Основы проектирования и расчета систем теплоснабжения.

Аннотация   Дисциплину “Теплоснабжение” надо рассматривать как завершение изучения специальности ТГВ, имея в виду, что эти системы являются наиболее комплексом оборудования для создания климатических условий в здании, благоприятствующие активному производительному и творческому труду, отдыху людей и оптимальному протеканию технологических процессов. В конспекте лекций изложены основы проектирования и расчета систем теплоснабжения. Рассмотрены процессы приготовления теплоносителя, его транспортирования на абонентские вводы потребителей. Приведена классификация систем теплоснабжения и методика регулирования отпуска теплоты, приведены методы  расчета, а также режимы работы и конструирования систем. Рассмотрены вопросы эффективного использования, надежности и экономии энергии в системах теплоснабжения. Конспект лекций предназначен для студентов специальности “Теплогазоснабжение и вентиляция”.   Можно естественным образом выделить следующие две основные разновидности потребления горячей воды (ГВ): бытовое и коммунально-бытовое (умывание, банное мытье, питье, мытье посуды и приготовление пищи, уборка помещений, стирка, бассейны) и производственное самого различного назначения (технологические процессы, мойка машин и аппаратов и т.п.). На водоразбор к потребителям должна поступать вода питьевого качества. В отдельных случаях требуется кипяченая вода (вокзалы). В точке водоразбора к температуре горячей воды предъявляются следующие требования: 1. В системах централизованного горячего водоснабжения (ЦГВ) с непосредственным водоразбором из тепловой сети - не ниже 60oС; 2. В системах ЦГВ с нагревом водопроводной воды в водонагревателях - не ниже 50oС; 3. В местных системах ГВ - не ниже 60oС; 4. Температура воды, подаваемой к смесителям умывальников и душей общеобразовательных школ, дошкольных учреждений, детдомов, учреждений соцобеспечения и некоторых лечебно-профилактических учреждений предусматривается не выше 37oС; 5. В любом случае температура воды не должна превышать 75oС. Если по технологическим требованиям (предприятия общественного питания и другие учреждения) требуется вода более высокой температуры, необходимо предусматривать местные системы или догрев воды из систем ЦГВ. Системы горячего водоснабжения подразделяются на местные и централизованные. При местном ГВ (МГВ) вода нагревается непосредственно у места ее потребления. Система МГВ обеспечивает водой один или несколько водоразборных приборов в смежных помещениях. Вода при МГВ нагревается в индивидуальных водонагревателях паром, горячей сетевой водой, за счет сжигания топлива, электричеством. Используется также солнечный нагрев воды. Наиболее характерные примеры МГВ - газовые водонагреватели и дачные душевые установки с солнечным нагревом. Поскольку использование электричества значительно дороже газового нагрева, применение электроводонагревателей на проектной стадии должно иметь необходимое технико-экономическое обоснование. Использование газовых водонагревателей регламентируется нормами газоснабжения. В системах ЦГВ вода приготавливается для потребителей целого здания, группы зданий, квартала, населенного пункта и т.п., а затем по трубопроводам подается к водоразборным приборам. Нагрев воды производится в водогрейных котлах, паро- или водоводяных нагревателях. Местными системами оборудуются здания, не подключенные к системам централизованного теплоснабжения (ЦТ), не имеющие собственных котельных, или, если система ЦТ не рассчитана на покрытие тепловой нагрузки ГВ. Системами ЦГВ оборудуются здания, подключенные к системам ЦТ или имеющие собственные котельные. Если число водоразборных точек в таких зданиях мало, экономически может быть обосновано и применение системы МГВ. Рассмотрим основные виды классификации схем систем ЦГВ. 1. По обеспечению давления системы ГВ могут быть работающими: ◦ под давлением холодного водопровода; ◦ под давлением тепловой сети; ◦ под давлением, создаваемым насосом, установленным на холодном или горячем водопроводе; ◦ под статическим давлением, создаваемым баком холодной или горячей воды. 2. По месту прокладки распределительных трубопроводов системы могут быть: ◦ с нижней разводкой; ◦ с верхней разводкой. 3. По наличию и способу обеспечения циркуляции: ◦ без циркуляции; ◦ с естественной циркуляцией; ◦ с насосной циркуляцией. Задачей гидравлического расчета является определение диаметров подающих трубопроводов и потерь напора. Расчетным расходом для определения потерь напора на участке трубопровода является секундный расход с учетом остаточной циркуляции: где - коэффициент остаточной циркуляции. Эта величина определяется по [1, Приложение 5] в зависимости от соотношения секундного и циркуляционного расходов в системе ГВС:. В горизонтальных водонагревателях для устранения прогиба трубок устанавливают поддерживающие опорные перегородки с таким расчетом, чтобы пролет трубок между точками опор не превышал длину, равную 100-120 наружных диаметров трубок. Поддерживающие перегородки изготовляют из полосовой стали, привариваемой к кольцу, имеющему наружный диаметр меньше внутреннего диаметра корпуса. Для трубных решеток используют стальные листы толщиной 10-12 мм. Решетки жестко крепят во фланцах присоединительных патрубков корпуса водонагревателя или приваривают непосредственно к корпусу, если нет необходимости в очистке труб от грязи, накипи и коррозионных отложений со стороны межтрубного пространства. Наряду с кожухотрубными водонагревателями в последнее время для целей нагрева горячей воды стали применяться пластинчатые теплообменники, используемые ранее в химической и пищевой промышленности. Они имеют преимущество по сравнению с кожухотрубными в том, что занимают меньше места, снижается трудоемкость очистки, и при этом имеется доступ к поверхностям, омываемым обеими теплообменивающимися средами, а в кожухотрубных водонагревателях практически отсутствует возможность очистки межтрубного пространства. Устраняется также вероятность перетекания сетевой воды в водопроводную и наоборот при нарушении плотности вальцовки трубок и их механических повреждениях, наблюдаемых в кожухотрубных водонагревателях. Однако широкое применение пластинчатых теплообменников сдерживается их большой стоимостью, поскольку выпускаемые отечественной промышленностью пластины изготавливаются из нержавеющей стали. 