Регулирование теплового потока
|
Номинальный тепловой поток QN теплообменных приборов получают в результате тепловых испытаний в специальных климатических камерах при определенных нормированных влияющих факторах. В реальных условиях эксплуатации расход G теплоносителя через теплообменный прибор, средний перепад температур At между прибором и окружающим воздухом, способ подключения и много других факторов, как правило, отличаются от тех, при которых проводились испытания. Их учитывают поправочными коэффициентами к номинальному тепловому потоку. Причем одни из них являются постоянными (например, на цвет покраски, способ установки, способ подключения и т. д.), а другие — переменными. Закономерности влияния переменных факторов используют для регулирования теплового потока теплообменных приборов Q. С учетом изложенного тепловой поток теплообменного прибора зависит от переменных факторов следующим образом:
Где пит— показатели степени.
Показатель степени т = 0…0,18. Нижняя граница характерна для радиаторов, верхняя — для конвекторов. В целом этот показатель весьма незначительно влияет на Q.
Показатель степени п = 1,25…1,35 характерен для всех конструкций конвекторов, а для радиаторов п ~ 1,3. Он существенно изменяет номинальный тепловой поток теплообменного прибора, что для конвектора либо радиатора показано на рис. 6.2 при температуре воды на входе, равной 90 °С. Влияние водогликолевой смеси на характеристики теплообменных приборов необходимо учитывать по рекомендациям производителей.
Уменьшение перепада температур теплоносителя между входом и выходом теплообменного прибора приводит к увеличению деформации
Кривой, характеризующей зависимость относительного теплового потока Q/Qn от относительного расхода G/GN теплоносителя. Чем выше температурный перепад, тем линейнее зависимость. Незначительно выравниваются эти характеристики при уменьшении температуры воздуха в помещении.
Аналогичные результаты получают в системах охлаждения с фенкойлами при температуре холодоносителя на входе 6 °С и на выходе — 12 °С (рис. 6.3). Температура воздуха в помещении при этом поддерживается терморегулятором на уровне 22 °С. Несколько круче будет характеристика потолочных панелей охлаждения. Разность температур холодоносителя в них составляет 2.„4 °С, а его температура на входе равна примерно 15 °С, что несколько выше температуры точки росы в помещении.
Изменение теплового потока греющего пола при температуре теплоносителя на входе, равной 46 °С, показано на рис. 6.4.
|
10°С |
20°С |
30°С, |
V- |
/ /у 40°С |
К |
I |
0 0,2 0,4 0,6 0,8 G/GN Рис. 6.2. Зависимость теплового потока конвектора от перепа |
Таким образом, все теплооб- менные приборы имеют нелинейную зависимость Q/QN от G/Gn. Это усложняет процесс регулирования теплового потока. Так, при увеличении относительного расхода холодоносителя от 0 до 20 % относительный тепловой поток фенкойла возрастает от 0 до 50 %. Следовательно, теплообменные приборы весьма чувствительны при регулировании малыми расходами тепло — или холодоносителя, а при расходах, близких к номинальному значению и выше, тепловой поток существенно не изменяется.
Рис. 6.4. Зависимость теплового потока греющего пола от перепада температур и расхода теплоносителя
Стабильное управление теп- лообменными приборами получают при линейной характеристике. С этой целью рассматривают идеальную совместную работу теплообменного прибора и терморегулятора. Ее суть заключается в том, чтобы расходная характеристика клапана была зеркальным отображением характеристики теплообменного прибора. Для этого необходимо обеспечить 10 % увеличения относительного расхода (1/(1 N на клапане при подъеме штока Мгшо на 50 %. Тогда получают возрастание теплового потока
|
&Q* |
Й/Й100 |
Рис. 6.5. Регулирование теплообменного прибора: а — характеристика теплообменного прибора; б — расхолная характеристика терморегулятора; в — илеальная характеристика регулирования теплообменного прибора [20] |
Q/Qn на 50 % при открывании клапана Мг100 на 50 % (рис. 6.5), т. е. происходит линейное регулирование.
Вш |
Й/Йюо |
Такая схема управления сложна в реализации, т. к. в системах обеспечения микроклимата невозможно обеспечить работу автоматических клапанов в одинаковых гидравлических условиях. Причиной тому являются колебания давления теплоносителя и, следовательно, внешних авторитетов клапанов. Кроме того, характеристика теплообменного прибора зависит от способа регулирования (рис. 6.6) [31]. Качественное регулирование (изменением температуры подаваемого теплоносителя) выравнивает эту характеристику по сравнению с
Количественным регулированием (изменением расхода теплоносителя). В системах обеспечения микроклимата применяют качественно — количественное регулирование, которому присущи черты совокупного воздействия на характеристику теплообменного прибора. Область разброса характеристик на рисунке является функцией разности температурного напора между теплообмениваюгцимися средами.
Терморегуляторы отслеживают температуру воздуха в помещении и при необходимости изменяют расход теплоносителя, т. е. осуществляют количественное регулирование теплообменными приборами. При этом зона пропорциональности терморегулятора не 0,2 0,4 0,6 0,8 G/Gn должна превышать до-
Рис. 6.6. Характеристика теплообменника пустимого отклонения при различных видах регулирова — температуры воздуха ния: 7 — качественном по темпера- по санитарно-гигиени — Туре наружного воздуха; 2 — качест- ческим требованиям Венном по температуре помещения; (см — Рис — 1-2), равного 3 — количественном по температуре 1.5…3,0 С для помеще — Помешения [31] ш™ с расчетной внут
Ренней температурой 26… 18 °С. В то же время теплообменные приборы компенсируют теплопотери (теплоизбытки) помещения, определяемые разницей температуры воздуха в помещении и наружного воздуха. Эта разница температур может достигать в зависимости от периода года и климатических условий примерно 50…20 °С, что значительно больше зоны пропорциональности терморегулятора. Поэтому управление тепло — обменным прибором по рис. 6.5 является идеализированным и практически трудно достижимым, но к которому следует стремиться. Некоторого приближения к нему достигают при использовании идеальной равнопроцентной либо подобной ей расходной характеристики терморегулятора. Однако реальное регулирование является нестабильным и, как правило, нелинейным. Основным качеством регулирования при этом становится быстрота реакции терморегулятора на изменение температуры воздуха в помещении и соответствующее
воздействие на расход теплоносителя, чтобы обеспечить тепловой комфорт в помещении и экономию энергоресурсов.
Линейное управление тепловым потоком теплообменного прибора с термостатическим клапаном — идеальный закон регулирования, к которому следует стремиться при проектировании систем обеспечения микроклимата и создании нового оборудования.
Выбор расходной характеристики клапана для регулирования теплообменного прибора необходимо осуществлять с учетом перепада температур теплоносителя:
• Клапаны с логарифмической (равнопроцентной), параболической и линейно-линейной расходными характеристиками применяют для регулирования теплообменных приборов с любыми перепадами температур теплоносителя; при высоких перепадах температур теплоносителя (линейная характеристика теплообменного прибора) необходимо обеспечивать работу этих клапанов в линейной зоне их расходных характеристик; при низких перепадах температур теплоносителя (выпуклая характеристика теплообменного прибора) необходимо обеспечивать работу этих клапанов в вогнутой зоне их расходных характеристик;
• Клапаны с линейной и логарифмическо-линейной расходными характеристиками наилучшим образом подходят для регулирования теплообменных приборов с высокими перепадами температур (линейная характеристика теплообменного прибора).
Posted in ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ И ОХЛАЖДЕНИЯ