Автоматизация индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) играет важную роль в современном теплоснабжении, обеспечивая эффективное и экономичное управление тепловыми ресурсами. Применение различных схем автоматизации и методов регулирования позволяет значительно повысить энергоэффективность, снизить эксплуатационные расходы и минимизировать экологическое воздействие. Этот материал подготовили мы, научная группа из Московского Энергетического института. В данной статье представлен обзор методов регулирования в существующих схемах автоматизации ИТП, которые позволяют достигать оптимальных параметров работы системы теплоснабжения. Проанализируем их преимущества, недостатки и области применения.

Тепловая нагрузка потребителей значительно изменяется в зависимости от времени суток, погодных условий, тепловлажностных режимов отапливаемых помещений, режима работы оборудования и других факторов. Для обеспечения эффективной работы системы необходимо осуществлять ее регулирование. Регулирование может быть основано на следующих принципах:

• несвязанное — регулируется каждая нагрузка в отдельности с учетом неравномерности потребления, на абонентские вводы подается требуемое в данный момент количество теплоты;

• связанное — регулируется условная суммарная нагрузка, исходя из средней величины потребления по каждому виду нагрузок с некоторым запасом, без учета неравномерности потребления.

Выбор метода регулирования зависит от гидравлической устойчивости системы, которая характеризуется следующим коэффициентом:

где ΔPаб — располагаемый перепад давления у наиболее удаленного потребителя;
ΔPс — перепад давления, срабатываемый в сети.

Если y ≤ 0,4, то применяется качественное регулирование, если y > 0,4, то количественное.

Методы регулирования систем централизованного теплоснабжения:

1. Качественный — регулирование отпуска теплоты осуществляется за счет изменения температуры теплоносителя на входе в прибор.

   Основным преимуществом данного способа является применимость для сетей с низкой гидравлической устойчивостью. Но метод имеет значительное количество недостатков:

   • повышенный температурный график для компенсации отбора воды на горячее водоснабжение и, как следствие, снижение выработки электроэнергии на тепловом потреблении;

   • колебания температуры воздуха в помещении, связанные с влиянием нагрузки ГВС на работу систем отопления и различным соотношением нагрузок ГВС и отопления у потребителей;

   • большая тепловая инерционность регулирования тепловой нагрузки системы теплоснабжения;

   • снижение качества теплоснабжения при регулировании температуры сетевой воды по средней за несколько часов температуре наружного воздуха;

   • при переменной температуре сетевой воды усложняется эксплуатация компенсаторов.

2. Количественный — регулирование отпуска теплоты осуществляется посредством изменения расхода теплоносителя, подаваемого к потребителю.

   Применим при присоединении систем отопления по независимой схеме или по зависимой схеме со смесительным насосом, так как в этих случаях необходимый расход воды для потребителя может поддерживаться независимо от расхода воды из тепловой сети. Использование этого метода для зависимых схем с элеваторным смешением может приводить к разрегулировке отопительных систем вследствие возрастания гравитационного перепада, возникающего из‑за увеличения разности температур воды в радиаторах при снижении ее расхода. Основным преимуществом такого регулирования является снижение расхода электроэнергии, затрачиваемого на прокачку теплоносителя.

3. Качественно‑количественный — регулирование осуществляется за счет одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя.

   Изменение расхода воды может быть организовано изменением числа оборотов насосов, изменением числа параллельно работающих насосов, установкой на теплоисточнике насосов с различными характеристиками. При отсутствии частотно регулируемых приводов достичь плавного изменения расхода воды оказывается затруднительным, поэтому его заменяют ступенчатым регулированием. Такой способ предполагает разделение отопительного сезона на несколько диапазонов, в каждом из которых поддерживается постоянный расход воды.

Основными недостатками использования количественного и качественно‑количественного регулирования является необходимость повышения гидравлической устойчивости систем и значительные капитальные затраты в теплосети. Но эти способы имеют большой ряд следующих преимуществ:

• увеличение выработки электроэнергии на тепловом потреблении вследствие снижения температуры обратной сетевой воды;

• возможность использования недорогих способов подготовки подпиточной воды теплосети;

• функционирование системы теплоснабжения большую часть отопительного периода с пониженными расходами сетевой воды и существенной экономией электроэнергии на прокачку теплоносителя;

• меньшая инерционность регулирования нагрузок, так как реакция системы на изменение давления является более быстродействующей чем на изменение температуры;

• отсутствие колебаний температуры воды в подающем трубопроводе теплосети способствует снижению его коррозионных повреждений;

• более высокие тепловые и гидравлические показатели по отопительной нагрузке в результате снижения влияния гравитационного напора и уменьшения перегрева радиаторов;

• отсутствие необходимости в смесительных устройствах абонентских вводов.

4. Метод регулирования «пропусками» — осуществляется посредством изменения длительности работы системы, путем ее включения и выключения через определенные промежутки времени.

На индивидуальных тепловых пунктах, предназначенных для обеспечения тепловой энергией одного здания или некоторой его части, осуществляется местное, как правило, количественное регулирование. Его применение обусловлено разнородной тепловой нагрузкой абонентов и служит дополнением к центральному регулированию отпуска теплоты, осуществляемому на ТЭЦ или котельных.

Выбор параметра, по которому осуществляется местное регулирование зависит от типа и режима работы оборудования. В установках ГВС обычно выбирается температура воды после подогревателя. В ветиляционных установках температура воздуха после калориферов.

Регулирование нагрузки систем отопления может проводиться по следующим параметрам:

• по усредненной температуре наружного воздуха за относительно длительный диапазон времени (6–12 часов);

• по усредненной внутренней температуре помещений;

• по внутренней температуре устройства, моделирующего тепловой режим зданий.

Автоматизация индивидуальных тепловых пунктов должна обеспечивать:

• регулирование подачи теплоты в системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха;

• регулирование подачи теплоты в системы отопления в зависимости от изменения температуры наружного воздуха;

• поддержание требуемого перепада давлений в прямом и обратном трубопроводах;

• поддержание заданной температуры воды, поступающей в систему горячего водоснабжения.

В тепловых пунктах предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляется:

• контроль параметров теплоносителя;

• регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты;

• защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя;

• заполнение и подпитка систем потребления теплоты;

• учет тепловых потоков и расходов теплоносителя;

• аккумулирование теплоты;

• водоподготовка для систем горячего водоснабжения.

Авторы материала: Темрина Д.Н., Гужов С.В.