Gospodarka cieplna wykorzystywana do celów ogrzewania budynków, na potrzeby wentylacji i klimatyzacji oraz przygotowania ciepłej wody użytkowej oparta na centralnej dystrybucji ciepła z sieci ciepłowniczych jest szczególnym obszarem wymagającym udoskonalania systemu. Powód jest jeden – energooszczędność.

Koszty dostawy ciepła w zależności od średnicy przewodu rozkładają się w sposób pokazany na wykresie 1. Jest to przykład dla rur preizolowanych. Z załączonego wykresu widać jak istotny wpływ na koszty dostawy mają przepływy limitujące wielkość przewodu, koszt pompowania, koszt strat ciepła oraz w przypadku nowych inwestycji koszt amortyzacji.

Koszty dostawy ciepła w zależności od średnicy przewodu

Wprowadzenie do umów o dostawę ciepła opłaty za gotowość dostawy od mocy zamówionej u części odbiorców ciepła wywołuje tendencję obniżania mocy zamówionej w celu obniżenia kosztów za zakupione ciepło. Zadaniem dostawcy ciepła jest zapewnienie prawidłowych dostaw ciepła do każdego użytkownika końcowego. Zarówno dostawcę ciepła jak i odbiorcę ciepła interesuje dostarczenie/pozyskanie ciepła w jak najbardziej ekonomiczny sposób, a to prowadzi do stworzenia systemów ciepłowniczych jak najbardziej efektywnych.

System ciepłowniczy wysokiej efektywności

Co rozumiemy przez system ciepłowniczy wysokiej efektywności (w rozumieniu dystrybucja/odbiór ciepła)? Jest to system ,w którym:

* każdy odbiorca otrzyma tyle ciepła ile potrzebuje , nie więcej;

* strumień czynnika grzewczego w sieci ciepłowniczej będzie dostosowany do chwilowej mocy cieplnej zużycia ciepła w danym czasie przez odbiorców końcowych; to oznacza, że koszty pompowania czynnika będą możliwie najniższe;

* schłodzenie powracającego czynnika grzewczego będzie duże przy jednoczesnej możliwie niskiej temperaturze dostawy, dzięki czemu straty ciepła dystrybuowanego w sieci ciepłowniczej będą niskie;

* każdy odbiorca ciepła będzie miał zapewniony komfort tj. będzie utrzymana prawidłowa temperatury ogrzewania, ciepłej wody użytkowej lub wentylacji.

Jak to zrobić?

Z pewnością ten cel jest bardzo złożony i wymaga wielu działań aby osiągnąć optymalne i ekonomiczne działanie sieci ciepłowniczej. Jest to wyzwanie dla projektantów poczynając od prawidłowego bilansu zapotrzebowania na ciepło oraz prawidłowego doboru układu technologicznego, działów inwestycyjnych sieci ciepłowniczej w zakresie modernizacji i wyposażenia sieci ciepłowniczych w odpowiednią armaturę (odcinającą, zabezpieczającą , regulacyjną i pomiarową), dopasowanie do zmiennych warunków pracy sieci ciepłowniczej pomp z możliwością wyboru/zmiany parametrów pracy, prawidłowym ustawieniem charakterystyk regulacji dla sieci.

Od strony użytkownika końcowego jest to właściwy dobór technologii węzła cieplnego z wyposażeniem w urządzenia automatycznej regulacji gwarantujących uzyskanie oczekiwanego komfortu cieplnego.

Obecnie powszechne stosowanie zaawansowanych elektronicznych regulatorów temperatury w węzłach cieplnych powoduje to, że w sieci ciepłowniczej mamy regulację jakościowo – ilościową. To wiąże się z dużą zmiennością ciśnień i przepływów w sieci ciepłowniczej. Wahania ciśnień i przepływów są to czynniki, które stanowią zakłócenia dla układów regulacji w węzłach cieplnych, które utrudniają utrzymanie prawidłowej i efektywnej regulacji instalacji.

