Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член

Диагностика теплогидравлических режимов и эксплуатационных характеристик систем отопления

 

Управление качеством функционирования систем отопления (в дальнейшем СО) зданий представляет собой достаточно сложную задачу. Анализу эффективности функционирования СО посвящено значительное число работ [1–4]. В биотехническом комплексе «человек – здание – системы отопления и вентиляции» существует феномен малой чувствительности человека к отклонениям регулируемых параметров и характеристик установленного оборудования. Это связано, прежде всего, с тем, что он активно вмешивается в протекающие тепловые и вентиляционные процессы (включение дополнительных отопительных приборов, изменение кратности воздухообмена и др.) либо соглашается с нарушениями показателей теплового и воздушного режима. Такое свойство рассматриваемого комплекса привело к тому, что при расчетных параметрах теплоносителя в системах теплоснабжения 150/70 в последние годы без особо серьезных и видимых последствий во многих городах России текущие значения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе не превышали за весь отопительный период 100 °C [5]. За этим дополнительно следует так называемый отложенный ущерб, связанный с ухудшением здоровья населения (за счет существенного снижения кратности воздухообмена в плохо отапливаемых помещениях). Несанкционированная установка у отдельных потребителей дополнительных отопительных приборов как отклик на пониженные параметры теплоносителя приводит к перерасходам теплоты (в целом по зданию) на нужды отопления. Как показано в цитируемой работе и в ряде других публикаций, такое нарушение теплового режима может приводить к перерасходу энергетических ресурсов и последующей разрегулировке СО.

Несоответствие термического сопротивления ограждения здания требуемым значениям

Рисунок 1.

Несоответствие термического сопротивления ограждения здания требуемым значениям

Главным признаком неэффективной работы СО служит ее неспособность обеспечивать нормируемый температурный режим воздуха во всех отапливаемых помещениях с соблюдением требуемой кратности воздухообмена и соответствия затраченной теплоты расчетным тепловым потерям здания. За относительно простой изложенной здесь формулировкой [1, 2] следует сложность диагностики состояния систем отопления. Вместе с тем, наладка систем отопления, своевременная оценка качества управления тепловыми и гидравлическими режимами в них может способствовать энергосбережению в топливно-энергетическом комплексе в размере 15–20 %.

Следует отметить многообразие как внутренних, так и внешних факторов, оказывающих дестабилизирующие влияние на нормальную работу СО.

Основными внутренними факторами являются:

• несоответствие термического сопротивления ограждения здания или его отдельных частей требуемым (проектным, нормативным) значениям (низкое качество строительных конструкций) (рис. 1);

• увеличение тепловых потерь и/или инфильтрации наружного воздуха из-за ухудшения теплотехнических качеств наружных ограждений вследствие физического износа конструкций или несоблюдения правил технической эксплуатации (неподготовленность здания к зиме и др.) (рис. 2);

• несоблюдение правил технического обслуживания СО и ее отдельных элементов при ее эксплуатации (завоздушивание, длительная эксплуатация СО без промывки и др.) (рис. 3);

• несанкционированное вмешательство потребителей в работу СО (установка дополнительных отопительных приборов, регуляторов и т. д.);

• отсутствие средств автоматизации на вводе в здание и в самой СО, позволяющих корректировать теплоотдачу отопительных приборов при изменении условий теплового баланса в помещениях.

Увеличение инфильтрации вследствие износа (старения) оконных рам
Увеличение инфильтрации вследствие износа (старения) оконных рам

Рисунок 2.

Увеличение инфильтрации вследствие износа (старения) оконных рам

Кроме вышеперечисленных внутренних факторов, нарушения в работе СО могут быть вызваны и внешними причинами – несоблюдением графика регулирования температур теплоносителя в тепловой сети, занижением как перепада давлений (расхода воды) на вводе тепловой сети, так и напора в обратной магистрали (возникновение опасности опорожнения СО).

