Диагностика теплогидравлических режимов и эксплуатационных характеристик систем отопления

В. К. Аверьянов, член-корр. РААСН, доктор техн. наук, профессор;

А. Г. Михайлов, доктор науки и техники;

О. А. Миткевич, инженер;

Н. В. Сулимов, инженер; Военный инженерно-технический университет Санкт-Петербурга;

А. В. Федоров, старший научный сотрудник, 26 Центральный научно-исследовательский институт Министерства обороны Российской Федерации

Критерии оценки состояния элементов системы отопления

1. Состояние ограждающих конструкций с точки зрения их теплотехнических характеристик оценивается коэффициентом эффективности теплозащиты здания j_огр. Коэффициент j_огр представляет собой отношение расчетных (проектных, паспортных) (j^р_огр) или нормативных (j^H_огр) значений тепловых потерь к их действительным значениям (с учетом инфильтрации через ограждающие конструкции наружного воздуха), пересчитанных на текущие условия эксплуатации:

(1)

где Q'_тп и Q'_инф – расчетные (нормативные или базовые) значения тепловых потерь через наружные ограждения и расходов тепла на инфильтрацию наружного воздуха, соответственно, при текущих значениях температур внутреннего и наружного воздуха;

Q_тп и Q_инф – фактические значения тепловых потерь через наружные ограждения и расходов тепла на инфильтрацию наружного воздуха соответственно;

Q^~ – коэффициент пересчета на текущие условия эксплуатации. Рассчитывается по формуле:

(2)

где t_вн и t_н – фактические значения температур внутреннего и наружного воздуха соответственно;

t'_вн и t'_н – расчетные значения температур внутреннего и наружного воздуха соответственно.

Для здания в целом значения коэффициента эффективности теплозащиты здания может быть оценено по приближенной зависимости:

(3)

где q'_от – расчетное (паспортное), нормативное или базовое значение удельной отопительной характеристики здания;

q_от – фактическое значение удельной отопительной характеристики здания. Рассчитывается по формуле:

(4)

где Q_факт – фактический расход тепла на систему отопления здания;

V₀ – паспортный объем здания.

При этом следует помнить, что недоучет дополнительных теплопоступлений, например, солнечной радиации, может привести к значительным погрешностям вычислений. Во-вторых, тепловая характеристика здания при изменении внешних погодных условий (направления и средней скорости ветра и т. д.) переменна. И, в-третьих, здание обладает тепловой инерцией. Происходит некоторое запаздывание изменения тепловых потерь здания на соответствующее изменение температуры наружного воздуха.

Для отдельного участка наружного ограждения значение коэффициента j_огр может быть вычислено по формуле:

(5)

где R – фактическое приведенное термическое сопротивление участка ограждения, определяемое по результатам тепловизионной диагностики (рис. 1) или иными способами;

R' – проектное (паспортное) или нормативное значение термического сопротивления наружного ограждения.

2. Фактическое состояние системы отопления (степень внутреннего загрязнения, наличие воздуха и отложений), способность СО компенсировать тепловые потери помещений предлагается оценивать с помощью коэффициента j_СО – коэффициента теплотехнического качества системы отопления, представляющего собой отношение действительного значения удельной теплопроизводительности СО к его расчетному (базовому) значению:

(6)

где (k₀F) – действительное, пересчитанное на расчетные условия значение удельной теплопроизводительности СО;

(k₀F)' – расчетное или базовое значение удельной теплопроизводительности СО.

Расчетное значение удельной теплопроизводительности СО рассчитывается по формуле:

(7)

где Q'₀ – расчетная мощность СО;

t'_n, t'₀ и t'_вн – расчетные значения температур воды в подающей и обратной магистралях СО и внутреннего воздуха в здании (помещениях) соответственно.

Уменьшение этого коэффициента в период эксплуатации свидетельствует о возникновении неполадки в СО, связанной с нарушением ее нормальной работы, например, с разрегулированием, засорением или завоздушиванием. В свою очередь, возрастание значения (k₀F) против ожидаемой величины свидетельствует, скорей всего, об установке в СО дополнительных площадей отопительных приборов.

3. Состояние отопительных приборов (степень внутреннего загрязнения, наличие в них воздуха и отложений) характеризуется коэффициентом качества отопительных приборов e_i:

(8)

а для всей СО:

(9)

Здесь Q_{факт i} – фактическая теплоотдача i-го отопительного прибора, определяемая по результатам тепловизионной диагностики (рис. 2) или иными способами;

Q_{теор i} – теоретическая теплоотдача i-го отопительного прибора, вычисленная на основе паспортных (справочных) данных;

n – число установленных отопительных приборов.

4. Качество наладки СО оценивается коэффициентом разналадки СО:

(10)

где t_ср – средняя температура воздуха в помещениях здания в период мониторинга;

V_i, – объем i-го отапливаемого помещения.

