Автоматизация теплового пункта гражданского здания

Выбор основного импульса для местного регулирования зависит  от типа и режима работы установки.

В установках горячего водоснабжения  в качестве такого импульса обычно выбирается температура воды после подогревателя в закрытых системах или после смесительного устройства в открытых системах

Выбор импульса для регулирования отопительной нагрузки является более сложной задачей, так как температуры в отдельных помещениях отапливаемых зданий могут существенно различаться и зависят не только от количества теплоты, поданной в здание, но и от качества работы отопительной установки здания, условии эксплуатации отдельных помещений, бытовых тепловыделений, а также солнечной инсоляции и инфильтрации, которые, в свою очередь, зависят от размещения отдельных помещений здания по отношению к сторонам света и розе ветров. Поэтому для экономичного удовлетворения отопительной нагрузки необходимо в дополнение к местному регулированию осуществлять индивидуальное регулирование отдельных помещений или отдельных зон каждого здания, подверженных различному влиянию солнечной инсоляции, ветровой инфильтрации, бытовых тепловыделений и других условий.

Для местного регулирования отопительной нагрузки используются обычно следующие раздельные импульсы:

а) внутренняя температура представительного помещения или средняя внутренняя температура нескольких помещений;

б) внутренняя температура устройства, моделирующего температурный режим;

в) температура наружного воздуха или интегральный метеорологический показатель, учитывающий наружную температуру и солнечную инсоляцию.

Это позволяет без нарушения  качества теплоснабжения использовать аккумулирующую способность зданий для балансирования подачи теплоты на отопление за определенный период времени (например, за 12 ч или 1 сут) при неравномерной тепловой нагрузке системы в отдельные часы суток.

При использовании первых двух импульсов  создается также возможность  применять различные сочетания  температур и расходов воды в подающем трубопроводе тепловой сети для удовлетворения отопительной нагрузки.

Необходимость в осуществлении  таких режимов возникает обычно при каких-либо отказах на отдельных  участках параллельно работающих сблокированных магистральных тепловых сетей.

При временном снижении пропускной способности сети по расходу воды можно сбалансировать подачу теплоты  на отопление путем повышения температуры в подающем трубопроводе тепловой сети. При использовании третьего импульса, т.е. наружной температуры или интегрального метеорологического показателя, регулирование отопительной нагрузки осуществляется по расчетной программе, в которой заложены режимы теплопотребления, характеристики оборудования групповой или местной подстанции и теплотехнические характеристики ограждающих конструкций и аккумулирующей способности здания. Программой задается расход сетевой воды при разных наружных температурах. При этом исходят из условия постоянного соответствия температуры воды в подающем трубопроводе тепловой сети температуре наружного воздуха. При отклонении фактической температуры воды в тепловой сети от расчетной для данной температуры наружного воздуха возникает небаланс теплоты во всех отапливаемых помещениях.

На рисунке 2.2 показана принципиальная схема ГТП при закрытой системе теплоснабжения и независимом присоединении отопительных установок к тепловой сети. Регулирование отопительной нагрузки осуществляется по импульсу, получаемому от устройства 8, моделирующего внутренний тепловой режим здания с заданной характеристикой.

На рисунке 2.3 показана принципиальная схема регулирования отпуска  теплоты на отопление по импульсу наружной температуры, выполненной  в групповой тепловой подстанции с независимым присоединением нагрузки отопления и двухступенчатой  последовательной схемой нагрузки горячего водоснабжения.

Измерение температуры наружного  воздуха производится инерционным термометром сопротивления 5, показания которого преобразуются в унифицированный сигнал с помощью измерительного усилителя 6. Измерение расхода сетевой воды производится датчиком расходомера 3. Оба сигнала вводятся в измерительный блок релейного регулирующего прибора 8, из которого выходные команды через блок ручного управления 9 воздействуют на исполнительный механизм, перемещающий регулирующий клапан 11. Вся эта аппаратура выпускается промышленностью серийно. Температура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения t_г, поддерживается на заданном уровне регулятором температуры 1, воздействующим на расход сетевой воды, проходящей через подогреватель верхней ступени горячего водоснабжения.

Регулятор поддерживает постоянный расход сетевой воды через  подогреватель отопления независимо от характера суточного графика нагрузки горячего водоснабжения. В зависимости от температуры наружного воздуха система производит автоматическую перенастройку регулирующего клапана 11 [2].