6. Основные характеристики, структура систем теплоснабжения В нашей стране, основная территория которой расположена в суровой климатической зоне, большое значение имеет также обеспечение потребителей тепловой энергией. Достаточно сказать, что средняя температура отопительного периода изменяется от + 7,6оС (Батуми) до -24,8оС (Усть-Нера, Якутская АССР), а расчетная температура для проектирования систем отопления - от - ГС (Батуми) до - 60оС (Верхоянск) с продолжительностью отопительного периода от 103 (Сочи) до 365 суток (бухта Тикси). В настоящее время происходит стремительный рост теплового потребления: Удельный вес потребления тепловой энергии городскими поселениями (города и поселки городского типа) устойчиво сохраняется на уровне 80%. Заметно растет потребление тепловой энергии сельскохозяйственным производством. Основное потребление тепловой энергии в городском хозяйстве приходится на промышленность (около 70 %). На промышленном предприятии тепловая энергия распределяется на технологические процессы, отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Современные промышленные предприятия требуют на ведение технологических процессов большое количество тепловой энергии, в ряде случаев значительно превосходящее другие потребности. Так, доля расходов тепла на технологические процессы в общем годовом расходе составляет: для нефтеперерабатывающей промышленности - 90-97%, текстильной (производство шерсти и трикотажа) - 80-90%; резиновой, коже-венно-обувной - 70-80%; текстильной (хлопчатобумажной) - 70-78%; пищевой - 68-78%; основной химии - 70-75%,; электротехнической - 50-60 %. В жилищно-коммунальном хозяйстве основными потребителями тепловой энергии являются системы отопления зданий. Удельный вес горячего водоснабжения составляет в среднем 20% достигая в южных районах страны 30-40%. Удельный вес тепловой энергии на вентиляцию в настоящее время незначителен - около 5%, однако имеет тенденцию к увеличению в связи со значительным расширением строительства общественных зданий различного назначения. В систему теплоснабжения входят теплоприготовительные установки, трубопроводы, насосы, теплопотребляющие приборы и оборудование, регулирующая, сигнализирующая и регистрирующая аппаратура, устройства автоматики. Работа всех этих элементов основана на ряде тесно сплетающихся явлений и законов физики, химии, механики, гидравлики, термодинамики и теплопередачи. Централизованное теплоснабжение представляет собой процесс обеспечения тепловой энергией низкого (до 150оС) и среднего (до 350оС) потенциала нескольких потребителей от одного или нескольких источников. Источником тепловой энергии в системах централизованного теплоснабжения могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), районные (РК.) и квартальные котельные. Тепловая энергия отпускается потребителям в виде горячей воды и водяного пара. Для снабжения тепловой энергией жилищно-коммунального сектора в качестве теплоносителя применяют воду, а для снабжения промышленных предприятий наряду с водой часто используют водяной пар. Параметры теплоносителя зависят от вида потребителей тепловой энергии и обосновываются технико-экономическим расчетом. Схема централизованного теплоснабжения Различают два вида теплоснабжения – централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах). В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы: 1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий; 2. районное – ТС городского района; 3. городское – ТС города; 4. межгородское – ТС нескольких городов. Процесс ЦТС состоит из трех операций – подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН. Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения. Различают две основные категории потребления тепла. 1. Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование. 2. Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка). По уровню температуры тепло подразделяется на: • низкопотенциальное, с температурой до 150оС; • среднепотенциальное, с температурой от 150оС до 400оС; • высокопотенциальное, с температурой выше 400оС. Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам. Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150оС (в прямом трубопроводе), минимальная – 70оС (в обратном). Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1,4 МПа. Централизованное теплоснабжение от ТЭЦ и РК по сравнению с местным печным и центральным отоплением от домовых котельных позволяет резко сократить расход топлива, улучшить тепловой комфорт и уменьшить загрязнение воздушного бассейна, снизить капитальные и эксплуатационные затраты. Из истории централизации систем теплоснабжения.  