О применении импульсного подвода тепла в системах теплоснабжения

Abstract

Рассматриваются вопросы, связанные с влиянием импульсного нагрева теплоносителя на эффективность работы и параметры систем теплоснабжения. При реализации такого метода в системах отопления частных жилых помещений (домов) «водогрейный котел – теплообменники – жилые помещения», где рабочим телом (теплоносителем) является вода, необходимо, наряду с поддержанием комфортных условий внутри помещений, создать эффективный режим эксплуатации с минимизацией потребления топлива, что возможно может быть взаимоисключающими факторами влияния. Кроме того, в технической литературе теоретическое обоснование эффективности использования импульсного нагрева теплоносителя в системах отопления жилых зданий крайне ограничено, что послужило формулированию цели данной работы. Для ее достижения разработана математическая модель тепловой работы индивидуальной системы отопления здания с импульсным нагревом теплоносителя. На основе анализа уравнения динамики нагрева теплоносителя определены основные параметры импульсного отопления системы теплоснабжения, рациональные значения длительности подвода тепла и паузы между импульсами, а также скважности импульсов, в зависимости от величин поверхности нагрева отопительных приборов в зданиях, тепловых потерь в окружающую среду, емкости системы. Показано существенное влияние указанных функциональных параметров на характеристики импульсного подвода тепла и интенсивность нагрева теплоносителя. С ростом скважности импульсов или с уменьшением коэффициента заполнения цикла снижается величина подводимой мощности к системе теплоснабжения. Определены диапазоны изменения частоты импульсов, в пределах которых может быть более эффективен импульсный режим подвода тепла в системах теплоснабжения. Введено понятие, по аналогии с регулярным режимом нагрева (охлаждения), темпа нагрева (остывания) теплоносителя – скорости изменения его температуры. Полученные результаты разработки инженерной методики для расчета функциональных параметров импульсного подвода тепла к системам теплоснабжения позволяет осуществлять выбор более эффективных параметрических и конструктивных их характеристик при проектировании систем теплоснабжения и способов эксплуатации, в т. ч. теплогенераторов на соответствующую тепловую мощность.

Issues related to the effect of pulsed heating of the coolant on the operating efficiency and parameters of heat supply systems are considered. When implementing this method in heating systems of private residential premises (houses), a “hot water boiler — heat exchangers — residential premises”, where water is the working medium (coolant), it is necessary, along with maintaining comfortable indoor conditions, to create an effective mode of operation while minimizing fuel consumption that may possibly be mutually exclusive influencing factors. In addition, in the technical literature, the theoretical justification for the effectiveness of the use of pulsed heating of the coolant in heating systems of residential buildings is extremely limited, which served to formulate the purpose of this work. To achieve this, a mathematical model of the thermal operation of an individual heating system of a building with pulse heating of the heat carrier has been developed. Based on the analysis of the dynamic equation for heating the heat carrier, the main parameters of the pulsed heating of the heat supply system, rational values of the duration of heat supply and pause between pulses, as well as the pulse ratio of pulses, depending on the values of the heating surface of heating devices in buildings, heat losses to the environment, and system capacity are determined. The significant effect of these functional parameters on the characteristics of the pulsed heat supply and the heating intensity of the coolant is shown. With an increase in the pulse duty cycle or with a decrease in the cycle fill factor, the amount of input power to the heating system decreases. The ranges of change in the frequency of the pulses, within which the pulsed mode of heat supply in heat supply systems can be more effective, have been determined. Introduced the concept, by analogy with the regular mode of heating (cooling), the rate of heating (cooling) of the coolant - the rate of change of its temperature. The results of the development of engineering methods for calculating the functional parameters of the pulsed heat supply to heat supply systems allows for the selection of more efficient parametric and structural characteristics of them when designing heat supply systems and operation methods, including heat generators on the corresponding thermal power.