CC BY
18
УДК 697.34
Ю. А. Горинов, С. Я. Алибеков, Р. С. Сальманов, А. В. Маряшев
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ ОТКРЫТЫХ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Ключевые слова: математическая модель, график отпуска тепла, открытая схема теплоснабжения.
Предложена математическая модель, позволяющая оптимизировать температурный режим открытых теплофикационных систем, с обеспечением температуры в трубопроводах в соответствии нормативными требованиями, при этом дополнительные капитальные вложения не требуются, определены расходы теплоносителя в подающий и обратном трубопроводе, скорректировано график отпуска тепла для потребителей.
Keywords: mathematical model, a graph of heat output, open heating circuits.
A mathematical model that allows to optimize the operating temperature outdoor heating systems, ensuring temperature in pipelines in compliance with regulatory requirements, additional capital investments are needed, determined the costs of the coolant supply and return pipe, adjusted schedule of holiday of heat to consumers.
Введение
Оптимизация функционирования систем теплоснабжения, имеющих задачу полного удовлетворения потребности в тепловой энергии при соблюдении оптимальных параметров работы оборудования, является весьма актуальной задачей. Решение этой задачи возможно путем создания математической модели температурных режимов теплофикационных систем. За основу модели принято качественное регулирование отпуска тепловой энергии, при котором расход теплоносителя остается неизменным в течение отопительного и межотопительного периодов, а температура теплоносителя меняется в зависимости от температуры наружного воздуха. При этом имеется ряд ограничений температуры теплоносителя, подаваемого в систему исходя их требований санитарно-гигиенических нормативных актов. Расчету графика отпуска тепла для закрытых и открытых систем посвящены труды. Соколова Е.Я, Манюка В.И., Апарцева М.М., Громова Н.К., Зингера Н.М., ЗАО «Роскоммунэнерго» [1-6]. Анализ перечисленных методик в части расчета температуры в обратном трубопроводе открытых систем требует уточнений. Алгоритм моделирования температурного режима состоит из следующих операций: расчетный график отпуска тепла; скорректированный график отпуска тепла; модель температурных режимов на примере действующей теплофикационной системы.
Расчетный график отпуска тепла
Температура воды в подающем трубопроводе после смесительного устройства описывается уравнением:
13 = (вр + 0,5(зр -t2р)q + 0,5(зр - иВр)^п где Ц -расчетная температура воздуха внутри отапливаемых зданий, принимается равной 18 оС; tзр и t2p - расчетные температуры воды в подающем трубопроводе после смесительного устройства и после отопительных и вентиляционных систем, принимаются равными 95оС и 70оС соответственно; q - отношение расхода теплоты на отопление при данной температуре наружного воздуха к расходу
теплоты при расчетной наружной температуре для проектирования отопления,
q =
'вр tH t вр _ tHp
где ^ и ^ - соответственно текущая и расчетная для проектирования отопления температуры наружного воздуха; п - показатель степени в формуле коэффициента теплопередачи конвективно-излучающего прибора, для большинства приборов т = 0,25 [3]:
1
п =- ,
1 + т
Температура воды в обратном трубопроводе описывается уравнением:
(2 = (3 "(зр -(2р)? Температура воды в подающем трубопроводе описывается уравнением:
= (3 + (1р - ,
где - расчетная температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети (задается) и может быть равна 95 оС, 115 оС, 130 оС, 150 оС и др.[1]
Скорректированный график отпуска тепла
Температура теплоносителя в подающем трубопроводе для открытых систем теплоснабжения, имеющих излом температурного графика, описывается уравнением:
И = (и _ t )
3 113
И _t
J_н
t _t 1 н
При открытой системе теплоснабжения имеет место качественно-количественное регулирование отпуска тепла при постоянном напоре на коллекторах источника тепла. Температура теплоносителя в обратном трубопроводе тепловой сети для открытых систем теплоснабжения, имеющих излом температурного графика, можно определить по закону аддитивности согласно уравнению:
to =
и 1 _ ^
go(tiI _ (t1 _t2^-1 ) + gцгвсtцгвс
1 t1 _ tн
go + gцгвс
где - фактическая температура воды в подающем трубопроводе, т.е. температура срезки или минимальная температура (задается); ^ и ^ - температуры воды соответственно в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети и в подающем трубопроводе после смесительного устройства при данной температуре наружного воздуха по отопительному графику, т.е. те температуры, которые рассчитаны ранее; и - текущая температура наружного воздуха; ^гес - температура в циркуляционном трубопроводе горячего водоснабжения; go - расход теплоносителя в обратном трубопроводе системы отопления, определяется исходя из тепловой нагрузки и графика работы системы отопления; gцгес - расход в циркуляционном трубопроводе системы горячего водоснабжения:
дцгвс =01 •
3,6Qr
Ctr
-tcs)
где 0,1 - доля расхода воды в циркуляционном трубопроводе от расхода в подающем трубопроводе горячего водоснабжения [7]; <2гес - средний тепловой поток на горячее водоснабжение; с - теплоемкость воды; ^ - температура воды в подающем трубопроводе горячего водоснабжения; - температура сырой воды.
