Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Результаты обследования системы отопления на низковольтной канализационной насосной станции

М.А. Разаков, ведущий инженер-проектировщик систем отопления и вентиляции АО НПО «Энергомаш им. Академика В.П. Глушко»; старший преподаватель НИУ МЭИ; Инженер ФГБУ НИИСФ РААСН

Аннотация. В данной работе приведено исследование эффективности работы системы отопления в низковольтной городской канализационной насосной станции. Произведен обзор современных теоретических исследований в области теплообеспечения зданий и сооружений жилищно-коммунального хозяйства различного назначения. Описаны основные проблемы, которые возникают в конструктивных элементах современных системах отопления различной мощности в процессе их эксплуатации. Приведена принципиальная схема планировки здания современной низковольтной канализационной насосной станции. Рассмотрены основные виды систем отопления, используемые в низковольтной канализационной насосной станции. Приведены данные натурных исследований температуры поверхностей отопительных приборов, используемых в различных помещениях канализационной насосной станции, расположенной в г. Москве. Работа может быть интересна для сотрудников компаний, работающих в области эксплуатации системы водоотведения города, а также инжнеров-эксплуатационщиков различных видов систем отопления в зданиях и сооружениях.

Эффективность любой инженерной системы связано с большим количеством факторов. Не исключением является и система отопления. В Российской Федерации большое распространение получили водяные, паровые и воздушные системы отопления. В гражданских зданиях (индивидуальных домах) сегодня часто применяются теплоносители на многоатомных спиртах [1]. Низкопотенциальные системы получили распространение только в южных широтах России. Это распространение связано, в первую очередь, с тем, что южные регионы имеют более высокую среднюю температуру наружного воздуха, чем регионы из остальной части страны. Для водяных систем отопления характерны следующие проблемы в эксплуатации: коррозия в трубах и элементах отопительных приборов вследствие низкого качества воды или наличия воздуха в системе; образование накипи на элементах конструкции; наличие вредных биологических элементов; снижение теплоотдающей способности элементов системы отопления; низкая эффективность системы автоматизации [2-5]. Данные обстоятельства в свою очередь, порождают иные затруднения с другими частями системы, например, теплообменным оборудованием или насосными установками [6,7]. Ряд современных работ посвящен исследованиям отдельных элементов тепловых инженерных систем и определению капитальных, эксплуатационных и приведенных затрат на нужды различных системы отопления, связанных с обеспечением тепловоздушного микроклимата в зданиях и помещениях [8-10]. Системам парового (в т.ч. и вакуум-парового) и электрического отопления уделяется меньшее внимание из-за высокой стоимости электрической энергии и снизившегося в последние годы количества предприятий, использующих пар в качестве теплоносителя [11]. Несмотря на данные факты, эти виды систем отопления тоже применяются в промышленных зданиях, а также исследуются и улучшаются [11,12].

Материалы и методы

Существует несколько подходов исследования и моделирования тепловой эффективности отопительных приборов. В некоторых исследованиях используется типовая функция распределения параметров с помощью которой происходит моделирование тепловых явлений [15-17]. Эти исследования имеют недостатки, т.к. типовые зависимости часто не могут описать процесс целиком из-за большого количества реально существующих переменных параметров. Поэтому большее значение имеет второй подход, в котором описываются определенные задачи с большим количеством переменных [18] (в т.ч. и физическое моделирование) или натурные испытания [19]. Оба направления могут быть реализованы в вычислительных программных комплексах.

Под термином «эффективность работы» отопительного прибора в данном исследовании подразумевается — равномерность распределения температуры на теплоотдающей поверхности отопительного прибора с погрешностью не более 1 ^оС. Для определения эффективности работы отопительных приборов при натурных исследованиях хорошо зарекомендовал себя тепловизор, с помощью которого легко установить температуру отдельных элементов отопительных устройств. В данной работе применен тепловизор Fluke 20+, который был предоставлен кафедрой ЭГТС НИУ МЭИ. Коэффициенты степени черноты материалов исследуемых отопительных приборов были взяты из справочных данных для упомянутого тепловизора. В ходе эксперимента применен также логгер данных Testo 174H, который обеспечивал измерение температуры воздуха и накопление данных. Объектом исследования являлась низковольтная канализационная насосная станция (КНС), расположенная в г. Москве. Исследуемые отопительные приборы расположены в машинном зале и административном блоке (в помещении диспетчерской). На рис. 1 и 2 приведены принципиальные схемы КНС с условным разделением здания на функциональные зоны [13,14].

