Дополнение автоматики ГВС при открытой системе теплоснабжения новой функцией энергосбережения

Дополнение автоматики ГВС при открытой системе теплоснабжения новой функцией энергосбережения Г. А. Рябцев Неуклонно растущее внимание к разумному сокращению потребления топлива и энергии, стимулируемое постоянным повышением их цен, приводит к необходимости более тщательного анализа существующих положений в тепловых сетях. Прежде всего, это касается горячего водоснабжения (ГВС), для которого, в частности, характерны переменные тепловые режимы, почти не раскрытые в технической литературе [1,2]. Рассмотрим с этих позиций алгоритм регулирования температуры воды в этой схеме, поскольку ее автоматика однобока и практически не решает вопросы энергосбережения, упущенные всеми фирмамиразработчиками.

Проследим это на простом примере — открытом водозаборе из теплосети. Его принципиальная тепловая схема также представлены характер изменений температуры, расхода и давления в подводящих и отводящем трубопроводах. Постоянство температуры горячей воды, идущей на бытовые нужды (1а), обеспечивается запроектированной автоматикой. А расход воды в непродолжительном интервале времени (в течение одного — двух часов) изменяется вне всякой закономерности по желанию потребителя между минимальным и максимальным значениями (16). Почти аналогично колеблется величина давления (1в). Если ее выделить в зависимости от расхода, то просматриваются определенные кривые (1г), по которым, к сожалению, видно, что давление не стабильно, хотя это очень важно для потребителя. Потому как возможны режимы при больших расходах, когда напор горячей воды перед кранами жителей значительно снижается и создаются условия для уменьшения водоразбора. А при резком возрастании давления (оно ведь никогда не регулируется) опять надо быстро вмешиваться и изменять количество необходимой воды, чтобы она не выливалась впустую. Это вносит определенные сложности в пользовании горячей водой, появляются предпосылки для излишнего ее расхода и возникновения несчастного случая в быту.

Энергорасточительство, связанное с работой существующей автоматики, проявляется не только в упомянутых трех факторах расходования горячей воды, но и в наличии необходимых затрат электроэнергии на поддержание величины давления, которая может быть в данный момент и не требуется. Поясним это детально. Предположим, что при большом расходе устанавливается давление Рч, и оно обеспечивает для каждого жильца нужное количество горячей воды. А в условиях минимального водоразбора, например, в ночные часы кривая давления выглядит более горизонтальной и фактический напор у конкретного потребителя возрастает до значения ?2. Появившаяся разность д Р == ?2 — Pi и есть те излишние затраты электроэнергии, которые возникают из-за неудачной схемы регулирования. Если бы автоматика ГВС в этой ситуации смогла бы внести это дополнительное сопротивление, А Р в гидравлическую характеристику водяной системы теплосети, то на генерирующем источнике у сетевого насоса по общеизвестной кривой центробежного агрегата рабочая точка № 1 переместилась бы выше в рабочую точку № 2. Далее уже свой частотный преобразователь вращения электродвигателя насоса, отреагировав на возросшее давление, возвратил бы напор до Рч, но в другую рабочую точку № 3. Таким образом уменьшилось потребление электроэнергии.

Переменные тепловые и гидравлические режимы переплелись в схеме ГВС, где изменяются температура, давление и расход (а значит и теплота), т. е. все три главные параметры водяного потока. Причем два последних колеблются произвольно с разнообразнейшими частотами и амплитудами, чем конечная температура, а регулируется автоматикой именно одна она. Такой технический парадокс, наверное, возник в силу многих причин. И одна из них исторически первой появилась в виде главной задачи — получить горячую воду нужной температуры. С ростом техники и сложности автоматики ее объем задач не корректировался. Такое характерно для всех работающих схем регулирования ГВС, выпускаемых и очень известными зарубежными фирмами (в том числе Данфосс) и нашими отечественными.

Подмеченный впервые недостаток автоматики более ярче проявился в нашей стране, когда иностранное оборудование применяется без адаптации к российским условиям, а изготавливаемое на наших заводах зачастую скопировано с импортного.

За рубежом выявленная недоработка автоматики в виде колебания давления не так сильно заметна возможно потому, что там количество подключаемых потребителей (квартир) к одному трехходовому клапану во много раз меньше, чем у нас. По этой причине кривая давления не опускается резко вниз, и потребитель почти не чувствует изменение давления. У нас же на сто и более квартирный дом проектируется всего один индивидуальный тепловой пункт с одним трехходовым клапаном на ГВС. Еще может быть по другой особенности наших условий кривая 1 г получается более крутозагнутой вниз — из-за очень длинных разводок горячей воды от регулирующего органа до самой дальней квартиры с очень большими гидравлическими потерями.

Выявленные недостатки подталкивают к выбору еще одного параметра (помимо температуры), подлежащего регулированию и уменьшающего скачки давления и электропотребления. Таким параметром может быть расход горячей воды. Именно он является первопричиной падений и возрастаний давления. Подобное регулирование, но вручную по таким же двум параметрам нашло повсеместное распространение в быту в каждой стране, и удивительно, что его принцип не используется в схеме горячего водоснабжения. По-видимому это объясняется трудностями — что брать за основу для отсчета расхода, величина которого является непредсказуемой и не подчиняется никакой закономерности. Подойдет ли существующий вид использования величины и времени изменения регулируемого параметра. Известен в теплотехнике более сложный метод, основанный на непростой математической обработке амплитуды и частоты импульса. Хотя нынешние микропроцессоры (контроллеры) легко справились бы и с такой задачей. На рис. 3 дается качественное сравнение показателей регулирования давления вблизи конечных потребителей и хода клапана при постоянстве температур tn, to и t. по старому и предложенному принципах. Рисунок 36 наглядно демонстрирует улучшение условий для энергосбережения путем создания оптимального давления воды в конце разводки.

Несколько проще возможно решение с регулированием ГВС в закрытой теплосети, где следует устанавливать на трубопроводе горячей воды уже непосредственно к потребителю двухходовой регулирующий клапан, изменяющий расход по предложенному алгоритму. Это несколько эффективнее, чем поддержание давления воды лишь с помощью асинхронного преобразователя частоты вращения насоса холодной водопроводной воды. В последнем случае насос при любых расходах сохраняет один раз выставленную величину давления воды. В то время как она получается относительно высокой при минимальном расходе и вызывает излишнее потребление электроэнергии. Добавление регулирования и по расходу исключит этот недостаток.

Таким образом, переменные режимы ГВС вне зависимости от ее схемы поддаются энергосбережению, что дополнительно способствует уменьшению отравления окружающей нас природы и смягчению действия жилищно-коммунальной реформы.

трубопровод давление автоматика энергосбережение Литература.

• 1. В. И. Рябцев, Г. А. Рябцев. О некоторых показателях тепловых переменных режимов теплосети, Новости теплоснабжения № 2 2001.
• 2. В. И. Рябцев, Г. А. Рябцев, В. М. Гребеньков. Определение значений нормативной температуры обратной сетевой воды в нерасчетном режиме. Новости теплоснабжения, № 3 2001.