Перевод с открытой схемы ГВС на закрытую с автоматизацией ИТП потребителей тепловой энергии г. о. Тольятти
Описание существующих проблем и способы их решения
Элеваторное присоединение системы отопления к тепловым сетям снижает энергосберегающий эффект от применения термостатов на отопительных приборах. Элеватор устроен таким образом, что при неизменном диаметре сопла и одном и том же располагаемом напоре он пропускает постоянный расход теплоносителя через сопло, независимо от изменения расхода воды, циркулирующей в системе отопления (СО). В результате, в двухтрубных СО, в которых используются термостаты, происходит сокращение расхода теплоносителя, циркулирующего в системе. При этом растет температура воды в подающем трубопроводе выше требуемого графика, а затем, из-за постоянного коэффициента смешения, и в обратном трубопроводе. Это приводит к увеличению теплоотдачи нерегулируемой части системы (стояков) и к недоиспользованию потенциала теплоносителя.
Автоматизации подвергаются тепловые пункты с насосной циркуляцией теплоносителя в системе отопления, присоединенной к тепловым сетям как по зависимой, так и по независимой схеме (через водоподогреватель).
Комплект регулирующей автоматики состоит из электронного регулятора со встроенным таймером, датчиков температуры наружного воздуха и теплоносителя, регулирующего клапана с электроприводом на сетевом теплоносителе, циркуляционного насоса. По информации, поступающей от датчиков температуры, электронный регулятор подает команду на открытие или закрытие клапана, уменьшая или увеличивая количество теплоносителя, проходящего через водоподогреватель или узел смешения. При этом меняется температура воды, поступающей в систему отопления. Комплект может включать один универсальный регулятор для управления двумя системами: системой отопления и горячего водоснабжения. Эти приборы весьма компактны и пригодны для автоматизации тепловых пунктов любого масштаба.
Функции АТП, реализуемые с помощью регулятора отопления и электрической схемы управления:
управление АТП как в автоматическом, так и в ручном режиме;
поддержание графика температуры подачи отопления в соответствии с температурой наружного воздуха с учетом динамики ее изменения и тепловой инерции здания;
программное управление температурой здания для оптимизации теплопотребления;
поддержание заданной пользователем температуры ГВС (в пределах санитарных норм);
нормированное снижение нагрузки на отопление в вечернее, ночное время, а также в выходные дни;
контроль величины расхода теплоносителя в подающем трубопроводе, и ограничение его в соответствии с договором на теплоснабжение;
ограничение температуры обратной воды системы отопления;
ограничение температуры отопления и ГВС в соответствии с санитарными нормами;
автоматическое управление циркуляционными насосами;
автоматическая промывка фильтров защиты циркуляционных насосов в определенное пользователем время;
подача сигнала аварии при возникновении нештатной ситуации.
В настоящее время в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) не применяется регулирование расхода теплоносителя, расход теплоносителя через подогреватель отопления, ГВС, калориферы вентиляционных установок осуществляется по максимальному в весовом выражении (т/ч) показателю.
Экономический эффект от внедрения регуляторов расхода тепловой энергии имеет следующие составляющие:
поддержание гидравлической стабильности тепловой сети.
поддержание комфортной температуры воздуха в помещениях путем соблюдения заданного графика зависимости температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, от температуры наружного воздуха;
ликвидация весенне-осенних перетопов зданий;
автоматическое снижение потребления тепловой энергии системой отопления здания в нерабочее время, в выходные и праздничные дни;
поддержание требуемой температуры горячей воды в системе ГВС;
автоматическое снижение температуры горячей воды в ночное время, в выходные и праздничные дни, вплоть до полной остановки системы ГВС;
ограничение температуры теплоносителя, возвращаемого в тепловую сеть.
Пример схемы автоматизации представлен на рисунке .
У потребителей, подключенных к источникам тепловой энергии с принятым температурным графиком 95/70 ˚С, проводить автоматизацию с установкой запорно-регулируемых устройств с погодным контроллером как орган управления не целесообразно, так как отпуск тепловой энергии по такому графику не требует смены графика с более высокого, например, 130/70, на необходимый для отопительной системы 95/70 в ИТП или ЦТП, все регулирование производится на самом источнике с учетом температуры наружного воздуха. Однако стоит задача в распределении теплоносителя между потребителями в соответствии с их тепловой нагрузкой и отдаленности от источника, для этого необходимо проводить наладочные работы с использованием дроссельных устройств.