Рис.1. Разрез КНС: А — административный блок; Б — машинный зал; В — грабельное отделение; 1 — входной трубопровод со сточными водами; 2 — резервуар со сточными водами; 3 — насос для перекачки сточных вод; 4 — напорная линия трубопровода со сточными водами; 5 — место установки панелей ПЛИ в машинном зале

Рис.2. Принципиальный вид канализационной насосной станции (План подземной части): 1 – Насос канализационный вертикальный; 2 – Грабельная решетка (мелкопрозорная 5-50мм); 3 – Подающий трубопровод; 4 – Отводящий трубопровод; 5 – Задвижка на подающем трубопроводе; 6 – Задвижка на отводящем трубопроводе; 7 – Щитовой затвор с эл.приводом; 8 – Обратный клапан; 9 – нагнетательный, выходящий из КНС трубопровода

В качестве теплоносителя в системе отопления канализационной насосной станции может использоваться как вода так и антифриз или электрическая энергия. В исследуемых отопительных приборах системы отопления использовались антифриз (радиатор) и электрическая энергия (инфракрасная лучистая панель).

Результаты

На рисунках 3 и 5 приведен внешний вид отопительных приборов, установленных в машинном зале и помещении диспетчерской низковольтной канализационной насосной станции, расположенной в г. Москве. На рисунках 4 и 6 приведены термограммы исследования температуры поверхностей отопительных приборов. Температура воздуха в помещении машинного зала была равна +6 ^оС. Температура воздуха в помещении диспетчерской была равна +15 ^оС. В таблицах 1 и 2 приведены результаты натурных измерений эффективности работы отопительных приборов и их характеристики.

Рис. 3. Внешний вид отопительного прибора в машинном зале низковольтной КНС: 1. Электрический блок нагревателя; 2 — секции чугунного радиатора; 3 — заземление.

Рис. 4 Термограмма отопительного прибора: 1 — секция радиатора с максимальной теплоотдачей; 2 — нижние части секций радиаторов с минимальными тепловыми поступлениями; 3 — элементы секций с минимальными тепловыми поступлениями

Рис.5 Внешний вид инфракрасной лучистой панели в помещении диспетчерской: 1 — теплоотдающие поверхности отопительного прибора; 2 — подводка энергии к отопительному прибору

Рис.6 Термограмма инфракрасной лучистой панели

Таблица 1. Характеристики исследуемых отопительных приборов

Таблица 2. Результаты натурных исследований

Заключение

Из полученных данных видно, что температура различных элементов теплоотдающих поверхностей имеет неравномерное распределение. Несмотря на то, что теплоносителем в отопительном приборе является антифриз на нижних фрагментах чугунного радиатора могут наблюдаться осадки от изменения физико-химических свойств теплоносителя. Более того, даже замечено снижение теплоотдающей способности и иных частей отопительного прибора, которые расположены выше нижних фрагментов. Для инфракрасных лучистых панелей характерно либо некачественное подключение отопительного прибора либо неравномерность в процессе работы. Последнее может быть вызвано некачественной сборкой отопительного прибора или постоянными скачками напряжения в сооружении канализационной насосной станции.

Благодарности

Автор благодарят кафедру ЭГТС НИУ МЭИ за предоставленное оборудование для проведения исследований системы отопления в городской канализационной насосной станции.

