» здесь и далее обозначают значение при расчётной температуре наружного воздуха.

Второе уравнение. Тепловой поток, выделяемый нагревательными приборами

, (4)

где t₃ – температура теплоносителя на входе в отопительный прибор, °С; t₂ – то же на выходе, °С; ∑(k_i ∙ F_i)_пр – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных нагревательных приборов на их поверхности.

Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора не является постоянной величиной и зависит от температурного напора отопительного прибора ∆t:

, (5)

, (6)

где А – постоянная, зависящая от типа прибора, места, способа установки и ряда других факторов; n – постоянная, также зависящая от типа нагревательного прибора. Для систем отопления, оборудованных наиболее распространёнными типами конвективно-излучающих нагревательных приборов, n = 0,25;

Комплекс ∑(k_i ∙ F_i)_пр также можно выразить через расчётные значения тепловой нагрузки и температурного напора:

, (7)

где ∆t р температурный напор отопительного прибора при расчётном режиме (при расчётной температуре наружного воздуха):

. (8)

В безразмерном виде второе уравнение теплового потока будет выглядеть следующим образом:

(9)

. (10)

Третье уравнение. Тепловой поток, сообщаемый теплоносителем нагревательным приборам:

где с – теплоёмкость теплоносителя, Вт/(м 3 ·°С); G – расход теплоносителя, м 3 ;
u – коэффициент смешения на тепловом узле; t₁ – температура теплоносителя до узла смешения, °С.

Коэффициент смешения рассчитывается по формуле:

. (13)

Расход теплоносителя G можно также выразить через расчетные значения тепловой нагрузки и разности температур теплоносителя:

(14)

, (15)

где g – относительный расход – параметр, характеризующий соответствие расхода теплоносителя при фактической температуре наружного воздуха расчётному значению. Для систем отопления с качественным регулированием значение параметра g = 1;
– расчётный перепад температур тепловой сети: ; – расчётный перепад температур теплоносителя в нагревательных приборах: .

В безразмерном виде третье уравнение теплового потока будет выглядеть следующим образом:

(16)

. (17)

Таким образом три уравнения теплового потока образуют систему уравнений:

. (18)

При решении системы уравнений относительно температур теплоносителя t₁, t₂ и t₃ получаются уравнения отопительного температурного графика качественного регулирования:

, (19)

, (20)

. (21)

, (22)

. (23)

Выбор температурного графика

Сразу нужно сделать оговорку: в данном разделе не будет описания выбора температурного графика для вновь строящихся (проектируемых) систем теплоснабжения. Речь пойдёт о выборе оптимального температурного графика.

В последние 5-7 лет на различных конференциях, форумах, посвящённых теплоснабжению, а также при обсуждении схем теплоснабжения перед их утверждением, РСО все чаще поднимают вопрос о «правильности» действующего в ТСО температурного графика и регулярно высказываются предложения по его снижению, вплоть до уровня 95/70°С. В качестве аргумента высказывается следующее: большинство действующих систем теплоснабжения спроектировано и построено еще в 60-70-е годы прошлого века, исходя из экономических особенностей того периода. Сейчас всё по-другому. Проверим, а по-другому ли на примере среднестатистической ТЭЦ.

Оптимальный температурный график – это такой график, при котором обеспечивается минимум затрат РСО на «доставку» потребителям тепловой энергии, т.е. минимум совокупных затрат на производство и на транспорт тепловой энергии.

Затраты (удельные) на транспорт (передачу) тепловой энергии складываются из расхода тепла на компенсацию тепловых потерь и расхода электроэнергии на циркуляцию сетевой воды. Также в этой группе будем учитывать сетевые насосы источника теплоты. По этому показателю (удельно) очень удобно сравнивать эффективность работы систем теплоснабжения между собой. Также его расчёт входит в состав нормативных энергетических характеристик тепловых сетей, которые должны разрабатываться не реже чем 1 раз в 5 лет для каждой системы теплоснабжения с присоединённой нагрузкой 50 Гкал/ч и более.

