Рассматриваемая проблема. 
Анализ состояния систем отопления зданий при различных возмущающих воздействиях

Основной задачей регулирования отпуска тепла на отопление в тепловых сетях является обеспечение требуемой температуры воздуха в отапливаемых помещениях или наименьших ее отклонений от требуемого (расчетного) значения.

В действующих тепловых сетях при центральном качественном регулировании отпуска тепла, температура воды в подающей линии в каждый конкретный момент времени отличается от требуемой по температурному графику в соответствии с текущей температурой наружного воздуха. Это связано с использованием диспетчерского графика (по средней температуре наружного воздуха за 12−24 ч) и наличием заметного транспортного запаздывания, достигающего в современных крупных системах централизованного теплоснабжения (ЦТ) нескольких часов.

При наличии регуляторов нагрузки по отоплению (температуры во внутреннем контуре) для зависимого и независимого присоединения на тепловых пунктах потребителей отличие температуры в подающей линии тепловой сети от требуемой по графику большой роли не играет, поскольку при этом внутренний температурный график системы отопления обеспечивается за счет изменения расхода сетевой воды из тепловой сети (компенсация), и температура внутри отапливаемых помещений поддерживается практически постоянной.

При отсутствии указанного оборудования на температуру воздуха в помещениях оказывают влияние как отклонения температуры сетевой воды, так и ее расхода при переменных гидравлических режимах, связанных с совместным присоединением системы отопления и подогревателей ГВС. При наличии только регулятора постоянства расхода на отопление, изменения гидравлических режимов на температуру внутри отапливаемых помещений не влияют, однако остаются изменения, связанные с несоответствием температуры в подающей линии тепловой сети температуре наружного воздуха в каждый момент времени. Такие условия характерны, в первую очередь, для систем отопления, присоединяемых к тепловой сети по зависимой схеме с элеваторным смешением.

При отсутствии регулирования, к системам отопления должны быть предъявлены требования по повышению тепловой устойчивости, связанной как с повышением качества наружных ограждений (стен), так и с конструктивными параметрами самих систем отопления. Под теплоустойчивостью наружных ограждений принято понимать их способность гашения проходящих через ограждения температурных волн (снижение их амплитуды). Теплоустойчивость является динамической величиной, связанной с изменением температур во времени.

Под статической тепловой устойчивостью систем отопления будем в дальнейшем понимать величину изменения состояния системы, определяемую по температуре воздуха в помещениях в зависимости от различных возмущающих факторов при продолжительном их воздействии.

Условия сопоставления Для оценки влияния на статическую тепловую устойчивость конструктивных особенностей систем отопления с зависимым присоединением при различных возмущающих воздействиях со стороны окружающей среды и тепловой сети, были проведены расчеты систем отопления с последующим сопоставлением полученных результатов. Рассматривались следующие возмущающие воздействия, принимаемые в виде отклонений параметров от текущих балансовых условий для различных температур наружного воздуха:

¦ по температуре наружного воздуха ±6 ОС;

¦ по температуре воды в подающей линии тепловой сети ±6 ОС;

¦ по расходу воды из тепловой сети ±6 т/ч.

Расчеты проводились для двух вариантов изменения конструкции системы отопления и ее элементов при одинаковой величине расчетной нагрузки.

В первом варианте рассматривались системы отопления при различных температурных графиках из тепловой сети и одинаковом температурном графике на отопительных приборах (во внутреннем контуре отопления). В расчетах был принят наиболее распространенный внутренний график отопления 95/70 ОС. Рассматривались также три температурных графика во внешней сети: 130/70, 150/70 и 170/70 ОС. При этих условиях системы отопления отличаются только коэффициентами смешения элеваторов отопления, которые составляют 1,4, 2,2 и 3 соответственно.

Во втором варианте при принятом температурном графике тепловой сети 150/70 ОС рассматривались системы отопления с различными температурными графиками на отопительных приборах: 85/70, 95/70 и 105/70 ОС. Принятые условия соответствуют разным поверхностям нагрева батарей, отвечающим различному среднему температурному напору отопительных приборов при различных расходах воды во внутреннем контуре отопления. При этом меняются также и коэффициенты смешения элеваторов, которые составляли для приведенных выше графиков 4,33, 2,2 и 1,29 соответственно.

Для оценки влияния на величину изменений внутренней температуры уровня балансового состояния расчеты проводились для двух предельных для отопления температур наружного воздуха: +8 (окончание отопительного периода) и -26 ОС (расчетное значение). Для температуры наружного воздуха +8 ОС расчет систем отопления проводился по чисто отопительному графику, без учета его излома по условиям присоединения нагрузки ГВС.

Сопоставление результатов проводилось путем сравнения полученной величины отклонений внутренней температуры для рассматриваемых систем отопления с различными свойствами при указанных выше возмущениях.

Заданными и расчетными параметрами систем отопления являются: tЈ - расчетная температура наружного воздуха, равная -26 ОС; tр — расчетная температура воздуха внутри отапливаемых помещений, равная 18 ОС; Q0 — расчетная тепловая нагрузка системы отопления, равная 1 Гкал/ч; G0 — расчетный расход воды из тепловой сети — в зависимости от графика сети, т/ч; фр — расчетная температура воды в подающей линии тепловой сети — в зависимости от условий, ОС; ф^ - расчетная температура воды в обратной линии тепловой сети, равная 70 ОС; фж1 — расчетная температура воды в подающей линии перед отопительной установкой — в зависимости от условий, ОС; ир — расчетный коэффициент смешения — в зависимости от условий; Д^ - расчетная разность температур отопительных приборов (воды и воздуха в помещении) — в зависимости от условий, ОС.

Методика расчетов Для решения поставленных задач по сопоставлению отклонений температуры внутри помещения при различных температурных графиках для систем отопления и тепловых сетей используются следующие формулы и уравнения теплового баланса, учитывающие условия теплоотдачи от отопительных приборов к воздуху в помещениях, и от этого воздуха к окружающей среде через наружные ограждения.