Технология централизованного производства электрической и тепловой энергии

Н.Г. Захарьева, Р.Л. Ермаков ТЕХНОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 3 ОГЛАВЛЕНИЕ 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.1. 1.2. 1.3. Предмет дисциплины . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Основные понятия в области энергоснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . Разновидности централизованных энергоисточников . . . . . . . . . . . . 2. ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. Структура потребителей тепловой энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Системы центрального отопления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Системы вентиляции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Системы горячего водоснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Системы технологического потребления тепла на промышленных предприятиях . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Определение расчетных расходов теплоты для жилых и общественных зданий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Определение расчетных расходов теплоты для промышленных предприятий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Суммарная тепловая нагрузка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Определение годового потребления теплоты жилыми, общественными и промышленными зданиями . . . . . . . . . . . . . . . . . . Графический способ определения годового расхода теплоты (график Россандера) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 4. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4 5 9 14 15 30 32 39 44 44 48 50 50 52 РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ . . . . . . 54 Задачи и способы регулирования отпуска теплоты . . . . . . . . . . . . . . Общее уравнение регулирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Регулирование процессов отпуска теплоты в системы горячего водоснабжения и отопления на тепловых пунктах потребителей теплоты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Температурный график центрального регулирования отпуска теплоты по отопительной тепловой нагрузке . . . . . . . . . . . . . . . . . . Регулирование разнородной нагрузки при центральном регулировании отпуска теплоты по отопительному графику . . . . . Графики суммарного расхода сетевой воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 56 59 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . 81 ПРИЛОЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4 64 66 77 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. ПРЕДМЕТ ДИСЦИПЛИНЫ Предметом изучения дисциплины «Технология централизованного производства электрической и тепловой энергии» (ТЦПЭТ) являются централизованные источники электрической энергии (ЭЭ) и тепловой энергии (ТЭ), которые транспортируются по электрическим и тепловым сетям потребителям энергии. Среди разнообразных источников ТЭ основное внимание будет уделено паровым и водогрейным котельным на органическом топливе. Кроме этих наиболее распространенных теплоисточников, кратко будут рассмотрены теплоисточники, работающие на использовании электроэнергии для производства теплоты, теплоисточники с тепловыми насосами, теплоисточники, использующие вторичные энергоресурсы, а также нетрадиционные теплоисточники, использующие атомную и геотермальную ТЭ. Среди разнообразных источников ЭЭ, то есть электростанций, основное внимание будет уделено тепловым электростанциям (ТЭС), в той или иной мере связанным с производством не только электрической, но и тепловой энергии для внешних потребителей (ВП). Наиболее подробно будут рассмотрены паросиловые ТЭЦ, а также паросиловые КЭС, газотурбинные и парогазовые ТЭС, на которых вырабатывается не только ЭЭ, но и ТЭ для ВП. Электростанции, вырабатывающие только ЭЭ (гидравлические, ветровые) рассматриваются лишь в той мере, в какой это необходимо для изучения взаимовлияния режимов этих электростанций на режимы ТЭС при совместной работе ГЭС и ТЭС в объединенных электроэнергетических системах (ОЭЭС). Кроме того, наличие гидравлических и ветряных электростанций в изолированных от ОЭЭС районах может повлиять на решение вопросов теплоснабжения. Например, в некоторых изолированных от ОЭЭС районах Якутии и Магаданской области ЭЭ, выработанная на ГЭС, используется для выработки ТЭ в электрокотельных. Из названия дисциплины видно, что при изучении теплоисточников и электростанций основное внимание будет уделено вопросам технологии производства и отпуска ТЭ в виде пара и горячей воды от этих энергоисточников. При этом такие вопросы как технологические процессы в котельных агрегатах, в паровых и газовых турбинах, а также вопросы газоочистки, удаления золошлаковых отходов, химводоподготовки, технического водоснабжения, топливоподачи и уменьшения вредного воздействия электроисточников на окружающую среду являются предметом изучения других специальных дисциплин. Кроме вопросов технологии производства ТЭ программа дисциплины ТЦПЭТ предусматривает изучение, параметров и режимов местных систем 5 потребления теплоты в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) и в промышленности, а также вопросы определения расчетных тепловых нагрузок потребителей пара и горячей воды, по которым определяется тепловая мощность и выбирается основное оборудование энергоисточников, и вопросы регулирования процессов отпуска на теплоисточниках и процессов потребления теплоты в жилых, общественных и промышленных зданиях. Способы регулирования тепловой нагрузки влияют на температурный режим и расход теплоносителя к потребителю, что в свою очередь ведет к установке тепловых пунктов, оборудованию их различными средствами автоматики, а так же установки насосных станций. Опыт преподавания и изучения дисциплины ТЦПЭТ показал, что без изучения режимов теплопотребления, относящихся к потребителям теплоты, невозможно понять и глубоко изучить вопросы технологии производства ТЭ в котельных и на электростанциях. Основную задачу изучения ТЦПЭТ авторы видят в том, чтобы ознакомить студентов-теплоэнергетиков с принципиальными тепловыми схемами (ПТС) основного и вспомогательного оборудования, участвующего в процессе производства и отпуска тепловой энергии в паре и горячей воде для внешних потребителей, с принципами работы этого оборудования, с влиянием разнообразных климатических, конструктивных, технологических и стоимостных факторов на параметры, режимы, экономическую эффективность и области применения как отдельных видов основного и вспомогательного оборудования так и централизованных теплоисточников в целом. Авторы попытаются показать преимущества и недостатки разнообразных технических решений при разработке ПТС и при выборе основного и вспомогательного оборудования энергоисточников, однако не будут приводить рекомендаций по выбору конкретных технических решений в рассматриваемых вопросах. При этом имеется в виду, что принятие конкретных технических решений по оборудованию и тепловым схемам энергоисточников производится специалистами проектных и эксплуатационных организаций на основе технико-экономических расчетов и с учетом ограничений на поставку оборудования и материалов, а также с учетом реально складывающейся структуры стоимостных показателей в топливноэнергетическом хозяйстве и ограничений на воздействие энергоисточников на окружающую среду. 1.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ Процесс изучения ТЦПЭТ базируется на таких основных теплоэнергетических понятиях как системы централизованного и децентрализованного теплоснабжения (СЦТ и СДЦТ), теплофикация и 6 теплофикационные системы, раздельный и комбинированный способы энергоснабжения. Рассмотрим подробнее эти понятия. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО И ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ Прежде чем перейти к рассмотрению понятий о СЦТ и СДЦТ остановимся на аналогичных понятиях из электроэнергетики, в которой также существуют понятия о централизованном и децентрализованном электроснабжении. Электрическая энергия, в отличии от тепловой, сравнительно легко может транспортироваться по линиям электропередачи практически на любые расстояния. Поэтому особо острых дискуссий по вопросам рациональной степени централизации электроснабжения в настоящее время, как правило, не возникает, хотя системы электроснабжения – сложные системы. Мы видим, что непрерывно идут процессы увеличения степени централизации электроснабжения как за счет расширения зоны действия ОЭЭС, так и за счет увеличения единичной мощности отдельных электростанций. Разумеется, что все эти процессы осуществляются при соответствующем технико-экономическом обосновании. Системы децентрализованного электроснабжения применяются, как правило, для небольших поселков и промышленных предприятий в изолированных от ОЭЭС районах Крайнего Севера, а также для отдельных передвижных предприятий по лесозаготовке, по добыче полезных ископаемых, удаленных на большие расстояния. Что касается сущности понятий об СЦТ и СДЦТ и их сравнительной эффективности, то здесь постоянно идут дискуссии о том, какие системы теплоснабжения относить к СЦТ либо СДЦТ, а также в каких случаях эффективнее та или иная система. В 60 – 70-х годах прошлого века в СССР среди специалистов было распространено мнение о том, что к СЦТ следует относить системы теплоснабжения от централизованных теплоисточников мощностью 50 Гкал/ч (58 МВт) и выше. В последствии эта цифра вполне обоснованно была снижена до 20 Гкал/ч (23 МВт). Такой подход к разделению систем теплоснабжения на СЦТ и СДЦТ, представляется необоснованным. Например, если в крупном городе вместо одной ТЭЦ с тепловой мощностью 1000 Гкал/ч соорудить 50 котельных мощностью по 20 Гкал/ч, то в этом случае вполне обоснованно можно говорить о переходе от СЦТ к ДСЦТ. А если в небольшом поселке вместо нескольких котельных с единичной мощностью около 1 – 3 Гкал/ч соорудить одну котельную мощностью 18 – 20 Гкал/ч, то, по-видимому, закономерно говорить о переходе от СДЦТ к СЦТ. 7 Таким образом, цифра 20 Гкал/ч, как впрочем, и любое численное значение мощности теплоисточника, не имеет какого-либо теплоэнергетического содержания и поэтому не может служить объективным признаком, по которому можно отличать СЦТ от СДЦТ. В последние годы среди специалистов распространяется мнение о том, что к СЦТ следует относить системы теплоснабжения с транспортом теплоты по внешним тепловым сетям от любого теплоисточника независимо от его тепловой мощности до потребителей независимо от их числа и величины тепловой нагрузки. И вот только в ныне действующем нормативном документе по проектированию тепловых сетей [1], вышедшем в 2004г., приведен более обоснованный показатель, по которому системы теплоснабжения относятся к централизованным. Согласно [1], система централизованного теплоснабжения – «система, состоящая из одного или нескольких источников теплоты, тепловых сетей (независимо от диаметра, числа и протяженности наружных теплопроводов) и потребителей теплоты». При этом главным признаком СЦТ является наличие в системе внешних тепловых сетей, которые являются системообразующим элементом, связывающим в единую теплогидравлическую систему оборудование теплоисточника и оборудование местных систем теплоснабжения отдельных зданий, как говорится – от турбогенератора на ТЭЦ до радиатора в жилом доме. В итоге система теплоснабжения от котельной малой мощности, снабжающей теплотой 2–3 дома, система от ТЭЦ, к которой присоединены сотни разнообразных зданий, следует относить к СЦТ. Таким образом, к СДЦТ следует относить системы теплоснабжения, в которых теплоисточник располагается непосредственно в отдельном жилом, общественном или производственном здании, т.