Автор: А.Н.Виноградов

Труды международного симпозиума Надежность и качество.

           Рассмотрим объект (административное здание федерального казначейства, управление по Приморскому краю, г. Владивосток), в тепловом узле которого для регулирования теплопотребления установлен регулятор температуры ECL 100M. Регулирование осуществляется путем изменения коэффициента смешения при помощи клапана с электроприводом, установленного на подающем трубопроводе. Принципиальная схема установки регулирующего и измерительного оборудования приведена на рис. 1.

Рис. 1 - Объект исследования

          В данной схеме регулятор температуры выдерживает температуру в подающем трубопроводе после узла смешения t_см в соответствии с установленным (при настройке регулятора) графиком зависимости t_см от температуры наружного воздуха t_нв.

Для последующего анализа взята достаточно короткая выборка данных архива тепловычислителя Multical IIIUF с 4.03.04г. по 18.03.04г., поскольку остальные результаты измерений малопригодны для анализа (по крайней мере, без существенной фильтрации, реализация которой весьма затруднительна).

         На рис.2 приведен график тенденции зависимости потребленной тепловой энергии Q от изменения температуры наружного воздуха t_нв. Из рисунка видно, что при повышении температуры наружного воздуха t_нв на 10°С потребление тепловой энергии линейно снижалось в среднем на 0,047 Гкал/час (или на 26% относительно среднего потребления 0,18 Гкал/час). При этом коэффициент корреляции между Q и t_нв достигает 89,3 %!

Рис. 2 - Зависимость количества потребляемой теплоты от температуры наружного воздуха

Взяв за основу зависимость

(1)     Q (Гкал)=0,153 – 0,0047 t_нв,

отраженную на рис.2, представим ее же, но выраженную в процентах, где за 100% принято количество тепловой энергии, потребляемой объектом при t_нв= -24°С (фактическая максимальная тепловая нагрузка Q_{макс факт} при минимальной среднесуточной температуре наружного воздуха для г. Владивостока t_нв= -24°С).

Из выражения (1) следует:

Q_{макс. факт.} (Гкал)=0,153 – 0,0047* (-24)=0,266Гкал

Приняв за 100% величину 0,266, получим:

(2)     Q_ф (%)=57,59 – 1,77 t_нв

Сравним полученную зависимость (2) с нормативной зависимостью потребляемой тепловой энергией от температуры наружного воздуха:

(3)     Q_н (Гкал)= Q_{макс. расч.} (t_вн - t_{нв .}) /( t_вн - t_{нв мин} ),

где Q_{макс. расч.}- максимальная расчетная тепловая нагрузка объекта, t_вн – нормативная температура воздуха внутри помещения. С учетом того, что для г. Владивостока t_вн = 18°С и  t_нв = -24°С, имеем:

• Q_н (Гкал)= Q_{макс. расч.}(18 - t_нв) / 42= Q_{макс. расч}( 0,42 – 0,024 t_нв)

или в процентах:

(5)     Q_н (%)=42 – 2,4 t_нв

          Процентные зависимости (2) и (5) полезны, когда неизвестна расчетная максимальная тепловая нагрузка объекта или ее значение вызывает серьезные сомнения. В этих случаях сопоставление зависимостей, выраженных в единицах измерения теплоты, представляется нелогичным. Однако естественно при этом использование выражений (2) и (5).

          Следует отметить, что зависимости (4) и (5) являются нормативными зависимостями для любого объекта – потребителя тепловой энергии г. Владивостока. Сравнение выражений фактической (2) и нормативной (5) зависимостей  для рассматриваемого объекта свидетельствует о том, что с понижением температуры наружного воздуха реальное теплопотребление растет несколько медленнее (1,77% на 1°С), чем предусмотрено графиком регулирования (2,4% на 1°С).

          Учитывая качественный способ регулирования теплопотребления (за счет температуры теплоносителя при постоянстве его расхода), принятый для источников централизованного теплоснабжения в России, очевиден переход от выражения (5) к нормативной зависимости (выраженной в процентах) разности температур ∆t =t₁ - t₂ от температуры наружного воздуха при отсутствии средств количественного регулирования:

(6)     ∆t_н(%) = 42 – 2,4 t_нв

         Для определения эффективности работы системы отопления с использованием регулятора температуры проанализируем зависимость температуры теплоносителя после узла смешения t_см от температуры наружного воздуха. Именно на ее поддержание (отраженное в отопительном графике источника) ориентирован регулятор температуры. Отметим, что в нашем случае нет результатов измерения параметра t_см. Однако его значения можно приближенно вычислить, исходя из имеющихся измеренных среднечасовых значений t₁,  t₂ и M₁. Для этого вначале воспользуемся достаточно очевидным выражением для определения t_см, а именно:

(7)     t_см = (M₁t₁ + M_нt₂) / (M₁+M_п)

Далее примем во внимание, что при правильном выборе насоса и регулирующего клапана должно соблюдаться:

(8)     M₁+M_п = const

Очевидно, что при M_п=0 выполняется:

(9)     M₁ = M_макс,

где M_макс – максимальное значение расхода теплоносителя M₁ для случая, когда весь теплоноситель, без подмеса (M_п=0), транспортируется в систему после узла смешения. По измеренным данным архива за рассматриваемый интервал времени значение M_макс ориентировочно равно 23 т/час.                    Следовательно:

(10)   M₁+M_п ≈ M_макс

         С учетом (10) выражение для приближенного вычисления значений искомого параметра примет вид:

(11)   t_см ≈ (M₁t₁ + M_нt₂)/M_макс= (M₁t₁ + (M_макс - M₁)t₂)/M_макс=

=(M₁(t₁ - t₂)+ M_максt₂) / M_макс= M₁ / M _макс (t₁ - t₂) + t₂

Приведем также используемые далее для анализа нормативные и фактические зависимости ∆t_{см н} и ∆t_{см ф} от температуры наружного воздуха для отопительного графика источника 130^оС - 70^оС:

(12)   ∆t_{см н}( ^оС) = -0,6t_нв +10,8

(13)   ∆t_{см ф} ( ^оС) = -0,18t_нв +6,4

Эти же зависимости, выраженные в процентах, выглядят следующим образом:

(14)   ∆t_{см н}(%) =43 – 2,4 t_нв

(15)   ∆t_{см ф}(%)=59,7 – 1,68 t_нв

          Выражение нормативной зависимости (14) повторяет выражение (5), что вполне естественно, т.к. именно значение ∆t_см определяет количество потребляемой объектом тепловой энергии при Q_см=Q₁+Q_п=const. Выражения (15) и (2) для фактических зависимостей близки друг другу, что подтверждает правильность предыдущих предположений и приближенного вычисления значений t_см.

На рис. 3 отражены также значения коэффициента эффективности теплопотребления, вычисленные по следующей формуле:

K _{эфф потр} = (1-(∆ t_{см н} - ∆ t_{см ф}) / ∆ t_{см н})*100%

Из рисунка видно, что эффективность теплопотребления растет с увеличением t_нв . Это вполне объяснимо, т.к. работа регулятора эффективна именно в области высоких температур наружного воздуха.

рис. 3 - Зависимость разности температур после узла смешения и коэффициента эффективности теплопотребления от температуры наружного воздуха

          В заключение отметим, что несложный расчет (здесь не приводится) с использованием измеренных данных  показывает, что экономия от применения регулятора температуры на объекте за 15 весенних дней составила 35% - вместо 91,5 Гкал. без регулятора было потреблено 59,8 Гкал с применением регулятора.