Совершенствование систем низкотемпературного водяного отопления при количественно-качественном регулировании теплоносителя

Международной научно-технической конференции, 20-21 сентября 2011г.- Харьков: ХНПК «ФЭД», 2011.- С.105-108. 14.Воинова С.А. О подходе к управлению технологической эффективностью создаваемых технических объектов/ Мiжнародний журнал «Автоматизащя технолопчних i бiзнес-процесiв», 2012, № 11, 12. - Одеса: ОНАХТ, 2012.- С. 26-28.

УДК: 662.612 — 428.4

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОГО ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ ПРИ КОЛИЧЕСТВЕННО-КАЧЕСТВЕННОМ РЕГУЛИРОВАНИИ

ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ.

Зайцев О.Н., Петрекевич Л.В., Лукьянченко Д.М.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

В статье приведены результаты теоретических исследований поля температуры, скорости и давления в предложенной конструкции теморегулятора. Показано, что в данном случае наблюдается практически линейный режим регулирования расхода теплоносителя, что дает возможность работать системе водяного отопления в постоянном гидравлическом режиме с изменением количественной и качественной характеристик теплоносителя только в нагревательных приборах.

Предложена система водяного отопления с низкотемпературным теплоносителем на основе использования гидравлически изменяемого режима в нагревательных приборах с сохранением постоянного в остальной части системы и увеличения диапазона эффективной работы терморегуляторов, позволяющая снизить требуемое давление в системе отопления и капитальные затраты за счет уменьшения количества требуемых балансировочных клапанов в системе отопления Нагревательный прибор, терморегулятор, система отопления

Введение

В Украине доля теплопотребления в жилищно-коммунальном хозяйстве занимает около 60% от общего количества вырабатываемой тепловой энергии, в тоже время, оснащение отопительных приборов индивидуальными автоматическими регуляторами теплового потока (термостатами) позволяет в зависимости от типа регуляторов и условий их эксплуатации уменьшить расход тепловой энергии на отопление на 10-20% в основном за счёт снижения непроизводительных затрат теплоты [1, 3, 5-7].

Анализ публикаций

Основным недостатком в работе регулируемых систем отопления является узкая область линейного действия терморегуляторов (от 0,3 до 0,7 хода клапана), кроме того, в отличие от традиционных аналогов, для таких систем, характерны повышенные единовременные капитальные вложения при повышении рабочего давления в системе (в 3-4 раза) по сравнению с нерегулируемыми системами, что негативно сказывается на эксплуатационных расходах [8-12]. Также необходимо отметить, что, несмотря на достаточно развитую теорию гидравлического регулирования систем отопления в настоящее время отсутствуют тепловые модели работы таких систем. Особенно негативна ситуация при малом тепловом напоре в нагревательном приборе, что характерно для возобновляемых источников энергии.

Цель и постановка задач Является совершенствование систем водяного отопления с низкотемпературным теплоносителем на основе использования гидравлически изменяемого режима в

нагревательных приборах с сохранением постоянного в остальной части системы отопления.

Методика исследования

Для достижения поставленной цели был предложен способ регулирования системы отопления путем установки на каждый нагревательный прибор эжектора, связанного с термостатом, что позволяет изменить тепловой поток за счет количественного регулирования в нагревательном приборе, а остальная часть системы отопления работает в постоянном гидравлическом режиме. Однако существующие методики подбора регулирующего оборудования для водяных систем отопления не учитывают результирующий тепловой поток через нагревательный прибор. Поэтому, для моделирования влияния локального изменения температуры и расхода в нагревательном приборе был использован пакет программ CosmosFloWork на основе программного обеспечения SolidWork. Данная программа применяется для расчета гидро-, аэродинамических и тепломассообменных процессов используя уравнение неразрывности Навье-Стокса для вязкого идеального газа [2].

На оси эжектора выполняются условия симметрии и решаются уравнения энергии и движения для z-компоненты скорости. Решение задачи начинается с задания начальных условий и параметров задачи. Внутри области задаются однородные начальные условия для компонент скорости и температуры. Основываясь на этих теоретических данных, для исследования была создана компьютерная модель локального нагревательного прибора с эжектором (рис.1).

Рис.1. Общий вид модели локального регулирования теплового потока от

нагревательного прибора.

Варьировались следующие параметры:

- Расход теплоносителя через подающий трубопровод;

- Диаметр сопла эжектора;

- Расход теплоносителя эжектируемого потока;

- Температура и давление на входе и выходе из модели.

Результаты моделирования тепловых и гидравлических процессов при количественно-качественном регулировании теплоносителя в нагревательных приборах представлены на рис.2-3.

е*т/ |"г 111

. I

/

Рис.2. Распределение теплоносителя в нагревательном приборе и эжектирующем устройстве при коэффициенте подмешивания 1.5.

Рис.3. Распределение теплоносителя в нагревательном приборе и эжектирующем устройстве при коэффициенте подмешивания 2.2.

Результаты и их анализ

Анализ представленных на графиках (рис.2-3) распределения теплоносителя по скорости и давлению при различных коэффициентах подмешивания показал, что изменение перепада давления между эжектирующейся жидкостью и эжектируемой путем увеличения сопротивления в перемычке между подающим и обратным трубопроводами от 0 до 1,5 кПа при постоянной скорости жидкости в в подающем и обратном трубопроводах (1.5 м/с) позволяет изменить температуру входящего в нагревательный прибор от Т1 до Т2, что соответствует при нулевом перепаде давления - эжекция отсутствует и нагревательный прибор дает максимальный тепловой поток с максимальным температурным напором. А при перепаде давления 1,5 кПа происходит запирание эжектора и теплоноситель поступает в нагревательный прибор с температурой Т2, что соответствует нулевому тепловому потоку и соответственно отсутствию нагрева помещения. Однако при этом сохраняется постоянство гидравлического режима остальной системы отопления, что позволяет не устанавливать балансировочные клапаны на каждые 6-8 нагревательных приборов. Анализ данных по изменению температуры, коэффициента турбулентности, числа Рг и теплового потока в эжекторе и нагревательном приборе по ходу движения теплоносителя показали, что основные пульсации по температуре, коэффициенту турбулентности и изменению теплового потока происходят на узком участке - в эжекторе и при входе в нагревательный прибор, что подтверждает гипотезу о применимости предложенного локального управления тепловым потоком в водяного системе отопления.

1. Предложена система водяного отопления с низкотемпературным теплоносителем на основе использования гидравлически изменяемого режима в нагревательных приборах с сохранением постоянного в остальной части системы и увеличения диапазона эффективной работы терморегуляторов, позволяющая снизить требуемое давление в системе отопления и капитальные затраты за счет уменьшения количества требуемых балансировочных клапанов в системе отопления.

2. Полученные теоретические данные о тепловых и гидравлических процессах в предложенной конструкции теморегулятора выявили практически линейный режим регулирования расхода теплоносителя и доказали возможность работы системы водяного отопления в постоянном гидравлическом режиме с изменением количественной и качественной характеристик теплоносителя только в нагревательных приборах.

Выводы

3. Уточнена методика гидравлического расчета для систем водяного отопления с низкотемпературным теплоносителем на основе использования гидравлически изменяемого режима в нагревательных приборах с сохранением постоянного в остальной части системы.

Список литературы

1. Нудлер Г.И., Тульчин И.К. Автоматизация инженерного оборудования жилых и общественных зданий. - М.: Стройиздат,1988.-223 с.

2. Свободноконвективные течения, тепло- и массообмен: Пер. с англ./ Герхарт Б., Джалурия И., Махаджан Р.Л., Саммакия Б. - М.: Мир, В 2-х книгах. Кн. 2., 1983. -528 с.

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

4. Грановский В. Л. Основный принципы конструирования и испытаний отопительных приборов со встроенными терморегуляторами / В.Л. Грановский // АВОК. - 2005. - №4. - С. 48-52.

5. Дзелтис Э.Э. Управление системами кондиционирования микроклимата: Справочное пособие / Э.Э. Дзелтис. - М.: Стойиздат, 1990. - 176 с.

6. Petitjean R. Total hydronic balancing: A handbook for design and troubleshooting of hydronic HVAC systems / R. Petitjean. - Gothenburg: TA AB, 1994. - 530 p.

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

8. EN 215-1: 1987 Thermostatic radiator valves. Part 1. Requirements and test methods.

9. ГОСТ 30815-2002 МГС. Терморегуляторы автоматические отопительных приборов систем водяного отопления зданий. Общие технические условия. - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2002

10.ГОСТ 14770-69 Устройства исполнительные. ГСП. Технические требования. Методы испытаний. - М.: Изд. Стандартов, 1988. - 10 с.

11.ГОСТ 28923-91 МГС. Регуляторы температуры, работающие без постороннего источника энергии. Общие технические требования и методы испытаний. - М.: Стандартинформ, 2005.

12.Wytczne projektowania instalacji centralnego ogrzewania. - Warszawa.: COBRTI «INSTAL», «UNIA CIEPLOWNICTWA». - Suplement do wydania II. 1993. -, 1994. -43 p.

УДК 628.12:62-523

МЕТОДИКА И АНАЛИЗ ПОДБОРА НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ ДЛЯ НАСОСНЫХ СТАНЦИЙ ПОДКАЧКИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Николенко И.В., Котовская Е.Е.

Национальная академия природоохранного и курортного строительства

В работе выполнено технико-экономическое сравнение вариантов регулирования режимов работы систем «водопроводная сеть - насосная станция» с установкой водонапорной башни либо с применением аккумулирующих емкостей с регулируемыми насосами подкачки. Представлена методика расчета режимов регулирования таких систем. Приведен алгоритм подбора насосов, а также проанализирован диапазон допустимой степени изменения частоты вращения насоса