Расчёт мощности промышленного котла в зависимости от утепления помещений

Правильный выбор мощности тепловых агрегатов позволяет обеспечить заданный температурный режим на объекте с наименьшими затратами на энергоноситель, не переплачивать за отопительное оборудование, монтаж, наладку и обслуживание. Рассчитывается тепловая мощность котлов отопления при разработке раздела проектов новых и реконструируемых производственных или жилых объектов «Вентиляция, тепловые сети, отопление и кондиционирование» или отдельного проекта отопления. Рассмотрим методику расчета тепловой мощности отопительного агрегата по площади и качеству утепления стен.

Параметры для определения мощности котлов отопления

Перед выполнением расчета делают анализ строительной документации, проводят визуальное и теплотехническое обследование объекта. Это необходимо для определения исходных данных, необходимых для вычисления тепловой мощности отопительного котла.

Для расчета нужна следующая информация об объекте:

• Назначение: жилой дом, производственный цех или завод, склад, терминал, коммерческий или офисный центр и т. д.
• План помещений и стационарного оборудования: расположение, размеры окон и дверей, тепловыделяющих установок, других точек потерь и выделения тепла.
• Тип объекта: каркасное, бескаркасное, кирпичное, быстровозводимое здание.
• Материалы, применяемые в строительстве, вид теплоизоляции: кирпич, бетонные блоки, плиты, минеральная вата, вспененные полимеры и т.д,

Для определения мощности электрических котлов отопления также необходимы данные о требуемых температурных режимах во всех помещениях и их зонах. При наличии ГВС с автономными бойлерами косвенного нагрева требуются данные о предполагаемом расходе горячей воды.

При реконструкции объекта также часто проводят теплотехническое обследование с тепловизором для определения фактических теплопотерь, которые могут не соответствовать проектным нормам при длительной эксплуатации объекта.

Методика расчета

Расчет мощности котлов отопления при проектировании осуществляется по утвержденной методике.

Для приблизительного расчета пользуются упрощенной формулой:

где W — мощность котла, V — объем помещений отапливаемого объекта, ΔТ — разница требуемой температуры в помещениях и средней наружной температуры в холодный сезон, К — коэффициент теплопотерь, k перев — коэффициент перевода единиц измерения.   

Значение К определяют в результате обследования объекта или по данным проекта здания или сооружения. Величина коэффициента теплопотерь составляет:  

• 0,5–0,8 — для объектов с хорошо утепленными стенами, кровлей и фундаментом, небольшим количеством окон малой площади и дверей.
• 0,9–1,8 — для зданий и сооружений со средним количеством окон и дверей, среднеутепленными стенами, свайным фундаментом.
• 1,9–2,8 — для объектов упрощенной конструкции с обшивкой из профлиста.
• 3–4 — для неутепленных объектов.

Величину ΔТ определяют как разность наружной и внутренней температуры. Значение последней берут из актуального СНиПа. В нормативах указана требуемая температура для каждого типа помещения: жилого, складского, производственного, объекта без постоянного присутствия людей и т.д.  

Наружная температура берется из справочных таблиц температуры для климатической зоны, где расположен объект.

Объем помещений V определяется как высота помещения, умноженная на площадь.

Также расчеты мощности котла отопления осуществляются с учетом протекающих на объекте технологических процессов с выделением или поглощением тепла и выполняются для производственных предприятий. Но в большинстве случаев для небольших объектов достаточно упрощенной методики.

Для удобства подбора оборудования на сайте компании «Невский» разработан калькулятор расчета мощности котла отопления по площади и параметрам помещения. Опция позволяет не тратить время на поиск справочных значений и вычисления: необходимо просто ввести известные данные и получить результат.  

Компания «Невский» предлагает большой выбор оборудования для ГВС и отопительных систем. У нас можно выгодно купить промышленные котлы отопления «Невский» и другие комплектующие. Все подробности можно уточнить, позвонив по номеру 8 800 100-24-65 или отправив нам сообщение в WhatsApp +7 931 346-88-78

что это, факторы, величины, варианты расчета, климат региона и поправочный коэффициент

Существует множество характеристик отопительных котлов. Но одна из них важнее других. Именно по ней выбирают агрегат. Это мощность с единицей измерения ватт (Вт) или киловатт (кВт). Перед тем как рассчитать мощность газового котла, необходимо понять, что собой представляет этот показатель, и как это сделать самостоятельно.

