Совершенствование работы систем с качественно-количественным регулированием в отопительном периоде на основе инжекционных терморегуляторов

Если же радиус окружности меньше радиуса кривизны эллипса в вершине составной кривой, то линия каустики при любом наклоне солнечных лучей имеет разрыв.

Выводы

Для составной отражающей кривой с иррегулярной вершиной линия каустики представляет собой сочетание каустик сторон кривой.

Линия каустики составной отражающей кривой с иррегулярной вершиной, как правило, имеют разрыв по линии отраженного луча в вершине кривой. В некоторых случаях линии каустик сторон составной кривой имеют общую точку пересечения.

Полученные результаты позволяют создать компьютерную модель карстовой области для отражающих поверхностей, к которым применимо решение плоской задачи аппарата отражения.

Список используемых источников

1. Бубенников А.В. Начертательная геометрия / Бубенников А.В., Громов М.Я. - М.: Высшая школа, 1973. - 416 с.

2. Дворецкий А.Т. Автоматизация расчетов для плоской отражающей системы с источником в несобственной точке / Дворецкий А.Т., Митрофанова С.А. // Прикладна геометрiя та шженерна графша, К.: КНУБА. - 2003. -Вип. 73. - С. 77-81.

3. Митрофанова С.А. Компьютерная модель каустики для переменного направления солнечных лучей / Митрофанова С. А. // Прикладна геометрiя та шженерна графша, К.: КНУБА. - 2008. - Вип. 80. - С. 165-169.

УДК 697

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМ С КАЧЕСТВЕННО-КОЛИЧЕСТВЕННЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ В ОТОПИТЕЛЬНОМ ПЕРИОДЕ НА ОСНОВЕ ИНЖЕКЦИОННЫХ ТЕРМОРЕГУЛЯТОРОВ

Перминов И.А.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства.

Рассмотрены недостатки современных схем, применяемых для регулирования тепловой мощности. Предложена конструкция инжекционного терморегулятора, способ регулирования теплоотдачи в стальных радиаторах в зависимости от требуемой нагрузки потребителя на отопление. Приведены результаты теоретических исследований полей скорости, температуры и давлений теплоносителя системы отопления.

Терморегулятор, регулирующая арматура, гидравлический расчет, инжекционный терморегулятор, смесительный узел.

Введение

Важнейшим вопросом современных систем отопления является энергосбережение. Для достижения максимального эффекта энергосбережения в системах отопления необходимо применение энергоэффективного оборудования. Терморегулятор - основное энергосберегающее устройство, которое экономит до 20% тепловой энергии. Поэтому актуальной задачей является совершенствование элементов систем отопления, в частности, терморегуляторов.

Анализ публикаций

При централизованном снабжении потребителей теплом, регулирование параметров теплоносителя может осуществляться: на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), в котельных, в центральных тепловых пунктах (ЦТП), местных тепловых пунктах, непосредственно у теплопотребляющих приборов [1]. Так как режимы расходов тепла многочисленных абонентов неодинаковы, тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в зависимости от наружного воздуха, на разных этапах осуществляются разные виды

регулирования: на ТЭЦ, в котельных, и ЦТП осуществляется качественно-количественное регулирование, местных тепловых пунктах - качественное, количественное, либо комбинированное [1]. Самым распространенным методом регулирования у теплопотребляющих приборов является количественное регулирование по дроссельной схеме, на базе автоматического терморегулятора. Такое регулирование привносит некоторые недостатки в работу системы отопления, связанные с гидравлическим режимом. Актуальным вопросом является создание элементов системы отопления, которые бы осуществляли непосредственную связь разных режимов регулирования от источника тепла до потребителя.

Терморегулятор автоматический отопительного прибора системы водяного отопления здания (сокращенно терморегулятор или термостат) - запорно-регулирующая арматура автоматического регулирования теплоотдачи отопительного прибора на уровне, соответствующем установленной потребителем температуры воздуха [2]. Отопительные приборы двухтрубных систем водяного отопления, оснащенных приборами учета, должны, как правило, оборудоваться автоматическими терморегуляторами (п. 3.14. [3, 4]).