В Главе 5 приведены перспективные балансы производительности водоподготовительных установок ТЭЦ ВАЗа после перевода Автозаводского района города с открытой схемы ГВС на закрытую. В Части 1.6 Главы 10 приведены мероприятия по реконструкции ВПУ, с указанием стоимости.
– Схема автоматизации ИТП
Перечень рекомендуемых к модернизации ИТП г. о. Тольятти
Рекомендуется модернизировать 4 008 ИТП, источником теплоснабжения которых является ВоТГК, в числе:
771 без ГВС и с зависимой схемой подключения системы отопления через элеваторный узел (источник теплоснабжения – все источники ВоТГК);
870 с открытой схемой подключения ГВС и зависимой схемой подключения системы отопления через элеваторный узел (источник теплоснабжения – ТЭЦ ВАЗа);
1 067 с закрытой схемой подключения ГВС и зависимой схемой подключения системы отопления через элеваторный узел (источник теплоснабжения – все источники ВоТГК);
1 300 с открытой схемой подключения ГВС и независимой схемой подключения системы отопления (источник теплоснабжения – ТЭЦ ВАЗа).
В итоге планируется установить 2 708 двухходовых клапанов системы отопления, 943 двухходовых клапанов ГВС, 2 708 насосов смешения, 2 170 теплообменников системы ГВС и 2 170 циркуляционных насосов системы ГВС.
Пример автоматизации ИТП
В качестве основного мероприятия по переходу к автоматизированным тепловым пунктам, предлагается произвести автоматизацию ИТП с заменой морально устаревших элеваторных узлов, на более совершенную и эффективную схему подачи теплоносителя «насосом смешения» с регулятором расхода сетевой воды.
Разработка мероприятий по автоматизации ИТП выполнена в соответствии с:
СП 41-101-95 «Проектирование тепловых пунктов» [11];
СНИП 2.04.07-86 «Тепловые сети» [12].
Для примера рассмотрим ИТП, расположенного по адресу ул. Свердлова, д. 70.
Тепловая нагрузка на отопление составляет 0,237 Гкал/ч.
Для автоматизации ИТП были выбраны приборы типа ТРМ-32 Производственного Объединения «ОВЕН» для ПИД-регулирования. Прибор совместно с входными термопреобразователями (датчиками) и исполнительными механизмами предназначен для контроля и регулирования температуры в системе отопления.
В данном регуляторе предусмотрены два типа регулирования температуры:
по температуре наружного воздуха, значение которой переменно;
по заданному постоянному значению.
Температуру сетевой воды в контуре отопления, заданную по температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха, поддерживает первый ПИД-регулятором. Регистрация данных с регулирующих приборов на ЭВМ заданием не предполагалась. Защита от превышения температуры обратной сетевой воды заданием не предполагалась.
Использованный тип входных термопреобразователей:
для замера температуры наружного воздуха используется термометр сопротивления типа ТСМ-50М;
для замера температуры сетевой воды, поступающей в систему отопления, используется термометр сопротивления типа ТСМ-50М;
Датчик температуры наружного воздуха, как правило, устанавливают на затененной стороне и вдали от локальных тепловыделений для минимизации их влияния на показания датчика.
Допускается укрытие датчика козырьком. Однако конструкция козырька должна предполагать возможность естественного прохождения потока воздуха вокруг датчика температуры, во избежание искажения реальной температуры наружного воздуха.
Термометры сопротивления присоединяются по трехпроводной компенсационной схеме специальными компенсационными проводами (имеющими точное линейное сопротивление) для ликвидации возможности возникновения влияния паразитного сопротивления из-за изменения наружных температур на показания датчиков.
Установка термометров сопротивления для замеров температур сетевой воды в трубопроводах осуществляется в штатные гильзы, которые вворачиваются в штатные бобышки. Гильзы, после установки, заливаются маслом для улучшения теплопередачи.
В качестве исполнительных механизмов для регулирования температуры в системе отопления был подобран клапан запорно-регулирующие ESBE серии VLC125 это 2-ходовой фланцевый клапан для PN25, DN 15–50.
КЗР представляет собой клапан запорно-регулирующий односедельный гидравлический с электромеханическим приводом.
Характеристика клапана определяется по показателю пропускной способности, Кv, м3/ч, значение которого определяется как максимальная пропускная способность полностью открытого клапана при перепаде давления на клапане 10 м.в.ст.
Установочный диаметр клапана определялся по близким характеристикам завода-изготовителя, а также по существующим присоединительным диаметрам.
Необходимый типоразмер клапана для регулирования температуры воды в системе отопления определялся по показателю Kv, м3/ч, который рассчитывается при условии наихудшей работы – на точке излома температурного графика.