е. в этой системе внешние тепловые сети отсутствуют. ТЕПЛОФИКАЦИЯ ИЛИ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Когда говорят от СЦТ, то имеют в виду, что от какого то централизованного (или центрального) теплоисточника обеспечиваются несколько промышленных либо жилищно-коммунальных потребителей ТЭ. При этом источник теплоты может быть любого вида, т.е. здесь хотят указать только на факт централизации теплоснабжения. А когда говорят о теплофикации или о теплофикационной системе, то имеют в виду систему теплоснабжения от комбинированного теплоисточника, на которой осуществляется производство ЭЭ и ТЭ в едином теплофикационном цикле. В таком цикле на потоке пара или газа вырабатывается сначала ЭЭ в паровой или газовой турбогенераторной установке, а затем эти потоки пара или газа используются для производства ТЭ в виде пара или горячей воды. 8 Комбинированное производство ЭЭ и ТЭ может осуществляться на комбинированных энергоисточниках – теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Следует отметить, что термин «теплофикация» практически не отражает его содержания, поэтому на практике его часто путают с термином «централизованное теплоснабжение». Например, иногда говорят: «район теплофицирован от котельной». Интересно, что в некоторых странах Западной Европы для названия комбинированной выработки тепловой и электрической энергии применяют более удачные термины. Например, в Англии теплофикационную систему называют cogeneration system, т.е. здесь из термина видно, что речь идет о комбинированной генерации энергии. В Германии вместо термина «теплофикация» применяют тоже более удачный термин «Heizkrabtversorgung», т.е. непосредственно из этого термина видно, что речь идет о снабжении теплотой и электричеством. Теплофикационную систему немцы называют – «Kraft warmkopplung», т.е. и здесь видно, что речь идет об объединении производства электроэнергии и теплоты. В последние годы в российских научных журналах вместо термина «теплофикационная система» началось применение термина «когенерационная система», а вместо термина «теплофикация» применяют термин «когенерация». Конечно, представляется нежелательным использование иностранных слов, если есть соответствующие русские выражения, но против термина «когенерация» возражать трудно. В настоящей книге будут применяться оба термина – «теплофикация» и «когенерация», полагая, что эти термины являются синонимами. Немного об истории зарождения теплофикации. Возникновение идеи централизованного теплоснабжения относится к 80-м годам прошлого столетия. В 1877г. в г. Локпорте в США была сооружена первая установка для централизованного теплоснабжения. Однако это не были установки, которые можно было связать с организацией комбинированной выработки электроэнергии и это не являлось теплофикацией. Первые теплофикационные установки появились в Германии в г. Дрездене в 1900г. В России началом основания теплофикации считается 25 ноября 1924г. В этот день было подано тепло в виде острого пара от 3-й Ленинградской ГЭС. Руководителями такого проекта были проф. В.В.Дмитриев, Л.Л.Гинтер. РАЗДЕЛЬНЫЙ И КОМБИНИРОВАННЫЙ СПОСОБЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ При раздельном способе энергоснабжения потребители энергии получают: тепловую энергию в виде пара и горячей воды от различных котельных, в которых вырабатывается только ТЭ без выработки ЭЭ; электрическую энергию – от объединенной электроэнергетической энергии (ОЭЭС), а в изолированных от ОЭЭС районах – от различных электростанций. 9 Таким образом, при раздельном способе ТЭ и ЭЭ вырабатываются в различных энергоисточниках независимо друг от друга. Даже если представить случай, практически не встречающийся в действующих энергоустановках, когда на тепловой электростанции с выработкой ЭЭ в турбогенераторных установках отпускается ТЭ только непосредственно от паровых котлов через редукционно-охладительные установки (РОУ), снижающие параметры пара до величин, необходимых потребителям ТЭ. В этом случае имеет место раздельный способ энергоснабжения, так как здесь отсутствует комбинированная, т.е. теплофикационная выработка ЭЭ и ТЭ. При комбинированном способе энергоснабжения ЭЭ и ТЭ вырабатывается совместно в теплофикационных (когенерационных) энергоустановках на разнообразных ТЭЦ. Выбор оптимального способа СЦТ всегда должен производиться на определении оптимальной степени централизации теплоснабжения, т.е. на определении числа и тепловой мощности теплоисточников, совместно работающих на общие тепловые сети, а также на технико-экономическом сравнении раздельного и комбинированного способов энергоснабжения, т.е. на технико-экономическом сравнении двух основных видов теплоисточника – котельной и ТЭЦ. Подробнее о преимуществах и недостатках СЦТ и СДЦТ, а также раздельного и комбинированного способов энергоснабжения будет сказано ниже. 1.3. РАЗНОВИДНОСТИ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ЭНЕРГОИСТОЧНИКОВ Все разнообразные централизованные энергоисточники (ЦЭИ) можно классифицировать по следующим признакам: по виду вырабатываемой энергии; по виду потребляемого первичного энергоресурса; по виду потребляемого вторичного энергоресурса; по виду технологического процесса выработки ЭЭ и ТЭ; по степени централизации теплоснабжения, т.е. по тепловой мощности источника ТЭ. По виду вырабатываемой энергии все энергоисточники с некоторой условностью можно разделить на 3 группы. К первой группе относятся энергоисточники, вырабатывающие только ТЭ в виде водяного пара (далее – пар) и горячей воды. Будем называть такие энергоисточники котельными. Ко второй группе относятся энергоисточники, вырабатывающие только (или в основном) ЭЭ; уточнение «в основном» означает, что на всех конденсационных электростанциях (КЭС), предназначенных для выработки только ЭЭ, производится некоторое количество ТЭ для теплоснабжения 10 зданий на площадке КЭС, а также жилых и общественных зданий, расположенных в непосредственной близости от площадки КЭС. Следует указать, что в СССР, для КЭС длительное время применялось другое наименование – ГРЭС, т.е. государственная районная электростанция, которое иногда встречается в технической литературе и на практике до настоящего времени. Это наименование представляется неудачным, т.к. не указывает на вид электростанции. Например, ГЭС тоже были государственными районными электростанциями. Поэтому вместо ГРЭС следует всегда применять наименование КЭС, т.е. конденсационная электростанция, которое прямо указывает, что речь идет о паросиловой ТЭС, на которой осуществляется конденсация пара после турбины, и нет регулируемых отборов на теплоснабжение. Наряду с паросиловыми КЭС к этой группе относятся газотурбинные и парогазовые, а также дизельные электростанции, которые могут производить некоторое количество ТЭ на собственные нужды за счет использования теплоты уходящих газов газовых турбин и дизельных двигателей либо за счет использования части пара из регенеративных отборов паровых турбин. Будем называть такие энергоисточники тепловыми электростанциями (ТЭС). Разумеется, что ко 2-й группе относятся и другие электростанции, предназначенные для выработки только ЭЭ (гидравлические, ветровые, геотермальные и атомные электростанции). К третьей группе относятся энергоисточники, предназначенные для выработки ЭЭ и ТЭ в едином теплофикационном цикле, так называемым комбинированным способом; такие энергоисточники называют теплоэлектроцентралями или ТЭЦ. Некоторую условность такого деления ЦЭИ подтверждает то, что в теплоэнергетике непрерывно идут процессы постепенного стирания граней между вышеуказанными 3-мя группами ЦЭИ. Укажем на два таких процесса. Во многих странах, в том числе и в СССР, уже с середины прошлого века начался процесс реконструкции наименее экономичных КЭС в целях производства ТЭ для внешнего потребителя (ВП). Такая реконструкция осуществляется разными способами. Например, некоторые конденсационные турбины, предназначенные для выработки только ЭЭ, переводят в режим ухудшенного вакуума в конденсаторах, т.