Что такое тепловая мощность котла

Содержание статьи

• 1 Что такое тепловая мощность котла
• 2 Факторы, влияющие на расчетную мощность
  • 2.1 Какие теплопотери надо учитывать
• 3 Какие величины используют при расчетах газового отопительного оборудования
  • 3.1 Расчет мощности газового котла для типового дома
• 4 Варианты расчета
  • 4. 1 Для газового котла с одним контуром
  • 4.2 Для газового котла с двумя контурами
  • 4.3 Для моделей с бойлером
• 5 Климат региона и поправочный коэффициент
• 6 Понятие коэффициента рассеивания

Это количество тепловой энергии, которая передается от сгорания топлива теплоносителю. Единица измерения мощности отопительных котлов специалистами измеряется в ГКал/час.

Есть точной показатель этого значения – это 40 м³ теплоносителя (часто воды), нагреваемого до +25 ℃ за один час работы агрегата. Рассчитать котельное оборудование по этому значению просто – измеряется температура теплоносителя в контуре подачи и в трубе обратки. В первой этот показатель всегда выше, чем во второй. Разницу значений делят на 1000 и умножают на количество воды, расходуемой за час работы.

Обычно такие расчеты проводят для газового котла большой мощности, который установлен в котельной.

Все делаю дома сам. Если что-то не получается – читаю статьи в интернете.

50%

Стремлюсь все делать самостоятельно, но если чего-то не умею – зову специалиста.

50%

Такое, как расчет отопления, лучше доверить мастеру.

0%

Проголосовало: 2

Факторы, влияющие на расчетную мощность

У каждого здания есть собственные характеристики. Они или эксплуатационные, или технические. К первым относятся важный параметр, носящий название теплопотери. Чем их меньше, тем теплее внутри комнат. Соответственно, меньше расходов на отопление, и появляется возможность на этом сэкономить.

Тепловые потери идут с любых конструкций здания: крыша, перекрытия, стены, полы, окна и двери.

Это зависит от двух факторов:

• материал, из которого все выше обозначенные элементы изготовлены;
• качество строительства и монтажа – отсутствие щелей, зазоров и прочих неплотностей.

К примеру, у бетонных стен теплопотери раза в два или три больше, чем у кирпичных. Потому в бетонном доме расходы на отопление будут выше, чем в постройке из кирпича. Значит, для первого придется покупать газовый котел с большей мощностью.

Если говорить о комфортных условиях проживания, то тепловые потери, которые также измеряются в ваттах, должны быть равны мощности (теплопроизводительности) газового котла. Небольшой запас в пределах 10-15% необходим на случай сильных морозов зимой.

Переизбыток мощности тоже не приветствуется, потому что:

• частое включение и отключение агрегата (этот процесс наз
• ывается тактование) негативно сказывается на горелке, которая быстро выходит из строя;
• чем мощнее отопительный прибор, тем он дороже;
• мощный газовый котел – это большие его габариты и вес;
• плавно модулировать теплоотдачу котлы мощные не могут, поэтому у них ниже КПД.

Другие факторы, которые надо учитывать при расчете мощности газового котла:

• общая площадь дома;
• высота потолков;
• использовалась ли теплоизоляция в строительстве или нет;
• какие окна установлены и их количество;
• климатический пояс, в котором дом возведен.

Какие теплопотери надо учитывать

В зависимости от того, из каких строительных материалов было построено здание, у каждого его элемента свои тепловые потери. Поэтому последние не имеют стандартного значения. Они располагаются в некоем диапазоне и измеряются в процентах.

Элемент здания	Тепловые потери, %
Стены	20-70
Окна	5-30
Крыша	10-30
Вентиляционная система	15-50
Входная дверь	1-5
Полы	10-20

У каждого построенного дома свои теплопотери, и они неравномерно распределены по помещениям – где-то больше или меньше. Но в сумме они должны дать 100%.

Ориентация дома по сторонам света также влияет на тепловые потери в конкретной комнате. У расположенных с южной стороны показатели ниже, чем с северной. Разница может составить до 15%. Это надо учитывать.

Какие величины используют при расчетах газового отопительного оборудования

Есть старый метод определения требуемого количества тепловой энергии, чтобы отопить дом. Им и сегодня пользуются, но способ расчета является приблизительным. В его основе лежит соотношение одного квадратного метра площади дома и единицы мощности газового котла.

Соотношение такое – на 10 м² должно расходоваться 1 кВт тепловой энергии. Это с учетом, что высота потолка не превышает 2,8 м. К примеру, если общая обогреваемая площадь здания 100 м², то для его отопления необходимо установить газовый котел мощностью не менее 10 кВт.

Формула проста, но она не учитывает другие факторы, влияющие на теплопотери постройки. Для небольшого строения такой расчет приемлем.

Рассчитать точно мощность может только теплотехник, который учитывает все факторы.