5. Величина перерасхода (недопоставки при недотопе) тепла характеризуется коэффициентом перетопа (недотопа) здания:

(11)

где Q_{норм i} – нормативное значение теплопотребления отапливаемого здания или помещения при данной температуре наружного воздуха;

Q_{факт i} – фактический расход тепла на отопление здания.

При определении вышеперечис-ленного набора критериев в ходе мониторинга или периодического обследования здания может быть предложена следующая градация оценок состояния элементов системы отопления.

	Рисунок 1a (подробнее) Рисунок 1b (подробнее)   Тепловизионная диагностика строительных ограждающих конструкций

1. Коэффициент эффективности теплозащиты здания

При j_огр ≥ 0,95 – теплозащита здания эффективна, в хорошем техническом состоянии.

При 0,9 ≤ j_огр < 0,95 – теплозащита низкоэффективна, необходимо рассмотреть вопрос о дополнительном утеплении или назначении ремонтных работ в плановые сроки.

При j_огр < 0,9 или при значении Rфакт, не удовлетворяющем гигиеническим требованиям, – теплозащита неэффективна, ограждающие конструкции нуждаются в обследовании с рассмотрением вопроса о внеплановом проведении ремонтно-восстановительных работ.

Рисунок 2 (подробнее)   Тепловизионная диагностика отопительных приборов

2. Коэффициент теплотехнического качества системы отопления

При j_СО ≥ 0,95 – техническое состояние СО хорошее.

При 0,85 ≤ j_СО < 0,95 – техническое состояние СО удовлетворительное, система нуждается в обследовании и выявлении причин, способствующих снижению ее теплотехнического качества, и проведении регламентных работ.

При j_СО < 0,85 – техническое состояние СО неудовлетворительное, обязательное проведение обследования и внеплановых регламентных работ, при отсутствии положительных результатов принятие решения о реконструкции системы.

При j_СО > 1,03 – в СО установлено дополнительное отопительное оборудование (приборы), необходимость проведения работ по выявлению дополнительного оборудования (приборов).

3. Коэффициент качества отопительных приборов e_i

При e_i ≥ 0,95 – техническое состояние отопительного прибора хорошее.

При 0,9 ≤ e_i < 0,95 – техническое состояние отопительного прибора удовлетворительное, необходимость проведения регламентных работ в плановые сроки.

При e_i < 0,9 – техническое состояние отопительного прибора неудовлетворительное, необходимость проведения регламентных работ, при отсутствии положительных результатов принятие решения о замене отопительного прибора.

4. Коэффициент разналадки СО

При j^рн_t ≥ 0,95 – состояние наладки СО хорошее, не требует вмешательства.

При 0,9 ≤ j^рн_t < 0,95 – состояние наладки СО удовлетворительное, необходимо включить в план очередных регламентных работ корректировку наладки системы.

При j^рн_t < 0,9 – состояние наладки СО неудовлетворительное, необходимо провести внеочередные регламентные работы с корректировкой наладки СО.

5. Коэффициент перетопа (недотопа) здания

При j_DQ ≤ ±5 % – СО функционирует удовлетворительно.

При j_DQ > ±5 % – СО функционирует неудовлетворительно, необходимость проведения работ по определению причин недотопа (перетопа).

Предлагаемая система критериев базируется в основном на традиционных показателях. Используемый при вычислении коэффициента теплотехнического качества параметр «действительная, пересчитанная на расчетные условия удельная теплопроизводительность СО» есть величина:

(12)

где – действительный средний температурный напор в СО;

t₁ и t₂ – текущие значения температур воды на входе и выходе из СО соответственно;

t_в – текущее значение средней температуры внутреннего воздуха в здании;

n – коэффициент, определяемый видом отопительного прибора и типом СО.

Как показывает обработка месячных статистических данных функционирования экспериментального здания, представленные в статье зависимости позволяют достаточно адекватно оценивать величину (k₀F) (рис. 3) и др.

Предлагаемый в статьях в порядке дискуссии набор критериев позволяет более системно подходить к оценке функционирования СО и ее элементов.

Рисунок 3. Температурный график для определения k0F

Литература

1. Лупей А. Г. О диагностике состояния систем отопления потребителей тепловой энергии // С.О.К. – 2004. – № 8.

2. Чистович С. А., Аверьянов В. К. и др. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления. – Л. : Стройиздат, 1987.

3. Кокорин О. Я. Энергосберегающие технологии функционирования систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха. – М., 1999.

4. Фаликов В. С. Энергосбережение в системах тепловодоснабжения зданий. – М., 2001.

5. Шарапов В. И., Ротов П. В. Технологии регулирования нагрузки систем теплоснабжения. – Ульяновск : УЛГТУ, 2003.