ŠILUMOS TIEKIMO REŽIMŲ OPTIMIZAVIMAS,

MODERNIZUOJANT ŠILUMOS VARTOJIMO SISTEMAS

Juozas Gudzinskas, KTU, Romaldas Morkvėnas, Lietuvos šilumos tiekėjų asociacija, KTU,

Mantas Morkvėnas, KTU

Šalyje praktiškai be išimčių iki šiol taikomas šilumos tiekimo reguliavimo režimas, kuomet priklausomai nuo lauko oro tempertūros keičiama tiekiamo šilumnešio temperatūra (taip vadinamas kokybinis reguliavimo būdas) ir palaikomas sąlyginai pastovus cirkuliuojančio šilumnešio srautas. Tiekiamo šilumnešio temperatūros pastovus kaitaliojimas, ypač tiekimo vamzdyne, šalia kitų faktorių, neigiamai veikia vamzdynų konstrukcijas, trumpina jų tarnavimo amžių, mažina patikimumą.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

18

,0

15

,0

12

,0

9,0

6,0

3,0

0,0

-3,0

-6,0

-9,0

-12

,0

-15

,0

-18

,0

Lauko temperatūra, oC

°C

t1TŠ

t2IŠ

t3iŠ

Kokybinis šilumos tiekimo šildymo ir karšto vandens sistemoms reguliavimo režimas, esant šildymo sistemų jungimo schemai su

sroviniu siurbliu (elevatoriumi).

Pastatų (ypač masinės senos statybos) šildymo sistemos prie šilumos perdavimo tinklo vamzdynų jungiamos tiesiogiai, daugeliu atveju dar naudojamas labai neefektyvus srovinis siurblys, pastatų šildymo sistemose cirkuliuoja iš perdavimo tinklo tiekiamas šilumnešis, cirkuliavimui pastatų šildymo sistemose užtikrinti naudojami šilumos šaltinio tinklo siurbliai, tai mažina sistemos darbo efektyvumą ir patikimumą, sutrikimų ir avarijų lokalizavimo galimybes ir sąlygoja pastatų sistemų gyvybiškumo užtikrinimo trukmę.

Renovuojant miestų ir gyvenviečių šilumos tiekimo ir pastatų šildymo ir karšto vandens sistemas, pastarosios prie šilumos perdavimo tinklų jungiamos pagal nepriklausomą schemą arba naudojant siurblinį sumaišymo mazgą, visada automatizuojamas šilumos vartojimo režimo sudarymas vidaus sistemose. Renovuotuose tokių pastatų įvaduose šilumos vartojimas iš šilumos perdavimo tinklo atitinka kokybinį-kiekybinį būdą, kuomet ne tik keičiama tiekiamo šilumnešio temperatūra, bet ir keičiamas, pagal poreikius, pastatų šilumos punktuose šilumnešio srautas. Didėjant renovavimo mastams, kiekybinis-kokybinis režimas sąlygojamas ir šilumos perdavimo tinkluose bei šilumos šaltiniuose.

Šilumos punkto technologinė schema su „elevatoriniu sumaišymo siurbliu“ ir karšto vandens ruošimo įrenginiu.

Šilumos punkto technologinė schema su šildymo šilumokaičiu (nepriklausomo jungimo schema) ir karšto vandens ruošimo įrenginiu.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

18

,0

15

,0

12

,0

9,0

6,0

3,0

0,0

-3,0

-6,0

-9,0

-12

,0

-15

,0

-18

,0

Lauko temperatūra, oC

°C

t1TŠ

t2iŠ

t2IŠ

t3iŠ

Kokybinis šilumos tiekimo šildymo ir karšto vandens sistemoms reguliavimo režimas, esant šildymo sistemų jungimo nepriklausomai

schemai arba su siurbliniu sumaišymo mazgu.

Pilnai renovavus miestų ir gyvenviečių šilumos tiekimo ir pastatų šildymo ir karšto vandens sistemas kokybinį šilumos tiekimo reguliavimo režimą galima pakeisti kiekybiniu reguliavimo būdu.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

18

,0

15

,0

12

,0

9,0

6,0

3,0

0,0

-3,0

-6,0

-9,0

-12

,0

-15

,0

-18

,0

tiš.f, °C

°C

t1TŠ

t2iŠ

t3iŠ

t2iŠ (tiš.f)

ĝIŠ(tiš.f)

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

18,0

16,0

14,0

12,0

10,0 8,0

6,0

4,0

2,0

0,0

-2,0

-4,0

-6,0

-8,0

-10,

0

-12,

0

-14,

0

-16,

0

-18,

0

-20,

0

tiš, °C

ĝIŠ

(tiš

.f)

Kiekybinis šilumos tiekimo šildymo ir karšto vandens sistemoms reguliavimo režimas, esant šildymo sistemų jungimo nepriklausomai

schemai arba su siurbliniu sumaišymo mazgu.

Šilumos tiekimo ir pastatų šildymo ir karšto vandens sistemų tinkamo darbo režimo parinkimas ir jo optimizavimas susijęs su optimalių skaičiuojamųjų šilumnešio parametrų nustatymu, įvertinus:

• esamas ir perspektyvines šilumos apkrovas renovuojant pastatus ir jų inžinerines sistemas;

• esamą ir perspektyvinį šilumos perdavimo tinklo vamzdynų (didžiosios jo dalies) pralaidumą;

• pastatų šilumos punktų šilumos vartojimo reguliavimo, nepriklausomai nuo režimo šilumos perdavimo tinkle, galimybes;

• šilumos šaltinių galimybes reguliuoti tiekimo šilumnešio srautą pagal šilumos vartojimo sistemų darbo režimą;

• termofikacinių elektrinių bei kogeneracijos įrenginių efektyviausią darbo režimą;

• šilumnešio cirkuliavimui naudojamos elektros energijos sąnaudų minimizavimo galimybes;

• šilumos nuostolių šilumos perdavimo tinklo vamzdynuose minimizavimo galimybes.

Taikant kiekybinio reguliavimo būdą šilumnešio cirkuliavimui sutaupomos elektros energijos kiekiai gali būti įvertinti naudojant šilumos vartojimo lygio laiko

trukmės integralinį grafiką, būdingą kiekvienai vietovei.

Optimizavus sistemos darbo režimus, sudaromos prielaidos, naudoti efektyvesnę, bet leidžiančią naudoti tik žemesnės (lyginant su projektine vamzdynų statybos metu) temperatūros šilumnešį, vamzdynų šilumos izoliacijos konstrukciją ir medžiagas bei vamzdynų temperatūrinių pailgėjimų kompensavimo būdus

Taikant kiekybinį ir kokybinį-kiekybinį šilumos tiekimo reguliavimo būdą bei pastatų įvaduose reguliuojant šilumos suvartojimą, tampa aktualu įvertinti pastatų šiluminę inerciją reguliuojant tiekiamo šilumnešio į šildymo sistemą temperatūrą, priklausomai nuo lauko oro temperatūros bei jos kitimo charakterio.

e

e

tKtd

dtT

tKtd

dtT

33

3

33

3 1

Čia: – pastato įstiklinimo (langų) ir infiltracijos plotų sumos santykis su jo

bendru išorės atitvarų plotu.

Koeficientas K skaičiuojamas pagal tokią formulę:

et

tK

3

3t

et

Čia:

– tiekiamo šilumnešio temperatūros pokytis,

- Lauko oro temperatūros pokytis.

Pokyčiai nustatomi iš temperatūrinių grafikų

Koeficientai 33 ,TT , atitinkamai nusakantys didelės šiluminės talpos atitvarų (sienų, stogo) ir mažos šiluminės talpos atitvarų (langų, infiltracijos) šiluminę inerciją, skaičiuojami pagal formulę:

R

CT

isnlesnlisnlesnl ....3

Čia:

esnl. – lauko atitvarų išorinio paviršiaus šilumos atidavimo koeficientas; R – lauko atitvarų šiluminė varža; C – lauko atitvarų šilumos imlumo koeficientas.

R

cC

c

Lauko atitvarų šiluminė varža ir šilumos imlumo koeficientas skaičiuojami pagal šias formules:

Čia:

– atitvaros storis, m;

– atitvaros šilumos perdavimo koeficientas, W/(mC);

– atitvaros medžiagos tankis, kg/m3;

– atitvaros medžiagos šilumos imlumo koeficientas, J/(kgC).

eee

e

eee

e

ttd

tdT

ttd

tdT

1

etet 3t

et

ee TT ,

Atskirais atvejais (1) diferencialinių lygčių sistemą patogu pakeisti diferencialinių lygčių sistema, apibrėžiančia momentinės ir menamos lauko oro temperatūrų pokyčių ir laiko sąsają:

Čia:

– menama lauko oro temperatūra, kurios kitimo laiko atžvilgiu dėsningumas pakitus atitinka kitimo dėsningumą ir yra lygi pasibaigus pereinamajam procesui;

– koeficientai atitinkamai nustatomi pagal (111) formulę.

Siūlomas šilumos tiekimo pastatams šildyti reguliavimo matematinis modelis gali būti naudojamas į šildymo sistemą tiekiamo šilumnešio temperatūros pagal lauko oro temperatūrą automatinio reguliavimo sistemose.

AČIŪ UŽ DĖMESĮ