Одна из основных характеристик регулировочного клапана определяется падением давления на нем. При полностью открытом регулировочном клапане падение давления на нем складывается из падения давления в узле за вычетом потерь давления в монтажных элементах и трубопроводе. Это является наименьшим падением давления в клапане [5]. При закрытом регулировочном вентиле все значения перепада давления в узле относятся к клапану, так как расход равен нулю, потеря давления равна нулю. Это наибольшее падение давления на клапане.

Падение давления на клапане переменное, оно меняется с ходом штока клапана. Эти взаимосвязи описываются авторитетом терморегулятора.

Сегодня все большее распространение приобретает метод гидравлического расчета с учетом внешнего авторитета терморегулятора. Этот метод хотя и не имеет однозначного теоретического подхода, однако проверен практикой проектирования в западных и восточноевропейских странах и дает хорошие показатели энергосбережения [2, 6, 7, 8].

Применяемые схемы с использование терморегуляторов прямого действия имеют следующие недостатки:

Обычная дроссельная схема - при большом количестве приборов - вследствие изменения хода штока увеличивается перепад давления, что ведет к необходимости установки дополнительного регулирующего оборудования;

Схема с замыкающим узлом и трехходовым клапаном на обратном трубопроводе -температура на отопительных приборах равна температуре в подающем трубопроводе;

Схема с замыкающим узлом и трехходовым клапаном на подающем трубопроводе -уровни температуры на приборах и в подающем трубопроводе не должны сильно отличаться, перепад давления перед терморегулятором недопустим, следовательно, необходимость установки дополнительного регулирующего оборудования;

Схема с замыкающим узлом и трехходовым клапаном на подающем трубопроводе с двойным подмешиванием - перепад давления перед терморегулятором недопустим, следовательно, необходимость установки дополнительного регулирующего оборудования, при применении распределителя, сохраняющего давление, обязательно применять безнапорную схему подмешивания.

Решением недостатков существующих узлов регулирования может служить применение схемы инжекционного терморегулирования. Преимущества данного регулирования: возможен перепад температуры в приборе и в подающем трубопроводе; вследствие постоянного объемного потока возникает достаточная возможность регулирования; авторитет клапана почти равен 1, на участке с переменным количеством теплоносителя потерь давления почти нет; малое запаздывание, так как горячий теплоноситель присутствует постоянно; могут быть связаны различные температурные

уровни; при наличии большого количества приборов не возникает дополнительного сопротивления, следовательно, нет необходимости установки дополнительного оборудования.

Принципиальная схема узла смешения:

Рис. 1. Инжекционный терморегулятор качественно-количественного регулирования: 1 - термостатическая головка, 2 - шток регулирующей иглы, 3 - сопло, 4 -регулирующая игла, 5 - камера всасывания, 6 - горловина, 7 - диффузор

Смесительный узел применяют в системе отопления для понижения температуры воды, поступающей из подающего трубопровода, до требуемой температуры. Понижение температуры происходит при смешении теплоносителя подающей линии с теплоносителем обратного потока местного участка системы отопления [9].

Смесительный узел используют для местного качественного регулирования теплопередачи отопительных приборов системы, дополняющего регулирование в тепловом пункте. При местном регулировании путем автоматического изменения по заданным параметрам температуры смешанной воды в обогреваемых помещениях поддерживаются оптимальные тепловые условия. Кроме того, исключается перегревание помещений, особенно в осенний и весенний периоды отопительного сезона. При этом сокращается расход тепловой энергии [9].

Регулируемый узел смешения (рис. 1.) - дешевый, простой и надежный в эксплуатации аппарат. Он подсасывает охлажденную воду для смешения с высокотемпературной водой и передает давление, создаваемое циркуляционным насосом в отопительные приборы системы отопления.