Для этого ему понадобятся следующие величины:

• проект дома с поэтажным планом;
• строительные спецификации, в которых указаны используемые материалы;
• коэффициент теплопроводности этих стройматериалов;
• тип установленных окон, их общая площадь;
• тип вентиляционной системы, ее максимальная и плановая производительность;
• среднемесячные температуры воздуха в регионе;
• роза ветров;
• расположение здания относительно сторон света.

Дополнительно прямо на объекте теплотехник может проводить исследования конструкции здания, используя инструменты и приборы: инфравизор, пирометр и прочие. С их помощью составляется карта утечки тепла, что позволяет внести корректировки, то есть дополнительно провести теплоизоляционные мероприятия.

Расчет проводится по помещениям. Определяются теплопотери каждой комнаты, а затем все суммируется. Это серьезный расчет, который самостоятельно, не имея представления о теплотехнике, провести невозможно.

Расчет мощности газового котла для типового дома

Здесь можно использовать первый вариант, то есть на 10 м² 1 кВт тепловой энергии. Но без корректировочных коэффициентов такой расчет будет не полным. Они приведены в таблице.

Поправки	Значения
Запас мощности	1,2
Климатическая зона	0,8-2,5
Дополнительный расход теплоносителя в виде горячего водоснабжения	1,3

Возвращаясь к предыдущему примеру с домом площадью 100 м². Без поправочных коэффициентов мощность газового котла должна быть 10 кВт. С коэффициентами:

10х1,2х1,0х1,3=15,6 кВт.

Такого стандартного показателя не существует, поэтому выбирается больший ближайший. Это 17,5 кВт.

Варианты расчета

Кроме подсчета 1 кВт на 10 м², а также с помощью теплотехнического расчета, есть возможность рассчитать необходимую мощность газового котла с помощью онлайн калькулятора. Не самый точный вариант, но для небольших строений можно использовать.

Еще один фактор, который влияет на расчет мощности газового котла, – тип оборудования. То есть оно одноконтурное оно или двухконтурное.

Первый – это стандартная конструкция с одним теплообменником, который работает на отопительную систему. В состав второго добавлен еще один контур – на систему горячего водоснабжения. Когда открывается кран горячей воды, она поступает в него из отопительной сети. При этом горелка начинает работать на полную мощность, а отопление отключается с помощью трехходового клапана.

Для каждого типа газового котла производится свой расчет.

Для газового котла с одним контуром

Здесь используется все тот же вариант, как и в случае с типовым домом. Но если по проекту внутри здания были использованы нестандартные решения, приведенные в списке, то рассчитывать мощность газового котла надо будет только теплотехническим способом.

А именно:

• бассейн;
• зимний сад;
• высокие потолки;
• большая площадь остекления и прочее;

Здесь важна точность. Кроме выше обозначенных факторов необходимо учитывать и другие коэффициенты, например, рассеивание тепла. В учет идет и разница температур внутри зданий и на улице. Такой расчет сложный.

Для газового котла с двумя контурами

Здесь добавляется один коэффициент, который отвечает за расход горячей воды – 1,2-1,4. Чем больше потребителей в доме, тем большее значение у коэффициента. К примеру, больше всего потребления у ванны или душа. Меньше – у раковины.

Для моделей с бойлером

Здесь используется одноконтурный агрегат. Но к нему добавляется емкость, в которой аккумулируется горячая вода, используемая для бытовых нужд. Ее и называют бойлером. Такая схема ГВС намного эффективнее, чем двухконтурный вариант, потому что в баке хранится большой объем горячей воды. И ее расход не влияет на отопительную сеть.

Объем накопительного резервуара определяется из среднесуточного потребления горячей воды. На последний показатель влияет скорость расхода тех или иных сантехнических приборов.

Вид сантехники	Скорость излива воды, л/мин
Ванна	8-10
Душевая кабина	9-10
Раковина	4
Кухонная мойка	4

Общая мощность оборудования – это сумма мощностей бойлера и котла. Первый берется из паспорта, вторая рассчитывается с учетом поправочных коэффициентов.

Климат региона и поправочный коэффициент

Что касается климатической зоны, то вот некоторые показатели коэффициента.

Климатическая зона	Поправочный коэффициент
Южные регионы	0,8-0,9
Северные регионы	2,0
Средняя полоса России	1,2
Московская область	1,5

Понятие коэффициента рассеивания

Это постоянный показатель, который не изменяется, когда необходимо рассчитать уровень теплового обмена строительных конструкций. Но последние должны быть сооружены из одного стройматериала.

Тип здания	Коэффициент рассеивания
Современные с утепленными конструкциями: стены, кровля, полы	0,6-0,9
Утеплены крыша и стены	1,0-1,9
Кирпичные здания без утепления	2,0-2,9
Бетонные здания без утепления	3,0-4,0

При кажущейся простоте расчета, необходимо понимать, что многое зависит от конструкции здания. Она сложная или простая. Чем проще дом, тем менее сложен расчет мощности газового котла. Потому стоит обращаться за помощью к специалистам.

Как выбрать мощность газового котла: видео.

Может быть, кто-то расскажет о том, как выбирался газовый котел, в комментариях? Учитывалась ли при выборе его мощность? Сохраните статью в закладках, чтобы не потерять полезную информацию и формулы расчетов.

Расчет потерь тепла при каждой замене котла в жилом доме? – Hydronics Hub

Роберт К. О’Брайен, владелец компании Technical Heating Co. LLC

Вы рассчитываете потери тепла при каждой замене? Тебе следует? Все скажут, что вы абсолютно, положительно должны! Рискуя быть отлученным от Hydronic Brothers, скажу не всегда, и, в зависимости от типа вашей работы, может быть, никогда. Как это возможно?

Я живу и работаю на длинном узком атолле, который Дэн Хулохан называет островом Лонг, он же Лонг-Айленд. Он полон подразделений, построенных в основном между 1950-1980; эти разработки неизменно состоят из очень немногих моделей домов. Ранчо, мысы и колонии, в основном с небольшими вариациями на эту тему, спланчи, высокие ранчо и разноуровневые. Вероятно, 90% домов будут соответствовать одной из этих категорий.

Еще в начале 80-х мне сказали, что ручная J – это правильный способ определения размера котлов, и я решил, что буду делать это именно так. Название «Руководство J» очень удачное, потому что оно влечет за собой много ручного труда, чтобы собрать данные, а затем выполнить вычисления по старой методике на рабочих листах. После чуть более четырех часов я пришел к числу, которое было примерно на одну треть меньше, чем у существующего котла? Невозможно! Я сделал математику снова с тем же результатом. Я думал, что мой научный подход произведет впечатление на потенциального клиента и принесет мне работу, но не совсем! Я представил свое предложение домовладельцу вместе с таблицей теплопотерь, показывающей размер котла 59. ,000 БТЕ/ч. Это было воспринято не очень хорошо. После того, как он перестал смеяться и восстановил самообладание, он показал мне три другие цитаты, которые он получил. Существующий котел стоил 160К, котировки были от 160-225К — все от авторитетных местных компаний, которые на тот момент были в бизнесе намного дольше меня. Короче говоря, он пошел с компанией, предложившей котел 225К. «Тогда ему не придется так тяжело работать»

Это на какое-то время отвлекло меня от расчетов тепловых потерь, пока у меня не появился мой первый компьютер IBM XT. Какое-то очень дорогое программное обеспечение для потери тепла, и я вернулся в игру, только теперь с очень официальными отчетами, напечатанными на моем принтере с ромашковым колесом! На этот раз мне повезло немного больше, и хотя не все покупали этот метод определения размеров котла, их было достаточно. Я бы солгал, если бы не нервничал, когда установился первый отрезок проектной температуры, но, как ни удивительно, никаких жалоб! Я начал делать довольно много с новым компьютером, но через некоторое время я кое-что заметил: числа были почти все одинаковыми. Нет смысла тратить время на измерение другого ранчо, когда вы уже сделали 10 из них, и все они находятся в пределах 5% друг от друга!

На Лонг-Айленде была и остается очень значительная часть домов, отапливаемых мазутом, и, к сожалению, выбор масляных котлов невелик. Даже сегодня 65K — это самый маленький размер, а у многих производителей самый маленький размер находится в диапазоне 85K. Не имеет большого смысла измерять дом, который вы знаете из множества расчетов тепловых потерь в аналогичных домах, меньше 50K, когда самый маленький доступный котел составляет 85K!

Да, а как насчет дома чудаков? Современники середины 80-х или почти дома? У меня есть ответ и на них, и никаких измерений не требуется! Вам нужна некоторая информация; градусо-дни отопления за известный период времени; Я бы рекомендовал год и расход топлива за тот же период времени. Градусо-дни можно найти на http://www.weatherdatadepot.com/

Шаг 1. Сложите все БТЕ топлива, которое вы использовали, и умножьте на рейтинг AFUE вашего отопительного прибора. Галлон нефти содержит 139 000 БТЕ/галлон, терм природного газа — 100 000 БТЕ/терм, а галлон пропана — 91 000 БТЕ/галлон. Некоторые газовые компании измеряют свое потребление в CCF, что составляет 100 кубических футов, что составляет 102 000 БТЕ

Шаг 2. Разделите общее количество БТЕ на количество градусо-дней отопления. Результатом является показатель того, сколько БТЕ потерял ваш дом за градусо-день отопления. Теперь разделите этот результат на 24, чтобы получить количество БТЕ, которые ваш дом теряет за градус-час отопления. Наконец, умножьте результат на разницу между 70°F и расчетной температурой. Например, если расчетная температура составляет 0 ° F, то разница, на которую вы умножаете градусо-часы нагрева, составляет 70 ° F.

Пример:

Home с использованием 1000 терминов/год в котле 80% в климате на 6000 градусов в год в год

1000 x 100 000 (BTU на термин) = 100 000 000 БТУ

100 000 000 x.

80,000,000 ÷  6000( Degree Days) = 13,333. 33

13,333.33 ÷  24 (hours per day)  =  555.555

555.555 x 70 ( desired indoor delta T) = 38,888 BTU/Hr

38,888 = heat loss of home

A У этой системы есть несколько больших преимуществ: она дает вам фактические потери тепла в реальном доме, а не расчет, основанный на факторах, которые могут быть или не быть правильными. Откуда вы знаете инфильтрацию или делаете что-то еще, кроме как угадываете значение R? Рулетка не требуется! Однако есть несколько предостережений; если они используют дополнительное отопление, мини-тепловые насосы, пеллетные печи и т. д., число будет неправильным и в зависимости от того, сколько они дополнили, может даже не быть близким.

Предостережение номер два: они держали в доме холоднее, чем им хотелось бы, из-за дороговизны топлива; это довольно распространено в домах с масляным и пропановым отоплением и будет искажать число ниже из-за аномально низкого расхода топлива. Задайте эти вопросы заранее, и когда вы получите окончательное число, спросите себя, имеет ли это смысл. Среднее значение здесь составляет 20 БТЕ / кв. фут. Если я сильно отклоняюсь от этого в любом направлении, я ищу причину. В крайнем случае всегда можно вырвать рулетку!

Роберт К. О’Брайен — владелец компании Technical Heating Co. LLC на горе Синай, штат Нью-Йорк. Роберт является вице-президентом национального отделения OESP. Узнайте больше от Роберта в его блоге «Размеры котлов и косвенные водонагреватели» и «Переход с жидкого топлива на природный газ».

Справочник по техническим вопросам — EnergyPlus 8.2

Простой водогрейный котел[ССЫЛКА]

Объект ввода Boiler:HotWater предоставляет простую модель для котлов, которая требует от пользователя только ввода номинальной мощности котла и тепловой эффективности. Кривая эффективности также может использоваться для более точного представления производительности неэлектрических котлов, но не считается обязательным входом. Тип топлива вводится пользователем для целей учета энергии.

Модель основана на следующих трех уравнениях

OperatingPartLoadRatio = котловая загрузка boleclernomcapacity

Теоретическая кв. дополнительной кривой производительности котла. Чтобы подчеркнуть использование нормализованной кривой эффективности котла, уравнение использования топлива также показано в расширенном формате. Нормализованная кривая КПД котла представляет изменения номинального теплового КПД котла из-за нагрузки и изменения рабочей температуры. Если дополнительная кривая эффективности котла не используется, номинальная тепловая эффективность котла остается постоянной на протяжении всего моделирования (т. е. BoilerEfficiencyCurveOutput = 1).

Когда используется кривая производительности котла, можно использовать любой допустимый объект кривой с 1 или 2 независимыми переменными. Кривые производительности доступны через встроенный в EnergyPlus менеджер уравнений кривых производительности (объекты кривых). Линейные, квадратичные и кубические типы кривых могут использоваться, когда эффективность котла зависит исключительно от нагрузки котла или коэффициента частичной нагрузки (PLR). Эти типы кривых используются, когда котел работает при заданной заданной температуре на протяжении всего моделирования. Другие типы кривых могут использоваться, когда эффективность котла может быть представлена ​​как PLR, так и рабочей температурой котла. Примеры действительных уравнений с одной и двумя независимыми переменными показаны ниже. Для всех типов кривых PLR всегда является независимой от x переменной. При использовании типов кривых с 2 независимыми переменными температура котловой воды (Twater) всегда является независимой переменной y и может представлять собой температуру на входе или на выходе в зависимости от ввода пользователя.

Одна независимая переменная:[ССЫЛКА]

Кривая КПД котла=C1+C2(PLR) Линейная

Кривая КПД котла=C1+C2(PLR)+C3(PLR)2 ​​Квадратичная

Кривая КПД котла=C1+C2(PLR)+C3(PLR)2+C4(PLR)3Cub

Двойные независимые переменные:[ССЫЛКА]

Кривая эффективности котла=C1+C2(PLR)+C3(PLR)2+(C4+C5(PLR)+C6(PLR)2)(Tвода) QuadraticLinear

Кривая эффективности котла=C1+C2(PLR)+C3(PLR) 2+C4(Tвода)+C5(Tвода)2+C6(PLR)(Tвода) Биквадратная

Кривая эффективности котла=C1+C2(PLR)+C3(PLR)2+C4(Tвода)+C5(Tвода)2+C6 (PLR)(Tвода)+C7(PLR)3+C8(Tвода)3+C9(PLR)2(Tвода)+C10(PLR)(Tвода)2 Бикубическая

Когда используется кривая КПД котла, можно задать котел с постоянной эффективностью, установив C1 = 1, а все остальные коэффициенты равными 0. Котел с КПД, пропорциональный коэффициенту частичной нагрузки или имеющий нелинейную зависимость эффективности от коэффициента частичной нагрузки, обычно устанавливает коэффициенты линейной, квадратичной или кубической кривой в ненулевые значения. Использование других типов кривых позволяет более точно моделировать, когда КПД котла изменяется в зависимости от коэффициента частичной нагрузки и когда температура воды на выходе из котла изменяется с течением времени из-за нагрузки или когда происходят изменения в заданном значении температуры воды.

Паразитная электрическая мощность рассчитывается на основе определяемой пользователем паразитной электрической нагрузки и рассчитанного выше коэффициента нагрузки рабочей части. В модели предполагается, что эта паразитная мощность не способствует нагреву воды.

Pparasitic=Pload(PLR)

где:

Pparasitic = паразитная электрическая мощность (Вт), среднее значение для временного шага моделирования

Pload = паразитная электрическая нагрузка, заданная пользователем (Вт)

Описание модели[LINK ]

Паровой котел является неотъемлемой частью системы парового отопления здания и может быть описан как основной двигатель парового контура. Это компонент, который поддерживает желаемую температуру контура.

Основное внимание в EnergyPlus уделялось разработке имитационной модели здания для парового котла с возможностью детального моделирования производительности котла без затрат на исчерпывающие вводы данных пользователем в модель котла. Объект Boiler:Steam input используется на стороне подачи EnergyPlus контура установки с основной целью подачи пара в нагревательные змеевики, которые составляют сторону потребления контура.

Паровой котел представляет собой устройство с регулируемым массовым расходом. Массовый расход пара через котел определяется потребностью в отоплении в контуре, которая, в свою очередь, определяется оборудованием, подключенным к стороне потребления в контуре, а именно паровыми змеевиками и нагревателем горячей воды. Короче говоря, паровой змеевик определяет массовый расход пара, необходимый для нагрева зоны до требуемой уставки, смеситель суммирует общий расход пара, требуемый каждым из отдельных змеевиков, и передает его в котел через насос.

Схема парового котла в паровом контуре

На рис. 158 показана элементарная конструкция контура с потоком пара из змеевиков в котел. Важно отметить, что именно змеевики определяют требуемую массу пара, и котел просто обеспечивает требуемый массовый расход при желаемой температуре при условии, что он имеет соответствующие размеры. Алгоритм определения массового расхода построен на стороне потребления, и котел с регулируемым расходом не играет никакой роли в определении массового расхода пара.

На рис. 159 показана простая модель парового котла. Переохлажденная вода поступает в котел с переменным расходом через насос, котел отдает энергию потоку воды, потребляющему топливо, потери котла учитываются через КПД котла. Котел выдает пар с качеством, равным 1,0 в состоянии насыщения.

Преимуществом систем парового отопления перед водяным является высокая скрытая теплоемкость пара, что снижает массовый расход требуемой жидкости. Величина передачи перегретого и недоохлажденного тепла в системах парового отопления незначительна, на скрытую теплопередачу приходится почти весь теплообмен в зоны через паровоздушные теплообменники.

Схема работы парового котла

Нагрузка котла представляет собой сумму явного и скрытого тепла, поступающего в поток воды, как описано в следующем уравнении. Массовый расход через котел известен, а дельта темп – это разница температур на входе в котел и на выходе из котла. Скрытая теплота пара рассчитывается при рабочей температуре контура.

QB=˙m×[(cp,w×ΔT)+hfg]

Теоретический расход топлива рассчитывается по следующему уравнению. КПД котла вводится пользователем и учитывает все потери в паровом котле.

Ft=QBηB

Коэффициент рабочей частичной нагрузки рассчитывается по следующему уравнению. В дальнейшем это используется для расчета фактического расхода топлива, его отношения нагрузки котла к номинальной мощности котла.

OPLR=QBQB,N

Фактический расход топлива котлом рассчитывается по следующей формуле, где C1, C2 и C3 – коэффициенты частичной нагрузки.