По способу обеспечения потребителей тепловой энергией различаются одноступенчатые и многоступенчатые системы теплоснабжения. В одноступенчатыхсистемах теплоснабжения потребители тепла присоединяют непосредственно к тепловым сетям. Узлы присоединения потребителей тепла к тепловым сетям называют абонентскими вводами. На абонентском вводе каждого здания устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, арматуру, контрольно-измерительные приборы для регулирования параметров и расходов теплоносителя по местным отопительным и водоразборным приборам. Поэтому часто абонентский ввод называют местным тепловым пунктом(МТП). Если абонентский ввод сооружается для отдельной, например технологической установки, то его называют индивидуальным тепловым пунктом(ИТП). Непосредственное присоединение отопительных приборов ограничивает пределы допустимого давления в тепловых сетях, так как высокое давление, необходимое для транспорта теплоносителя к конечным потребителям, опасно для радиаторов отопления. В силу этого одноступенчатые системы применяют для теплоснабжения ограниченного числа потребителей от котельных с небольшой длиной тепловых сетей. Зависимые системы — теплоноситель от источника тепловой энергии (ТЭЦ, котельная) поступает непосредственно к потребителю. При такой системе в схеме не предусмотрено наличие центральных или индивидуальных тепловых пунктов. Выражаясь простым языком, вода из тепловых сетей поступает напрямую в батареи. В многоступенчатых системах между источником тепла и потребителями размещают центральные тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в которых параметры теплоносителя могут изменяться по требованию местных потребителей. ЦТП и КРП оборудуются насосными и водонагревательными установками, регулирующей и предохранительной арматурой, контрольно-измерительными приборами, предназначенными для обеспечения группы потребителей в квартале или районе теплом необходимых параметров. С помощью насосов или водонагревательных установок магистральные трубопроводы (первая ступень) соответственно частично или полностью гидравлически изолируются от распределительных сетей (вторая ступень). Из ЦТП или КРП теплоноситель с допустимыми или установленными параметрами для местных потребителей по общим или отдельным трубопроводам второй ступени подается в ДОТП каждого здания. При этом в МТП производятся лишь элеваторное подмешивание обратной воды из местных отопительных установок, местное регулирование расхода воды на горячее водоснабжение и учет расхода тепла. Полная гидравлическая изоляция тепловых сетей первой и второй ступени является важнейшим мероприятием повышения надежности теплоснабжения и увеличения дальности транспорта тепла. Многоступенчатые системы теплоснабжения с ЦТП и КРП позволяют в десятки раз уменьшить число местных подогревателей горячего водоснабжения, циркуляционных насосов и регуляторов температуры, устанавливаемых в МТП при одноступенчатой системе. В ЦТП возможна организация обработки местной водопроводной воды для предупреждения коррозии систем горячего водоснабжения. Наконец, при сооружении ЦТП и КРП сокращаются в значительной мере эксплуатационные затраты и затраты на содержание персонала для обслуживания оборудования в МТП. Эффективность водяных систем теплоснабжения во многом определяется схемой присоединения абонентского ввода, который является связующим звеном между наружными тепловыми сетями и местными потребителями тепла.   Системы теплоснабжения представляют собой взаимосвязанный комплекс потребителей тепла, отличающихся как характером, так и величиной теплопотребления. Режимы расходов тепла многочисленными абонентами неодинаковы. Тепловая нагрузка отопительных установок изменяется в зависимости от температуры наружного воздуха, оставаясь практически стабильной в течение суток. Расход тепла на горячее водоснабжение и для ряда технологических процессов не зависит от температуры наружного воздуха, но изменяется как по часам суток, так и по дням недели, В этих условиях необходимо искусственное изменение параметров и расхода теплоносителя в соответствии с фактической потребностью абонентов. Регулирование повышает качество теплоснабжения, сокращает перерасход тепловой энергии и топлива. В зависимости от места осуществления регулирования различают центральное, групповое, местное и индивидуальное регулирование. Центральное регулирование выполняют на ТЭЦ или в котельной по преобладающей нагрузке, характерной для большинства абонентов. В городских тепловых сетях такой нагрузкой может быть отопление или совместная нагрузка отопления и горячего водоснабжения. На ряде технологических предприятий преобладающим является технологическое теплопотребление. Групповое регулирование производится в центральных тепловых пунктах для группы однородных потребителей. В ЦТПподдерживаются требуемые расход и температура теплоносителя, поступающего в распределительные или во внутриквартальные сети. Местное регулирование предусматривается на абонентском вводе для дополнительной корректировки параметров теплоносителя с учетом местных факторов. Индивидуальное регулирование осуществляется непосредственно у теплопотребляющих приборов, например у нагревательных приборов систем отопления, и дополняет другие виды регулирования. Тепловая нагрузка многочисленных абонентов современных систем теплоснабжения неоднородна не только по характеру теплопотребления, но и по параметрам теплоносителя. Поэтому центральное регулирование отпуска тепла дополняется групповым, честным и индивидуальным, т. е. осуществляется комбинированное регулирование. Комбинированное регулирование, состоящее из нескольких ступеней, взаимно дополняющих друг друга, создает наиболее полное соответствие между отпуском тепла и фактическим