Раздел VI. Регулирование расхода теплоты

Тема 6.1. Способы организации регулирования расхода теплоты [Чистович]

Индивидуальное регулирование теплоотдачи нагревательных приборов, дополняющее центральное и местное регулирование, позволяет учитывать специфические условия различных помещений, дает возможность потребителю самому устанавливать необходимую температуру в помещении в соответствии с индивидуальными запросами.

Индивидуальное регулирование может осуществляться с помощью как ручных кранов, так и автоматических регуляторов.

Применение автоматических регуляторов позволяет наиболее успешно решать задачу обеспечения требуемого температурного режима в каждом отдельном помещении.

Перечень основных факторов, вызывающих необходимость индивидуального управления отпуском теплоты, приведен в табл. 7.1.

В ряде случаев вместо установки терморегуляторов у нагревательных приборов систем водяного отопления оказывается целесообразным применение комнатных электрических доводчиков с автоматическими регуляторами температуры воздуха. Система водяного отопления при этом может рассчитываться на базовую нагрузку, соответствующую пониженной расчетной температуре внутреннего воздуха (например, 12°С). Пиковые расходы теплоты покрываются с помощью электрических доводчиков, которые позволяют также регулировать внутреннюю температуру в помещениях по желанию потребителей.

Таблица 7.1. Основные факторы, вызывающие необходимость индивидуального управления отпуском теплоты

Как показывает зарубежный опыт, применение индивидуальных терморегуляторов весьма эффективно в системах воздушного отопления и в воде-воздушных системах с вентиляторными подоконными доводчиками [89]. Важное эксплуатационное преимущество индивидуального терморегулирования в этих системах заключается в быстром изменении температуры в помещении при изменении величины настройки (задания) прибора.

Расчеты температурного режима помещений при индивидуальном автоматическом регулировании могут быть выполнены на основе решения уравнений нестационарного теплообмена, описанных в главе V.

Результаты этих расчетов позволяют определить необходимые параметры терморегуляторов для различных условий: для объектов, отличающихся по тепловой устойчивости помещений, тепловой емкости нагревательных приборов, характеру возмущающих воздействий, требуемой точности регулирования и т.д.

При составлении расчетной структурной схемы автоматизированной системы надо учитывать следующую принципиальную особенность индивидуального регулирования. Так как температура настройки терморегуляторов в различных помещениях неодинакова, происходит перетекание теплоты через внутренние ограждения зданий. В связи с этим внутренние ограждения (перегородки, междуэтажные перекрытия) в данном случае следует рассматривать не только как тепловые емкости, но и как каналы переноса тепловой энергии. Соответственно должны описываться и динамические характеристики этих элементов. Как показали исследования [71], перенос теплоты через внутренние ограждения существенно снижает потенциально возможную глубину индивидуального регулирования.

Основные факторы, вызывающие необходимость промежуточных ступеней управления, приведены в табл. 8.1. Влияние этих факторов приводит к несоответствию между значениями параметров, устанавливаемых на источнике тепловой энергии (ТЭЦ, районная котельная), и теми значениями, которые необходимо поддерживать в месте нахождения данной ступени управления.

В связи с этим функциональные задачи, решаемые в автоматизированных СЦТ каждой из промежуточных ступеней управления, заключаются прежде всего в корректировке режимов отпуска теплоты, устанавливаемых предыдущими ступенями, с учетом особенностей объекта, охватываемого данной ступенью.

Таблица 8.1. Основные факторы, вызывающие необходимость промежуточных ступеней управления

Автоматическое управление отпуском теплоты на рассматриваемых объектах может производиться по отклонению регулируемой величины, по возмущению и путем комбинирования этих методов [19, 70, 84, 86].

В первом случае датчики, замеряющие температуру внутреннего воздуха, устанавливаются в одном или нескольких отапливаемых

В первом случае датчики, замеряющие температуру внутреннего воздуха, устанавливаются в одном или нескольких отапливаемых помещениях и приводят в действие регулятор при отклонении этой температуры от установленного значения. Для осуществления программного регулирования датчики обору­дуются специальным устройством, связанным с часовым меха­низмом.

При регулировании по возмущению датчики устанавливают­ся снаружи здания и замеряют значения метеорологических па­раметров. Использование этого метода требует соблюдения усло­вия инвариантности объекта теплоснабжения (системы отопле­ния) по отношению к внешним возмущениям.

В современных многоэтажных зданиях даже при хорошо от­регулированной системе отопления наблюдается значительный разброс температур воздуха в отапливаемых помещениях, на­много превышающий допустимую точность регулирования. В связи с этим выбор представительных помещении с целью све­дения к минимуму влияния случайных, локальных факторов на процесс управления представляет большие трудности. Увеличе­ние же с этой целью общего количества датчиков — контроль­ных помещений приводит к удорожанию автоматики, усложне­нию ее обслуживания и снижению надежности.

Система автоматического управления по отклонению внут­ренней температуры обладает неблагоприятными динамическими характеристиками, поскольку замкнутый контур регулирования содержит в данном случае звено с большой инерционностью — отапливаемое здание.

В случае охвата ступенью управления целого ряда зданий (ЦТП, КРП) негативное влияние указанных обстоятельств (разброс температур в помещениях, большая инерционность кон­тура регулирования) при регулировании по отклонению еще более возрастает.

Достоинство автоматического управления по возмущению состоит в том, что оно производится по основным факторам, определяющим режим теплопотребления зданий (температура наружного воздуха, скорость ветра, солнечная радиация). Влия­ние локальных, случайных факторов на температуру воздуха в том или ином помещении на процесс управления исключается. При управлении по возмущению система обладает хорошими динамическими свойствами, так как в контур регулирования не входит отапливаемое помещение. При этом регулятор начинает выполнять свою задачу еще до того, как возмущающее воздей­ствие проникло в отапливаемое помещение и вызвало в нем от­клонение регулируемой величины— температуры воздуха —от заданного значения.

Недостаток этого метода заключается в том, что регулятор реагирует только на те возмущения, которые оцениваются со­ответствующими датчиками и заложены в закон управления.

Учитывая многообразие возмущений, действующих в системе теплоснабжения, и особенности этой системы как объекта управ­ления, становятся очевидными те трудности принципиального характера, которые возникают при применении рассматривае­мого метода управления.

Необходимо отметить, что автоматическая разомкнутая си­стема управления по возмущению в «чистом» виде не получила применения в практике теплоснабжения и отопления.

Наиболее распространенная схема управления по возмуще­нию предусматривает наличие обратной связи по параметру теплоносителя в тепловом пункте. В связи с этим система управ­ления оказывается частично замкнутой (по регулирующему па­раметру) и в ее контур включается источник теплоты, тепловые сети, а при установке датчика температуры на обратном тру­бопроводе — и система отопления. Таким образом, создастся принципиальная возможность исключить влияние случайных от­клонений режима работы тепловой сети на тепловой режим здания.

Рассматриваемая схема реализует следующий закон управ­ления:

П = F (В), (8.3)

где П — параметр обратной связи; В — внешние возмущения, заложенные в закон управления.