F=FtC1+C2×OPLR+C3×OPLR2

По сути, модель котла обеспечивает приближение первого порядка производительности для мазутных, газовых и электрических котлов. Производительность котла основана на теоретическом КПД котла и одной квадратичной кривой отношения использования топлива к частичной нагрузке, представленной в приведенном выше уравнении. Эта единственная кривая учитывает все неэффективности сгорания и потери дымовых газов.

Алгоритм управления паровым котлом является важным вопросом. Пользователь может захотеть, чтобы котел был меньшего размера, и в таком случае он не сможет удовлетворить запрос на расход пара со стороны потребления. Впоследствии нагрузка котла превышает номинальную мощность котла. Котел работает на своей номинальной мощности, но не может удовлетворить потребность предприятия в отоплении. Псевдокод от EnergyPlus использовался для описания логики управления, используемой в моделировании парового котла.

********************************************** ПСЕВДОКОД НАЧАЛО РАЗДЕЛА*** *************************************

В начале моделирования вычисляется начальное значение массового расхода пара. Это необходимо для запуска потока пара по контуру.

• ЕСЛИ(Первый раз)ТО

• Рассчитайте массовый расход пара, подаваемого в котел, в начале моделирования.

• ˙ms=QBhfg+cp,w×ΔTloop

• ДРУГОЕ ! Не первый раз через

• Расчеты парового котла сильно зависят от переменной ˙m _b , массовый расход котла. Эта переменная ˙m _b присваивается равной массовому расходу на входном узле котла для предварительных расчетов.
• ˙mb=˙mInlet_Node

• Расчет разницы температур котла между входным и выходным узлами. Этот расчет используется для определения различных ситуаций управления котлом.

• ΔTin_out=TSP-Tin

• Если разность температур, рассчитанная по предыдущему уравнению, равна нулю, то котел просто должен передать скрытую теплоту пару, в противном случае котел выполняет свои расчеты нормальной нагрузки, подавая явную и скрытую теплоту входному потоку.

• Если(ΔTin_out<0),ТО

• QB=˙mb×hfg

• ДРУГОЕ

• QB=˙mb×(hfg+cp,w×ΔTin_out)

• КонецЕсли

• Иногда нагрузка котла Q _B превышает требуемую нагрузку на стороне потребления на текущем временном шаге, что может произойти из-за того, что условия на входе котла соответствуют предыдущему временному шагу. Внезапно снижается потребность в массовом расходе пара со стороны потребления. Теперь котел пересчитывает свой новый массовый расход и приспосабливается к этим новым условиям.

• Если(QB>QНагрев)ТО

• Нагрузка котла устанавливается равной новой потребности котла в отоплении, и пересчитывается массовый расход пара.

• QB=QНагрев

• ˙ms=QBhfg+cp,w×ΔTloop

• КонецЕсли

• В случае, если требуемая нагрузка превышает номинальную мощность котла, т. е. его максимальную теплопроизводительность. В этом случае требуемый массовый расход пара не достигается и зона не нагревается должным образом. Такое бывает, если котел малогабаритный. Массовый расход пара пересчитан на номинальную производительность.

• Если(QB>QНоминальная_мощность)ТО

• Нагрузка котла устанавливается равной номинальной мощности котла и пересчитывается массовый расход пара.

• QB=QНоминальная_мощность

• ˙ms=QBhfg+cp,w×ΔTloop

• EndIf

• EndIf

Оператор End If для алгоритма управления нагрузкой котла. Этот алгоритм определяет все возможные условия управления, которые могут возникнуть при моделировании системы в EnergyPlus.

********************************************** ПСЕВДОКОД РАЗДЕЛ ЗАВЕРШАЕТСЯ*** ****************************************

Если рабочее давление в котле превышает максимально допустимое давление в котле , симуляция срабатывает и выводит предупреждение об этом. Это уведомляет пользователя о возможных проблемах с определением давления в системе.

Интеграция имитационной модели парового котла в EnergyPlus потребовала разработки ряда подпрограмм, которые работают последовательно. Эти подпрограммы предназначены для чтения входных данных из входного файла, инициализации переменных, используемых в имитационной модели котла, имитации производительности котла, обновления узловых соединений и отчета о необходимых переменных. На случай, если у пользователя возникнут трудности с вводом параметров котла, предусмотрена автоматическая настройка номинальной мощности котла и максимального расхода пара. Эти два значения играют важную роль при выборе размера котла.

Предположения модели[ССЫЛКА]

Модель котла EnergyPlus является «простой» в том смысле, что она требует от пользователя указания теоретического КПД котла. Процесс горения в модели не рассматривается. Модель не зависит от типа топлива, которое вводится пользователем только для целей учета энергии. Это идеальная модель для программы моделирования зданий, так как она использует желаемое количество ресурсов с точки зрения времени выполнения моделирования, но успешно обеспечивает достаточно хорошие параметры размеров для реального котла.