Модель температурных режимов на примере системы теплоснабжения г.Йошкар-Олы
Схемой теплоснабжения г.Йошкар-Олы утвержден температурный график 150-70 0С со срезкой 65 и 130 0С. Первая срезка - на температуре 65 0С обусловлена открытой системой теплоснабжения, вторая - на 130 0С объясняется применением в тепловых сетях трубопроводов с ППУ изоляцией. Обработка статистических данных параметров теплоносителя, зафиксированных приборами узлов учета тепловой энергии и теплоносителя, установленными в 1132 зданиях, что составляет 61% от общего количества жилого и социального фонда города показала, что усредненная доля расхода теплоносителя в циркуляционном трубопроводе системы горячего водоснабжения составляет 30% от расхода в системе отопления.
Используя полученные зависимости построим модель температурных режимов открытой системе теплоснабжения на примере г.Йошкар-Олы (рис.1).
—Т1 Подающий трубопровод
теплосети" —Т3 Подающий трубопровод
отопления" —Т2 Обратный трубопровод теплосети"
8 5 2 -1 -4 -7 -10 -13 -16 -19 -22 -25 -28 -31 Температура наружного воздуха
Рис. 1 - Модель температурных режимов открытой системы теплоснабжения г.Йошкар-Олы
Заключение
1. Предложенная математическая модель позволяет оптимизировать режимы работы теплоэнергетического оборудования источника тепла, системы транспорта и систем теплопотребления, подключенных к открытой теплофикационной системе.
2. Диапазон температуры в подающем и обратном трубопроводе соответствует требованиям СанПиН 2.1.4.2496-09 и СанПиН 2.1.22645-10.
3. Применение предложенной модели не требует финансовых затрат на реконструкцию систем генерации, транспорта и потребления тепловой энергии.
Литература
1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - 6-е изд., перераб. - М.: Издательство МЭИ, 1999, -472 с., ил.
2. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1988. - 432 с., ил.
3. Апарцев М.М. Наладка водяных систем централизованного теплоснабжения: Справочно-методическое пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 204 с., ил.
4. Громов Н.К. Городские теплофикационные системы. М., «Энергия», 1974. - 256 с., ил..
5. Зингер Н.М. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 320 с., ил.
6. Методические рекомендации по оптимизации гидравлических и температурных режимов функционирования открытых систем коммунального теплоснабжения. ЗАО «Роскоммунэнерго»
7. СП 124.13330.2012 Тепловые сети.
8. Казанкин К.С., Алибеков С.Я., Маряшев А.В., Сальма-нов Р.С. Определение энергоэффективности в жилых домах с разными видами отопления. Вестник КГТУ №6. 2014. с. 140-141.
9. Валеев И.М., Житников С.В. Обеспечение системной надежности качества электроэнергии на предпритиях с непрерывными технологическими процессами. Вестник КГТУ №21.2016.с.127-130.
© Ю. А. Горинов - доцент каф. ЭП Поволжского госуд. технол. ун-та, [email protected]; С. Я. Алибеков - доктор техн. наук, профессор, зав. каф. МиМ Поволжского госуд. технол. ун-та; Р. С. Сальманов - канд. техн. наук, доцент каф. физики КНИТУ; А. В. Маряшев - канд. техн. наук, доцент, доцент каф. ЭП Поволжского госуд. технол. ун-та.
© Y. A. Gorinov - associate Professor, DEP. EP Volga GOV't. tekhnol. University, [email protected]; S. J. Alibekov - doctor of tech. Sciences, Professor, head.DEP. MIM Volga GOV't. tekhnol. Univ; R. S. Salmanov - candidate. tech. Sciences, associate Professor, DEP. physics Department KNRTU; A. V. Maryshev - Cand. tech. Sciences, associate Professor, associate Professor, DEP. EP Volga GOV't. tekhnol. Univ.