е. за счет повышения абсолютного давления в конденсаторах нагревают сетевую воду или подпиточную воду в специальных подогревателях, встроенных в конденсаторы, тем самым увеличивают подачу ТЭ в горячей воде для ВП. Широко применяется и другой способ реконструкции КЭС путем организации специальных регулируемых теплофикационных отборов пара либо путем отбора пара из нерегулируемых регенеративных отборов для обеспечения тепловой нагрузки ВП в горячей воде либо в паре. Конечно, 11 такая реконструкция КЭС всегда приводит к уменьшению электрической мощности турбин, но при этом появляется возможность вывести из эксплуатации мелкие неэкономичные котельные, либо отказаться от сооружения новых котельных. В итоге такая реконструкция КЭС всегда приводит к экономии топлива за счет увеличения комбинированной выработки электроэнергии на тепловом потреблении и за счет уменьшения потерь тепла в конденсаторах турбин. Второй процесс стирания граней между 1-й и 3-й группами энергоисточников заключается в том, что в последние годы начались научные и проектные разработки по реконструкции паровых промышленных котельных с целью установки на них противодавленческих турбин малой мощности для выработки электроэнергии за счет использования избыточного давления пара на выходе из котлов. В паровых котельных избыточное давление пара после котлов дросселируется в редукционных установках (РУ), т.е. при этом бесполезно теряется эксергия пара. Для выработки ЭЭ в паровых котельных в этих случаях необходимо иметь не только избыточное давление пара после котлов, но и избыточную паропроизводительность установленных котлов. Аналогичная реконструкция может осуществляться и на котельных, работающих на газе. В этом случае в котельной сооружается газотурбинная надстройка со сбросом уходящих газов после газовой турбины в паровые или водогрейные котлы. Эффективность такой реконструкции котельных заключается в том, что для выработки электроэнергии необходимы затраты только на турбинное оборудование без затрат на котельную часть. Например, в некоторых западноевропейских странах законом запрещено вводить в эксплуатацию газовые котельные без установки на них газовых турбин. Таким образом, эти процессы стирания граней между 3-мя вышеописанными группами энергоисточников означают постепенное превращение многих КЭС и котельных в ТЭЦ. В результате этих процессов происходит расширение области применения технологии комбинированного производства ЭЭ и ТЭ, которое можно рассматривать как закономерную тенденцию развития теплоэнергетики, обеспечивающую значительную экономию топлива. По виду потребляемого первичного энергоресурса ЦЭИ подразделяется на следующие типы: котельные и ТЭС, работающие на органическом топливе (уголь, природный газ, дизельное топливо, мазут, горючие сланцы, торф, дрова и продукты лесопереработки, биогаз); котельные, использующие электрическую энергию для выработки ТЭ (электрокотельные); котельные и ТЭС, в которых используется ядерное топливо; котельные и ТЭС, работающие на геотермальной энергии в виде горячей воды и водяного пара; электростанции, использующие гидравлическую энергию рек (ГЭС); 12 электростанции, использующие энергию ветра. По виду потребляемого вторичного энергоресурса ЦЭИ подразделяется на следующие типы: котельные и ТЭС на вторичных энергоресурсах (ВЭР) в различных отраслях промышленности; в качестве ВЭР могут использоваться уходящие газы различных технологических печей, отходы процессов лесопереработки (щепа, опилки и др.) и деревопереработки (лигнин, черный щелок и др.), очищенный и обработанный мусор городских свалок, отходы животноводческих предприятий (биогаз) и др.; котельные с теплонасосными установками (ТНУ), использующие потоки сбросной воды с низкой температурой на некоторых промпредприятиях, а также теплоту морской воды для получения потоков теплоносителя с более высокой температурой, которые можно использовать в СЦТ. По виду технологического процесса выработки ЭЭ и ТЭ применяются следующие виды тепловых электростанций: паросиловые КЭС и ТЭЦ, работающие с паросиловым циклом Ренкина; газотурбинные ТЭС и ТЭЦ, работающие с использованием газотурбинных установок (ГТУ); парогазовые ТЭС и ТЭЦ, работающие на энергоустановке, состоящей из газотурбинной и паросиловой частей; дизельные электростанции, работающие с использованием дизельных двигателей. По виду технологического процесса выработки ТЭ применяются следующие виды котельных: котельные с паровыми котлами, вырабатывающие ТЭ, которая отпускается ВП, как в виде пара, так и в виде горячей воды; котельные с водогрейными котлами, вырабатывающие ТЭ только в виде горячей воды; котельные с паровыми и водогрейными котлами; котельные с пароводогрейными котлами, вырабатывающими пар и горячую воду; эти котельные из-за усложнения конструкции котлов не получили широкого распространения. По степени централизации теплоснабжения, т.е. по тепловой мощности источника ТЭ, разнообразные теплоисточники (котельные и ТЭЦ) подразделяются на следующие группы: теплоисточники большой мощности с тепловой мощностью 200 Гкал/ч и более (232 МВт и более), которые предназначены для теплоснабжения крупных промышленных предприятий и промышленных узлов, отдельных жилищно-коммунальных комплексов; теплоисточники средней мощности с тепловой мощностью от 20 до 200 Гкал/ч (от 23 до 232 МВт), которые предназначены для теплоснабжения отдельных промышленных предприятий и общественных центров городского значения и нескольких жилых микрорайонов; 13 теплоисточники малой мощности с тепловой мощностью до 20 Гкал/ч, которые предназначены для теплоснабжения отдельных небольших промышленных предприятий, общественных центров и жилых микрорайонов. Некоторая условность такого ориентировочного подразделения теплоисточников состоит в том, что вышеуказанные цифровые значения тепловой мощности (200 и 20 Гкал/ч) не имеют какого-либо определенного инженерно-технического содержания и служат лишь для приблизительной классификации теплоисточников по величине тепловой мощности. Кроме тех вышеуказанных централизованных теплоисточников применяются два вида теплоисточников децентрализованного теплоснабжения: индивидуальные теплоисточники, предназначенные для теплоснабжения отдельных промышленных, общественных или жилых зданий и размещаемые на тепловых пунктах этих зданий; поквартирные теплоисточники, предназначенные для теплоснабжения отдельных квартир в многоквартирных жилых зданиях, присоединенных к СЦТ. И хотя изучение децентрализованных теплоисточников не входит в задачу дисциплины ТЦПЭТ, специалистам по централизованному теплоснабжению иногда приходится выполнять технико-экономическое сравнение СЦТ и СДЦТ. Поэтому специалисты-теплоэнергетики должны накапливать информацию по техническим, экологическим и стоимостным характеристикам разнообразных децентрализованных теплоисточников. Системы централизованного теплоснабжения по применяемым в них теплоносителям делятся на паровые и водяные системы. В паровых системах водяной пар используется как единственный теплоноситель в источниках, тепловых сетях и местных системах теплопотребления (МСТП), а так же для нагрева горячей воды в МСТП через теплообменники. В водяных системах водяной пар используется только в источниках тепла для нагрева воды в сетевых подогревателях, горячая вода в тепловых сетях и местных системах потребления, либо в системе единственным теплоносителем является горячая вода. Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром. Во-первых, это возможность транспортировать горячую воду на большие расстояния без существенных тепловых потерь (понижение температуры менее 0,5 оС на 1 км трубопровода). При транспортировке пара его давление уменьшается, составляя в среднем 0,1–0,15 МПа на 1 км паропровода. Для водяных систем давление пара в отопительных отборах турбин 0,06–0,25 МПа, тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1,0–1,5 МПа. Это приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ, увеличению давления в отборах и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении [9]. 14 Во-вторых, меньшая стоимость присоединения местных систем теплопотребления к тепловым сетям; возможность центрального регулирования отпуска тепла потребителям; отсутствие у потребителей при паре конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата. Пар как теплоноситель также имеет определенные преимущества: меньший расход электроэнергии на привод насосов; использование теплоносителя для всех видов теплопотребления (включая и на технологические нужды); небольшое гидростатическое давление в тепловой сети; снижение площади теплообменников. Для различных отраслей промышленности потребности в тепле удовлетворяются паром. 2. ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 2.1. СТРУКТУРА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В различных задачах по выбору вида и тепловой мощности централизованных энергоисточников могут учитываться следующие разновидности потребителей ТЭ в зависимости от методики определения их расчетных тепловых нагрузок [15]: 1) Отдельные жилые, общественные или промышленные здания; такие потребители рассматриваются в СЦТ от теплоисточников малой мощности. 2) Отдельные жилые микрорайоны (ЖМ) состоящие из жилых зданий, а также из общественных зданий, входящих в состав ЖМ и предназначенных для обслуживания населения данного ЖМ (детские учреждения, школы, поликлиники, предприятия торговли и бытового обслуживания) и прилегающих к нему районов индивидуальной жилой застройки, не присоединенной к СЦТ (с перспективой подсоединения к СЦТ). 3) Общественные здания городского значения или общественные центры (ОЦ), которые располагаются, как правило, за пределами ЖМ; в качестве ОЦ могут быть административные здания, учебные заведения, спортивные, торговые и лечебные комплексы и т.п. ОЦ могут состоять из одного или нескольких отдельных общественных зданий. 4) Промышленные предприятия (ПП), которые могут состоять из одного или нескольких отдельных промышленных и общественных зданий; в качестве общественных зданий на площадках ПП могут быть административные здания, предприятия общественного питания, отдыха и т.п. 5) Тепловые районы (ТР), которые могут состоять из нескольких ЖМ, ОЦ и ПП; если ТР состоит в основном из ЖМ и ОЦ, его называют жилым тепловым районом, а если ТР состоит в основном из ПП, его называют промышленным тепловым районом или промышленным узлом. 