Предполагается, что паровой котел работает для поддержания заданной температуры, температура является температурой насыщения пара и соответствует этой температуре насыщения существует единственное значение давления насыщения, при котором работает контур. Следовательно, котел может регулироваться либо по давлению насыщения, либо по температуре. Так как пользователи будут иметь лучшее представление о температуре пара, а не о давлении, входы котла предназначены для контроля температуры.

Номенклатура парового контура[ССЫЛКА]

Таблица: Номенклатура парового контура

————|————————— QB|Теплообмен котла. W. QB,N|Номинальная мощность котла. W. OPLR|Коэффициент нагрузки рабочей части котла. ΔTsc|Степень переохлаждения в змеевике. ΔTin_out|Разность температур в паровом котле. ºС. ρw|Плотность конденсата, поступающего в насос. кг/м3. QDes|Расчетная нагрузка на паровой змеевик. W. hf,n|Энтальпия жидкости в точке n на диаграмме Ts. Дж/кг. PFrac|Доля мощности насоса при полной нагрузке. W. Fm,f|Дробная мощность двигателя, теряемая жидкостью. W. Qa,l|Тепловая нагрузка на паровой змеевик воздушного контура. W. Qz,c|Тепловая нагрузка на зональный паровой змеевик. W. hfg,TLoop |Скрытая теплота пара при рабочей температуре контура. Дж/кг. hfg|Скрытая теплота пара. Дж/кг. QL,H|Часть скрытой теплоты нагрузки нагревательного змеевика. W. ΔQloss|Потери контура в паровом змеевике. W. ΔTloop|Разность температур контура. ˙ma|Массовый расход парового змеевика кг/с. ˙min|Массовый расход пара, поступающего в паровой змеевик, кг/с. ˙ma,l|Массовый расход пара для парового змеевика с воздушным контуром, кг/с ˙mz,c|Массовый расход пара для зонального парового змеевика, кг/с. ˙ms|Массовый расход пара. кг/с. ˙mloop|Массовый расход пара для парового контура. кг/с. ˙m|Масса конденсата, поступающего в насос. кг/с. ˙ma,max |Максимально допустимый массовый расход воздуха. кг/с ˙mS,max|Максимальный массовый расход пара кг/с ˙mB,Supply|Максимальный массовый расход пара, подаваемый котлом. кг/с. ˙Vw,max|Максимальный объемный расход конденсата в насосе. м ³ /с. ˙Vw,loop|Максимальный объемный расход конденсата в паровом контуре. м ³ /с. Ta,in,min|Минимально возможная температура воздуха на входе. ºС. Pn|Номинальная мощность конденсатного насоса. W. Pnom|Номинальная мощность насоса. W. Hn|Номинальный напор насоса. M. ˙Vnom|Номинальный объемный расход через конденсатный насос. м ³ /с. PLR|Коэффициент частичной нагрузки для конденсатного насоса. ηp|КПД насоса. ηm|КПД двигателя насоса. P|Мощность насоса. W. QS,H|Часть явного тепла нагрузки нагревательного змеевика. W. Tsp|Setpoint Температура зоны. ºС. Ta,out,SP|Уставка температуры воздуха на выходе из парового змеевика. ºС. PS|Мощность на валу насоса. W. cp,a|Удельная теплоемкость воздуха. Дж/кг K. cp,w|Удельная теплоемкость воды. Дж/кг K. ηB|КПД парового котла. Ta,in|Температура воздуха, поступающего в змеевик. ºС. Ta|Температура воздуха, поступающего в паровой змеевик. ºС. Ta,out|Температура воздуха, выходящего из змеевика. ºС. Ts,in|Температура пара, поступающего в змеевик. ºС. Ft|Теоретический расход топлива паровым котлом. W. ˙mcoils,R|Общий массовый расход, требуемый всеми паровыми змеевиками. кг/с. ˙V|Объем конденсата, поступающего в насос. м ³ /с. Tw,out|Температура воды на выходе из насоса. ºС.

Ссылки[ССЫЛКА]

Справочник ASHRAE. 1996. Системы и оборудование HVAC, Системы кондиционирования и отопления. Глава 10, Паровые системы. стр. **10.1-10.16. 1996.

BLAST 3.0 Руководство пользователя . 1999. Лаборатория строительных систем. Урбана-Шампейн: Лаборатория строительных систем, факультет машиностроения и промышленной инженерии, Университет Иллинойса.

Чиллар, Р.Дж. 2005. «Разработка и внедрение парового контура в программе моделирования энергопотребления зданий EnergyPlus», М.