CC BY
9УДК 621.31 U22.002.56
В.И. Немченко, Р.Н. Хафизов
Самарский государственный технический университет
МЕТОДИКА НАСТРОЙКИ ТЕМПЕРАТУРНЫХ КОМПЕНСАТОРОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА 0171У СКА ТЕПЛА
Представлена методика расчёта настроек погодных компенсаторов при реконструкции систем автоматического управления центральным теплоснабжением на выходе котельных. Методика учитывает климатические и технологические факторы районов Крайнего Севера.
Present the procedure of calculation sets weather compensator on reconstruction the system with automatic control to municipal heating on leaving boiler-house. The procedure consider at climatic and technological factors in the region of extreme north.
В последнее время с развитием газодобычи в районах Крайнего Севера России широкие масштабы приобретают работы по центральному теплоснабжению городов и посёлков. Для расчета отопительно-вентиляционной нагрузки, выбора оборудования и режимов работы котельных, при определении годового потребления теплоты абонентами руководствуются среднестатистическими климатологическими данными [I].
Анализ данных [I] по населенным пунктам Надым, Салехард, Новый Порт ЯмалоНенецкого автономного округа позволяет сделать следующие выводы: абсолютная минимальная температура отопительного периода для этих пунктов составляет, соответственно, -60°С, -54°С, -56°С. Продолжительность отопительного сезона для них изменяется от 6792 до 7248 часов в год. Расчетная температура наружного воздуха отопительного периода составляет -44°С, -42°С, -43°С соответственно. Средняя температура отопительного периода колеблется от -11,0 до -11,8®С. Продолжительность стояния температур выше средней отопительного периода находится на уровне от 3814 до 4142 часов или в пределах 0,526 0,606 от общей про-
должительности отопительного периода.
Интегральные графики средней продолжительности стояния температур наружного воздуха показаны на рис. 1. Расчетная температура воздуха внутри помещений принимается равной 20°С, что отвечает районам с расчетной температурой наружного воздуха ниже -31°С.
Э
Р-
d
X
Я
о
Л
X
>ч
Cl
а
х
в
5
£
1000 2000 3000 4000 5000 6000
Продолжительность стояния температур, ч
7000
8000
Рис. 1. Интегральные графики средней продолжительности стояния температур
наружного воздуха
Анализ систем центрального теплоснабжения проведён на примере п. Пангоды Надымского района Ямало-Ненецкого АО. Теплоснабжение посёлка осуществляется от 7 котельных, общая установленная мощность которых составляет 149 Гкал/час. Основное топливо природный газ с <2р=7923 ккал/мЗ,
Тепловые сети в п. Пангоды выполнены в основном в двухтрубном исполнении по смешанным схемам (тупиковые и кольцевые) и частично в четырёхтрубном исполнении с магист-
ралью горячего водоснабжения. Способ прокладки тепловых сетей преимущественно безка-нальный, подземный. Общая протяженность магистральных и внутриквартальных тепловых сетей п. Пангоды в двухтрубном исполнении составляет 37,45 км.
В отопительных котельных применяется нормативный температурный режим открытых и закрытых тепловых сетей 95/70°С при расчётной температуре воздуха в помещении 20^С и расчетной температуре наружного воздуха для Надымского района -44^С. Температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах для котельных Надымского района представлены на рис. 2.
10
-5 -10 -15 -20 -25 -30
Температура наружного воздуха, град
-35 -40 -45
Р п с. 2. Нормативный температурный режим тепловых сетей для п. Пангоды
В котельных п. Пангоды применяется график центрального качественного регулирования подачи теплоты системы отопления без учёта бытовых тепловыделений. Строительство новых зданий осуществляется с применением современных ограждающих конструкций и материалов и трёхслойного остекления оконных проёмов. Высокий уровень теплозащиты и бытовые тепловыделения необходимо учитывать при построении нормативных графиков регулирования подачи теплоты.