Литература

1. Гольтяев О. М. Применение антифризов в системах отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2012. № 6. С. 46-55.
2. Торопов А. Л. О проблемах возникновения легионеллы и других бактерий в индивидуальных и децентрализованных системах отопления и горячего водоснабжения комбинированных гелиосистем // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 3-2. С. 256-260.
3. Аничхин А. Г. Проблемы тепловой устойчивости двухтрубных вертикальных систем отопления // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2013. № 11(143). С. 66-75.
4. Минко В.А., Семиненко А.С., Гунько И.В., Елистратова Ю.В., Колица Л.Н., Ткач Л.В. Влияние накипи на работу систем отопления // Вестник БГТУ имени В.Г. Шухова. 2014. № 6. С.21—23.
5. Усиков, С. М. Изменение характеристики сопротивления контура системы водяного отопления в процессе эксплуатации // Актуальные проблемы строительной отрасли и образования : Сборник докладов Первой Национальной конференции, Москва, 30 сентября 2020 года. – Москва: Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2020. – С. 902-907.
6. Минко В.А., Семиненко А.С., Гунько И.В., Елистратова Ю.В. Влияние отложений на рабочих поверхностях системы отопления на показатели работы элементов системы // Вестник БГТУ имени В.Г. Шухова. 2014. №5. С.32—35.
7. Усиков С. М., Дютин В.В. Оценка необходимости установки автоматических регуляторов перепада давления на двухтрубных стояках системы водяного отопления с точки зрения возникновения шума // Известия Казанского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 2(48). С. 197-203.
8. Сасин В. И., Кушнир В. Д. Вентиляторные конвекторы: оценка компоновок теплообменника и вентилятора // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2020. № 8. С. 46-53.
9. Грановский В. Л., Никитина С. В. Индивидуальный учет тепловой энергии в многоквартирных домах: особенности, возможности, проблемы // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2020. № 2. С. 58-63.
10. Яворовский Ю.В., Абдуллин В. В., Шнайдер Д. А., Курзанов С. Ю. Использование технологии «интернета вещей» в отоплении зданий: упреждающее управление, распределённый мониторинг, интеллектуальная балансировка // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2018. № 8(200). С. 54-58.
11. Мыльников Л. А., Носков В. В., Сидоров А. А. Вопросы повышения эффективности управления паровой системой теплоснабжения при совместном использовании её для обеспечения технологического процесса и отопления зданий // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления. № 30. С. 133-150.
12. Mekhtiyev A. D., Kim P. M., Yugay V. V., Alkina A. D. Electrovacuum heating elements // Bulletin of the Karaganda University. Physics Series. 2019. No 3(95). P. 27-33. DOI 10.31489/2019Ph3/27-33.
13. Прохоров В.И., Разаков М.А. Thermal modes simulation of cooling panels in waste water pumping stations // Вестник МГСУ. 20№ 10. С. 1378 — 1387. doi: 10.22227/1997-0935.2021.10.1378-1387.
14. Prokhorov V., Rymarov A., Razakov M., Kosarev A. Specialized method of calculating heat input from wastewater in the premises of the sewage pumping stations // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering.  № 463 (3). С. 032073.
15. Gulkanov A., Modestov K., Usikov S. Solution of Thermal Conductivity Problem of a Finite Dimensions Plate with Two Heat Sources // E3S Web of Conferences. 2021. № 263. 03018. DOI 10.1051/e3sconf/202126303018.
16. Gulkanov, A. G., Modestov, K. A., Akhverdashvili, R. G. Cooling of the heating device in conditions of time-varying ambient temperature, heat transfer coefficient and radiation temperature of the fencing. International Journal of Emerging Trends in Engineering Research, 2020. №8(9). C. 6151-6156.
17. Akhverdashvili R., Gulkanov A., Modestov K. Non-stationary temperature field of the heating device in the conditions of unsteady thermal field of the space // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021. Vol. 1030, No. 1, p. 012087.
18. Samarin O. D. The probabilistic-statistical modeling of the external climate in the cooling period. Magazine of Civil Engineering. 2017. №73(5).
19. Mar’ina Z.G., Vereshchagin A.Yu., Novozhilova A.V. Study of the Influence of the Connection Mode of the STI Brand Aluminum Radiator on its Thermal Characteristics. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2022. № 65 (1). С. 89-98. DOI 10.21122/1029-7448-2022-65-1-89-98

Скачать PDF-версию статьи «Результаты обследования системы отопления на низковольтной канализационной насосной станции»