Jak nad tym zapanować?

Do wyregulowania hydraulicznego sieci ciepłowniczej oraz węzłów cieplnych wskazane jest zastosowanie regulatorów różnicy ciśnień i regulatorów przepływu. Dla zobrazowania możliwości oddziaływania tych komponentów na stabilizację regulacji układów ciepłowniczych producenci opracowują zamknięte układy symulujące pracę sieci i węzłów cieplnych. Zestaw pokazany na fotografii umożliwia porównanie pracy układu regulowanego w takich samych warunkach przy różnym wyposażeniu układu w automatykę ciepłowniczą.

Symulacja pracy

Symulacja pracy sieci ciepłowniczej z podłączonymi do niej dwoma odbiorcami ciepła – odbiorca I (zlokalizowany na początku sieci) i odbiorca II ( zlokalizowany na końcu sieci) – oraz symulacją wpływu odbioru ciepła przez innych odbiorców zlokalizowanych pomiędzy nimi umożliwia:

* pokazanie zjawiska powstawania oscylacji regulowanego układu z zakłóceń płynących z układów regulowanych jak i również zakłóceń płynących z dynamiki pracy sieci ciepłowniczej;

* zrozumienie zależności stabilnej pracy układu od sposobu doboru komponentów, oceny możliwości regulacyjności poszczególnych komponentów;

* pokazanie skutków pracy w rzeczywistych warunkach pracy układu w odniesieniu do warunków obliczeniowych;

* pokazanie wagi wprowadzenia prawidłowych nastaw dynamicznych w regulatorach elektronicznych wpływających na stabilność regulowanego układu oraz wpływ regulatorów różnicy ciśnień na prawidłowe dopasowanie tych nastaw.

Celem tych symulacji jest poznanie warunków pracy sieci ciepłowniczej, rozpoznanie zagrożeń powstawania niestabilnej regulacji układów ciepłowniczych i wyeliminowanie tych zagrożeń poprzez wybór odpowiednich komponentów automatyki ciepłowniczej.

Na zamieszczonym wykresie przedstawiona jest praca 2 układów wyposażonych w zawory regulacyjne z siłownikami oraz zaworem równoważącym MSV-B. Siłowniki elektryczne sterowane są regulatorem PID.

Układ sieci ciepłowniczej

Zdecydowanie lepszym rozwiązaniem dla tych układów jest wyposażenie w regulatory różnicy ciśnień. W tym wypadku są to regulatory AVP uniezależniające pracę zaworów regulacyjnych od zmienności ciśnień w sieci oraz podwyższające autorytet zaworów regulacyjnych.

praca 2 układów wyposażonych w zawory regulacyjne z siłownikami oraz zaworem równoważącym MSV-B

Oczywiście każdy z regulatorów automatyki ciepłowniczej powinien być dobrany na skrajne warunki w jakich może pracować z uwzględnieniem ograniczeń wynikających z zagrożeń jakim są: zjawisko kawitacji, hałas oraz prędkość na króćcach wlotowych. Przy doborach musimy pamiętać o sprawdzeniu przy różnych natężeniach przepływów wynikających z parametrów pracy dla okresu letniego i zimowego oraz różnych dyspozycjach ciśnienia.

Komfort temperatury

Do tej pory skoncentrowaliśmy się na regulacji przepływu, ale naszym celem w regulowanych układach jest utrzymanie komfortu regulowanej temperatury, która jest wprost proporcjonalna do przepływu czynnika grzewczego po stronie sieciowej.

Jak widać z poniżej zamieszczonej formuły na moc cieplną wyzwanie aby utrzymać stabilną regulację ciepłej wody użytkowej przy dynamicznych zmianach zużycia ciepłej wody użytkowej w warunkach zimowych, gdzie woda sieciowa ma wysoką temperaturę zasilania jeszcze bardziej wpływa na potrzebę dobrej regulacji przepływu.