Автоматическое регулирование температуры сетевой воды осуществляется ручным изменением задания. При реконструкции систем центрального теплоснабжения предполагается использование автоматических погодных компенсаторов, настройку которых рекомендуется производить экспериментально [2], Рассмотрим расчётную методику выбора настроек погодных компенсаторов.
На первом этапе выполнятся расчёт графиков регулирования подачи теплоты систем отопления от центральных котельных в зависимости от погодных условий по методике [3].
Для промышленных и общественных зданий, при расчёте теплопотерь которых не учитываются бытовые тепловыделения, изменение подачи теплоты на отопление определяется по формуле
тг а 2°-'«
а-
£0тзх
-к
20
(1)
где ()д - относительная отопительная нагрузка; !в - температура воздуха внутри помещения, ге=20‘С; 1И - текущая температура наружного воздуха, °С; {^Р - расчётная температура наружного воздуха, !Г1Р=- 44”С.
Для жилых зданий при расчёте изменения теплового потока на отопление учитываются бытовые тепловыделения в квартирах, которые, в отличие от теплопотерь через ограждения, не зависят от 1и. Поэтому с её повышением доля бытовых тепловыделений в тепловом балансе жилого здания возрастает, за счёт чего можно сократить подачу теплоты на отопление по сравнению с определением его по формуле (1). Тогда относительный тепловой поток на отопление жилого здания определяется по формуле, которая для климатических условий п. Пангоды имеет вид
.опП} л
ёГ = (1 + 0,094).; 0,094, (2)
20 - (-44)
_ ~ *■ тип _
где - оптимальная температура воздуха в отапливаемых помещениях, принимаемая с
учётом выбранного способа регулирования, =21,5°С; 0,094 - доля бытовых
тепловыделений в квартирах с угловой комнатой от теплопотерь для условий 10= -44 °С.
На рис. 3 представлены графики относительного изменения теплового потока на отопление
<2„ в зависимости от наружной температуры 1Н для общественных и промышленных зданий (линия 1); для жилых домов без коррекции по отклонению внутренней температуры от заданной (линия 2); для жилых зданий при регулировании с коррекцией по /,■ (линия 3).
Температура наружного воздуха, град
Р и с. 3. Графики относительного изменения теплового потока на отопление
На втором этапе производится расчёт графиков температур теплоносителя, поддерживаемых при автоматизации теплоподготовительной установки котельной.
Используется автоматическое поддержание графика температур теплоносителя в обратном трубопроводе Х2 с помощью температурного компенсатора и регулирования расхода циркулирующего теплоносителя корректирующим насосом. Контроль температуры в обратном трубопроводе гарантирует нормальный прогрев последних по ходу воды в стояке отопительных приборов абонентов.
Относительный тепловой поток
Р и с. 4. Графики изменения температурных критериев системы отопления по температуре воды в подающем и обратном трубопроводах
На рис. 4 для т0ПТ =21,5°С представлены графики изменения относительного темпера-
турного критерия сетевой воды в подающем
и обратном
тії - Г1 . Т2
трубопрово-
дах с постоянной циркуляцией в зависимости от относительного теплового потока на отопление Q!l . Зависимости построены для отопительных систем с чугунными радиаторами с учётом показателя степени иг=0,32 в формуле коэффициента теплопередачи отопительного прибора для подачи теплоносителя сверху вниз (здесь и далее с индексом «х» - значения температур при текущей температуре наружного воздуха).
58
Искомая температура сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах для исследуемого интервала температур наружного воздуха определяется с использованием графиков 3^ по формулам
'І' 4(тт *01 -
. "01
^ Т л опт
*01 ~ К *2 -
(95 -20) + 21,5; (70-20)+ 21,5.
(3)
(4)
Температурный режим количественно-качественного автоматического регулирования для однотрубных систем отопления представлен на рис. 5.