Для целей определения оптимального температурного графика абсолютные значения расхода топлива (удельного) не имеют практического значения, важно лишь его изменение в зависимости от того, по какому температурному графику производится отпуск тепла с источника. Для котельных удельный расход топлива практически не зависит от выбранного температурного графика, а вот для ТЭЦ всё индивидуально и определяется составом основного оборудования.

Именно поэтому п. 7.2 Свода правил СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» требует проведения технико-экономических расчётов для выбора температурного графика.

Далее приведен расчёт расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ. В основу расчёта приняты усреднённые данные из утверждённых Схем теплоснабжения городов в Центре, Приволжье и на Урале.

Таблица 1. Исходные данные для расчёта расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии
для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ.

37 250

При расчёте сделаны следующие допущения:

1. Система теплоснабжения существующая: диаметры трубопроводов тепловых сетей приняты одинаковыми для всех температурных графиков;

2. Расчёт тепловых потерь выполнен по нормам плотности теплового потока для тепловой изоляции, спроектированной до 1989 г.;

3. При расчёте расхода электроэнергии на транспорт теплоносителя учтена одна насосная станция на одном из трубопроводов тепловой сети, через которую проходит половина от общего расхода сетевой воды;

4. Стоимость тепловых потерь определена по топливной составляющей тарифа;

5. Средние за отопительный период температуры теплоносителя определены для каждого температурного графика по фактическим среднесуточным температурам наружного воздуха за 2009-2017 гг.

Результаты расчёта стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединенной тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках представлены в табл. 2 и на рисунке.

Таблица 2. Расчёт стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках

Рисунок. Себестоимость транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки.

Как видно из представленного графика совокупная стоимость транспорта тепловой энергии с ростом температурного графика снижается. При этом повышение температурного графика выше чем 150/70°С практически не влияет на стоимость транспорта.

Стоимость тепловых потерь (ТП) мало зависит от температурного графика вне зависимости от состояния и года проектирования тепловой изоляции. Наибольшее же влияние оказывает расход электроэнергии (ЭЭ) на перекачку теплоносителя.

Из результатов расчёта следует, что оптимальным температурным графиком регулирования тепловой нагрузки в большинстве случаев является график 150/70°С.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001. 472 с.: ил.

2. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник. 3-е изд., М.: Стройиздат, 1988. 432 с.: ил.

3. Утвержденные схемы теплоснабжения городов Владимир, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Казань, Киров, Москва, Нижний Новгород, Орёл, Оренбург, Пенза, Пермь, Самара, Саранск, Саратов, Тамбов, Тюмень, Челябинск.

4. Решения РСТ о утверждении тарифов на отпуск тепловой энергии с коллекторов источников тепловой энергии на 2018 год для ПАО «Квадра», ПАО «Мосэнерго», ПАО «Т Плюс», ПАО «Фортум».

А.И. Миргородский, О температурных графиках

Коментарии

ВМС, РУП «Белнипиэнергопром» [ 15:12:51 / 26.12.2018]

1. А как же зависимость выработки электроэнергии на тепловом потреблении ТЭЦ от температурного графика? Выше температурный график меньше выработка электроэнергии на ТЭЦ.

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Источник

Температурный график тепловой сети – советы при составлении

Что такое температурный график

Температурный график представляет собой зависимость степени нагрева воды в системе от температуры холодного наружного воздуха. После необходимых вычислений результат представляют в виде двух чисел. Первое означает температуру воды на входе в систему теплоснабжения, а вторая на выходе.

Например, запись 90-70ᵒС означает, что при заданных климатических условиях для отопления определенного здания понадобится, чтобы на входе в трубы теплоноситель имел температуру 90ᵒС, а на выходе 70ᵒС.

Все значения представляются для температуры воздуха снаружи по наиболее холодной пятидневке. Данная расчетная температура принимается по СП «Тепловая защита зданий». Внутренняя температура для жилых помещений по нормам принимается 20ᵒС. График обеспечит правильную подачу теплоносителя в трубы отопления. Это позволит избежать переохлаждения помещений и нерационального расхода ресурсов.

Необходимость выполнения построений и расчетов

Температурный график необходимо разрабатывать для каждого населенного пункта. Он позволяет обеспечиться наиболее грамотную работу системы отопления, а именно:

Такие вычисления необходимы, как для крупных отопительных станций, так и для котельных в небольших населенных пунктах. В этом случае результат расчетов и построений будет называться график котельной.

Способы регулирования температуры в системе отопления

По завершении расчетов необходимо добиться вычисленной степени нагрева теплоносителя. Достигнуть ее можно несколькими способами:

В первом случае изменяют расход воды, поступающей в отопительную сеть, во втором регулируют степень нагрева теплоносителя. Временный вариант предполагает дискретную подачу горячей жидкости в тепловую сеть.

Виды графиков

В зависимости от назначения тепловой сети способы выполнения отличаются. Первый вариант — нормальный график отопления. Он представляет собой построения для сетей, работающих только на отопление помещений и регулируемых централизованно.

Повышенный график рассчитывается для тепловых сетей, обеспечивающих отопление и снабжение горячей водой. Он строится для закрытых систем и показывает суммарную нагрузку на систему подачи горячей воды.

Скорректированный график также предназначен для сетей, работающих и на отопление, и на нагрев. Здесь учитываются тепловые потери при прохождении теплоносителя по трубам до потребителя.

Составление температурного графика

Построенная прямая линия зависит от следующих значений:

Чтобы выполнить грамотный расчет, необходимо вычислить разницу между температурами воды в прямой и обратной трубе Δt. Чем выше значение в прямой трубе, тем лучше теплоотдача системы отопления и выше температура внутри помещений.

Чтобы рационально и экономно расходовать теплоноситель, необходимо добиться минимально возможного значения Δt. Это можно обеспечить, например, проведением работ по дополнительному утеплению наружных конструкций дома (стен, покрытий, перекрытий над холодным подвалом или техническим подпольем).

Расчет режима отопления

В первую очередь необходимо получить все исходные данные. Нормативные значения температур наружного и внутреннего воздуха принимаются по СП «Тепловая защита зданий». Для нахождения мощности отопительных приборов и тепловых потерь потребуется воспользоваться следующими формулами.

Тепловые потери здания

Исходными данными в этом случае станут:

В первую очередь находят фактическое сопротивление стены теплопередаче. В упрощенном варианте можно его найти как частное толщины стены и ее теплопроводности. Если наружная конструкция состоит из нескольких слоев, по отдельности находят сопротивление каждого из них и складывают полученные значения.

Тепловые потери стен рассчитываются по формуле:

Здесь Q – это тепловые потери в килокалориях, а F – площадь поверхности наружных стен. Для более точного значения необходимо учесть площадь остекления и его коэффициент теплопередачи.

Расчет поверхностной мощности батарей

Удельная (поверхностная) мощность вычисляется как частное максимальной мощности прибора в Вт и площади поверхности теплоотдачи. Формула выглядит следующим образом:

Расчет температуры теплоносителя

На основе полученных значений подбирается температурный режим отопления и строится прямая теплоотдачи. По одной оси наносятся значения степени нагрева подаваемой в систему отопления воды, а по другой температура наружного воздуха. Все величины принимаются в градусах Цельсия. Результаты расчета сводятся в таблицу, в которой указаны узловые точки трубопровода.

Выполненные мероприятия позволяют определять параметры теплоносителя в системе в определенный момент времени. Анализируя совпадение параметров с графиком можно проверять эффективность отопительной системы. В таблице температурного графика указывается также степень нагрузки на систему отопления.

Источник