тепло, потреблением. По способу осуществления регулирование может быть автоматическим и ручным. Сущность методов регулирования вытекает из уравнения теплового баланса Из уравнения следует, что регулирование тепловой нагрузки возможно несколькими методами: • изменением температуры теплоносителя - качественный метод; • изменением расхода теплоносителя - количественный метод; • периодическим отключением систем - прерывистое регулирование; изменением поверхности нагрева теплообменника. Качественное регулирование осуществляется изменением температуры при постоянном расходе теплоносителя. Качественный метод является наиболее распространенным видом центрального регулирования водяных тепловых сетей. Количественное регулирование отпуска тепла производится изменением расхода теплоносителя при постоянной его температуре в подающем трубопроводе. Качественно-количественное регулирование выполняется путем совместного изменения температуры и расхода теплоносителя. Прерывистое регулирование достигается периодическим отключением систем, т. е. пропусками подачи теплоносителя, в связи с чем этот метод называется регулированием пропусками. Центральные пропуски возможны лишь в тепловых сетях с однородным теплопотреблением, допускающим одновременные перерывы в подаче тепла. В современных системах теплоснабжения с разнородной тепловой нагрузкой регулирование пропусками используется для местного регулирования. В паровых системах теплоснабжения качественное регулирование неприемлемо ввиду того, что изменение температур в необходимом диапазоне требует большого изменения давления. Центральное регулирование паровых систем производится в основном количественным методом или путем пропусков. Однако периодическое отключение приводит к неравномерному прогреву отдельных приборов и к заполнению системы воздухом. Более эффективно местное или индивидуальное  количественное  регулирование. Режим регулирования водяных систем теплоснабжения зависит от многочисленных факторов, но основным является вид тепловой нагрузки и схемы узлов вводов абонентов. Регулирование отпуска тепла значительно упрощается при однородной тепловой нагрузке. В этих случаях можно ограничиться только центральным регулированием. Центральное регулирование отопительной нагрузки применяют в системах теплоснабжения с децентрализованным горячим водоснабжением. В таких системах отопление является основной тепловой нагрузкой. Центральное регулирование осуществляется в соответствии с потребностью тепла для отопления зданий при различных наружных температурах воздуха. При качественном регулировании задача расчета состоит в определении температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход воды остается постоянным в течение всего отопительного сезона. При количественном регулировании температура сетевой воды в подающем трубопроводе постоянна. Регулирование тепловой нагрузки осуществляется изменением расхода воды. Задачей расчета является определение расхода и температуры обратной воды в зависимости от величины отопительной нагрузки. Расчетные выражения выводятся из общего уравнения регулирования. Основным достоинством количественного регулирования является сокращение расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя. Это преимущество может быть использовано в магистральных трубопроводах двухступенчатых сетей, к которым абоненты присоединены по независимым схемам или с помощью смесительных насосных подстанций. При снижении расхода сетевой воды в магистральных сетях смесительные насосы, работающие с переменным коэффициентом смешения, увеличивают подачу воды из обратной магистрали. Благодаря этому в системах отопления сохраняется необходимый расход воды и тем самым устраняется основной недостаток количественного регулирования - разрегулировка отопительных систем. При качественно-количественном регулировании осуществляется изменение расхода и температуры сетевой воды в зависимости от величины отопительной нагрузки.   Работа крупных тепловых сетей при сложных рельефах местности практически невозможна без подстанций. С их помощью облегчается решение таких инженерных задач, как повышение пропускной способности действующих сетей, увязка гидравлических режимов, увеличение радиуса действия сетей, расширение возможностей центрального регулирования и др. Насосные подстанции подразделяются на подкачивающие и смесительные. Подкачивающие подстанции устраиваются на подающих и обратных трубопроводах для повышения или снижения напоров. Подстанции на обратном трубопроводе обычно предусматриваются при значительном понижении рельефа местности в направлении от источника тепла до потребителей или при большой протяженности сетей. Гидравлические режимы сетей с насосными подстанциями изменяются различно в зависимости от наличия или отсутствия на абонентских вводах регуляторов расхода. Во всех случаях давление в обратном трубопроводе при выключенной насосной подстанции для концевых потребителей может превысить пределы прочности отопительных приборов. Включение в работу насосной подстанции при неавтоматизированных абонентских вводах приводит к увеличению общего расхода воды в сетях и росту потерь напора, в связи с чем уклоны пьезометрических линий увеличиваются. Поэтому располагаемые напоры на участках между ТЭЦ и подстанцией уменьшаются, а на участках между подстанцией и концевым потребителем-увеличиваются. В результате наблюдается несоответственная разрегулировка абонентских систем. На абонентских вводах с регуляторами расхода (РР) включение насосной подстанции не изменяет расхода воды в сети. В результате уклоны пьезометрических линий остаются