Существующая на сегодняшний день система оценки работы СО на основе показателей надежности не способна со всей полнотой ответить на вопросы о качестве ее функционирования. Требуется разработка системы показателей (критериев), дающих возможность оценить работу как СО в целом, так и ее отдельных составляющих. Имеющиеся в настоящее время подходы [1–4] не в полной мере соответствуют изложенным требованиям.

Оценка работы СО на основе системы критериев имеет две функции: административную и распорядительную. С одной стороны, на основе динамики изменения показателей функционирования СО администратор имеет возможность судить о работе обслуживающей здание организации. С другой стороны, именно на основе значений критериев можно обоснованно принимать решения о перераспределении материальных и технических ресурсов, о первоочередности тех или иных технических мероприятий: необходимости проведения регламентных и ремонтных работ, назначении аудита или реконструкции и др.

Исходя из главной задачи СО – обеспечения бесперебойного поддержания оптимальных (или задаваемых) условий теплового комфорта при минимуме энергетических затрат, следует выделить две группы показателей:

а) основные критерии, оценивающие качество выполнения основной задачи СО;

б) критерии, оценивающие состояние отдельных элементов СО.

Снижение теплоотдачи отопительных приборов вследствие низкого качества технического обслуживания
Снижение теплоотдачи отопительных приборов вследствие низкого качества технического обслуживания

Рисунок 3.

Снижение теплоотдачи отопительных приборов вследствие низкого качества технического обслуживания

Основные критерии оценки качества систем отопления

1. Соблюдение температурных режимов в отапливаемых помещениях в течение отопительного периода характеризует величина и период отклонений фактических значений температуры воздуха от оптимальных значений и оценивается [2] коэффициентом температурных отклонений (аварийности) за отопительный период:

где Aj = (tнв – tфактв ) – амплитуда j отклонения;

Т – продолжительность (время) отклонения;

t – продолжительность отопительного периода;

m – число эпизодических отклонений;

tнв – нормативное значение внутренней температуры.

Здесь характер отклонений может классифицироваться отказами I, II и III родов.

Отказом I рода считается отклонение отопительных параметров в зону допустимых значений. В случае отклонения параметров за пределы зоны допустимых значений, но не настолько, чтобы в системе здания (или зданий) наступили необратимые процессы – размораживание элементов, значительный технологический ущерб и др., считается, что произошел отказ II рода. При аварийных ситуациях, наступивших в результате несоблюдения параметров и повлекших за собой конкретные издержки (последующие ремонтные работы, технологические ущербы и др.), имеет место отказ III степени.

Коэффициент аварийности может определяться по вышеприведенной формуле отдельно для отказов I, II и III родов.

В ходе мониторинга (единовременного наблюдения) качество соблюдения температурных режимов в отапливаемых помещениях характеризуется коэффициентом рассогласования значений внутренней температуры воздуха в отапливаемых помещениях:

где tфактвcp – фактическая средняя температура в здании, измеряемая или опосредованно вычисляемая на основе косвенных параметров [2];

tнормв – средняя нормативная температура внутреннего воздуха в здании.

2. Эффективность использования энергоресурсов системой отопления за отопительный период можно оценивать коэффициентом эффективности СО:

где

q’уд – расчетное, нормативное или базовое значение удельного расхода тепла на отопление здания;

qуд – реальное или фактическое значение удельного расхода тепла на 1 м2 жилой (полезной) площади здания;

Wгод’o – расчетный (паспортный) годовой расход тепла на отопление здания (за отопительный период);

A – общая жилая или полезная площадь здания;

ГСOП’ – расчетное значение градусосуток отопительного периода для данной местности.

При проведении мониторинга единовременная эффективность использования энергоресурсов в СО оценивается коэффициентом единовременной эффективности СО:

где Qнорм i – нормативное значение расхода тепла на отопление здания при текущей температуре наружного воздуха;

Qфакт i – фактический расход тепла на СО.

При определении основных критериев в ходе мониторинга или периодического обследования здания может быть предложена следующая градация оценок состояния СО.

1. Коэффициент температурных отклонений (аварийности).

При son ≥ 0,975 для отказов I рода и при отсутствии отказов II и III родов – техническое состояние системы отопления хорошее.

При 0,9 ≤son< 0,975 для отказов I рода и son ≥ 0,975 для отказов II рода, при отсутствия отказов III рода – техническое состояние системы отопления удовлетворительное.

При son < 0,9 для отказов I рода или son < 0,975 для отказов II рода или наличии отказов III рода – техническое состояние системы отопления неудовлетворительное.

При son < 0,7 для отказов II рода – необходимо назначение энергетического обследования.

2. Коэффициент эффективности системы отопления.

При eco ≥ 0,95 – система отопления эффективна, функционирует хорошо.

При 0,85 ≤eco < 0,95 – система отопления малоэффективна, функционирует удовлетворительно.

При eco < 0,8 – система отопления неэффективна, функционирует неудовлетворительно.

При eco < 0,7 – необходимо назначение энергоаудита.

Вычисление критериев состояния СО упирается в проблему определения средней температуры воздуха в помещениях здания. Современное состояние жилищно-коммунального сектора таково, что наличие системы мониторинга температуры внутри здания является редким исключением из общего правила. Однако следует учитывать, что тепловой ввод оснащается приборами контроля параметров теплоносителя (воды) в СО – его температур и расхода. Исходя из этого, средняя температура воздуха в здании может быть опосредованно оценена на основе, например, решения обратной задачи регулирования:

В этих формулах t1 и t2 – температуры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах СО соответственно:

где Dt’co – расчетный средний температурный напор в СО;

dt’co = t’1 – t’2– расчетная разность температур в СО;

n – коэффициент, определяемый видом отопительного прибора и типом СО.

При кусочной линеаризации этих уравнений и исключении из них температуры наружного воздуха, получаются достаточно простые для использования обслуживающим персоналом (хотя и обладающие известной погрешностью) зависимости для оценки температуры внутреннего воздуха:

где t1 и t2 – текущие значения температур воды на входе и выходе из СО соответственно;

– относительный расход теплоносителя в СО – отношение текущего расхода теплоносителя к его расчетному значению;

C1 и C2 – коэффициенты, неизменные для некоторой области температур наружного воздуха.

Уравнения регулирования основаны на модели СО, в которой она представляется в виде единого сосредоточенного отопительного прибора. Основанные на этой модели зависимости могут применяться с приемлемой погрешностью при диагностике состояния двухтрубных СО в широком диапазоне изменяемых параметров.

Для однотрубных СО меньшей погрешностью обладают уравнения, полученные на основе представления СО в виде протяженного линейного отопительного прибора. При использовании этой модели параметры теплоносителя в СО связаны между собой известной зависимостью:

где At – коэффициент, определяемый расчетными параметрами СО.

На основе вышеприведенного уравнения для однотрубных СО может быть предложена следующая формула для оценки средней температуры внутреннего воздуха в здании:

где

Здесь Bt – коэффициент, определяемый расчетными параметрами СО.

Таким образом, при развитии систем мониторинга СО и энергетического аудита зданий различного предназначения весьма важным становится количественная оценка показателей функционирования технических систем.

В следующих публикациях будут предложены к рассмотрению критерии, оценивающие состояние элементов отопительной системы.

Литература

1. Лупей А. Г. О диагностике состояния систем отопления потребителей тепловой энергии // С.О.К. – 2004. – № 8.

2. Чистович С. А., Аверьянов В. К. и др. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления. – Л. : Стройиздат, 1987.

3. Кокорин О. Я. Энергосберегающие технологии функционирования систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха. – М., 1999.

4. Фаликов В. С. Энергосбережение в системах тепловодоснабжения зданий. – М., 2001.

5. Шарапов В. И., Ротов П. В. Технологии регулирования нагрузки систем теплоснабжения. – Ульяновск : УЛГТУ, 2003.

Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “АВОК” за №6'2006

распечатать статью распечатать статью


Реклама
Реклама на нашем сайте
Rambler's Top100 Rambler's Top100 Яндекс цитирования



Кондиционирование, отопление, вентиляция

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте