Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems
An analysis of the dynamic processes that occur during the accumulation of thermal energy in centralized heat supply systems was carried out. Analytical expressions for the temperatures of heat transfer in the supply flow of the return pipelines, pressure and fluidity were determined. changes at the...
Saved in:
| Date: | 2015 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2015
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/61 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | System Research in Energy |
| Download file: |  |
Institution
System Research in Energy| _version_ | 1871103122723569664 |
|---|---|
| author | Derii V.O. |
| author_facet | Derii V.O. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Derii V.O.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Derii V.O. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:31Z |
| description | An analysis of the dynamic processes that occur during the accumulation of thermal energy in centralized heat supply systems was carried out. Analytical expressions for the temperatures of heat transfer in the supply flow of the return pipelines, pressure and fluidity were determined. changes at the thermal boundary input during accumulation. The nature of changes in temperature, heat transfer and factor inflow to the amount of pressure at the input of heat temperature was determined. The limiting rate of change in tension at the input of heat and moisture flows for six units of the Kharkov centralized heat supply system of the city of Kharkov is estimated. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2015.02.057 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:00:50Z |
| format | Article |
| fulltext |
57ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 2 (41)
УДК 621.643.053 В.О. ДЕРІЙ, канд. техн. наук
Інститут загальної енергетики НАН України,
вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03680, Україна
АНАЛІЗ ДИНАМІЧНИХ ПРОЦЕСІВ АКУМУЛЯЦІЇ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГІЇ В СИСТЕМАХ
ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
Проведено аналіз динамічних процесів, які виникають при акумуляції
теплової енергії в системах централізованого теплопостачання.
Отримано аналітичні вирази для температур теплоносія в подавальному
та зворотному трубопроводах, потужності та швидкості її зміни на вході
теплової мережі при акумуляції. Визначено характер змін температур
теплоносія та фактори впливу на величину потужності на вході тепло-
мережі. Оцінено граничні швидкості зміни потужності на вході тепло-
вих мереж для шести джерел харківської системи централізованого теп-
лопостачання м. Харкова.
К л ю ч о в і с л о в а: теплові мережі, акумуляція, теплове навантаження,
температурний графік, температура теплоносія, потужність.
Використання електротеплових генераторів
у системах централізованого теплопостачання
для регулювання частоти та активної потужно-
сті об’єднаної енергосистеми України активно
досліджується [1]. Відомо також, що циклічний
характер їх функціонування [1] призведе до
значного коливання теплової потужності на
вході теплових мереж [2]. Для згладжування
цих коливань необхідно застосовувати техно-
логії акумуляції теплової енергії в мережах [2].
Значне коливання потужності на вході теп-
лової мережі зумовить динамічні процеси, які
на даний час недостатньо вивчені, і це може
вплинути на надійність роботи систем тепло-
постачання.
Дослідженню акумуляції теплової енергії в
системах теплопостачання присвячено низку
робіт [1–5], в яких розглянуто режими роботи
теплоспоживаючого обладнання при акумуля-
ції теплової енергії в мережах, питання підви-
щення надійності теплових мереж [4], обме-
жуючі технічні та інституційні фактори [2].
Проведено аналіз потенціалу акумуляції тепло-
вої енергії в мережах [3], наведені результати
технічних випробовувань [5]. В цих роботах не
досліджувалися динамічні процеси, що вини-
кають при акумуляції теплової енергії.
Метою роботи є визначення характеру зміни
температур теплоносія та потужності на вході
теплової мережі при акумуляції теплової енергії
та факторів, які на це впливають.
Проаналізуємо процеси, що відбуваються в
подавальному та зворотному трубопроводі
системи акумуляції теплової енергії в мережах,
спрощена схема якої показана на рис.1.
Для спрощення аналізу приймемо такі при-
пущення:
– мережі щільні – відсутні витоки теплоно-
сія;
– при сталому режимі температури вздовж
подавального та зворотного трубопроводів не
змінюються;
– швидкість зміни температури в подаваль-
ному трубопроводі лишається сталою;
© В.О. ДЕРІЙ , 2015
58 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 2 (41)
В.О. ДЕРІЙ
– температура в подавальному трубопроводі
після досягнення заданої, або максимальної
величини не змінюється;
– температури на виході вузлів системи
перепуску теплоносія одинакові (система теп-
лопостачання ідеально збалансована).
Неважко показати, що враховуючи прийняті
припущення та виходячи із першого закону
термодинаміки, після приходу потоку тепло-
носія від вузла VJ системи перепуску буде спра-
ведливим вираз:
(1)
де T2j – температура теплоносія у зворотному
трубопроводі після приходу потоку від j-го
вузла системи перепуску;
t2j – температура на виході вузлів системи
перепуску (однакова на виході всіх вузлів);
G − витрати теплоносія на вході подаваль-
ного та зворотного трубопроводів;
T2t − температура теплоносія у зворотному
трубопроводі в штатному режимі (згідно з тем-
пературним графіком);
gi − потік теплоносія від i-го вузла.
Вирішивши рівняння (1), щодо T2j , отри-
маємо вираз для температури теплоносія у зво-
ротному трубопроводі:
(2)
Оскільки в процесі акумуляції температура
теплоносія після будь-якого вузла системи його
перепуску більша, ніж температура теплоносія
у зворотному трубопроводі в штатному режимі,
то вираз в дужках формули (2) завжди буде
більше нуля. А це означає, що з приходом пото-
ку від чергового вузла системи його перепуску,
температура у зворотному трубопроводі буде
зростати ступінчасто.
Як видно з формули (2), до початку процесу
акумуляції теплової енергії
повідно T2j буде дорівнювати T2t. Тобто систе-
ма теплопостачання працює в штатному режи-
мі згідно з температурним графіком. По закін-
ченню процесу акумуляції j = n, а величина
буде дорівнювати G і відповідно T2j
буде мати максимально допустиме або задане
значення.
Далі розглянемо температуру теплоносія в
подавальному трубопроводі. Згідно з п. 6.2.4
[6] «Регулювання температури води на виході
з мережних підігрівачів, на виводах теплової
мережі, а також на станціях підмішування слід
Рис. 1. Спрощена схема системи акумуляції
а від-
здійснювати повільно зі швидкістю, яка не
перевищує 30°С/год». Зважаючи на це, можна
припустити, що при акумуляції теплової енергії
температура в подавальному трубопроводі буде
зростати за лінійним законом:
(3)
де T1a – температура теплоносія в подавально-
му трубопроводі при акумуляції теплової енер-
гії;
T1t – температура теплоносія в подавально-
му трубопроводі в штатному режимі (згідно з
температурним графіком);
– швидкість зростання температури
теплоносія;
τ – час, протягом якого температура тепло-
носія в подавальному трубопроводі зросте від
T1t до T1a.
Згідно з [3], потужність, яка спричиняє аку-
муляцію, можна виразити такою формулою:
(4)
де Pa – потужність теплогенераторів, яка
спричиняє акумуляцію;
К – поправковий коефіцієнт, який враховує
акумуляційну здатність матеріалів теплових
мереж (трубопроводи, ізоляція тощо);
С, ρ – питома теплоємність та густина теп-
лоносія;
G – витрати теплоносія у подавальному тру-
бопроводі;
T2a, T2t – температура теплоносія у зворот-
ному трубопроводі під час акумуляції та в штат-
ному режимі;
δ – відносні втрати теплової енергії.
Підставивши вирази (2) та (3) у (4) та вико-
навши необхідні перетворення, отримаємо:
(5)
Дослідимо отриманий вираз з метою визна-
чення характеру зміни потужності теплогене-
раторів у часі. До приходу потоку теплоносія
від першого вузла системи перепуску теплоно-
сія будуть виконуватися умови
(6)
Підставивши вираз (6) в (5), та нехтуючи
витратами δ, отримаємо:
(7)
де τ0 – проміжок часу до приходу потоку тепло-
носія від першого вузла системи перепуску теп-
лоносія.
В проміжку часу τ0 (0 – τ1, рис. 2) швидкість
зростання потужності на вході теплової мережі
буде максимальною, і, як було показано раніше
в [1], вона буде дорівнювати
(8)
Як видно з виразу (8), швидкість зростання
потужності на вході теплової мережі буде про-
порційною швидкості зміни температури в
подавальному трубопроводі та витратам тепло-
носія. Це єдині фактори, які впливають та
обмежують швидкість зростання потужності
теплогенераторів.
З приходом теплоносія від вузлів перепуску
температура у зворотному трубопроводі буде
зростати згідно з (2). А відповідно до цього, ріст
потужності теплогенераторів буде сповіль-
нюватися (відмітки часу τ1, τj, τj +1 на рис. 2). В
момент часу τj +1 швидкості зростання темпе-
ратур теплоносія в подавальному та зворотному
трубопроводах зрівняються і потужність тепло-
генераторів зростати не буде, тобто
(9)
З приходом потоку теплоносія від наступно-
го вузла системи перепуску потужність тепло-
генераторів буде зменшуватися (відмітки часу
τj + 2, τn). А після приходу потоку теплоносія
від n-го вузла вони будуть вимкнуті, оскільки
температури теплоносія в подавальному та зво-
59ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 2 (41)
Аналіз динамічних процесів акумуляції теплової енергії в системах централізованого теплопостачання
60 ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 2 (41)
В.О. ДЕРІЙ
ротному трубопроводах досягнуть своїх допу-
стимих величин і процес акумуляції буде закін-
чено.
Отримані результати можуть бути викори-
стані при розрахунках режимів роботи та фор-
муванні обмежень теплогенераторів, які будуть
скидати теплову енергію в мережі. Так, автором
були розраховані згідно з формулою (8) макси-
мальні швидкості зміни їх потужності на входах
теплових мереж для шести джерел теплової
енергії централізованої системи теплопоста-
чання м. Харкова, результати яких наведені в
табл. 1.
ВИСНОВКИ
У результаті проведеного аналізу було вста-
новлено, що в процесі акумуляції теплової
енергії в мережах, температура теплоносія в
подавальному трубопроводі буде зростати
лінійно, а у зворотному – ступінчасто.