неизменными, но на участках между подстанцией и концом сети напор в обратном трубопроводе уменьшается на величину напора, развиваемого насосами подстанции. Включение насосной подстанции на обратной магистрали дает возможность увеличить недостаточный располагаемый напор у концевых абонентов. Насосная подстанция разделяет тепловую сеть на две зоны с самостоятельными гидравлическими режимами. Насосные подстанции на подающем трубопроводе применяют при значительном подъеме рельефа местности в направлении от источника тепла к потребителям, а также при большой протяженности сетей. Разность геодезических отметок тепловой станции и потребителей может составлять несколько десятков и даже сотен метров. При едином для всей сети статическом напоре может произойти опорожнение у одних и раздавливание отопительных приборов у других потребителей. Поэтому тепловая сеть разбивается на независимые в статическом отношении зоны. Циркуляцию воды можно обеспечить сетевым насосом. Но такое решение не всегда экономически и технически целесообразно, так как большой напор насоса удорожает теплофикационное оборудование станции, увеличивает расход электроэнергии на перекачку теплоносителя и повышает опасность разрыва подающих трубопроводов и оборудования абонентских вводов на ближайших к источнику тепла участках. С включением насосных подстанций на подающем трубопроводе уклоны пьезометрических линий на графике давления изменяются лишь при отсутствии на абонентских вводах регуляторов расхода. Подкачивающие подстанции могут быть установлены одновременно на обеих магистралях. Смесительные подстанции предназначены для понижения температуры сетевой воды с целью перехода с высокотемпературных графиков регулирования на более низкие путем подмешивания обратной воды. Смесительные подстанции устанавливают на транзитных магистралях или на ответвлениях распределительных трубопроводов. При этом насосы размещают на перемычке между подающим и обратным трубопроводами, и они служат для подачи обратной воды к клапанам смешения, установленным на подающем трубопроводе. Смесительные подстанции применяют часто для автономного теплоснабжения рабочих районов, подключаемых к тепловым сетям промышленных предприятий, в которых принят температурный график регулирования, недопустимый для отопления жилых домов. Смесительные подстанции наиболее эффективны в крупных двухтрубных, а также в однотрубных системах дальнего теплоснабжения, когда в магистральных сетях температура сетевой воды превышает 150oС или когда большие группы потребителей не могут использовать сетевую воду с температурой 150oС. Дросселирующие подстанции используют для понижения давления теплоносителя к группам потребителей, расположенных на местности с большой разностью геодезических отметок. Уменьшение давления производят на отдельных участках магистральных трубопроводов. Если горячая вода подготавливается только для одного здания, теплообменники горячего водоснабжения размещают вместе с оборудованием для отопления и вентиляции в индивидуальных тепловых пунктах. Поскольку оснащение центральных и индивидуальных тепловых пунктов автоматикой и др. средствами управления требует значительных затрат, целесообразно эти функции сосредоточить в более крупных тепловых пунктах. Отсюда - двухступенчатая система тепловых пунктов с разделением функций между ними. Могут быть различные схемы построения. Часто оборудование, связанное с управлением, располагают тепловых пунктах первой ступени - районных или крупных центральных. В тепловых пунктах первой ступени устанавливают подмешивающие насосы для поддержания стабильного гидравлического режима в квартальных сетях при аварийных ситуациях на магистральных теплопроводах. Районные тепловые пункты часто называют групповыми. Их проектируют тепловой мощностью в 30- 50 МВт. Приготовление в них воды для горячего водоснабжения нецелесообразно, т.к. при этом надо развивать 4-трубную тепловую сеть в микрорайонах, что экономически невыгодно и неприемлемо с градостроительных позиций. Поэтому им передают функции управления и стабилизации гидравлического режима в микрорайонах при нормальных эксплуатационных условиях и аварийных ситуациях. Эти функции могут быть переданы центральным тепловым пунктам, имеющим обычно тепловую мощность более 10 МВт, что потребует увеличения единиц оборудования для автоматизации и управления. Но мере увеличения его выпуска 2-ступенчатая схема, состоящая из центрального теплового пункта и абонентских вводов, будет конкурентоспособна системе с районными тепловыми пунктами. Теплообменные аппараты горячего водоснабжения размещают во второй ступени тепловых пунктов ближе к обслуживаемым зданиям: в центральные тепловые пункты при системе “районные- центральные тепловые пункты” или в индивидуальные тепловые пункты при системе “центральные - индивидуальные тепловые пункты”. В последнем случае циркуляционные насосы должны быть бесшумными. Это относится и к насосам систем отопления. Разделение функций между двумя иерархиями тепловых пунктов создает более гибкую систему управления и эксплуатации, что оправдывается экономически. В абонентских вводах и индивидуальных тепловых пунктах располагаются узлы присоединения систем отопления и калориферов систем вентиляции. В узле системы отопления снижают температуру поступающего из тепловой сети теплоносителя до величины, допустимой в этих системах, и создают необходимый напор для циркуляции. В большинстве случаев используют элеватор, где требуемая температура воды обеспечивается необходимой пропорцией смешения. Если необходимого перепада давлений между подающей и