Рабочий температурный график отпуска тепловой энергии принят 150/70 ℃. Пропускная способность клапана для системы отопления определялась по формуле:
 где:
 - нагрузка на отопление;
 - температура сетевой воды в подающем трубопроводе в точке излома температурного графика;
 - температура сетевой воды в обратном трубопроводе в точке излома температурного графика;
Так, для данного ИТП пропускная способность клапана для регулирования отопления примерно равна 7,9 т/ч, принимаем ближайшее большее значение – Kv =10,0.
Требуемая пропускная способность КЗР для горячего водоснабжения определялась по формуле:
 где:
 - максимальная тепловая нагрузка горячего водоснабжения;
 - температура воды в системе горячего водоснабжения.
Так, пропускная способность клапана для горячего водоснабжения для данного ИТП имеет примерное численное значение 4,58 т/ч, (принимаем ближайшее большее значение – Kv =6,3).
Подбор насоса для системы отопления начинается с того, что производится расчет требуемого расхода G и гидравлического сопротивления H системы отопления. На основании расхода и гидравлического сопротивления по графику зависимости H(G) насоса выбирают подходящий насос.
Расход теплоносителя в системе отопления G рассчитывается по формуле:
 где:
 - температура на входе в систему отопления;
 70 ℃ - температура на выходе из системы отопления.
Далее, необходимо провести расчет гидравлического сопротивления отопления. Данные по сопротивлению системы отопления колеблются в диапазоне от 1 до 5 м вод. ст. (или 0,1-0,5 бар). Примем, что сопротивление системы отопления в нашем случае составляет 1,5 м водяного столба, тогда, взяв каталог Grundfos, мы видим, что нам подходит насос Grundfos UPS 40-80 F.
Для подбора циркуляционного насоса системы ГВС необходимо определить расход воды в циркуляционной линии.
Для закрытой системы теплоснабжения с параллельным подключением подогревателей горячего водоснабжения расход именно горячей воды (максимальный и средний), поступающей к водоразборным приборам здания можно ориентировочно определить немного по другим формулам:
 где:
Тгв - температура горячей воды, поступающей к водоразборным приборам здания (на выходе из подогревателей ГВС), ℃;
Согласно действующих нормативных документов значение температуры горячей воды должно быть не ниже 60 ℃ и не выше 75 ℃ (Тгв = 60-75 ℃).
Тхв - температура холодной водопроводной воды, поступающей в подогреватели горячего водоснабжения (на входе в подогреватели ГВС), ℃. Для расчетов значение температуры Тхв принимается равным 5 ℃ (отопительный период).
Св = 1 ккал/(кг*℃)- массовая теплоемкость воды.
 , где:
Принимаем расход воды в циркуляционной линии после потребителей равным 30% от максимального расхода, так как циркуляционный насос расположен до смешивания с водой нагретой в первой ступени, где в своем максимальном объеме она поступает во вторую ступень теплообменника для донагрева до 65 ℃.
Таким обратом Gгвс.цирк. = 1,65 т/ч.
По каталогу Grundfos, подбираем насос Grundfos UPS 32-40.
Циркуляционный насос ГВС устанавливается до точки смешения с подпитывающей водой после её нагрева в первой ступени теплообменника. Таким образом статический напор для создания необходимого напора в системе ГВС на верхнем этаже здания с запасом 5 м.вод.ст. обеспечивает давление в системе водопроводной воды, а циркуляционный насос обеспечивает циркуляцию по замкнутому кольцу для преодоления сопротивления второй ступени подогревателя и трубопроводов системы. Напор определяется по сумме потерь давления в водонагревателе горячего водоснабжения 2-ой ступени (в случае одноступенчатого теплообменника для 1-ой ступени) при расчетном режиме максимального водоразбора и трубопроводах циркуляционного кольца при расчетном циркуляционном расходе воды. С учетом возможного «зарастания» поверхности теплообменника и тем самым увеличения потерь напора принимаем Н=10 м.вод.ст.
Данное мероприятие распространяется на индивидуальные тепловые пункты домов с подключением абонентов по зависимой схеме отопления (элеваторные узлы). На первичном этапе рекомендуется произвести работы с крупными потребителями тепловой энергии. Автоматизация головных крупных ИТП, позволит перераспределить теплоноситель по все протяженности сети и обеспечит существенное увеличение перепадов напора между подающим и обратным трубопроводами. В свою очередь это создаст резерв и устранит угрозу недогрева концевых абонентов, в период установления низких температур наружного воздуха.
|
