Автоматизация теплового пункта гражданского здания

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 tг, 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 — Ду = 40 мм типа Y222P при Тмакс = 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 tн.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;

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

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

Qот = 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).

.

Расходы теплоты системы горячего водоснабжения

Расход горячей воды среднечасовой за сутки наибольшего потребления определяется по формуле:

,         (2.6)

где N - число потребителей равно 350 человек;

A - норма расхода горячей воды на одного потребителя, 120л;

Gсрг – среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, м3/ч;

10-3 – коэффициент перевода расхода воды из л/ч в м3/ч.

Максимально часовой расход горячей воды:

,        (2.7)

где Gсрг – среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, м3/ч;

Gмаксг – максимально часовой расход воды на горячее водоснабжение, м3/ч;

к - коэффициент часовой неравномерности (при N=350, к=3,55).

Среднечасовой расход горячей воды:

,                       (2.8)

где -температура холодной воды, 5 0С;

-температура горячей воды для закрытых, 55 0С.

Среднечасовой расчетный и максимально часовой расходы теплоты на горячее водоснабжение (Гкал/ч) определяют по формулам:

,                            (2.9)

Qгcp = 1.75 х 50 х 0.001 = 0.0875 Гкал/ч = 101,5 кВт,

,                       (2.10)

Qгмакс = 6,2125 * 50 * 0,001 = 0,310625 Гкал/ч = 360,325 кВт,

где 55 – принятая температура горячей воды;

-температура холодной воды, 5 0С;

Gсрг – среднечасовой расход воды на горячее водоснабжение, м3/ч;

Gгмакс- максимально часовой расход горячей воды, м3/ч.

Суммарный расход теплоты на системы отопление и горячего водоснабжения жилого здания можем рассчитать по формуле:

,      (2.11)

где Qå - суммарный расход теплоты на отопление и ГВС, Гкал/ч;

Qотср - расход теплоты на отопление, Гкал/ч;

Qгмакс - расход теплоты на горячее водоснабжение, Гкал/ч.

2.2.2 Выбор технологического оборудования автоматизированного теплового пункта

2.2.2.1 Выбор регулятора перепада давления для систем отопления и горячего водоснабжения

Автоматические регуляторы перепада давления – устройства, стабилизирующие располагаемое давление регулируемого участка на заданном уровне. Регуляторы перепада давления имеют многообразное конструктивное исполнение, позволяющее применять их для любых проектных решений по стабилизации давления теплоносителя. Они могут быть с внутренней или наружной резьбой, с фланцами, с приварными патрубками. Каковы бы ни были конструктивные отличия регуляторов перепада давления все они основаны на одном принципе работы – начальном уравновешивании давления пружины настройки 10 и давления теплоносителя, передаваемого через гибкую диафрагму (мембрану) 7 (рисунок 2.6).

Диафрагма – измерительный элемент. Она воспринимает импульсы давления с обеих сторон и сопоставляет их разницу с заданной величиной, устанавливаемой посредством соответствующего сжатия пружины рукояткой настройки 9. Каждому числу оборотов рукоятки настройки соответствует автоматически поддерживаемый перепад давления. При наличии рассогласования образующаяся активация диафрагмы передается на шток 5 и перемещает затвор клапана 2 относительно регулирующего отверстия. Импульс давления попадает в подмембранное и надмембранное пространство, образуемое крышками 6 и 8, через перепускное отверстие 12 и штуцер 11.

Выбор регулятора осуществляют по его максимальной пропускной способности. Следует стремиться к тому, чтобы требуемая пропускная способность регулятора была ниже максимальной пропускной способности, но не более чем на 70 %. Требуемый автоматически поддерживаемый перепад давления, либо автоматически поддерживаемое давление регулятором должно находиться примерно в середине регулируемого им диапазона. Установку регулятора на требуемый перепад давления, либо на давление осуществляют соответствующим поворотом гайки настройки.

Исходной величиной для выбора перепада давлений на регулирующих клапанах теплового пункта является перепад давлений в трубопроводах тепловой сети на вводе в здание (на узле ввода теплового пункта) ΔРс. В соответствии с требованиями нормативных документов этот перепад должен быть не менее 1,5 бар. Обычно перепад давлений на вводе в здание принимается по официальным данным теплоснабжающей организации с запасом 10 % (0,9ΔРс) [8].

Регулятор перепада давления для систем отопления и горячего водоснабжения выбирается программой «Danfoss SAC Selector» версии 1.1 (#"OLE_LINK2">«Heat Exchanger Calculation Tool» производства фирмы «Danfoss». В программу вводится максимально часовая мощность системы горячего водоснабжения, расход горячей воды и температуры входящей и выходящей из теплообменника сетевой воды. Пользовательский интерфейс программы приведен на рисунке 2.7. Технические параметры выбранного теплообменника приведены в таблице 2.7. Габаритные размеры теплообменника показаны на рисунке 2.8.

Таблица 2.7 – Параметры теплообменника для системы ГВС

A – 76 мм. B – 158 мм. C – 65 мм. D - 235 мм. E - 188 мм. F – 460 мм. Lmax – 500мм.

T11 на входе греющего контура

T12 на выходе греющего контура

T21 на входе нагреваемого контура

T22 на выходе нагреваемого контура

2.2.2.4 Выбор циркуляционных насосов для контуров отопления и горячего водоснабжения

Насос является основным элементом водяной инженерной системы здания. Его работа полностью взаимосвязана со всем оборудованием системы, в том числе и запорно-регулирующей арматурой. От их совместной работы зависит эффективность функционирования всей системы. Особенно это касается систем с переменным гидравлическим режимом, где регулирование расходом теплоносителя приводит к изменению гидравлических и электрических параметров насоса.

Подбирают насос по расчетному расходу и потерям давления в системе при частично закрытых терморегуляторах

Для системы отопления следует выбрать насос с расчетным расходом теплоносителя более 7,2524 м3/ч. и напором насоса больше 9 м. Допустимая температура перекачиваемой среды насоса до 1000С.

Параметры циркуляционного насоса Wilo TOP-S 30/10 EM достаточны для применения его в системе отопления. Внешний вид насоса Wilo TOP-S 30/10 EM показан на рисунке 2.9.

Циркуляционный насос с резьбовым соединением Wilo TOP-S 30/10 EM применяется в системах охлаждения, водяного отопления, кондиционирования.

К основным достоинствам можно отнести простой монтаж, надежность в работе, три ступени частоты вращения. Насос состоит из чугунного корпуса, вала из нержавеющей стали и рабочего колеса, изготовленного из композитных материалов. Допустимые перекачиваемые жидкости: вода систем отопления и водогликолевая смесь. Данные циркуляционного насоса Wilo TOP-S 30/10 EM для контура отопления получены из сайта #"#">#"1.files/image017.gif">                                    (4.1)

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5