обратной линиями нет, вместо элеватора применяют подмешивающий насос. Оба узла присоединения характеризуются тем, что теплоноситель из тепловых сетей поступает в системы отопления. Современные централизованные системы теплоснабжения представляют собой большие энергетические системы, источниками тепла которых являются крупные ТЭЦ, АТЭЦ, районные котельные. Выработанная теплота транспортируется и распределяется по тепловым сетям между потребителями. Тепловая мощность крупных ТЭЦ составляет 1000-3000 МВт, общая протяженность магистральных и распределительных сетей - более 200 тыс. км. Примерно 70% теплоты доставляется потребителям с помощью централизованных систем теплоснабжения и лишь около 7% системами отопления с местными генераторами тепла. Системы теплоснабжения имеют большое экономическое и социальное значение, обеспечивая нормальную жизнедеятельность населения страны, поэтому к надежности их функционирования предъявляются особо высокие требования. Как известно, с увеличением производительности любой технической системы падает ее надежность, но требования к надежности растут - это является одним из противоречий, связанных с развитием систем. Следовательно, обеспечение надежности теплоснабжения является актуальной проблемой, значение которой возрастает с увеличением мощности теплоснабжающей системы. Система теплоснабжения обслуживает город, крупные промышленные предприятия или, в перспективе, агломерации городов. С позиций страны в целом она является локальной, но как система имеет свою пространственную иерархию в построении. Так, крупную систему теплоснабжения можно разделить на три иерархических уровня: верхний уровень включает источники тепла, средний уровень представляют магистральные тепловые сети с насосными подстанциями, низший уровень состоит из распределительных тепловых сетей и вводов к потребителям тепла. Расчет надежности верхнего иерархического уровня - источников тепла представляет задачу самостоятельную, учитывающую особенности их структуры, в частности, такие существенные характеристики, как многоагрегатность, наличие дублирующих резервов, возможность форсирования режима работы теплоагрегатов. Указанные характеристики существенно отличаются от характеристик сетей, в том числе от методов их резервирования. Так как в итоге надежность всей системы теплоснабжения определяется требуемой надежностью подачи тепла потребителям, поэтому, следуя по взаимосвязанной цепочке иерархических уровней ЦСТ от потребителя к верхнему уровню, можно сделать вывод, что каждый уровень задает условия надежности своему верхнему уровню, а общая совокупность надежности всех уровней определит в конечном счете надежность теплоснабжения потребителей. Проблема надежности систем тепловых сетей является сложной и многогранной. Для ее решения необходимо рассмотреть ряд больших задач, основными из которых являются: 1. повышение качества элементов систем, в основном качества теплопроводов, для чего необходимо разработать такиеконструкции прокладок которые обеспечивали бы защиту тела трубы от коррозии, исключали намокание теплоизоляционного слоя. Каналы должны быть обеспечены дренажем поверхностных вод, попадающих в них. Во избежание внутренней коррозии подпитку тепловых сетей производить химически очищенной и деаэрированной водой. Повышение качества элементов снизит значения параметров потоков отказов элементов сетей; 2. ввиду практической невозможности строительства абсолютно надежных тепловых сетей и учитывая, что элементытепловых сетей периодически отказывают, для обеспечениянадежного теплоснабжения необходимо резервирование. Длясокращения расходов на резервирование необходимо структуру сетей проектировать соответственно требованиям надежности, вводить в системы структурный и транспортный резервы; 3. надежность теплоснабжения может быть обеспечена только втом случае, если система тепловых сетей будет управляемой. Таким образом, управляемость сети является категорией общего понятия надежности. Управляемость сети обеспечивается принятой схемой сети и автоматизацией ЦСТ; 4. в процессе эксплуатации сети должно быть обеспечено управление надежностью, имея в виду в основном, надзор за состоянием системы, профилактические и капитальные ремонты, регулярные испытания тепловых сетей, отладку гидравлических режимов при развитии системы, управление эксплуатационными и аварийными гидравлическими и тепловыми режимами. 5.   6. В жилых и производственных зданиях необходимо поддерживать нормативные условия микроклимата, что будет способствовать снижению числа заболеваний проживающих и работающих, улучшению их самочувствия, повышению производительности труда и качества продукции. 7. Фактором, в наибольшей степени определяющим комфортность условий труда и быта, является температура воздуха в помещениях. Необходимо отметить, что недостаточно отапливаемые здания быстрее разрушаются вследствие нарушения температурно-влажностного режима эксплуатации их конструкций. Технологические процессы получения и хранения ряда продуктов, изделий и веществ также требуют строгого поддержания заданной температуры помещений. 8. Требования к диапазону изменения температуры воздуха в помещениях определяются нормативными документами. В аварийных ситуациях (прекращение циркуляции теплоносителя в системе и перевод потребителей на лимитированное отопление) допустимо кратковременное снижение температуры в помещениях ниже требуемой. Здание и система отопления в такой ситуации начинают остывать, но благодаря их теплоаккумулирующей способности этот процесс протекает инерционно. В задачу организации поддержания требуемой температуры входит обеспечение таких технических характеристик системы, которые не позволяют опуститься температуре внутри помещений ниже заданного предела на время восстановительных работ. 9. Исторически сложилось, что самым распространенным в России является водяное отопление. С начала ХХ века отопительные системы указанного типа доминируют на российском рынке. При водяной системе отопления тепло в отапливаемые помещения передается горячей водой через находящиеся в них отопительные приборы. Обычно используют две системы водяного отопления: с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. 10. Естественная циркуляция применяется только в небольших по объему производственных зданиях. В системе указанного типа вода циркулирует за счет разности температур и плотности нагретой источником тепла воды и остывшей в отопительных приборах и трубопроводах. Основным достоинством этой системы является отсутствие электромеханических компонентов, обеспечивающих принудительную циркуляцию теплоносителя, что влечет за собой снижение стоимости отопления и обеспечивает ее относительную независимость при отключении электропитания. С другой стороны, она требует труб увеличенного диаметра и сложна в настройке. Кроме того, в системе с естественной циркуляцией имеют место повышенная инерционность и пониженная теплоотдача. 11. В системе водяного отопления с принудительной циркуляцией движение теплоносителя осуществляется в основном за счет действия циркуляционного насоса, который встраивают в контур системы отопления. Принудительная циркуляция имеет ряд несомненных преимуществ по сравнению с естественной циркуляцией с точки зрения эффективности функционирования и целесообразности реализации особенно в зданиях производственного назначения, где для обеспечения комфортной среды широко используются прерывистый и дежурный режимы процесса отопления. 12. Реализация этих режимов, а также возможности обеспечения температуры внутри помещений на уровне требований нормативных документов в течение отопительного периода с целью повышения производительности труда работающих, осуществимы только при создании повышенной скорости теплоносителя с использованием  механического побуждения при использовании устройств управления (УУ) в составе автоматизированных систем управления температурным режимом, которые заметно повышают качество их функционирования. 13. В качестве объекта исследования эффективности и надежности из множества возможных реализаций выбрана автоматизированная центральная низкотемпературная система водяного отопления с предельной температурой теплоносителя (горячей воды) . 14. Типовая структура автоматизированной системы отопления приведена на рис.1.1 20. Эксплуатация тепловых сетей   Централизованное теплоснабжение представляет собой сложное энергетическое хозяйство, связанное с выработкой тепла и его реализацией. От согласованности действий каждого подразделения зависит бесперебойное теплоснабжение и безаварийная работа оборудования источников тепла, сетей и абонентских вводов. Эксплуатирующая организация обязана проводить технический надзор за строительством, пуском и наладкой систем теплоснабжения, разрабатывать и контролировать режимы отпуска тепла, обеспечивать профилактический ремонт оборудования и сетей, постоянно совершенствовать технико-экономические показатели всех звеньев хозяйства. Для выполнения этих мероприятий организуется служба эксплуатации. Структура эксплуатационной службы зависит от единичной мощности и количества источников тепловой энергии, радиуса действия тепловых сетей и других местных факторов. Определились три основные группы организации эксплуатационных служб: 1-я-объединяющая системы теплоснабжения общего пользования от коммунальных или промышленных ТЭЦ вместе с присоединенными к ним пиковыми котельными районов; 2-я - раздельные системы квартального и районного теплоснабжения от квартальных и районных котельных; 3-я-раздельные системы теплоснабжения от местных и небольших квартальных котельных. В 1-й высшей группе все элементы систем теплоснабжения (источник энергии, тепловые сети, потребители) принадлежат различным предприятиям и хозяйствам со своими организационными формами управления. Во 2-й группе источник тепловой энергии и тепловые сети принадлежат предприятиям объединенных котельных и тепловых сетей, в ведении которых находится распределение и контроль использования тепловой энергии различными жилищно-коммунальными учреждениями. В 3-й группе вся система теплоснабжения принадлежит жилищным отделам или предприятиям различных ведомств. На промышленных предприятиях с собственными источниками тепловой энергии, эксплуатация системы теплоснабжения передается одному из подразделений главного энергетика предприятия. Высшая форма организации службы эксплуатации создается в крупных культурных и промышленных центрах, имеющих несколько ТЭЦ, объединенных разветвленной тепловой сетью. В них создаются предприятия тепловых сетей, называемые Теплосетью, подчиненные районному энергетическому управлению. Теплосеть, получая тепло от ТЭЦ, осуществляет руководство транспортом тепловой энергии по наружным тепловым сетям, распределением его по тепловым пунктам и контролем за использованием тепла потребителями. Деятельность предприятия Теплосети распространяется на внешние тепловые сети в пределах границ обслуживания. Границы обслуживания определяются выходными задвижками на ТЭЦ и входными задвижками в местных или центральных тепловых пунктах. По структуре предприятие Теплосети состоит из трех подразделений: административное, производственное и эксплуатационное. Структура предприятия “Теплосети” Административный аппарат выполняет общее руководство всей деятельностью предприятия. Непосредственную разработку мероприятий производит производственная служба, а непосредственное обслуживание систем теплоснабжения - служба эксплуатации. Общее руководство предприятием “Теплосети” осуществляет директор. Административный аппарат предприятия сосредоточен в отделах: кадров, труда и зарплаты, плановом, капитального строительства и бухгалтерии. Заместителю директора непосредственно подчиняются отделы административно-хозяйственный, жилищно-коммунальный и снабжения. Все производственные и эксплуатационные отделы и службы подчиняются главному инженеру и его заместителю. Производственно-технический отдел решает задачи по совершенствованию режимов теплоснабжения и эксплуатации оборудования, разрабатывает противоаварийные профилактические мероприятия, направленные на повышение надежности и экономичности тепловых сетей, разрабатывает программы испытаний и наладку систем теплоснабжения, составляет инструкции по обслуживанию оборудования и теплосетей, насосных подстанций, тепловых пунктов, разрабатывает мероприятия по техническому перевооружению и развитию систем теплоснабжения, а также выбрать бытовой провод. Тепловая инспекция осуществляет контроль за рациональным использованием тепла и техническим состоянием теплоиспользующих установок потребителей тепла. Служба наладки и испытаний производит все наладки и испытания после монтажа новых и ремонта действующих сетей и оборудования. В период эксплуатации служба организует эксплуатационные испытания систем теплоснабжения. Производственная лаборатория службы занимается вопросами анализа сетевой воды, конденсата; контролирует состояние теплопроводов и разрабатывает мероприятия по борьбе с коррозией. Служба КИП и автоматики ведает обслуживанием, ремонтом и наладкой приборов учета тепла, регуляторов и других контрольно-измерительных приборов сетей и тепловых пунктов. Служба ремонта занимается составлением планов и графиков проведения ремонтов, заявок на материалы, оборудование и механизмы. Персонал ремонтного цеха занимается выполнением капитальных ремонтов сетей во всех районах. Диспетчерская служба теплосети осуществляет общее оперативное управление эксплуатацией, а также управление тепловым и гидравлическим режимами системы теплоснабжения. В службе имеются группа режимов и оперативная группа. Группа режимов разрабатывает режимы приготовления тепла, графики температур, давлений и расходов теплоносителя. В состав оперативной группы входят центральный диспетчерский пункт (ЦДЛ) и районные диспетчерские пункты (РДП). ЦДЛ занимается решением следующих производственных вопросов: • разработка режимов работы теплоподготовительных установок и контроль за их исполнением; • контроль за распределением теплоносителя и его параметрами; • наблюдение за подключением новых участков теплосетей и потребителей к тепловым сетям; • руководство действиями специалистов при эксплуатации тепловых сетей, выполнении работ на теплосетях при обнаружении и ликвидаций аварий.   В районах страны с дорогим привозным топливом, где сооружение котельных нецелесообразно, допускается электрическое теплоснабжение зданий. Электрическое отопление и горячее водоснабжение отвечает основным тенденциям современного технического прогресса, так как позволяет осуществить идею единого энергетического ввода в здание, при котором с наибольшей точностью может быть достигнуто автоматическое регулирование заданных режимов потребления энергии. Однако повсеместное применение электрического обогрева помещений неэкономично ввиду перерасхода топлива на выработку электроэнергии. Ведущие отрасли промышленности, такие, как металлургическая, химическая, нефтеперерабатывающая и другие, отличаются большой энергоемкостью технологических процессов и выходом значительных количеств вторичных энергоресурсов (ВЭР). ВЭР содержат тепло в виде отходящих газов печей и установок, в горячей воде и паре после использования в силовых и технологических агрегатах, в самой технологической продукции. Значительная часть этого тепла безвозвратно теряется и нередко пагубно воздействует на окружающую среду. Между тем это тепло может быть использовано для отопления помещений, в технологических процессах для выработки электроэнергии.   Литература   Основная литература 1. Степанов, В.М. Проектирование теплоснабжения : Учеб.пособие для вузов / В.М.Степанов, В.Е.Козин, О.И.Борискин, А.В.Чуканов; МО РФ;ТулГУ .- Тула, 2001 .- 153с. : ил. . - Библиогр.в конце кн. - ISBN 5-7679-0215-1 2. Сотникова, О.А. Теплоснабжение : учеб.пособие для вузов / О.А.Сотникова, В.Н.Мелькумов .- М. : АСВ, 2005 .- 288с. : ил. - Библиогр.в конце кн. - ISBN 5-93093-374-Х : 228.00. Дополнительная литература 1. Еремкин , А. И. Тепловой режим зданий : учеб. пособие для вузов / А. И. Еремкин , Т. И. Королева .- Ростов-н/Д : Феникс, 2008 .- 365 с. : ил ил .- (Высшее образование) .- Библиогр.: с. 358-360 .- ISBN 978-5-222-12605-9 (в пер.) . 2. Полонский, В.М. Автономное теплоснабжение : учеб.пособие для вузов / В.М.Полонский, Г.И.Титов, А.В.Полонский .- М. : АСВ, 2006 .- 152с. : ил. - Библиогр.в конце кн. - ISBN 5-93093-359-6 : 144.33. 3. Соколова Светлана Станиславовна. Управление температурным режимом производственных зданий : монография / С. С. Соколова, В. А. Соколов ; ТулГУ .- Тула : Изд-во ТулГУ, 2010 .- 158 с. : ил. - К 80-летию Тульского государственного университета .- в дар от Изд-ва ТулГУ ТулГУ : 1320463 .- Библиогр.: с. 144-157 .- ISBN 978-5-7679-1669-6.   ©2008-2021, Интернет-институт ТулГУ