Показано, що єдиними факторами, які
впливають на величину максимальної потуж-
ності на вході теплових мереж та швидкість її
зміни, є витрати теплоносія та швидкість зміни
його температури.
Встановлено, що потужність на вході тепло-
вих мереж на початку акумуляції буде зростати,
а після того, як швидкості зміни температур
теплоносія в подавальному та зворотному тру-
бопроводах зрівняються, вона буде спадати.
Після приходу теплоносія від останнього вен-
тиля системи його перепуску приріст потужно-
сті буде дорівнювати нулю (процес акумуляції
закінчиться).
1. Системні проблеми розвитку і функціо-
нування енергетики / М.М. Кулик та ін. //
Комплексне моделювання управління без-
печним використанням продовольчих, вод-
них і енергетичних ресурсів з метою сталого
соціального, економічного і екологічного
розвитку. – К.: Академперіодика, 2013. –
С. 90 – 116.
Рис. 2. Зміни приросту потужності теплогенераторів при акумуляції
Таблиця 1 – Граничні швидкості зміни
потужності теплогенераторів
2. Дерій В.О. Технічні та інституційні факто-
ри впровадження споживачів-регуляторів у
системах централізованого теплопостачання
/ В.О. Дерій // Проблеми загальної енерге-
тики. – 2014. – № 2(37). – С. 52–58.
3. Дерій В.О. Potential of thermal energy accu-
mulation in district heating systems networks /
В.О. Дерій // Проблеми загальної енергети-
ки. – 2014. – № 4(39). – С. 29–33.
4. Подобед В.С. Аккумулирование тепловой
энергии в водяных тепловых сетях / В.С.
Подобед // Энергетическая стратегия. –
Минск, 2011. – № 5(23). – С. 22–26.
5. Яковлев Б.В. Маневренность ТЭЦ при
использовании аккумулирующей способно-
сти транзитных теплостей. [Електронний
ресурс]. – Режим доступу: http://www.com-
bienergy.ru/stat1142.html.
6. Правила технічної експлуатації теплових
установок і мереж, затверджені наказом
Мінпаливенерго України від 14.02.2007 №71.
Надійшла до редколегії: 04.08.2015
61ISSN 1562-8965. Проблеми загальної енергетики, 2015, вип. 2 (41)
Аналіз динамічних процесів акумуляції теплової енергії в системах централізованого теплопостачання
|
| id | systemreorg-article-61 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:03:11Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/51/1b76f6dd4ff0852f440e2784ceea7351.pdf |
| spelling | systemreorg-article-612026-07-18T12:57:31Z Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems Аналіз динамічних процесів акумуляції теплової енергії в системах централізованого теплопостачання Derii V.O. heating networks, storage, heating load, temperature chart, coolant temperature, capacity. теплові мережі, акумуляція, теплове навантаження, температурний графік, температура теплоносія, потужність. An analysis of the dynamic processes that occur during the accumulation of thermal energy in centralized heat supply systems was carried out. Analytical expressions for the temperatures of heat transfer in the supply flow of the return pipelines, pressure and fluidity were determined. changes at the thermal boundary input during accumulation. The nature of changes in temperature, heat transfer and factor inflow to the amount of pressure at the input of heat temperature was determined. The limiting rate of change in tension at the input of heat and moisture flows for six units of the Kharkov centralized heat supply system of the city of Kharkov is estimated. Проведено аналіз динамічних процесів, які виникають при акумуляції теплової енергії в системах централізованого теплопостачання. Отримано аналітичні вирази для температур теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах, потужності та швидкості її зміни на вході теплової мережі при акумуляції. Визначено характер змін температур теплоносія та фактори впливу на величину потужності на вході тепломережі. Оцінено граничні швидкості зміни потужності на вході теплових мереж для шести джерел харківської системи централізованого теплопостачання м. Харкова. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2015-08-26 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/61 10.15407/pge2015.02.057 System Research in Energy; No. 2 (41) (2015): The problems of general energy; 57-61 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (41) (2015): Проблеми загальної енергетики; 57-61 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/61/49 Copyright (c) 2015 Derii V.O. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | heating networks storage heating load temperature chart coolant temperature capacity. Derii V.O. Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| title | Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| title_alt | Аналіз динамічних процесів акумуляції теплової енергії в системах централізованого теплопостачання |
| title_full | Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| title_fullStr | Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| title_full_unstemmed | Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| title_short | Analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| title_sort | analysis of dynamic processes of heat energy accumulation in the centralized heating systems |
| topic | heating networks storage heating load temperature chart coolant temperature capacity. |
| topic_facet | heating networks storage heating load temperature chart coolant temperature capacity. теплові мережі акумуляція теплове навантаження температурний графік температура теплоносія потужність. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/61 |
| work_keys_str_mv | AT deriivo analysisofdynamicprocessesofheatenergyaccumulationinthecentralizedheatingsystems AT deriivo analízdinamíčnihprocesívakumulâcííteplovoíenergíívsistemahcentralízovanogoteplopostačannâ |