6) Отдельные города, которые могут состоять из нескольких жилых или промышленных ТР. 15 Отдельные города в качестве потребителей ТЭ могут рассматриваться в СЦТ городских агломераций, состоящих из нескольких близко расположенных отдельных городов. Потребителями ТЭ являются также местные системы теплопотребления (МСТП) отдельных жилых, общественных и промышленных зданий. Применяются следующие разновидности МСТП: системы центрального отопления; системы вентиляции и кондиционирования воздуха; системы бытового горячего водоснабжения; системы технологического потребления ТЭ в виде пара; системы технологического потребления ТЭ в виде горячей воды. Перейдём к более подробному рассмотрению этих МСТП. 2.2. СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛЬНОГО ОТОПЛЕНИЯ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ Отопление можно рассматривать как процесс подачи ТЭ в отапливаемые помещения Qот для обеспечения заданной температуры воздуха внутри р помещений tвн, постоянной при всех температурах наружного воздуха tн . Теплоэнергетическую сущность процесса отопления наглядно показывает уравнение теплового баланса Qот+ Qвн.т+ Qинс= Qпот.огр+ Qпот.инф. (2.1) Левая часть этого уравнения показывает приток теплоты: системы отопления; зданиях; Qвн.т – Qот – от от внутренних тепловыделений в отапливаемых Qинс – от солнечной радиации (инсоляции). Правая часть уравнения показывает потери теплоты: наружные ограждения; Qпот.огр– через Qпот.инф– с инфильтрацией наружного воздуха через неплотности в наружных ограждениях, которая происходит по двум причинам: 1) из-за разности плотностей или удельных весов внутреннего и наружного воздуха (гравитационный напор); 2) ветрового напора. О способах учета вышеперечисленных статей теплового баланса при определении тепловых нагрузок и при выборе способов регулирования систем отопления можно подробно прочитать в [4]. Из уравнения теплового баланса отопительной системы (2.1) видно, что кроме наружной температуры на величину Qот может повлиять и приток ТЭ за счет солнечной радиации и внутренних тепловыделений, а также увеличение теплопотерь зданий при возрастании скорости ветра, в некоторых случаях при 16 удешевлении конструкции зданий. Однако влияние на необходимую величину Qот. tн оказывает наиболее сильное Для жилых зданий величина Qвн.т не учитывается из-за ее сравнительно небольшого значения и вероятностного характера. Для общественных и промышленных зданий величина Qвн.т учитывается в тех случаях, когда ее значение сравнительно велико и график поступления ТЭ от внутренних тепловыделений стабильный (среди общественных зданий это, например, театры и кинотеатры, для промышленных зданий – работа оборудования). Величины Qинс и Qпот.инфпри определении максимальной расчетной р нагрузки систем отопления Qот, как правило, не учитываются. Учет этих величин производится при внедрении индивидуальной автоматики в отапливаемых зданиях и может повлиять на годовые значения Qот. Важнейшим климатологическим параметром систем центрального отопления является расчетная наружная температура для проектирования отопления tн.от, по которой определяется максимальная расчетная нагрузка р Qот и, следовательно, тепловая мощность систем отопления централизованного теплоисточника. Согласно действующему в настоящее время климатологическому нормативу [2] значение tн.от определяется как средняя наружная температура наиболее холодной пятидневки из 8 наиболее холодных зим за 50-летний период. В приложении 1 приводятся численные значения tн.от для некоторых городов России. Годовой график отопительной нагрузки, как правило, переменный, а весь год делится на два периода: 1) отопительный, при котором tн ≤ tн ; 2) неотопительный, при котором tн > tн . Величина tн показывает наружную температуру в конце (начале) отопительного периода. Согласно действующему нормативу [1] значение tн принимается: в районах с tн.от> -30 °С – tн = +8 оС; в районах с tн.от≤ -30 °С – tн = +10 оС. 17 отопительная тепловая нагрузка температура наружного воздуха Рис. 2.1. График изменения отопительной нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха Как видно из годового графика отопительной нагрузки величина имеет максимальное значение, равное при tн . Qот мин р , при t Qот н.от, а минимальное Qот – При температуре наружного воздуха tн > tн подвода теплоты нет (рис. p 2.1). Необходимая температура tвн внутри отапливаемого здания поддерживается за счет тепловыделений в помещении, солнечной радиации и аккумулирующей способности самого здания. Продолжительность отопительного периода Тот на территории России изменяется в широком диапазоне. Например, Тот для Сочи равно 90 суток в год, а для ряда населенных пунктов на побережье Северного Ледовитого океана (Певек, бухта Тикси) Тот= 365 суток в год, в таких районах системы отопления должны работать круглый год. В приложении 1 приведены данные о длительности стояния различных температур наружного воздуха в некоторых городах. р Величина tвн для отдельных жилых, общественных и промышленных зданий зависит от назначения здания и находится в ориентировочном диапазоне 14–22 °С. При определении суммарных расходов теплоты на отопление жилых микрорайонов или жилых тепловых районов, которое необходимо для определения тепловой мощности централизованных теплоисточников для таких потребителей ТЭ, а также при разработке графиков температур сетевой воды при центральном регулировании отпуска теплоты от этих теплоисточников, 18 р принимается усредненное значение tвн, которое, согласно рекомендациям [1], равно: в районах с р = +18 °С; tн.от > –30 °С tвн р = +20 °С. tн.от ≤ –30 °С tвн в районах с Для решения аналогичных задач при отпуске ТЭ промышленным р предприятиям усредненное значение tвн для промышленных зданий, по рекомендациям [1], принимается равным +16 °С. Суточный график подачи теплоты от системы отопления Qот, как правило, равномерный, т.к. в течение суток величина Qот сравнительно постоянна и зависит от среднесуточного значения температуры наружного воздуха tн . На крупных источниках теплоты регулирование температуры воды подающей магистрали по температурному отопительному графику производится два и более раз в сутки. В некоторых СЦТ изменяют величину Qот в зависимости от ночного и дневного значения tн , снижая величину Qот в дневное время за счет ее увеличения в ночное время. Такой ступенчатый суточный график подачи Qот эффективен в районах резкоконтинентального климата при значительной разнице ночных и дневных наружных температур. Более подробные сведения о способах учета наружных температур при регулировании отпуска теплоты на отопление приведены в разделе 4. В зависимости от теплоносителя системы отопления бывают следующих видов: 1) системы водяного отопления; 2) системы воздушного отопления; 3) системы парового отопления; 4) панельно-лучистое отопление. Воздушное отопление, как правило, совмещают с вентиляцией и применяют иногда в общественных и промышленных зданиях. Принцип работы воздушного отопления заключается в циркуляции горячего воздуха, поступающего из калорифера, и передачи аккумулированного им тепла непосредственно отапливаемому помещению, путем смешивания с внутренним воздухом при движении по помещению. Паровое отопление в настоящее время практически не применяется. Только в некоторых промышленных зданиях сохранились паровые системы отопления. В этом случае отопление осуществляется за счет пара, поступающего по паропроводам от котлов в отопительные приборы, установленные в отапливаемых помещениях, где он конденсируется, выделяя скрытое тепло испарения. Панельно-лучистое отопление, при котором средняя температура всех поверхностей, обращенных в помещение, превышает температуру воздуха. Отапливаемое помещение при таком способе обогревается главным образом за 19 счет лучистого теплообмена между греющей панелью и предметами, ограждениями в помещении. В настоящее время для отопления жилых, общественных и промышленных зданий применяются, в основном, водяные системы, которые и будут рассматриваться в курсе лекций. На рис. 2.2 приведены упрощенные принципиальные тепловые схемы (ПТС) присоединения местных систем водяного отопления к внешним тепловым сетям (далее – схемы присоединения). Это четыре, давно известные, наиболее подробно описанные в технической литературе, схемы присоединения отопительных систем к тепловым сетям, которые вполне уместно называть классическими схемами. При этом надо учитывать, что непрерывно продолжается разработка и внедрение новых схем. СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ 20 Рис. 2.2. Схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям Однако, в настоящем пособии, посвященном, главным образом, централизованным источникам тепловой и электрической энергии, авторы ограничились описанием только вышеуказанных классических схем. Опыт изучения СЦТ показывает, что хорошо изучить и обоснованно внедрить любые новые технические решения можно только на основе глубоких знаний традиционных, т.е. классических технических решений. На рис. 2.2 для всех рассмотренных схем присоединения приведена одна из возможных схем местных отопительных систем – двухтрубная местная система с нижней разводкой. Общими для этих четырех схем присоединения являются параметры сетевой воды, поступающей в местные отопительные системы. Максимально-допустимая (расчетная) температура воды в подающих трубопроводах для большинства разновидностей местных отопительных систем tмакс от.поджилых и общественных зданий равна 95 °С. Для некоторых разновидностей однотрубных местных систем отопления tмакс от.под= 105 °С [14]. Однако в настоящем пособии будет рассматриваться наиболее макс распространенное значение tот.под= 95 °С. 21 макс Применение более высоких значений tот.под недопустимо по требованиям техники безопасности. В промышленных зданиях, при обосновании, допускается применение температуры воды на входе в местные отопительные системы выше 95–105 °С. Расчетная, т.е. в расчетном максимально зимнем режиме при р tн.от, температура сетевой воды после системы отопления tот.обр, как правило, равна 70°С для всех видов зданий – жилых, общественных и промышленных. В 60-х годах прошлого века ученые исследовали вопрос о снижении значения р tот.обр до 40–45 °С. При любом снижении р tот.обр увеличивается расчетная разность температур сетевой и за счет этого уменьшается расход сетевой воды и, вследствие этого, уменьшаются затраты в тепловые сети. Снижение затрат в тепловые сети происходит за счет уменьшения диаметров трубопроводов и за счет уменьшения расхода электроэнергии на привод сетевых насосов. Однако при снижении р tот.обр уменьшается средняя температура греющего теплоносителя в отопительных приборах и увеличивается поверхность нагрева этих приборов. Таким образом, при снижении затрат в тепловые сети происходит удорожание местных отопительных систем. Так как СЦТ жилых и общественных зданий в городах СССР к тому времени уже сложились при р tот.обр = 70 °С, интерес к проблеме снижения р р tот.обр угас и до настоящего времени значение tот.обрдля зданий принимается, как правило, равным 70 °С. Что касается промышленных зданий, то в принципе для местных р отопительных систем некоторых таких зданий оптимальная величина tот.обр может оказаться ниже 70 °С, что должно быть подтверждено соответствующими технико-экономическими расчетами. Максимальное давление сетевой воды в местных отопительных системах Рмакс от не должно превышать допустимое давление для отопительных приборов. Например, по данным [5, 10] допустимое избыточное давление равно: 0,6 МПа (6 кгс/см2) – для отопительных систем с чугунными радиаторами или ребристыми трубами, а также со стальными панелями; 1,0 МПа (10 кгс/см2) – для отопительных систем со стальными конвекторами или гладкими трубами. Схемы 1, 2 и 3 называются зависимыми, так как давление в местной отопительной системе зависит от давления во внешней тепловой сети. Поэтому давление в обратном трубопроводе тепловой сети в узлах присоединения отдельных зданий не должно превышать величину 22 Рмакс от . Общим недостатком зависимых схем 1 и 2 является то, что в случае прекращения циркуляции при авариях во внешней сети прекращается циркуляция и в местных отопительных системах. При длительных периодах устранения таких аварий может произойти размораживание и выход из строя местных отопительных систем. Этого недостатка лишены схемы 3 и 4, в которых при аварии во внешней сети циркуляция в местной отопительной системе сохраняется при помощи смесительного насоса в схеме 3 и циркуляционного насоса в схеме 4. Перейдем к рассмотрению каждой схемы присоединения в отдельности. Схема 1 называется зависимой схемой без смешения, так как сетевая вода из внешней тепловой сети без какого-либо смешения с другими потоками воды поступает непосредственно в местную отопительную систему. Поэтому максимальная температура сетевой воды в подающем трубопроводе внешних сетей tпод ограничена максимально-допустимой температурой воды в макс подающих трубопроводах местных отопительных систем tот.под. Схема 1 имеет свои достоинства, недостатки и область применения. К достоинствам схемы следует отнести ее простоту, небольшую стоимость местных тепловых пунктов (МТП) отдельных зданий. Кроме того, при схеме 1 Нр – это разность напоров требуется минимальный располагаемый напор Δ (давлений) сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах на МТП ΔНр , необходимая для преодоления сопротивления местной Нс.от и трубопроводов на МТП, как правило, отопительной системы здания Δ Нр = 2–3 м вод. ст. равна около Δ зданий. Величина Нс.отзависит от объема и этажности здания и равно При этом значение Δ около 0,8–1,5 м вод. ст. Попутно заметим, что при изучении СЦТ используются два вида обозначения величины давления воды в трубопроводах: 1) давление Р, Па; 2) напор Н, м вод. ст. Формула, устанавливающая связь между величинами Р и Н: H  P/(g), где  - плотность сетевой воды, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2 . Серьезным недостатком схемы 1 является небольшая расчетная разность температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети, равная 95–75 = 25 °С. Из-за этого необходимо иметь значительный расход сетевой воды на отопление, равный 40 т/ч на 1 Гкал/ч отопительной нагрузки (или 9,6 кг/с на 1МВт). Завышенный расход сетевой воды приводит к увеличению затрат на сооружение (из-за увеличения диаметров трубопроводов и расхода электроэнергии на привод сетевых насосов) тепловых сетей. Из-за этого 23 существенного недостатка схема 1 применяется только в СЦТ от котельных малой мощности, в которых протяженность и диаметры тепловых сетей сравнительно невелики и увеличение затрат в тепловые сети также невелико и может быть вполне оправдано за счет упрощения и удешевления МТП отдельных зданий. Схема 1 имеет еще один недостаток в том, что в случае двухтрубных тепловых сетей, к которым присоединяются не только системы отопления, но и системы горячего водоснабжения, минимальная температура сетевой воды в tмин под не должна быть ниже расчетной температуры р горячего водоснабжения tг.в. Из-за этого на графике подающем трубопроводе воды в системе температуры сетевой воды в подающем трубопроводе появляется так называемая «зона излома графика», в которой температура сетевой воды в подающем трубопроводе выше необходимой для систем отопления. Если система отопления не имеет соответствующей автоматики, то в «зоне излома» имеет место перерасход теплоты и топлива на отопление. р В схеме 1 значение tпод = 95 °С максимально, поэтому «зона излома» имеет наибольшую продолжительность, а перерасход теплоты на отопление имеет наибольшее значение по сравнению с другими схемами. Подробнее о «зоне излома» температурного графика рассмотрено в разделе 4. Схема 2 называется зависимой с элеватором смешения. Основное отличие схемы 2 от схемы 1 состоит в установке на подающем трубопроводе перед местной системой отопления специального устройства – элеватора смешения, который позволяет повысить температуру сетевой воды в тепловой сети выше 95 °С при сохранении максимальной температуры воды на макс входе в отопительную систему tот.под= 95 °С. Принцип работы элеватора смешения состоит в следующем (рис. 2.3), сетевая вода из подающего трубопровода Gпод поступает в элеватор через сужающееся сопло 1 всасывающей камеры, в котором по закону сохранения энергии движущегося потока происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую энергию. При этом скорость сетевой воды на выходе из сопла достигает максимального значения, а статическое давление на выходе из сопла уменьшается и становится меньше давления в обратном трубопроводе после системы отопления. За счет этой разности давлений происходит подсасывание воды из обратного трубопровода 2 и ее смешение с сетевой водой из подающего трубопровода в камере смешения 3. За счет этого смешения элеватор позволяет повысить температуру воды в подающем трубопроводе выше 95 °С и снизить расход воды во внешней сети на системы отопления. Элеватор смешения начал применяться по предложению профессора В.М. Чаплина с первых лет развития СЦТ в СССР [3], при этом расчетная р температура сетевой воды в подающих трубопроводах tпод постепенно увеличивалась – сначала до 110 °С, затем до 130 °С и до 150 °С. 24 Рис. 2.3. Принципиальная схема элеватора смешения: 1 – сопло; 2 – вход подмешиваемой воды; 3 – камера выравнивания скорости; 4 – диффузор Нормативные документы по проектированию тепловых сетей длительное время, до середины 90-х годов прошлого века, рекомендовали принимать р значение tпод = 150 °С. р Из современных нормативов [1] рекомендация о принятии tпод = 150 °С р исключена, и величину tпод рекомендуется принимать на основе техникоэкономических расчетов. В связи с этим возникает закономерный вопрос: Какой технически- р допустимый предел увеличения величины tпод? На этот вопрос ответ приведен в [5], где сказано, что температура воды, поступающей в элеватор, не должна превышать 160 °С по следующим причинам: р при повышении tпод значительно возрастает разность между давлением воды перед элеватором, которое должно обеспечить невскипание воды в подающем трубопроводе при максимальной температуре и давлением воды после элеватора, которое не должно превышать допустимое давление для отопительных приборов; при увеличении разности давлений до и после элеватора происходит значительное увеличение скорости воды и падения давления в сопле элеватора; из-за вышеуказанных причин при высокотемпературной воде может происходить вскипание воды и неустойчивая работа элеватора. В итоге можно принять, с некоторым запасом, что верхним пределом величины р tпод является ранее рекомендованное р нормативами по проектированию тепловых сетей значение tпод = 150 °С, которое широко применяется на практике. Следует особо подчеркнуть, что здесь речь идет о максимально допустимой расчетной температуре сетевой воды, поступающей в элеватор из подающего трубопровода, т.е. о схеме 2 на рис. 2.2. 25 р Что касается величины tпод для сетевой воды, отпускаемой от централизованных теплоисточников в подающие трубопроводы тепловых сетей, то ее значение может быть значительно выше 150 °С. Однако в таких СЦТ высокотемпературная сетевая вода доводится только до специальных тепловых пунктов, на которых осуществляется переход при помощи смесительных насосов или водоводяных теплообменников с повышенных температур сетевой воды от теплоисточника на температуры сетевой воды, приемлемые для работы элеваторов. Основным параметром элеватора является коэффициент смешения U, который равен отношению расхода воды, подмешиваемой из обратного трубопровода, к расходу воды из подающего трубопровода тепловой сети. Величина U может быть выведена из уравнения теплового баланса элеватора Gподс(tпод tот.под)  Gсм.обр с(tот.под tот.обр). (2.2) Левая часть уравнения (2.2) показывает количество теплоты, отданное потоком воды Gпод, а правая часть – количество теплоты, полученное потоком Gсм.обр. Если пренебречь незначительной разницей значений удельной теплоемкости воды в элеваторе (до камеры смешения и после), то величина U из уравнения (2.2) будет равна U р Gсм.обр tпод  tот.под .  Gпод tот.под tот.обр (2.3) Например, при tпод = 150 °С для максимально–зимнего (расчетного) режима значение U будет, согласно формулы (2.3), равно tпод  tот.под 15095  = 2,2. tот.под tот.обр 95 70 р при tпод = 150 °С каждый килограмм U Это означает, что воды из подающего трубопровода подсасывает 2,2 килограмма воды из обратного трубопровода, при этом расход воды во внешней тепловой сети при схеме 2 уменьшается по сравнению с расходом воды в местной системе отопления, а по сравнению со схемой 1 во внешней сети, в 3.2 раза, так как увеличивается в этом случае температурный напор. Вследствие такого значительного сокращения расхода воды в тепловой р сети при схеме 2 и при tпод = 150 °С по сравнению со схемой 1, схема присоединения с элеватором получила наибольшее распространение в СЦТ большой и средней мощности. Элеватор имеет такие достоинства, как простота устройства и надежность работы, так как не имеет каких-либо движущихся частей. В зоне своей 26 устойчивой работы элеватор обеспечивает постоянство коэффициента смешения U, например, при увеличении величины Gпод возрастает скорость воды на выходе из сопла и увеличивается расход подмешиваемой воды Gсм.обр. Наибольшее распространение получили элеваторы с регулируемым сечением сопла [7], которые являются регулирующими органами в системах автоматического регулирования подачи теплоты на отопление. Элеватор с регулирующей иглой позволяет в определенных пределах регулировать подмешивание потоков воды, а значит, и менять коэффициент смешения, что позволяет работать при различных температурных графиках. Однако устойчивая работа элеватора обеспечивается только при наличии необходимого расчетного располагаемого напора ΔHэлр на местном тепловом эл Hр в схеме 2 для пункте (МТП) здания перед элеватором. Величина Δ наиболее распространенного элеватора с цилиндрической камерой смешения конструкции ВТИ-Теплосеть Мосэнерго может быть определена по упрощенной формуле [7] ΔHэлр 1,4ΔHс.от(1 U)2, (2.4) где 1,4 – коэффициент, обеспечивающий запас для устойчивой работы Hс.от– потеря элеватора при некачественном его изготовлении и сборке, Δ напора в местной системе отопления, м вод. ст., U – расчетный коэффициент смешения элеватора. Например, при Δ Hс.от= 1 м вод. ст. и U = 2,2 значение ΔHэлр из формулы 2.4 Hр перед МТП с элеватором должна будет равно 14,33 м вод. ст. Величина Δ учитывать потери напора в подающей и обратной трубе на МТП до элеватора. С Hр для схемы 2 должен быть не учетом этих потерь располагаемый напор Δ менее 14–20 м вод. ст. Более подробная методика расчета параметров элеваторов, в том числе с регулируемым сечением сопла, приведена в [3,5]. Схема 2 имеет ряд недостатков, связанных с элеваторным узлом: а) отсутствие автономной циркуляции воды в местной системе отопления при аварийном прекращении сетевой воды в подающем трубопроводе, что может привести к размораживанию МСТП; б) гидравлический и температурный режимы тепловой сети и местной системы отопления жестко связаны между собой из-за постоянства коэффициента подмешивания. Схема 3 называется зависимой с насосом смешения и применяется, как Hр на МТП отдельных потребителей правило, в тех случаях, когда величина Δ недостаточна для устойчивой работы элеватора. 27 Такие случаи возникают в действующих СЦТ с элеваторами (схема 2), когда к такой системе централизованного теплоснабжения необходимо присоединить часть новых удаленных потребителей. В этих случаях установка низконапорного насоса на перемычке (рис. 2.2) вместо элеватора является одним из эффективных вариантов решения данного вопроса. Насос забирает воду из обратной линии отопительной установки и подает её на смешение с горячей водой, что делает эту схему устойчивой при аварийном отключении воды в тепловой сети. При прекращении подачи горячей воды из внешних тепловых сетей циркуляция воды в местной системе отопления, осуществляемая насосом, предотвращает систему от «замораживания». Достоинством схемы 3 является возможность осуществления количественного регулирования системы отопления путем изменения производительности смесительного насоса, которое может быть достигнуто либо изменением числа оборотов рабочего колеса насоса, либо установкой регулирующего дроссельного клапана после насоса. Более подробные сведения о том, в каких случаях возникает необходимость в количественном регулировании систем отопления приведены в разделе 4. Схема 4 называется независимой, так как давление в местной отопительной системе не зависит от давления во внешней сети. Это достигается за счет установки водоводяного теплообменника и циркуляционного насоса в контуре местной системы отопления. Утечки в местной системе отопления восполняются из внешней тепловой сети через специальное подпиточное устройство или из бака аккумулятора или из горячего водопровода. На рис. 2.2 приведена упрощенная схема такого устройства с регулятором давления «после себя», который поддерживает необходимое давление в местной системе отопления. Схема 4 сложнее и дороже всех зависимых схем. В соответствии с действующими нормативами [1], по независимой схеме допускается присоединение местных систем отопления зданий 12 этажей и выше, а также других зданий, если такое присоединение обусловлено гидравлическим режимом СЦТ. Например, если какое-либо здание или группа зданий находится в самой верхней точке трассы тепловых сетей, то при обеспечении необходимым напором сетевой воды этих или высоких зданий напор в сети для большого числа низкорасположенных зданий может оказаться выше допустимого для местных систем. В этом случае одним из вариантов решения может быть присоединение высокорасположенных или высоких зданий по независимой схеме. А если какое-либо здание или группа зданий находится в самой низкой точке трассы сети, то напор на МТП этих зданий может оказаться недопустимо высоким для местных отопительных систем. И в этом случае может оказаться целесообразным применение схемы 4 – независимое присоединение местных систем. При всей простоте и ясности вышеописанных положений об области применения независимой схемы, рекомендуемой действующими нормативами по проектированию СЦТ [1], этот вопрос в настоящее время значительно усложнился по следующим причинам. 28 Еще в конце 60-х и начале 70-х годов прошлого века некоторые ведущие ученые в области СЦТ выступили в научных статьях с тезисом о целесообразности перехода в СЦТ от наиболее распространенной зависимой схемы присоединения с элеватором систем отопления (схема 2 на рис. 2.2) к независимой схеме 4. При этом предлагался переход к независимой схеме для всех зданий, присоединенных к СЦТ. Основными преимуществами независимой схемы, по мнению авторов этого тезиса, является то, что эта схема позволит: 1) повысить температуру и давление во внешних сетях с целью сокращения расхода сетевой воды и уменьшения диаметров трубопроводов; 2) изменять расходы и температуры теплоносителя во внешних сетях для осуществления количественного регулирования отпуска тепла, сохраняя в местных отопительных системах качественное регулирование при постоянном расходе воды; 3) защитить местные системы от размораживания за счет сохранения в них циркуляции воды при авариях во внешних сетях. После публикации вышеуказанных предложений о переходе СЦТ на независимую схему присоединения местных систем отопления среди специалистов по СЦТ развернулась острая многолетняя дискуссия по этому вопросу. Многие специалисты проектных и наладочных организаций доказывали, что переход на независимую схему потребовал бы значительных необоснованных капиталовложений и привел бы к усложнению эксплуатации. Например, в конце 1971 г. Государственный союзный проектный институт «Промэнергопроект» (ныне – СибВНИПИэнергопроект) выпустил специальную работу, в которой приведены результаты детальных расчетов по технико-экономическому сравнению разнообразных зависимых и независимых схем. В этой работе достаточно убедительно показана технико-экономическая нецелесообразность перехода на независимую схему при существующих в те годы стоимостях оборудования для тепловых пунктов и его монтажа. В итоге, во всех редакциях нормативов по проектированию СЦТ, в том числе и в действующем в настоящее время [1], сохранились требования о том, чтобы местные системы отопления зданий должны присоединяться к тепловым сетям по зависимой схеме. При этом независимая схема должна применяться, как указывалось выше, если это обусловлено гидравлическим режимом СЦТ. Кроме того, в нашей стране за эти годы так и не появилось более-менее крупной СЦТ, в которой все здания были бы присоединены по независимой схеме. В последние годы в связи с распространением малогабаритных пластинчатых водоводяных теплообменников и бесфундаментных, практически бесшумных, низконапорных, циркуляционных насосов интерес к независимой схеме снова возрос, и дискуссия о целесообразности ее широкого внедрения продолжилась. Более того, в настоящее время идет не только дискуссия, как это было в 70-е годы прошлого века, но и практическое внедрение независимой схемы в 29 масштабах, превышающих необходимые по условиям гидравлического режима СЦТ. Этот процесс происходит по следующим причинам: в последние годы на внутреннем рынке России появились сначала импортные, а затем и отечественные, блочные полностью укомплектованные оборудованием, приборами теплового контроля, а в некоторых случаях и автоматики МТП с пластинчатыми подогревателями для присоединения систем отопления по независимой схеме. Отечественных заказчиков такие блочные местные тепловые пункты привлекают компактностью, полной укомплектованностью, в том числе и необходимой автоматикой, а также простотой монтажа. Необходимо иметь в виду, что внедрение независимой схемы происходит в России под сильным влиянием западноевропейских фирм – производителей оборудования МТП для независимой схемы. Дело в том, что в СЦТ большинства стран Западной Европы независимая схема присоединения местных систем теплопотребления получила преимущественное применение. В зарубежных странах существует разделение на собственников тепловой трассы, воды до и после местных тепловых пунктов. Возникает вопрос, почему такая разница в подходе к использованию независимой схемы у западноевропейских и российских специалистов по СЦТ? Убедительный ответ на этот вопрос очевиден, что преимущественно политико-экономическими соображениями разделения собственности на теплоноситель поставщиков теплоты – сетей с одной стороны и потребителей тепловой энергии – абонентов с другой определяется выбор независимого присоединения в «западном» варианте организации районного теплоснабжения. И как следствие, с проникновением на Российский рынок импортного оборудования стал пропагандироваться независимый вариант присоединения потребителей к тепловой сети. Некоторые фирмы в своих рекламных материалах о комплектных блочных МТП, перечисляя оборудование в составе таких МТП, хотя и указывают водоводяные подогреватели и циркуляционные насосы, однако умалчивают, что речь идет о независимой схеме. У не сведущих заказчиков может сложиться впечатление, что это единственно-возможный наиболее эффективный современный способ присоединения потребителей к тепловым сетям. А если и указывается, что рекомендуется независимая схема, то приводятся только ее достоинства, без приведения каких-либо технико-экономических показателей в сравнении с другими схемами. В итоге необходимо подчеркнуть, что применение независимой схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям во всех случаях должно быть основано на технико-экономическом сравнении с другими возможными в этих случаях схемами. При этом должны быть учтены следующие факты: 1) увеличение затрат на приобретение, монтаж и эксплуатацию дополнительного оборудования и средств автоматики; 2) изменение технико-экономических показателей теплоисточников, особенно ТЭЦ, при изменении параметров сетевой воды во внешних сетях, связанных с применением независимой схемы. 30 2.3. СИСТЕМА ВЕНТИЛЯЦИИ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ Вентиляция – это воздухообмен в вентилируемых помещениях зданий с расчетной кратностью, т.е. с расчетным отношением объема наружного подогретого воздуха, подаваемого в единицу времени в вентилируемые помещения, к внутреннему объему этих помещений. Наиболее распространенная система приточной вентиляции состоит из приточного вентилятора с электродвигателем, подающего наружный воздух в калорифер, в котором воздух подогревается, как правило, водой из тепловой сети, и по системе приточных воздуховодов подается в вентилируемые помещения. Затем по системе вытяжных воздуховодов отработанный воздух удаляется из помещений под напором приточного вентилятора наружу. Системы, так называемой принудительной или механической вентиляции, в которой воздух движется под напором вентилятора с электродвигателем, применяются, как правило, в общественных и промышленных зданиях. В жилых зданиях применяются системы естественной вентиляции, в которых наружный воздух поступает в жилые помещения через неплотности в наружных ограждениях (двери, форточки), а удаляется через вытяжные воздуховоды под действием гравитационного напора за счет разности удельных весов теплого воздуха внутри жилых зданий и холодного наружного воздуха. Установка в помещениях плотно герметичных окон с двойным остеклением, не имеющих специальных вентиляционных камер (форточек и др.) затрудняет проветривание и увеличивает влажность воздуха. Нормативы по проектированию жилых зданий требуют, чтобы в районах с tн.от < – 40 °С жилые здания с числом этажей 3 и более должны иметь системы принудительной вентиляции с подогревом наружного воздуха в калориферах. Предлагаем читателю самостоятельно объяснить причину такого требования. Для некоторых общественных (музеи, книгохранилища) и промышленных зданий применяется система вентиляции и кондиционирования воздуха, в которой воздух подается в помещения с расчетной температурой и влажностью. Для этого после калорифера воздух поступает в оросительную камеру, в которую подается вода с расчетной температурой для впрыскивания в воздух. Суточный режим систем вентиляции зависит от режима вентилируемых зданий. Например, в больницах вентиляция должна работать круглосуточно, а в театрах только в часы их работы. Годовой режим вентиляционной тепловой нагрузки, как правило, аналогичен годовому режиму отопления, так как значения этих нагрузок зависят, прежде всего, от температуры наружного воздуха и расчетной температуры внутри помещения. Некоторые авторы называют тепловые нагрузки отопления и вентиляции сезонными нагрузками. Поэтому подогрев воздуха в калориферах систем вентиляции осуществляется, чаще всего, в течение отопительного периода. 31 Ранее действовавшие нормативы по проектированию вентиляции требовали, чтобы минимальная наружная температура tн.вент, по которой определялся расчетный - максимальный расход теплоты на вентиляцию р , принималась Qвент выше расчетной температуры для отопления tн.от. В период наружных температур р ниже tн.вент величина Qвент поддерживалась постоянной при помощи специальной системы рециркуляции, путем перепуска части отработавшего нагретого воздуха на вход приточного вентилятора. При этом несколько р уменьшалась величина Qвент. Такая рециркуляция воздуха допускалась только для зданий без вредных выделений. Для зданий с вредными выделениями какая-либо рециркуляция воздуха не допускалась и для таких зданий tн.вент= tн.от. СХЕМА ПРИСОЕДИНЕНИЯ СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦИИ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ Рис.2.4. Схема присоединения системы вентиляции к тепловым сетям: К – калорифер; РК – регулирующий клапан; В – вентилятор; РЗ – регулирующая заслонка р Величина Qвент имела место при tн.от. В современных нормах по проектированию вентиляции [5,7] рекомендуется для всех жилых, общественных и промышленных зданий принимать tн.вент = tн.от, рециркуляция воздуха не допускается для всех видов зданий, в том числе и для зданий без вредных выделений. При объединении систем отопления (воздушного отопления) и вентиляции в системах кондиционирования воздуха достигается наибольший комфорт в помещениях, как правило, при такой системе сохраняется не только тепловой 32 режим для заданной температуры наружного воздуха, но и относительная влажность воздуха. На рис. 2.4 приведена одна из схем присоединения систем вентиляции к тепловым сетям, для зданий без вредных выделений. В этой схеме предусмотрена система рециркуляции воздуха для экономии тепла в здании. 2.4. СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Горячее водоснабжение выполняет задачу по обеспечению жилых, общественных и промышленных зданий горячей водой на бытовые и технологические нужды. Рассмотрим системы бытового горячего водоснабжения. Температура горячей воды tг.в подаваемая в помещения для нужд горячего водоснабжения мало зависит от температуры наружного воздуха и находится в пределах 50–75 оС. Чаще принимается температура на горячее водоснабжение t р = 60 оС. г.в Максимально допустимая температура горячей воды перед водоразборными приборами не может быть выше 75 оС по условию техники безопасности и ниже 50 оС нет смысла, так как в этом случае горячая вода теряет выполнять свои функции. Вода в системе горячего водоснабжения должна быть только питьевого качества. Слабая зависимость расхода тепла от климатических условий и круглогодовой характер работы позволяет обеспечивать более устойчивую загрузку оборудования источников тепла и тепловых сетей по сравнению с отопительно-вентиляционными нагрузками. Рис. 2.5. Часовой расход горячей воды 33 Суточный режим систем горячего водоснабжения резко переменный (рис. 2.5). Пики расхода тепла с максимальной тепловой нагрузкой Qмакс г.в приходятся на вечернее время, спад – на ночное время. Так, в жилых зданиях расходы горячей воды ночью близки нулю, резко возрастают в утренние часы, затем спадают в дневные часы и достигают максимума вечером. Следует отметить, что помимо внутрисуточных колебаний у жилых и общественных зданий наблюдаются изменения расхода горячей воды по дням недели с максимумом в предвыходные дни. Годовой режим сравнительно равномерный с некоторым снижением нагрузки летом. Это обстоятельство учитывается в нормах [1] введением для летнего периода понижающего коэффициента на средние значения этих расходов в течение отопительного периода. Существуют две принципиально различных схемы присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям: закрытые, системы в которых сетевая вода, циркулирующая в тепловой сети, используется только как теплоноситель, но из сети не отбирается, и открытые, системы в которых сетевая вода (редко полностью) разбирается у абонентов для горячего водоснабжения. Характерной особенностью закрытых систем теплоснабжения является применение четырехтрубных тепловых сетей. В противоположность закрытым системам в полностью открытых системах теплоснабжения сетевая вода, поступающая из сетей в местные системы теплоснабжения (МСТ), не возвращается обратно к источнику теплоты. Тепловые сети для таких систем могут быть выполнены однотрубными с подачей сетевой воды только в одном направлении от источника к потребителю. При однотрубном транспорте тепла от крупных источников тепла, возможно, снижение стоимости транзитных тепловых сетей до 50 % [14]. Открытая система теплоснабжения была предложена в 1935г. А.К. Якимовым и реализована впервые в 1938г. в тепловых сетях Ивановской ТЭЦ под руководством С.Ф. Копьева. При открытых системах упрощается оборудование индивидуальных тепловых пунктов, так как отпадает потребность в центральных тепловых пунктах с четырех трубными сетями. Согласно нормам технологического проектирования открытая система применяется при подаче воды питьевого качества к источнику тепла, где вода подвергается деаэрации и при необходимости соответствующей обработке. Закрытая система обеспечивает, как правило, стабильное качество воды, так как подогреву подвергается водопроводная вода. Существует несколько схем подключения подогревателей горячего водоснабжения: предвключенная (автор – Н.К. Громов); двухступенчатая – последовательная (автор – Е.Я. Соколов) и смешанная (автор А.Н. Клушин). 34 СХЕМЫ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ а) Схемы присоединения горячего водоснабжения к тепловым сетям закрытых систем теплоснабжения В закрытых системах теплоснабжения подача тепла на системы горячего водоснабжения и отопления обычно осуществляется по параллельной или смешанной схемам. При параллельной схеме происходит одноступенчатый нагрев водопроводной воды в водоводяном подогревателе (ВВП) горячего водоснабжения, который включен параллельно с системой отопления. Утилизация тепла обратной воды после теплообменника отсутствует, что является недостатком такой схемы. Рис. 2.6. Одноступенчатая схема с параллельным водоводяным подогревателем: Э – элеватор смешения; ОП – отопительные приборы; ПС – полотенцесушители; ВВП – водоводяной подогреватель; РТ – регулятор температуры; ДТ – датчик температуры; ЦН – циркуляционный насос В схеме на рис. 2.6 сетевая вода из подающего трубопровода идет в систему отопления на МТП и через подогреватель, являясь греющим теплоносителем для водопроводной воды, поступающей в подогреватель с температурой 5–15 оС, возвращается в обратный трубопровод после отопления. Регулирование расхода сетевой воды в подогревателе осуществляется через регулятор температуры РТ, который получает сигнал от датчика температуры ДТ, настроенного на поддержание заданной температуры. Эта схема проста, но имеет большой недостаток, так как не используется теплота обратной сетевой воды после систем отопления и вся тепловая нагрузка Qг.