Для настройки погодных компенсаторов используется точка с наружной температурой, соответствующей температуре начала отопительного сезона, равная 15°С, и угол наклона температурного графика обратного трубопровода <р=10°. '
При этом в системе отопления расход циркулирующего теплоносителя будет изменяться в соответствии с зависимостью
(5)
Отах
где Со и (?0тах - расход циркулирующего теплоносителя, соответственно, при текущей наружной температуре и расчётной для проектирования отопления, т/ч; т=0,32.
? 20 Т23-3 293 3.
у = -0,7415х + 38,061 Я2 = 0,9866
15
10
5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45
Температура наружного воздуха, град ❖ Температура по подаче ■ Температура по обратке
Линейный (Темпе рату ра по подаче) 111 Линейны й (Тем перату ра по об ратке)
Р и с. 5. Графики температур сетевой воды для программирования погодного компенсатора
Характер изменения расхода теплоносителя в зависимости от относительной нагрузки при количественно-качественном регулировании показан на рис. 6.
Относительный тепловой поток
Р и с. 6. График изменения относительного расхода воды в системе отопления при количествен но-качественном регулировании При теплоснабжении жилых и общественных зданий может возникнуть недотоп, вызванный отсутствием внутренних тепловыделений, что может быть компенсировано увеличением
59
расхода сетевой воды при режимной наладке систем отопления этих потребителей.
Соблюдая принцип ограничения максимального расхода сетевой воды на вводе теплового пункта, для компенсации недогрева здания в часы прохождения максимального водоразбора график температур, задаваемый регулятору, следует повысить на 3°С против отопительного. Хотя при этом в часы максимального водоразбора график всё равно не будет выдерживаться, за счёт превышения его в остальные часы здание в целом за сутки получит требуемое по норме количество теплоты.
Рассмотренная методика позволяет значительно снизить объём экспериментальных работ при наладке систем автоматического регулирования с погодными компенсаторами.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
). СНиП 11—А—6 72 Строительная климатология и геофизика. М.; Стройиэдат, 1972.
2. Немчеико В.И. Применение приборов автоматического регулирования в системах коммунального теплоснабжения // Веет. Самар, тех. ун-та. Серия Технические науки. 2001. Вып. 13. С. 163-169.
3. CII41-101-95 Проектирование тепловых пунктов / Минстрой России. М., 1997. 78 с.
УДК 621.785-669.2 Ю.Э. Плештцева
Самарский государственный технический университет
АЛЬТЕРНАНСНЫЙ МЕТОД В ЗАДАЧАХ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОХОДНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ ПО ЭКОНОМИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ КАЧЕСТВА
Индукционные нагревательные установки непрерывного действия широко применяются в ведущих отраслях промышленности. Согласно типичным технологическим требованиям проходная индукционная печь в установившемся режиме работы должна обеспечивать достижение заданного конечного температурного состояния нагреваемого изделия перед последующей обработкой давлением. В данной работе рассматриваются возможности применения альтернансного метода для решения задач оптимизации проходных нагревателей по экономическим критериям качества. С помощью предложенной инженерной методики решаются практические задачи минимизации длины индуктора.
Induction through heating installations are of considerable current use in leading industries. One of the main typical technological requirements to through heating is to provide outlet temperature distribution on the level of required temperature in steady-state modes of heater operation. The paper presents the special alternance method for solving problems of induction through heaters optimization with respect to economical cost functions. Some examples of inductor length optimization are presented.
Введение
В настоящее время в ведущих отраслях промышленности для нагрева металла перед обработкой давлением широко применяются индукционные нагревательные установки (ИНУ) непрерывного действия. В условиях современного развития производства особое значение приобретает проблема достижения предельных качественных показателей работы ИНУ путём оптимизации их конструктивных характеристик и режимов работы.
Особенности реальных производственных процессов вызывают необходимость решения ряда специфических задач оптимального управления стационарными режимами работы ИНУ непрерывного действия. Подобные задачи могут формулироваться и решаться как задачи оптимизации по экономическим критериям одно- и многосекционных нагревателей типовой конструкции.
Основная цель данной работы заключается в применении альтернансного метода оптимизации для решения подобного круга задач.
