Методът за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система, приложен в изчислен
Метод за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система, внедрен в изчислителния комплекс "Нормативно-отоплителна мрежа"
Автор на статията:Ръководител на отдела за развитие
Редактор на статии:Изпълнителен директор
Топлоснабдителната система е система за пренос на топлинна енергия, която представлява набор от тръбопроводни секции, свързани помежду си, през които топлинната енергия се пренася от източника на топлоснабдяване към абонатите на системата за топлоснабдяване. Системата за топлоснабдяване е сложна инженерна система, в която протичат едновременно множество топлофизични процеси, най-важните от които са представени по-долу:
1. Загуби на топлинна енергия чрез топлоизолация на тръбопроводни секции.
2. Загуби на охлаждаща течност и топлинна енергия с изтичане чрез течове в тръбопроводи, на техните съединения, в спирателни или регулиращи вентили и др.
3. Хидравлични загуби на охлаждащата течност поради хидравлично триене и загуби на налягане поради местни съпротивления.
4. Явления на хидравличен удар, възникващи при превключване на режимите на работа на секциите на топлоснабдителната система или рязка промяна в режимите на работа на мрежовите и бустерните помпи.
5. Процесите на топлинно разширение или свиване на тръбопроводите, дължащи се на качественото регулиране на топлинния товар на системата за топлоснабдяване според температурния график, което води до механични натоварвания на отделни участъци от тръбопроводи.
Като част от изчисляването на технологичните загуби на топлинна енергия и охлаждаща течност в топлинните мрежи, за които изчислителният комплекс "Нормативно-отоплителна мрежа”, разглеждат се процеси No1. и #2.
При разработването на изчислителния комплекс "Normative-Teploset" екипът от разработчици реши да внедри алгоритми, които осигуряват висока точност на изчисленията на тези процеси в съответствие с методологията за изчисление, изложена в заповедта на Министерството на енергетиката на България № 000 от 30 декември 2008 г., за системи за топлоснабдяване с всякаква сложност на режимите на работа.
В хода на анализа на необходимите първоначални данни за изчисляване на технологичните загуби на топлинна енергия и охлаждаща течност чрез топлоизолация и с изтичане на охлаждаща течност, екипът за разработка реши да вземе предвид режима на работана всякасекция на системата за топлоснабдяване според следните показатели:
- Броят часове работа през всеки месец от годината;
- работна температурна диаграма;
- климатичните условия на средата около тръбопровода.
По този начин, за всеки участък от системата за топлоснабдяване в шаблона на първоначалните данни на изчислителния комплекс "Нормативно-отоплителна мрежа", потребителският експерт посочва работния температурен график, името на населеното място, където е положен този участък, и масив от дванадесет стойности на броя часове на работа на този участък по месеци за периода на фактуриране.
При такова високо ниво на конкретизация на режимите на работа на топлоснабдителната система, първоначалните данни не изискват агрегирани показатели за работата на топлоснабдителната система, като средногодишния обем, m3. Този показател се определя в изчислителния комплекс автоматично въз основа на зададените обеми на тръбопроводите на системата за топлоснабдяване и техния брой часове на работа през всеки месец от изчислителния период. По-долу е изложена методиката за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система, съгласно Заповед на Министерството на енергетиката на България № 000 от 30 декември 2008 г.
Изходни данни за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система.
Програмата за нормативна отоплителна система използва следните показатели за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система:
1. е набор от стойности на обемите на n-броя секции на системата за топлоснабдяване, уникално определени от програмата "Нормативна топлинна мрежа", въз основа на специфичния обем или вътрешния диаметър на тръбопровода:
;
където j е индексирането на набора от секции на системата за топлоснабдяване, което се използва по-долу.
2. - това е набор от броя часове на работа на n-броя секции на топлоснабдителната система, за 12 месеца от годината, определени от експерта - потребител на програмата "Норматив-Топлинна мрежа" в първоначалния образец на данните:
.
където i е индексът на поредния номер на месеца в годината, използван по-долу.
Метод за определяне на средногодишния обем на системата за топлоснабдяване.
Средногодишният обем на топлоснабдителната система, съгласно формула (1) от заповед на Министерство на енергетиката на България № 000 от 30.12.08 г.:
. (1)
Във формула (1) общата продължителност на топлоснабдителната система за отоплителния и летния период се определя като:
(2)
където h, - продължителността на часовете на работа на топлоснабдителната система за i-тия месец на годината;
НЕ– брой месеци от отоплителния период;
NЛ– брой месеци от летния период.
Сумата отNOTиNlе 12.
Във формула (1) обемите на системата за топлоснабдяване за отоплителния и летния период се определят като:
(4)
където m3 е средният обем на системата за топлоснабдяване през i-тия месец на годината.
Като се вземат предвид формули (2), (3) и (4), формулата за средногодишния обем (1) приема формата:
,(5)
освен това в общия случай за формула (5) са валидни следните изрази:
(6)
(7)
Изчисляването на , h и , m3 се прави въз основа на следните съображения.
Продължителността на работа на системата за топлоснабдяване за всеки месец се определя като максималната стойност на набора (индекс i е фиксиран, максимумът се намира при промяна на j-тия индекс):
.(8)
Обемът на топлоснабдителната система за всеки месец се определя като сумата от обемите на секциите на топлоснабдителната система, намалена до продължителността на топлоснабдителната система за даден месец:
.(9)
Като се вземат предвид формули (8) и (9), формулата за средногодишния обем (5) приема формата:
Формула (10) показва зависимостта на средния годишен обем на топлопреносната мрежа , от набора от стойности на обемите на секциите на топлоснабдителната система,Vch, и от набора от броя часове на работа на секциите на топлопреносната мрежа,Mch. Формула (10) се използва в изчислителния комплекс "Нормативно-отоплителна мрежа" за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система и средния обем на топлоснабдителната система за отоплителния и неотоплителния период.
Анализ на методиката за определяне на средногодишния обем на топлоснабдителната система. Сравнение на средногодишния обем на топлоснабдителната система с аритметичната сума на обемите на нейните секции.
Зависимостта (10) на средния годишен обем на топлопреносната мрежа , от съвкупността от стойностите на обемите на секциите на топлоснабдителната система,Vch, и от общия брой часове на работа на секциите на топлопреносната мрежа,Много,показва, че средният годишен обем на топлоснабдителната система е стойност, определена не само от съвкупността от обемите на нейните секции, но и от техния брой часове работа от месеци впериод на фактуриране. Следователно в общия случай средният годишен обем на системата за топлоснабдяванене можеда бъде равен на аритметичната сума на обемите на нейните секции:
.(11)
Неравенството (11) се превръща в тъждество само вспециален случайна еднакви режими на работа на системата за топлоснабдяване,при които е изпълнено следното условие:
(12)
Когато условие (12) е изпълнено, формула (10) приема формата:
(13)
и формули (1) и (10) са идентични. Пример за такъв специален случай е модел на проста система за топлоснабдяване, състояща се само от разпределителни отоплителни мрежи, когато броят на работните часове на секциите за всеки месец е равен.