Определение расходов теплоносителя потребителями

Определение расходов теплоносителя  потребителями. 

    При оценки состояния тепловой сети и  определений требуемого расхода  теплоносителя в сеть используются гидравлические расчеты. При тепло-гидравлических расчетах:

    1.Расчет  на расход сетевой воды на  систему отопления, присоединенную по зависимой схеме.

;

     - расчетная нагрузка на систему  отопления;

     - энтальпия теплоносителя в  падающем трубопроводе тепловой  сети при расчетной температуре наружного воздуха;

     - энтальпия теплоносителя в  обратном трубопроводе системы  отопления при расчетной температуре  наружного воздуха. 

    2.Расчетный  расход воды в системе отопления. 

;

     - энтальпия теплоносителя (по  норме) в падающем трубопроводе  тепловой сети при расчетной  температуре наружного воздуха; 
 
 
 

    3.Относительный  расход сетевой воды. 

;

     - текущее значение сетевого расхода на систему отопления. 

4.Относительный  расход теплоты. 

;

     - текущее значение расхода  теплоты на систему отопления. 

    5.Расход  теплоносителя в системе отопления,  присоединенной по независимой  схеме. 

;

     , - энтальпии нагреваемого теплоносителя (второй контур) соответственно для расчетных температур на выходе и входе в теплообменный аппарат. 

    6.Расчетный  расход теплоносителя в системе вентиляции. 

;

     - расчетная нагрузка на систему  вентиляции;

     - энтальпия теплоносителя в  падающем трубопроводе тепловой  сети при расчетной температуре  наружного воздуха;

     - энтальпия сетевой воды для  расчетной температуры после  калорифера системы вентиляции. 

    7. Расчетный расход теплоносителя  на систему горячего водоснабжения  для открытых систем теплоснабжения. 

    

;

     -величина средней тепловой  нагрузки на ГВС;

     , - энтальпия горячей и холодной воды. 

    8.Расчетный  расход теплоносителя на систему  горячего водоснабженеия для  закрытых систем теплоснабжения определяется:

    1)при  параллельной схеме включения  подогревателей на систему горячего  водоснабжения. 

    

;

     - энтальпия теплоносителя в  падающем трубопроводе, соответствующая  температуре в точке излома температурного графика;

     - энтальпия теплоносителя после  подогревателя, соответствующая  температуре в точке излома  температурного графика. 

    При наличии баков аккумуляторов  верно следующее условие:

     

    

;

    Если  баки аккумуляторов отсутствуют, то:

    

     - величина тепловой максимальной  нагрузки на ГВС.

    

 

    k – коэффициент часовой неравномерности. 

    2)для  смешанной схемы включения подогревателей на систему горячего водоснабжения ГВС (при регулировании отпуска теплоты по отопительной нагрузке) расчетный расход греющей воды на верхнюю ступень подогревателя определяется: 

    

;

    Расход  рассчитывается: 

    

;

     - энтальпия нагреваемой холодной  воды после теплообменного аппарата  нижней ступени принимается на 5-10⁰с ниже температуры теплоносителя в обратном трубопроводе отопления. 

    3)При  последовательной схеме включения подогревателей в систему горячего водоснабжения: 

    

;

     - энтальпия теплоносителя после  теплообменного аппарата верхней  ступени.

    

; 

    

;

    где - балансовая нагрузка на горячее водоснабжение при . 

    Расход  теплоносителя на первую (нижнюю) ступень  теплообменного аппарата: 

    

;

     - расчетный расход теплоносителя на абонентский ввод;

     - расчетный расход теплоносителя  на вторую (верхнюю) ступень теплообменного  аппарата.

    Суммарный расход воды на абонентский ввод равен  сумме рабочих расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (ГВС). 

Автоматизация работы систем отопления  и режимов потребления  теплоты.

    В соответствии с правилами по проектированию тепловых пунктов автоматизация  центральных и индивидуальных тепловых пунктов должна обеспечивать:

    1.Регулирование  подачи теплоты (теплового потока) в системе отопления в зависимости от изменения параметров наружного воздуха;

    2.Ограничение  максимального расхода воды из  тепловой сети путем перекрывания  клапана регулятора теплоты на  отопление;

    3.Поддержание  требуемого перепада давления в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети на вводе в тепловой пункт;

    4.Поддержание  заданной температуры воды, поступающей  в систему ГВС здания. 

    На  ниже приведенном рисунке показана принципиальная схема установки  счетчика расхода теплоты в центральном тепловом пункте здания:

    1-счетчики  расхода горячей воды в падающем  и обратном трубопроводах тепловой  сети;

    2-термометры  сопротивления;

    3-соединительные  электрические провода;

    4-микропроцессорный  вычислитель и информатор расходов  теплоты и параметров измерянных сред;

    5-подающий  трубопровод;

    6-обратный  трубопровод.

Рис.14

    Если  потребитель устанавливает счетчик  только на подающем трубопроводе, то теплоснабжающие  организации ? месячную разницу в  расходах воды по формуле:

    

;

    и полученный результат относит на оплату тех потребителей теплоты, где  нет в центральном тепловом пункте водосчетчиков на падающем и обратном трубопроводах теплосети.

    Расход  теплоты от тепловой сети определяется балансовым уравнением:

    

; кВт 
 

Выбор регулирующих клапанов.

    Для того чтобы выбрать РК необходимо знать падение давления на клапане  и заданный расход, проходящий через  клапан. Подбор клапана производится с помощью коэффициента k_v – это расход теплоносителя, проходящего через клапан при падении давления в 100 кПа.

    

;

     -падение давления в клапане,  кПа;

     - расход, л/с. 

    Условный  проход Dy, Dn (номинальный) указывает приблизительный внутренний диаметр в свету входного и выходного штуцеров, мм.

    Условное  давление  Py, Pn показывает класс давления арматуры. В большинстве случаев в системах отопления оно согласуется с максимальным рабочим избыточным давлением арматуры, измеряемого в бар.

    Максимальная  рабочая температура - максимальная рабочая температура среды, пригодная  для эксплуатации арматуры.

    Для системы с зависимым присоединением 2-х ходовой клапан следует установить на падающей трубе. Чтобы избежать слишком  высоких давлений на радиатор. Падение давления на клапане будет равным первичному перепаду давления, уменьшенному на величину падения на теплосчетчике и фильтре.

Рис.2 

    Для системы с независимым присоединением двухходовой клапан предпочтительно установить на первичной отводящей трубе. При таких условиях клапан работает при более низких температурах, что уменьшает риск кавитации и предотвращает перегрев ИМ.

    Значение  давления на клапане будет равно  действительному перепаду давления уменьшенному на величину падения давления на теплообменнике и величину падения давления на фильтре и теплосчетчике.

    Падение давления на теплосчетчике и фильтре  оценивается в 30 кПа. Падение давления на теплообменнике лежит в пределах от 10 до 25 кПа  в зависимости от типа теплообменника.

Рис.3 

    РК  подбирается на летнее условие и  на максимальную нагрузку, рассчитанную для здания. Для подбора клапана  следует использовать первичные  перепады давления для условий летней эксплуатации. 

    Подбор расширительного бака для системы отопления.

    Во  всех установках, где температура  воды изменяется необходимо иметь бак, в котором изменения объема могут  быть поглащены малыми изменениями  давления.

    Открытые  баки всегда расположены выше самого верхнего радиатора. Обычно его подводящая труба идет из подвала, с которым связана заполнение системы холодной водой. В открытых баках вода контактирует с воздухом, что увеличивает коррозию в системе.

    Закрытые  баки имеют два водонепроницаемых  отсека, разделенных резиновой диафрагмы сосуд заполнен газообразным азотом при давлении, по меньшей мере, равным статической высоте здания.

    Закрытый  бак монтируется близко к теплообменнику и предпочтительно на всасывающей  стороне насоса. Расширительные баки должны быть оборудованы предохранительными клапанами (ПК).

    Для подбора расширительного бака (РБ) необходимы следующие данные:

    1.максимальная  рабочая температура воды;

    2.объем  воды в системе;

    3.статическая  высота (высота от места расположения  бака до высшей точки в системе).