 

2.2 Выбор функционально – технологической схемы автоматизированного теплового пункта здания

 

По функциональному  назначению тепловой пункт можно  разделить на отдельные узлы (рисунок 2.4), связанные между собой трубопроводами и имеющие обособленные или, в отдельных случаях, общие средства автоматического управления:

- I — узел ввода тепловой сети;

- II — узел учета теплопотребления;

- III — узел согласования давлений (в тепловой сети и системах теплопотребления);

- IV — узел присоединения систем вентиляции;

- V — узел присоединения системы ГВС;

- VI — узел присоединения систем отопления.

Технологическая схема теплового пункта разработанная инженерами фирмы “Danfoss” приведена на рисунке 2.4.

Настоящая схема теплового пункта обеспечивает потребителей тепловой энергией и снабжает горячей водой. Выбор технологического оборудования и средств автоматизации по данной схеме производится, из каталога оборудовании фирмы “Danfoss”.

Узлы ввода тепловой сети, учета теплопотребления и согласования давлений являются обязательной принадлежностью отопительного теплового пункта.

Узел ввода оснащается: стальной запорной приварной или  фланцевой арматурой (шаровыми кранами  типа JiP диаметром 40 мм); сетчатыми фильтрами (муфтовыми — Д_у = 40 мм типа Y222P при Т_макс = 110 °C).

При закрытой системе  теплоснабжения «рабочий» фильтр предусматривается  только на подающем трубопроводе (рисунок 2.5 а), а при открытой — также на «летней» перемычке обратного трубопровода (рисунок 2.5 б). Применение сетчатых фильтров не исключает установки до них (по ходу движения теплоносителя) абонентского грязевика для защиты сетки фильтра от повреждений крупными твердыми включениями. Для заполнения систем теплопотребления, присоединенных к закрытой тепловой сети по зависимой схеме, допускается узел ввода выполнять, как и при открытой схеме теплоснабжения (рисунок 2.5 б), с установкой на перемычке диаметром 20–32 мм фильтра, но без грязевика.

Узел учета теплопотребления (II) (далее — «узел учета») входит в состав теплового пункта. Проект узла учета должен выполняться в соответствии с требованиями «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя».

В качестве прибора учета  рекомендуется применять тепловычислитель типа «СПТ 943.1», который предназначен для вычисления потребляемой тепловой энергии в двух отдельных контурах отопления закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Подробное описание теплосчетчика  будет выполнено в подразделе «Технические требования и выбор  аппаратуры учета теплопотребления зданием» настоящего дипломного проекта.

Узел согласования давлений (III) предназначен для обеспечения работы всех элементов теплового пункта, систем теплопотребления, а также тепловых сетей в стабильном и безаварийном гидравлическом режиме.

Оборудование узла согласования давлений позволяет:

- поддерживать постоянные перепады давлений теплоносителя на исполнительных механизмах регулирующих устройств систем теплопотребления;

- обеспечивать давление  теплоносителя в трубопроводах  в пределах, допустимых для элементов  систем и самого теплового  пункта;

- гарантировать заполнение систем теплоносителем и защищать их от опорожнения;

- обеспечивать невскипание  перегретого теплоносителя в  верхних точках систем теплопотребления;

- при необходимости  ограничивать предельный расход  теплоносителя;

- осуществлять автоматическую  гидравлическую балансировку тепловых сетей.

Поскольку системы вентиляции в настоящем дипломном проекте не рассматриваются, узел присоединения систем вентиляции также не будет рассмотрен.

Узел присоединения  системы ГВС (V)

Способ приготовления  горячей воды для хозяйственно-питьевых нужд определяется принятой в регионе схемой централизованного теплоснабжения.

При закрытой системе  теплоснабжения нагрев водопроводной  воды для ГВС производится, как  правило, в скоростных водоподогревателях. В качестве водоподогревателей в современных системах горячего водоснбжения рекомендуется использовать пластинчатые водоподогреватели, которые производит фирма «Danfoss». Для небольших зданий, а также в целях обеспечения гарантированного запаса горячей воды (по требованию заказчика) допускается применение емкостных водоподогревателей.

Скоростные водоподогреватели  могут присоединяться к системе  теплоснабжения по одноступенчатой  параллельной или двухступенчатой  смешанной схеме. При двухступенчатой  схеме в холодный период года водопроводная вода сначала подогревается обратным теплоносителем после системы отопления в первой ступени, а затем доводится до требуемой температуры во второй ступени первичным теплоносителем из тепловой сети. В теплый период года водопроводная вода нагревается только за счет сетевого теплоносителя, который в это время проходит последовательно через обе ступени водоподогревателя.

Узел присоединения  системы отопления (VI)

Контур отопления на принципиальной схеме приведенной на рисунке 2.4 присоединен к внешней тепловой сети по зависимой схеме.

Зависимая схема присоединения  системы отопления — самая  распространенная в настоящее время. По требованиям нормативных документов она является приоритетной. Эта схема  присоединения применяется, прежде всего, при одинаковом графике регулирования температуры теплоносителя в тепловой сети и в системе отопления. Основным критерием ее использования в других случаях является предписание теплоснабжающей организации.

Зависимая схема не требует  использования дорогого тепломеханического оборудования. Главным ее элементом является насос, который необходим при автоматизации узла, а также при применении радиаторных терморегуляторов в системе отопления. Гидроэлеватор в качестве побудителя циркуляции не рассматривается как устройство, создающее недостаточные напоры и не поддающееся автоматизации.

Насос рекомендуется  устанавливать в контуре системы  отопления на подающем или обратном трубопроводе. Он подбирается на расчетный  расход теплоносителя в системе  отопления и при напоре, соответствующем  суммарным потерям давления в ней с запасом в 10 %.

Автоматизация зависимо присоединенной к тепловой сети системы  отопления осуществляется с помощью  электронных регуляторов температуры (погодных компенсаторов).

 

2.2.1 Расчет  тепловых нагрузок здания для выбора технологического оборудования отопительного теплового пункта

В настоящем дипломном  проекте в качестве отапливаемого  здания рассматривается пятиэтажное  жилое здание с габаритными размерами 10х60х15 м. Поскольку отапливаемое здание является жилым, помимо нагрузки отопления в нем имеется нагрузка горячего водоснабжения. Количество жильцов равно 350 человек. Для выбора технологического оборудования отопительного теплового пункта необходимо вычислить расчетные расходы теплоты на отопление, а также среднечасовой расчетный и максимально часовой расходы теплоты на горячее водоснабжение, суммарную тепловую мощность систем отопления и ГВС.

По СНиП 2.04.07-86 наименьшей температурой воды в подающем трубопроводе для закрытых систем теплоснабжения, необходимым для подогрева воды, поступающей в системы горячего теплоснабжения потребителей должно быть не менее 70 °С, в нашем случае температура равна 95 °С.

Тепловые нагрузки принимают  по проектным данным, если в результате обследования установлено соответствие проектам систем отопления и горячего водоснабжения. При отсутствии проектов или их несоответствии фактическим данным тепловые нагрузки для жилых зданий – по удельным характеристикам [5].

Расчетные расходы теплоты (Гкал/ч) на отопление жилых зданий определяют по укрупненным показателям:

 

, Гкал/ч,     (2.4)

 

где q – удельная отопительная характеристика здания при t_н.р= минус 30 ⁰С,

кал/(м³*ч*⁰С), q = 0,40 ккал/(м³*ч*⁰С);

a - поправочный коэффициент, учитывающий климатические условия и применяемый в случаях, когда расчетная температура наружного воздуха отличается от 30 ⁰С, a = 0,95;

V – объем здания по наружному обмеру, м³, V = 10*60*15 = 9000м³;

t_в – расчетная температура внутри здания, ⁰С, t_в = 20 ⁰С;

t_н.р – расчетная температура наружного воздуха, ⁰С, t_н.р = минус 33 ⁰С;

Q_от = 0,95×0,40×9000×(20-(-33)) ×10^-6=0,18126 Гкал/ч = 210.03 кВт.

Расход воды на отопление  рассчитывается по формуле:

 

 ,    (2.5)

 

где -расход на отопление, ;

-тепловая нагрузка на отопление, Гкал/ч;

-температура в падающем и  обратном трубопроводах, ⁰С

(95 – 70 ⁰С соответственно).