Методические подходы и их реализация

Основы такой методики были разработаны в ОАО «ВТИ» и успешно использовались при проведении энергетических обследований тепловых сетей г. Москвы.

Нагрузка горячего водоснабжения (ГВС) практически не зависит от температуры наружного воздуха, а нагрузки отопления и вентиляции представляют собой линейную зависимость от наружной температуры. Это позволяет аппроксимировать фактические данные по отпуску тепловой энергии линейной зависимостью нагрузки от температуры наружного воздуха. Методика использует показания приборов учета отпуска (или потребления) тепловой энергии от источника, в качестве которого могут рассматриваться целиком ТЭЦ или центральная котельная, отдельные их выводы, а также отдельные тепловые пункты присоединения потребителей. Фактическая расчетная нагрузка будет определена для потребителей после соответствующего узла учета.

Для тепловых нагрузок отопления и горячего водоснабжения основное уравнение метода наименьших квадратов при m температурах наружного воздуха, соответствующих фактическим режимам отпуска тепла, имеет вид:

где: QТi — фактический часовой отпуск тепла при i-й температуре наружного воздуха, Гкал/ч; Qтпi — тепловые потери в тепловых сетях для i-го режима, Гкал/ч; Qоi — требуемая тепловая нагрузка отопления при i-ой температуре наружного воздуха, Гкал/ч; Qrc — ожидаемая средняя нагрузка горячего водоснабжения, Гкал/ч.

Будем считать, что разность QТi — Qтпi соответствует фактическому отпуску тепла потребителям при i-ой наружной температуре и равна Qфi.

Для требуемой нагрузки отопления справедлива формула ее определения через расчетное значение этой нагрузки:

где: Qро — ожидаемая величина расчетных тепловых нагрузок отопления и вентиляции тепловых сетей, МВт (Гкал/ч); - температура наружного воздуха, расчетная для отопления, ОС; tрн — расчетная температура воздуха в отапливаемых помещениях, ОС; tнi — текущая температура наружного воздуха для i-го режима, ОС; tвi — текущая температура воздуха в помещениях для i-го режима, ОС.

С учетом последних уточнений выражение для функции Ф, определяемой из уравнения метода наименьших квадратов, можно представить в следующем виде:

Величина Фс является функцией двух независимых переменных: Qро и QГС. Условием минимума этой функции является равенство нулю частных ее производных по указанным выше переменным, которое можно представить в виде:

Дифференцируя Фс по Qро и QГС в соответствии с условиями (4) и приравнивая производные к нулю, можно получить следующую систему 2-х уравнений от 2-х неизвестных:

Для упрощения записи введем следующие условные обозначения:

Тогда уравнения (5.1) и (5.2) можно будет представить в виде:

Решая эту систему относительно Qро и QГС получим для этих величин следующие выражения:

В уравнениях (7) и (8) для каждой точки измерений параметров режима используется величина температуры воздуха в помещениях, соответствующих этим точкам. В общем случае эти температуры являются неизвестными величинами, определяющими полученные значения расчетных нагрузок. Для определения оценочной величины внутренней температуры следует использовать дополнительно m уравнений, описывающих изменение внутренней температуры в зависимости от расчетной нагрузки. Это уравнения вида:

где: ДQi — отклонение текущего фактического значения отпуска тепла от текущей расчетной величины этого отпуска.

В этой формуле QрOТi представляет собой нагрузку отопления при i-ой температуре наружного воздуха и расчетной температуре воздуха в помещениях (текущую расчетную нагрузку отопления), которая определяется выражением:

Величина QрТi является суммарной текущей расчетной нагрузкой потребителей, которая в рамках принятых обозначений равна:

Для принятых обозначений ДQi равно:

ДQi=Qфi — QPTi.

С учетом формул (9)-(12) для текущего значения внутренней температуры при i-ой температуре наружного воздуха после преобразований может быть получено следующее выражение:

Уравнения (7) и (8), а также m уравнений (13) представляют собой систему, аналитическое решение которой затруднительно. Однако она может быть решена численно, методом последовательных приближений, для чего можно использовать следующий подход.

На начальном этапе по фактическим данным об отпуске тепла по формулам (7) и (8) определяются предварительные начальные значения расчетных нагрузок отопления/вентиляции Qрон и средней нагрузки горячего водоснабжения Qгсн при условии, что для всех рассматриваемых точек по температурам наружного воздуха температура воздуха в помещении равна расчетной величине, т. е. выполняются условия tвi=tрв.

Полученные значения Qрон и Qгсн используются в формулах (12) для уточнения значений tвi. Последние в свою очередь подставляются в формулы (7) и (8) и т. д. Как показывает практика, для получения устойчивых результатов достаточно 3−4 итераций.

Следует отметить, что в связи с произвольными, в общем случае, значениями фактического отпуска тепла на отопление и соответствующими фактическими температурами воздуха в помещениях при различных рассматриваемых температурах наружного воздуха, значения расчетных нагрузок отопления и горячего водоснабжения, полученные при определении начальных значений этих величин при условии tвi=tрв, могут получаться не соответствующие реальным условиям значения. Для повышения достоверности результатов следует проводить контроль за величиной полученной средней нагрузки горячего водоснабжения. Для существующих условий ее значения должны находиться в диапазоне от 0 до 0,3хQро. При выходе за этот диапазон среднюю нагрузку горячего водоснабжения следует принимать равной соответствующему пределу, а расчетную нагрузку отопления корректировать в соответствии с принятыми условиями.

В приведенных формулах используется величина отпуска тепла потребителям Офi которая определяется разницей отпуска тепла от источника Птi и тепловыми потерями в сетях Отпi.

Отпуск тепла от источника определяется результатами измерений по приборам учета. энергетический тепловой сеть трубопровод Величина тепловых потерь включает в себя две составляющие. Это потери через тепловую изоляцию трубопроводов Отпиi и потери тепла с сетевой водой Qтпуj. Потери через изоляцию определяются температурами воздуха и грунта, а также температурами сетевой воды. Потери тепла с сетевой водой определяются величиной утечек и температурами этой воды в подающих и обратных трубопроводах.

В соответствии с изложенным, тепловые потери будут равны: