В жилых зданиях автоматическое регулирование температуры внутреннего воздуха может производиться в центральном или индивидуальном тепловом пункте. Наиболее распространенным методом является регулирование по возмущению (изменению метеорологических параметров – обычно по температуре наружного воздуха) [5]. В системе регулирования предусматривается обратная связь по температуре теплоносителя, поступающего в здание. В некоторых случаях в качестве обратной связи вводится полусумма температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах или только температура теплоносителя в обратном трубопроводе [5].
Для принятия решения о предпочтительном методе регулирования теплопотребления жилых зданий на отопление при теплоснабжении от центрального теплового пункта целесообразно выполнить анализ теплопотребления существующего жилого здания. В качестве объекта исследования принято двенадцатиэтажное жилое здание, состоящее из 7 типовых блок-секций серии 1ЛГ-504Д (рис. 1):
– пять секций 12БМ-2 (12-этажная Блок-секция Меридиональная, компоновка № 2);
– одна секция 12БМТ-3 (12-этажная Блок-секция Меридиональная Торцевая, компоновка № 3);
– одна секция 12БМТ-4 (12-этажная Блок-секция Меридиональная Торцевая, компоновка № 4).
Проект здания разработан для условий г. Ленинграда. Расчетная температура наружного воздуха – минус 25 °С. Температура отапливаемых помещений – tв = 18 °С. Проектный тепловой поток системы отопления – 2504 кВт.
Коэффициенты теплопередачи ограждений, принятые при разработке проекта:
– наружной стены – 1,186 Вт/(м2·°С);
– чердачного перекрытия – 0,989 Вт/(м2·°С);
– окон и балконных дверей с раздельно-сближенными переплетами с учетом откосов стены – 3,14 Вт/(м2·°С);
– входных двойных дверей – 2,675 Вт/(м2·°С).
Теплоснабжение на отопление осуществляется от центрального теплового пункта (ЦТП) с 4 элеваторными узлами в здании; расчетные параметры теплоносителя в наружных тепловых сетях после ЦТП – 130–70 °С. На вводе тепловой сети в здание установлен коммерческий прибор учета тепловой энергии и теплоносителя.
Год постройки здания – 1981.
В центральном тепловом пункте принято качественное регулирование отпуска теплоты. Количество потребляемой теплоты регулируется в ЦТП путем изменения температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха. При этом расход теплоносителя в индивидуальном тепловом пункте каждого потребителя должен оставаться постоянным в течение всего отопительного периода.
Для анализа приняты данные коммерческого прибора узла учета тепловой энергии (УУТЭ) на отопление за годовой период с 01.01.2015 по 31.12.2015. Сведения о средней суточной температуре воздуха за 2015 г. приняты по наблюдениям метеорологической станции Санкт-Петербург. Суточное теплопотребление здания, среднесуточная температура наружного воздуха и расход теплоносителя в тепловой сети на отопление по суткам рассматриваемого периода представлены на рис. 2. На рис. 3 приведена зависимость среднесуточного теплового потока системы отопления от среднесуточной температуры наружного воздуха [1].
Рис. 1. Общий вид здания
а)
б)
Рис. 2. Суточное теплопотребление здания, среднесуточная температура наружного воздуха (а) и расход теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети (б) по суткам рассматриваемого периода
Поскольку режим теплопотребления здания зависит от температурного графика работы тепловой сети (графика подачи теплоты в системы отопления в зависимости от погодных условий), то для сравнения на рис. 4 представлены зависимости температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети от температуры наружного воздуха для трех случаев:
– расчетный температурный график для жилых зданий без учета тепловыделений в квартирах – по [3, 4];
– температурный график тепловой сети в соответствии с договором на отпуск тепловой энергии;
– фактические значения температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети.
На основании представленных данных можно сделать следующие выводы:
– фактический температурный график тепловой сети не соответствует расчетному температурному графику и температурному графику тепловой сети по договору; соответствие соблюдается только в диапазоне температур наружного воздуха от плюс 5 до минус 3 °С;
– в диапазоне температур наружного воздуха от плюс 8 до плюс 5 °С наблюдается «перетоп» – превышение расчетного теплопотребления;
– в диапазоне температур наружного воздуха от минус 3 до минус 26 °С наблюдается «недотоп» – недоотпуск теплоты на отопление;
– расход теплоносителя на отопление в тепловой сети отличается от проектного значения и значительно изменяется в течение отопительного периода; средний расход теплоносителя 32963 кг/ч на 8,1 % меньше проектного значения (35886 кг/ч);
– величина теплопотребления значительно отличается при одних и тех же среднесуточных температурах наружного воздуха; значения теплового потока отличаются в 2 раза;
– целесообразно регулирование теплопотребления выполнять непосредственно в индивидуальном тепловом пункте, а не в ЦТП, вследствие значительного запаздывания.
Рис. 3. Среднесуточный тепловой поток системы отопления по данным приборов учета
Рис. 4. Температурный график
Результаты оценки перерасхода (недоотпуска) теплоты
|
Номер элеваторного узла |
Характеристика систем, присоединенных к элеваторному узлу |
Температура теплоносителя |
Результаты расчета |
|||
|
от ЦТП, T1, °С |
на выходе из системы отопления, T2, °С |
на входе в систему отопления, T3, °С |
Перетоп, % |
Недоотпуск теплоты, % |
||
|
1 |
1 и 2 подъезды |
84 |
48 |
70 |
4,8 |
|
|
2 |
3 подъезд; 4 подъезд |
84 |
50 |
71 |
3,5 |
|
|
3 |
5 и 6 подъезды: |
|||||
|
– система отопления |
84 |
40 |
62 |
10,6 |
||
|
– полотенцесушители |
49 |
62 |
4,1 |
|||
|
4 |
7 подъезд: |
|||||
|
– система отопления |
84 |
49 |
72 |
4,1 |
||
|
– полотенцесушители |
59 |
72 |
3,1 |
|||
|
По температурному графику тепловой сети |
88 |
53 |
71 |
|||
Рис. 5. График подачи теплоты (разности температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети) в систему отопления в зависимости от погодных условий
Выполнена оценка недоотпуска (перерасхода) теплоты по отдельным элеваторным узлам в здании при температуре наружного воздуха tн = – 8 °С в соответствии с методикой [2]. Результаты расчета приведены в таблице.
Наиболее значительный недоотпуск теплоты (10,6 %) в системе отопления 5 и 6 подъездов здания (элеваторный узел 3). Для элеваторного узла 3 отмечается также наибольшее несоответствие параметров теплоносителя на входе и на выходе системы отопления по сравнению с температурным графиком:
– по температурному графику – T3/T2 = 71/53 °С;
– фактически – T3/T2 = 62/40 °С.
Следует обратить внимание на регулирование теплопотребления здания на отопление в период «перетопа» (с температурой наружного воздуха выше плюс 5 °С). Величина воздухообмена, поддерживаемая в помещениях жилых зданий, имеет только нижнюю границу, и при достаточном отпуске теплоты (что и происходит в данном случае) население, как правило, увеличивает воздухообмен до значений, не вызывающих нарушений теплового комфорта, путем открывания окон или форточек.
Для жилых зданий наиболее целесообразен метод регулирования теплового потока системы отопления в зависимости от температуры наружного воздуха путем настройки регулятора на поддержание графика расхода теплоты, а не температуры воды. Для этого необходимо измерять разность температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах при постоянном расходе воды.
График регулирования разности температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, построенный по результатам измерений теплопотребления в диапазоне температур наружного воздуха от плюс 5 до минус 3 °С (при котором не происходило нарушения температурного графика), представлен на рис. 5.