Zgodnie z zasadą termodynamiki moc ciepła wyraża wzór:

Φ = m * cp * ΔT

gdzie :

Φ = moc cieplna [kW]

m = przepływ masowy [kg/s]

ΔT = różnica temperatur [ºC]

Takie same odchyłki przepływu wody sieciowej zimą powodują dużo większe odchyłki regulowanej temperatury ciepłej wody użytkowej niż te same odchyłki przepływu wody sieciowej dla parametrów letnich Charakterystyka wymiennika jest bardziej zbliżona do zakresu charakterystyk ogrzewania, gdzie przy mniejszym stopniu otwarcia zaworu jest większy transfer ciepła ponieważ sprawność wymiennika jest zależna od temperatur szczególnie proporcji T12 do T21.

Efektem złego wyregulowania przepływu są:

* duże odchyłki temperatury regulowanej czynnika podgrzewanego;

* wysoka temperatura czynnika grzewczego powracającego do sieci ciepłowniczej;

* podwyższone przepływy w sieci ciepłowniczej

Przypomnijmy, naszym celem jest wyregulowanie sieci ciepłowniczej i węzłów cieplnych z zapewnieniem najwyższej efektywności pracy układów a to się przekłada na jak najniższe koszty eksploatacyjne.

Zapewnienie prawidłowych (mniejszych) przepływów przy jednoczesnym zagwarantowaniu wymaganych dostaw ciepła do poszczególnych odbiorców oznacza:

* niższe opory ciśnienia w sieci ciepłowniczej a to wiąże się z niższym poziomem ciśnienia pompowania tj. niższymi kosztami energii elektrycznej pracy pomp,

* obniżeniem zagrożenia awariami dla rurociągach i komponentów pracujących na sieci i w węzłach cieplnych,

* niższe straty ciepła w sieci dystrybucji (niższe temperatury powrotu w sieci ciepłowniczej , jak również utrzymanie temperatury zasilania na jak najniższym poziomie – wyeliminowanie konieczności podwyższania temperatury zasilania w celu zapewnienia dostawy ciepła w przypadku zbyt małego przepływu),

* niższe koszty serwisowania dystrybucji ciepła, łatwiejsze kontrolowanie dyspozycji ciśnieniowej w magistrali dystrybucji wyznaczane przez punktach krytycznych najbardziej wymagającego odbiorcy końcowego,

* niższe koszty energii elektrycznej pracy siłowników na zaworach regulacyjnych w węzłach (szybkie osiąganie wymaganego poziomu otwarcia zaworu, wyeliminowanie stanów pracy niestabilnej),

* przedłużenie żywotności komponentów automatyki w węzłach (zaworów regulacyjnych, siłowników),

* zapewnienie wymaganej temperatury komfortu.

Strefy optymalnej pracy

Jak to osiągnąć?

Do osiągnięcia tego celu można wykorzystać regulatory typu różnicy ciśnień AVP i AFP/VFG2, regulatory ograniczenia przepływu AVQ i AFQ/VFG2 oraz AVQM i AFQM regulatory ograniczenia przepływu ze zintegrowanym zaworem regulacyjnym, a także regulatory kompaktowe różnicy ciśnień z ograniczeniem przepływu oraz regulatory różnicy ciśnień i przepływu typu AVPB, AFPB/VFQ2, AVPQ i FPQ/VFQ2.

Zastosowanie tych urządzeń z wykorzystaniem prawidłowych zasad doboru zapewni prawidłową dystrybucję ciepła do poszczególnych odbiorców, uodporni układy na zakłócenia wywołane zmiennym zapotrzebowaniem na ciepło innych odbiorców ciepła, wyeliminuje przepływ zakłóceń z węzłów na sieć cieplną.

Aby cały system pracował najbardziej efektywnie należy dążyć do tego, aby cały system był wyposażony w regulatory stabilizujące ciśnienie i przepływy co wyeliminuje/ ograniczy niekontrolowane przepływy.

Jolanta Bondyra

Ilustracje z archiwum Danfoss.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij