В.Ф.Гершкович. Динамика изменения параметров отопительной

Динамика изменения параметров отопительной
системы при позиционном регулировании
В.Ф.Гершкович, КиевЗНИИЭП
(По материалам «Энергосбережение в зданиях» № 15 (№ 2-2002))
Проведенные в КиевЗНИИЭП исследования дают основание утверждать, что при позиционном
регулировании водяной отопительной системы достигается весьма плавное изменение ее
потребительских параметров.
На рис. 1 показано, как эти параметры реально изменяются во времени. Непрерывная запись
параметров в показательном теплопункте КиевЗНИИЭП велась в течение двух с половиной часов
работы системы, начиная с того момента, когда регулятором была выдана команда перейти на ночной
режим работы, в течение которого, согласно алгоритму регулирования, температуру воды в обратном
трубопроводе следовало понизить на 10 °С, т.е. от 40 до 30 °С. Можно проследить за тем, как это
происходило.
Очень резким изменениям
при позиционном регулировании
подвергается
расход
теплоносителя (рис. 1д). В течение
нескольких
минут
количество
сетевой воды уменьшилось от 21
до 3,5 т/ч, т.е. в шесть раз. Это
действительно резкое изменение,
но ведь расход воды – это не
потребительский параметр. Нам
все равно, какой расход воды идет
по трубам, потому что мы этот
расход никак не ощущаем.
Еще более резко меняется
тепловая
мощность
системы
отопления (рис. 1г). Примерно
через час работы системы при
минимальном (3,5 т/ч) расходе
теплоносителя регулятор выдал
команду
на
восстановление
максимального (21 т/ч) расхода
воды.
При
этом
тепловая
мощность системы отопления в
течение
нескольких
минут
возросла от 100 до 1000 кВт, т.е. в
десять (!) раз. Такое резкое
увеличение тепловой мощности
произошло потому, что в момент
перехода
на
работу
при
максимальном
расходе
воды
температура воды, покидающей
отопительную систему, была самой
низкой. Пик расхода воды совпал
по времени с экстремально низкой
температурой.
Уже
через
несколько
минут
тепловая
мощность
начнет
плавно
уменьшаться, а потом очень скоро
снова упадет до уровня 100 кВт.
Впрочем, тепловая мощность тоже
не
относится
к
числу
потребительских параметров. Она
фиксируется
лишь
теплосчетчиками,
а
не
человеческими органами чувств.
Проследим
теперь
за
температурами теплоносителя в
трубопроводах.
На рис. 1в показано, как изменяются температуры воды в подающем и обратном трубопроводах
системы отопления (средняя и нижняя кривые), а также температура сетевой воды в подающем
трубопроводе (верхняя кривая). Сразу отметим, что температура сетевой воды за время измерений
практически не менялась и оставалась на уровне 70 °С. Правда, в течение примерно двадцати минут
приборы фиксировали температуру около 71 °С (это заметно на графике), но это увеличение совпадает
по времени с прохождением максимального расхода, а при неизменных теплопотерях трубопроводов
тупикового участка теплотрассы, ведущей к зданию, падение температуры теплоносителя тем меньше,
чем больше расход на этом участке.
Температура в подающем трубопроводе начала снижаться примерно через полчаса после того,
как резко уменьшился расход воды. Еще через полчаса, т.е. к моменту, когда регулирующий клапан
открылся и стал пропускать максимальное количество теплоносителя, температура упала от 57 до 52 °С,
т.е. примерно на 5 °С, после чего она продолжала понижаться еще в течение четверти часа, несмотря на
резко увеличившийся расход воды. Причину такого понижения легко понять, если проследить теперь за
температурой теплоносителя в обратном трубопроводе.
Кратковременное уменьшение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе,
зафиксированное приборами в первый момент после уменьшения расхода теплоносителя и
соответственно отраженное на рис. 1в, поначалу было трудно объяснить. Тщательный анализ показал,
что причиной этому является наличие в системе отопления замкнутых заполненных воздухом объемов.
Сразу же после закрытия регулирующего клапана расход теплоносителя резко уменьшился, но только в
подающем трубопроводе, в то время как расход в обратном трубопроводе уменьшался не вдруг, а в
течение нескольких десятков секунд, что отчетливо фиксировали ультразвуковые расходомеры
теплосчетчика. Именно в течение этого относительно короткого промежутка времени, когда большой
расход воды в обратном трубопроводе был следствием расширения воздуха замкнутых объемов, в
регенераторе происходило усиленное охлаждение относительно небольшого количества греющей воды
мощным обратным потоком. Уже через несколько минут температура теплоносителя в подающем
трубопроводе сама собой восстановилась, из чего следует заключить, что эта особенность конкретной
системы отопления не оказывает существенного влияния на общий процесс охлаждения теплоносителя
в процессе позиционного регулирования в этой системе. Что касается других отопительных систем, то в
них эта аномалия скорее всего вообще не проявится.
Снижение температуры обратной воды от 40 до 30 °С происходило плавно в течение часа.
Алгоритм регулирования построен так, что при тех погодных условиях, когда проводились измерения,
понижение температуры обратной воды до 30 °С обусловило возникновение команды на открытие
клапана. После того, как клапан открылся, температура обратной воды понизилась еще на два градуса и
достигла 28 °С. Ничего удивительного в этом нет, если вспомнить, что перед этим в течение целого часа
через систему циркулировало в шесть раз меньше воды, чем нужно для ее полноценной работы. При
столь низком расходе вода не могла равномерно распределяться по всем параллельным ветвям. В
некоторых ветвях (стояках) в результате временной гидравлической разрегулировки вода
циркулировала слабо и охладилась глубже, чем в остальных. Когда максимальный расход
восстановился, охлажденная вода этих ветвей стала интенсивно выдавливаться в сборный обратный
трубопровод, что и вызвало дальнейшее понижение температуры.
Этот же процесс послужил причиной понижения температуры и в подающем трубопроводе,
поскольку сетевая вода охлаждается водой из обратного трубопровода.
Факт гидравлической разрегулировки системы во время ее работы при минимальном расходе
теплоносителя не должен нас беспокоить. Позиционное регулирование предполагает возможность
полной остановки системы отопления на определенный промежуток времени. Минимальная циркуляция
в это время организована исключительно с целью получения информации о степени охлаждения
системы посредством измерения температуры воды в обратном трубопроводе, и, если в течение этого
промежутка времени произошла гидравлическая разрегулировка, то это свидетельствует только о том,
что система была остановлена, но не везде.
Понижение температуры теплоносителя в обратном и подающем трубопроводах непосредственно
после восстановления максимального расхода воды играет положительную роль в процессе
регулирования, поскольку искусственно увеличивает величину гистерезиса. Если бы температура
теплоносителя начала увеличиваться тотчас же после открытия клапана, команда на его закрытие
поступила бы очень быстро, и клапану, выполняя команды контроллера, пришлось бы непрерывно
открываться и закрываться, что привело бы к сокращению срока его службы.
Теперь обратим внимание на ту часть графика (рис. 1в), которая начинается через 1,5 часа после
начала измерений. Если в течение первых полутора часов наблюдений происходил переход от дневного
режима работы системы к режиму ночному, то при установившемся ночном режиме температуры
теплоносителя в подающем трубопроводе плавно меняются в интервале от 50 до 53 °С, в то время как в
обратном трубопроводе температуры колеблются в пределах 30...32 °С. Всего 2-3 градуса колебаний
температуры трубопроводов при очень резких (в 6 раз ) колебаниях расхода теплоносителя.
Несмотря на то, что прямым потребительским параметром, характеризующим работу
отопительной системы, является температура воздуха помещений, температуру трубопроводов тоже
можно отнести к параметрам (пусть косвенным) такого рода. Кто из нас не прикасался к теплым трубам,
пытаясь найти ответ на вопрос «а как нынче топят?». Правда, чаще всего в таких случаях мы
прикладываем руку к радиатору. И тогда стоит обратиться к рисунку 1б, характеризующему изменение
средней температуры поверхности отопительных приборов в процессе позиционного регулирования.
В течение первого получаса работы системы отопления при минимальном расходе теплоносителя
температура радиатора упала менее, чем на два градуса, - от 47 до 45 °С. Потом началось более
интенсивное падение температуры, и уже через полтора часа радиатор стал холоднее примерно на семь
градусов. После выхода на режим ночного регулирования температура радиатора практически не
менялась, колеблясь в интервале от 40 до 42 °С. Такое колебание едва ли ощутимо для потребителя,
если даже ему придет в голову ежеминутно притрагиваться к радиатору.
Рис. 1а отражает истинно потребительский параметр, температуру помещения. Как уже
упоминалось, все графики рисунка начинаются с момента перехода дневного режима регулирования в
режим ночной. Неудивительно, что температура помещения при этом понижается. За 2,5 часа
наблюдений температура воздуха контрольного помещения, измеряемая электронным термометром с
точностью 0,1 °С, понизилась на 0,7 °С. Понижение температуры происходило настолько плавно, что
характер резких колебаний расходов теплоносителя (в семь раз) и тепловой мощности (в десять раз),
отображенный на рисунках 1г и 1д, никак не отразился на характере весьма плавной кривой,
фиксирующей температуру помещения.
В установившемся режиме погодного регулирования в рабочее время вообще не удается
зафиксировать какого-либо влияния постоянно и резко изменяющегося расхода теплоносителя на
температуру помещения, которая остается практически неизменной или меняется весьма незначительно
по причинам, более связанным с характером эксплуатации контрольного помещения (совещания,
проветривания, включение и выключение освещения), чем с изменяющимся в процессе регулирования
тепловым потоком от поверхности радиатора.
Вывод:
Проведенное исследование дает основание с полной уверенностью утверждать, что позиционное
регулирование водяной отопительной системы ни в коей мере не ухудшает потребительских качеств
отопления. По этой причине позиционное регулирование, которое реализуется более простыми
техническими средствами, чем регулирование пропорциональное, оценивается как наиболее
предпочтительный способ уменьшения теплопотребления.
Рис. 1. Динамика изменения параметров системы отопления при позиционном регулировании в
течение первых часов работы по алгоритму ночного теплопотребления