Экспериментальные исследования энергетических систем системы автоматического управления теплоснабжением жилых здания и способы повышения их эффективности

Аннотация

В.Л. Годкин, А.С. Аникин, А.А. Балденков, А.Ю. Качалин Экспериментальные исследования энергетических систем системы автоматического управления теплоснабжением жилых здания и способы повышения их эффективности
В статье приведены результаты опытной эксплуатации системы теплоснабжения жилого здания с оптимизированными процессами регулирования температуры теплоносителя. Проанализированы фактические показатели объемов потребленного газа за несколько месяцев 2015 года и значения температуры наружного воздуха.

Ключевые слова:оптимизация системы отопления, энергоэффективность зданий, расход теплоносителя.

Вступление

Проведены исследования режимов работы системы автоматического управления отоплением жилого здания, содержащего котельную с тремя котлами и тепловой пункт с двумя контурами теплоснабжения проведенные в 2014-2015 годах показали, что при параметрах регуляторов, рекомендованных фирмами-производителями оборудования, в системе формируются процессы, обладающие рядом недостатков (рис. 1).

1. Анализ энергетической эффективности системы в ходе опытной эксплуатации

Прежде всего, необходимо отметить колебательный характер процессов в котлах и контуры регулирования с амплитудой до 8-10°C и периодом 7-20 мин. Чтобы исключить влияние этих флуктуаций на температуру в помещениях и чтобы не допустить ее снижения, температура в контурах была завышена , а в котельной, как правило, процесс достигал максимально допустимых значений температуры теплоносителя [1]. В то же время, естественно, уровень потребления энергоресурсов достаточно высок, а следовательно, эффективность системы очень низкая. Проведен анализ потребления газа в этой системе за несколько месяцев 2014-2015 годов.

Графики температуры наружного воздуха и объема потребляемого газа за сутки приведены на диаграммы (рис. 2) и в таблице 1. Анализ показал, что при Tm 0°C (март 2014, октябрь 2015) и днем -10°C (февраль 2015, ноябрь 2015) объемы потребляемого газа незначительно отличаются - 64,6-103; 50,3-103; 72,2-103; 76,1-103 м3 соответственно. 4. Эффективность системы при низких температурах (-10°ниже) значительно выше, чем при температуре окружающей среды, близкой к 0°C. Это свидетельствует о плохих показателях системы регулирования.

Табл. 1 Сводная таблица потребления газа и среднесуточной температуры наружного воздуха по месяцам

	Март 2014	Февраль 2015	Март 2015	Октябрь 2015	Ноябрь 2015	Декабрь 2015
Расход газа в месяц, м3	64651,2	72249,6	63321,5	50307,7	76183,8	80100,4
Среднесуточная температура за месяц, °C	0	-10,15	-5,39	+2	-8,678	-4,876

Проведены работы по оптимизации процессов регулирования температуры теплоносителя [1], которые снизили амплитуды колебаний температуры до 1-2°C и позволили повысить эффективность системы (рис. 3).

Так, с 1 по 15 марта 2015 года средняя температура воздуха -6°C и потребление 2,38-103 м3 в сутки, а после оптимизации системы теплоснабжения - с 15 по 31 марта 2015 года -5°C, и 1,84-10 м' в сутки, согласно (рис. 4, таблица 2). В то же время, как показано в [1], существует возможность снизить температуру теплоносителя в контурах и в котельной (рис. 3).

Табл. 2 Потребление газа и среднесуточная температура наружного воздуха в марте 2015 года до и после оптимальной настройки регулятора

	Расход газа, м3/сут	Среднесуточная температура, °C
1 марта – 15 марта (до изменения настроек)	2380	-6,3
16 марта – 31 марта (после изменения настроек)	1840	-4,9

При этом анализ опытной эксплуатации системы теплоснабжения показал, что оптимизация работы контуров может дать эффект, сопоставимый с внедрением систем комбинированного отопления [2], а система условия теплоснабжения с контролем температуры воздуха в помещениях [2], которые, безусловно, эффективны, но мало подходят для жилищно-коммунальных городских систем теплоснабжения.

2. Повышение энергоэффективности за счет увеличения расхода охлаждающей жидкости

В экспериментальных исследованиях на загородной котельной, где существенные потери в теплотрассах, установлена еще одна возможность повышения эффективности систем теплоснабжения. Известно, что количество тепла, передаваемого объекту, пропорционально температуре и объему теплоносителя для объект (1), и этот объем определяется электроприводом насосов.

где Q - количество тепла, передаваемого в систему; V - объем теплоносителя к объекту;

h/, h\ - энтальпия теплоносителя, отходящего в сеть и поступающего.

Увеличивая расход теплоносителя на 10%, можно снизить температуру на 10% и тем самым уменьшить потери в тепловом канале (которые увеличиваются с увеличением температуры потока) и потребление ресурса котла. Кроме того, как правило, считается, что электродвигатель насоса, работающий непосредственно от сети или с помощью устройства плавного пуска (SSD) не поддерживается постоянная скорость вращения с достаточной точностью.

При изменении нагрузки (объема подачи теплоносителя) скорость вращения электродвигателя насоса может снизиться на 5-10%, снижая общую производительность комплекса. Установка преобразователя частоты, оснащенного специальными алгоритмами управления, обеспечивающими точность поддержания скорости вращения двигателя насоса при изменениях в гидравлической системе на уровне 1% [3], может существенно повысить эффективность системы в целом. Проведены исследования в системе отопления пригородного поселка. Они показали, что установка преобразователя частоты с алгоритмом стабилизации скорости вращения на сетевом насосе позволила стабилизировать расход теплоносителя, увеличить его относительно расхода по стандартной схеме и увеличить количество передаваемого тепла без увеличения температуры самого тепла перевозчик. Увеличение скорости вращения на 4-6% позволило увеличить количество передаваемого тепла на 5-10% (рис. 5).

Выводы

Опытная эксплуатация двух различных систем теплоснабжения показала, что улучшение качества регулирования температуры теплоносителя повышает энергоэффективность этих систем без значительных материальных затрат. Однако, пока организации технического надзора считают "избыточной" установку преобразователей частоты на сетевых насосах и требуют исключения их из проектов. Надеемся, что приведенные в этой статье результаты и дальнейшие исследования убедят эти организации в эффективности инноваций.

Список использованной литературы

1.Качалин А.У., Кодкин В.Л., Аникин А.С., Балденков А.А., Немков В.Л. Оптимизация энергопотребления в системах отопления. "Приоритеты мировой науки. Эксперимент и научная Дискуссия": Материалы XIII Международной научно-практической конференции 17-18 июня 2015 г. - Часть 1. Естественные и технические науки. Северный Чарльстон, Южная Каролина, США: CreateSpace, 2015, стр. 132-136. (на русском языке.)

2.Вялкова Н.С. Совершенствование работы комбинированной системы водяного и воздушного отопления общественных зданий: дис.... канд. техн. наука [Повышение производительности комбинированной системы водяного и воздушного отопления общественных зданий. Канд. техн. наук. Пенза: Пабл ПГУ, 2011. 147 р.

3.Аникин А.С., Кодкин В.Л., Балденков А.А. Динамическая позитивная коммуникация в асинхронном Электроприводы с частотным регулированием. "Приоритеты мировой науки. Эксперимент и научная Дискуссия": Материалы XIII Международной научно-практической конференции 17-18 июня 2015 г. - Часть 1. Естественные и технические науки. Северный Чарльстон, Южная Каролина, США: CreateSpace, 2015. с. 115-119 . (на русском языке)