Такой узел позволяет в определенных пределах изменять коэффициент смешения для получения воды с расчетной температурой, необходимой для местной системы отопления, то есть осуществлять требуемое качественно-количественное регулирование.

Цель и постановка задачи исследований Цель работы - совершенствование схемных и конструктивных решений местного качественно-количественного регулирования теплоотдачи отопительных приборов на основе инжекционных терморегуляторов.

Результаты и их анализ Моделирование выполнено с использованием програмного комплекса, позволяющего получить распределение линий тока температур, скоростей и давлений. В данной модели использовалась «внутренняя» задача - теплоноситель подавался через подающий трубопровод. Расход теплоносителя 0,1 кг/с при температуре 75 0С. Обратный теплоноситель с температурой 65 0С и общим давлением 105 Па отводился через обратный трубопровод. Инжекционный терморегулятор состоит из: подающего трубопровода; смесительного узла, который представляет собой сопло, камеру смешения, диффузор и регулятор; обратного трубопровода; байпасной линии, которая связывает обратный трубопровод с камерой смешения на подаче.

Dynamic Pressure (Pa]

Min=0 Pa Max=4138.43 Pa

Рис 2. Перепад давления на инжекционном терморегуляторе

Temperature [К]

Min-328 К Мах-34-8 К

Рис. 3. Распределение температур при регулировании инжекционным

терморегулятором

Velocity [m/s]

Min-0 m/s Max-0,61253 m/s

Рис. 4. Распределение скоростей в инжекционном терморегуляторе

В результате исследований было выявлено, что максимальный перепад давления для нормальной работы на клапане должен составлять 4 кПа при расходе теплоносителя 0,1 кг/с, что проиллюстрированно на рис 2. При этом авторитет клапана буде приближаться к единице. Из рис. 3. Видно, что при такой схеме регулирования почти отсутствует эффект запаздывания регулирования, так как постоянно присутствует горячий теплоноситель. Из исследования распределения скоростей рис. 4. были получены максимальные скорости на термостатическом клапане, они не превышают нормируемых значений для современных систем отопления.

Выводы

В результате выполненных теоретических исследований получены данные по распределению скоростей, температур, и давления в предложенной конструкции инжекционного терморегулятора качественно-количественного регулирования. Выявлены преимущества и возможность применения данной конструкции терморегулятора в современных системах отопления.

Список используемых источников

1. Козин В.Е. Теплоснабжение: Учебное пособие для студентов вузов / В.Е. Козин, Т.А. Левина, А.П. Марков, И.Б. Пронина, В.А. Слемзин. - М. Высш. школа, 1980. - 408 с.

2. Пырков В.В. Особенности современных систем водяного отопления / В.В. Пырков. -К.: II ДП «Таю справи», 2003. - 177 с.

3. СНиП 2.04.05-91*У. Отопление, вентиляция и кондиционирование. - Издание неофициальное. - К.: КиевЗНИИЭП, 1996. - 89 с.

4. СНиП 2.04.05-91. Отопление, вентиляция и кондиционирование /Минстрой России./ -М.: ГП ЦПП, 1995. - 66 с.

5. Яушоветц Р. Гидравлика - Сердце водяного отопления / Р. Яушоветц. - Вена.: ГЕРЦ Арматурен Г.м.б.Х, 2005. - 196 с.

6. Пырков В.В. Современные тепловые пункты. Автоматика и регулирование / В.В. Пырков. - К.: II ДП «Таю справи», 2007. - 251 с.

7. Покотилов В. В. Регулирующие клапаны автоматизированных систем тепло- и холодоснабжения / В.В. Покотилов. - Вена.: фирма «HERZ Armaturen», 2010. - 176 с.

8. Пырков В.В. Гидравлическое регулирование систем отопления и охлаждения / В.В. Пырков. - К.: II ДП «Таю справи», 2005. - 302 с.

9. Сканави А. Н. Отопление: Учебник для студентов вузов, обучающихся по направлению «Строительство» / А.Н. Сканави, Л.М. Махов. - М.: ABC, 2002. - 576 с.