    4.давление срабатывания ПК. 

    Полезный  объем бака (объем расширения) определяется произведением объема воды на коэффициент  расширения, зависящий от максимальной рабочей температуры. Коэффициент  расширения берется из таблиц. 

    

; 

      - объем воды в системе;

     - коэффициент расширения. 

    Пример: объем воды в системе  л;

                    максимальная температура = 90⁰с;

                    статическая высота системы =9м;

                    рабочее давление =1,5 бар;

                    =0,0511.

    Расчет  бака: л.

    Расчет  клапана:

    Требуемая мощность системы отопления 350 кВт.

    

⁰с;

    

⁰с;

    

⁰с.

    Расход  теплоносителя, проходящего через  клапан:

    

;

    Падение давления на теплосчетчике и фильтре = 30 кПа. Оставшийся перепад давления приходится на клапан и = 200 кПа.

    Подставляем все значения в формулу и получаем:

    

л /с;

    Значение  -принимается близким к типовым значениям регулирующих клапанов.

    По  диаграммам падения давления на клапане  при определенном расходе определяют падение давления на полностью открытом клапане.

Рис.4 
 

Выбор регулирующих устройств.

    Гидравлический  режим тепловой сети определяется точкой пересечения характеристик насоса и непосредственно сети. Характеристика последней может быть представлена в виде квадратичной параболы.

    

;

    или     ;

    где:

     - падение давления в сети;

     - потеря напора в сети;

     - объемный расход теплоносителя;

     - гидравлическое сопротивление  сети;

     - плотность теплоносителя;

    g- ускорение свободного падения.    

    Гидравлическое  сопротивление можно представить  также как падение давления в  сети при единичном расходе теплоносителя. При квадратичном законе сопротивления получим.

    

;

     - коэффициент, зависящий от  шероховатостей стенок трубопровода;

     - длина трубопровода;

     - эквивалентная длина местных  сопротивлений;

     - диаметр трубопровода.    

                                    ;

     - абсолютная эквивалентная шероховатость.

    Гидравлическая  проводимость элемента:

    

;

    гидравлическое  сопротивление:

    

;

    Связь между гидравлической проводимостью  элемента и гидравлическим сопротивлением представляется следующим образом:

    

; s=1/a^2;

    Относительный расход через i-ую абонентскую систему (например: в квартальных тепловых сетях подсистемы отопления, подключенной к распределительной тепловой подстанции), состоящую из n-абонентов.

    

;

     - сопротивление тепловой сети, начиная от к-го потребителя  и до последнего.

     - сопротивление тепловой сети, начиная от к-го потребителя  и до последнего с учетом  сопротивления подводящих трубопроводов. 

    

; 

      - сопротивление подводящих трубопроводов. 

    Суммарный расход теплоносителя тепловой сети соответственно будет равен:

    

;

    При осуществлении центрального регулирования в квартальной сети с элеваторами у абонентов должны выполняться условия равных располагаемых напоров на элеваторах-потребителей, в том числе должна соблюдаться гидравлическая устойчивость сети.

    Гидравлическая  устойчивость сети – это способность  системы поддерживать заданный гидравлический режим, который характеризуется коэффициентом устойчивости.

    

;

     - потеря напора тепловой сети  при расчетном напоре теплоносителя;

     - располагаемый напор на абонентском вводе.

    Для повышения гидравлической устойчивости системы избытки напора у абонентов  должны поглощаться при помощи постоянных сопротивлений, а в самой сети следует максимально снижать потери.

    При выборе регулирующих клапанов обычно исходят из следующих условий: установленный проектный режим обеспечиваться при пропускной способности РО (открытие клапана) =65-75% от номинальной, а рабочий участок пропускной характеристики должен находиться в диапазоне 25-80%.

    При установки клапана на действующей сети нужно делать корректировку давления перед клапаном по отношению к проектным решением.

    Условием  выбора типа клапана является отношение:

    

;

     - условная пропускная способность  клапана (из паспорта).

     - фактическая пропускная способность.

    

;

     - максимальный расход теплоносителя,  измеряется в м³/ч;

     - плотность теплоносителя, кг/м³;

     - максимальный перепад давления  на участке трубопровода, МПа.

    Максимальная  пропускная способность клапана  определяется по формуле:

    

;

     - перепад давления на клапане.             

    Если  выполняется следующее условие: , то выбирается клапан с линейной характеристикой.

    Если  условие не выполняется, то выбранный  клапан с логарифмической характеристикой. 

    Алгоритм  выбора РО (клапана).

    1.Определяется  падение давления трубопроводной сети.

    2.Оценивается  допустимый перепад давления  на клапане.

    3.Нахадится  максимальная пропускная способность  трубопровода, если она не задана  согласно условиям тепловых нагрузок.

    4.Выирается  типоразмер клапана.

    5.Определяется  коэффициент соотношения . На основании которого выбирается тип характеристики клапана.

    6.Проводится  проверка условия запаса по  управляющему воздействию и степени  открытия затвора при максимальном  расходе.

    7.Выполняется  проверка условия по пропускной способности ( ), если это условие не выполняется, то выбирается новый типоразмер клапана и расчет выполняется с пункта определения коэффициента соотношения . 

    Если  же алгоритм не сходится по условиям дискретности типоразмеров, то берется наилучший вариант из рассмотренных. При необходимости облегчения условия работы регулирующих клапанов, устанавливаемых в действующие трубопроводные системы, следует предусматривать обводные каналы для снижения перепада давления на клапане и увеличения пропускной способности. 

    Расчет  регулирующих вентилей.

    Расчет 3 – ех ходового регулирующего  вентиля. 

    3-ех  ходовые регулирующие вентили  в настоящее время используются  в решении регулирующих узлов,  т. к. они способнее смешивать (или распределять) теплоноситель в требующемся соотношении для достижения необходимой температуры.

Рис.5 

    На  данной схеме изображен 3-ех ходовой  смесительный вентиль, нагруженный  дифференциальным давлением.

    А - вход первичной воды;

    В – обратная вода;

    АВ  – выход из регулируемого вентиля;

     - давление, создаваемое насосом;

     - давление в обратном трубопроводе;

     - потери давления на теплообменнике или на тепловом потребителе. 

    Замена 3-ех ходового смесительного вентиля  двумя 2-ух ходовыми. 

Рис.6 

    Кавитацией  – называется такое явление, при  котором в жидкости наблюдается  образование и разрушение большого количества пузырьков наполненных парами жидкости, происходящие в результате местного понижения давления.

    Обычное явление кавитации возникает  в области самого узкого прохода, где скорость самая высокая.

    У регулирующих вентилей с одноступенчатой  редукцией (практический каждый случай в коммерческой области отопления и охлаждения) кавитация может развиться в случае если выполняется условие:

    

; 

     - входное давление;

     - давление за вентилем;

     - давление насыщенных паров  среды при конкретной температуре. 

    Для выше приведенных схем действительны  следующие условия:

    1Система нагружена перепадом давления;

    2.Давление  насоса не зависит от циркуляционного  количества (подачи). 

    При номинальном расходе G_3ном, который протекает через систему при полностью закрытой ветви А и полностью открытой ветви В, потеря давления потребителя включая трубопровод от точки 4 до точки 2 равна DР_тепл, а потеря давления обратной ветви от точки 2 до точки 4 не считая потери на вентиле равна DР_об. Тогда для данной схемы будет выполняться следующее условие:

    

;

где - условный коэффициент расхода, задающийся производителем смесительных вентилей.

      

      

    Пример  расчета двухходового регулирующего вентиля.

    Исходные  данные:

1. Среда – вода 155 ⁰С.
2. Статическое давление в точке присоединения – 1200 кПа;
3. Падение давления в точке присоединения DР_дост  = 80 кПа;
4. Потери давления в трубопроводе DР_труб  = 15 кПа;
5. Потери давления у потребителя DР_тепл  = 25 кПа;
6. Условный расход Q_ном = 8 м³/ч;
7. Минимальный расход Q_мин = 1,3 м³/ч.