в обеспечивается горячей водой из подающего трубопровода. В результате 35 этого увеличивается суммарный расход сетевой воды в тепловой сети и увеличиваются затраты в тепловой сети, связанные с увеличением диаметров трубопроводов и электроэнергии для перекачки сетевой воды сетевыми насосами. В настоящее время такая схема применяется в основном в общественных и промышленных зданиях, когда тепловая нагрузка Qг.в сравнительно невелика, либо сравнительно большая по сравнению с отопительной нагрузкой. Qот. Соотношение максимальных потоков теплоты на горячее водоснабжение и отопление для одноступенчатой схемы составляет [11] Qгвмах 0,2  мах 1. Qот В жилых зданиях применяют двухступенчатые схемы присоединения систем горячего водоснабжения. Соотношение максимальных потоков теплоты на горячее водоснабжение и отопление для двухступенчатой схемы составляет Qгвмах 0,2< Qмах <1. от При смешанной схеме происходит двухступенчатый нагрев водопроводной воды в подогревателях 1 и 2 ступени с утилизацией тепла обратной воды после ВВП. Рис. 2.7. Двухступенчатая схема присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям В двухступенчатой схеме на рис. 2.7 подогреватель 2-й ступени включен параллельно с системой отопления, греющей водой является часть поступающей на ввод сетевой воды, в подогреватель 1-й ступени греющей средой является смесь горячей воды из подогревателя 2-й ступени и обратной 36 сетевой воды после системы отопления. Подогреватель 1 ступени включен последовательно с системой отопления. Такая схема позволяет использовать тепловой потенциал обратной сетевой воды после систем отопления и существенно сократить расход сетевой воды на горячее водоснабжение, почти в 2 раза. В схеме на обратном трубопроводе после смешения потоков обратной воды из ВВП 2-й ступени и обратного трубопровода после систем отопления устанавливают закрытую задвижку ЗЗ, которая открывается только в аварийном режиме. Циркуляционный насос ЦН в схемах 2.6 и 2.7 организует непрерывную циркуляцию горячей воды, такая круглосуточная циркуляция горячей воды предотвращает от выстывания воды в ночное время и бесполезный слив в утренние часы. Это наиболее распространенная схема. Хотя нашли применение и несколько других схем включения теплообменников в закрытых системах теплоснабжения. Сравнение параллельной (первая) и смешанной (вторая) схем показывает, что при одинаковой поверхности нагрева ВВП вторая схема позволяет р уменьшить суммарный расчетный расход сетевой воды Qс.в на 4–6 % и понижению возвращаемой к источнику тепла средней температуры за отопительный период на 2–3 оС [3], что существенно для крупных источников тепла. В летний период система отопления отключается от тепловой сети, и циркуляция сетевой воды происходит только за счет ВВП. В закрытых системах применяется два способа размещения подогревателей горячей воды. Первый способ. Размещение водоводяных подогревателей непосредственно в зданиях. Такое размещение дешевле, так как затраты на обустройство и сооружение ВВП минимально. Развитие систем горячего водоснабжения началось с этого способа, когда здания имели большие подвальные помещения. В современных же жилых зданиях этого нет, подвалы стали не большими, а циркуляционные насосы шумят (в квартирах первого этажа слышен постоянный шум), поэтому в современном жилищном строительстве этот способ до недавнего времени почти не применялся, но в последнее время на рынке появились малогабаритные ВВП и бесшумные (бесфундаментные) насосы. Второй способ. Размещение водоводяных подогревателей в специальных тепловых пунктах, которые называются групповыми тепловыми пунктами (ГТП), работающие на группу зданий. В этом случае поверхность нагрева ВВП в ГТП будет меньше суммарной поверхности ВВП в каждом здании, что является несомненным плюсом, но появляются 4-х трубные тепловые сети от ГТП до отдельного здания: два трубопровода на систему отопления (подающий и обратный) и два трубопровода на систему горячего водоснабжения (подающий и циркуляционный). Что приводит к удорожанию тепловых сетей. Выбор способа размещения ВВП производится в каждом конкретном случае путем технико-экономического обоснования (ТЭО). 37 На ГТП в закрытых системах в некоторых случаях, например, для зданий промышленных предприятий, устанавливают баки–аккумуляторы (БА) или баки запаса (БЗ) горячей воды, для выравнивания неравномерности суточного графика нагрузки горячего водоснабжения. Установка БА позволяет рассчитать мощность теплового источника и ВВП на среднечасовой расход. б) СХЕМА ПРИСОЕДИНЕНИЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ ОТКРЫТЫХ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ На рис. 2.8 изображена схема подключения к местным тепловым пунктам открытой системы теплоснабжения. Эта схема проще и дешевле, чем закрытая система, так как не надо сооружать групповые тепловые пункты, и нет надобности в четырех трубной системе тепловых сетей, но на источник тепла для подпитки тепловых сетей надо подавать водопроводную воду, которая требует обработки. Температура воды на систему горячего водоснабжения по санитарным нормам должна быть не менее 55 оС. При открытых системах теплоснабжения сетевая вода используется для нужд горячего водоснабжения. Смешение потоков сетевой воды из подающего и обратного трубопроводов осуществляется в клапане смешения – двухходовом регуляторе температуры РТ. На линии подмешивания из обратного трубопровода установлен обратный клапан ОК для предотвращения бесполезной циркуляции сетевой воды из подающего трубопровода в обратный. Рис. 2.8. Схема присоединения горячего водоснабжения при открытой системе теплоснабжения 38 Организация циркуляции горячей воды в местных системах горячего водоснабжения в открытых системах может осуществляться согласно [12] двумя способами: 1) путем установки дросселя – шайбы (ДШ) на обратном трубопроводе, для создания перепада давления ∆Р необходимого для циркуляции воды в системе горячего водоснабжения; 2) подключение циркуляционной линии на ввод в элеватор. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ОТКРЫТЫХ И ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ Всё время идут большие дискуссии и споры, какая из систем теплоснабжения лучше и выгоднее. В СССР и сейчас в РФ примерно 50% городов подключены по закрытой системе (ЗС) и 50% по открытой системе (ОС). За рубежом, например, в Западной Европе в основном используется ЗС. Рассмотрим преимущества и недостатки каждой системы. Преимущества ЗС (+): 1. Высокое качество воды в системе горячего водоснабжения, так как она, поступая непосредственно из городского водопровода, нагревается в ВВП и таким образом нигде не загрязняется. 2. Простота контроля над плотностью системы. Дежурный персонал на источнике тепла по показаниям приборов (расходомерам) может обнаружить факт аварийной утечки (но потом нужно определить место утечки). Недостатки ЗС ( –): 1. Большие затраты на сооружение ВВП и ГТП, появляется 4 -х трубная система тепловых сетей. 2. Недолговечность работы местных систем горячего водоснабжения теплоснабжения, так как система работает на недеаэрированной водопроводной воде, а при нагреве воды из нее выделяются растворимые газы, что приводит к возникновению кислородной коррозии. Были попытки внедрения различных способов удаления кислорода из воды. Деаэрирование воды на ГТП с установкой вакуумных, вихревых деаэраторов, фильтров, но это приводит к удорожанию системы. Пока дешевого и эффективного способа не найдено. Проблему можно решить, если перейти на трубопроводную систему из нержавеющей стали или цветных металлов, а так же использовать пластмассовые (полихлорвиниловые) трубы. Преимущества ОС (+): 1. Простота и низкая стоимость МТП. 2. Отпадает необходимость в сооружении ВВП и ГТП с 4 -х трубной системой. 3. Надежная и долговечная работа МТП систем горячего водоснабжения, так как система работает на деаэрированной воде. Недостатки ОС ( –): 39 1. Сравнительно низкое качество воды в системе горячего водоснабжения. Особенно это проявляется при ремонте тепловых сетей, при пуске отопления при этом из отопительной системы вымывается грязь. 2. Сложность контроля над плотностью системы теплоснабжения. 2.5. СИСТЕМЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ Тепловая энергия в виде пара и горячей воды используется в разнообразных технологических процессах всех отраслей промышленности для двух целей: нагрева и получения механической работы. Для нагрева применяется как горячая вода, так и водяной пар. Чаще используется водяной пар, так как при помощи пара можно больше передать теплоты. Пар перед самим технологическим аппаратом нужен, как правило, сухой насыщенный. Основное количество теплоты, которое отдает пар, – это скрытая теплота парообразования. Некоторое количество теплоты можно tнас(температуры получить и за счёт охлаждения конденсата до t < насыщения). Перегрев пара необходим только для компенсации тепловых потерь внешними паропроводами, чтобы не допустить конденсации пара в них. Различные технологические аппараты (промышленные потребители) требуют пар различных параметров. Так для привода паровых прессов и молотов требуется пар давлением 0,8–0,9 МПа. В химических и нефтехимических отраслях производства нужен пар давлением 3–4 МПа, в отдельных случаях даже 8–9 МПа. Требуемое давление перед технологическим аппаратом ртехн f (tнас); tнас tтехн.ср t , температура насыщения соответствующая давлению ртехн; t техн.ср– средняя температура среды для технологического аппарата; t – недогрев (или потеря температуры ) пара. Для получения механической работы на привод различных механизмов (компрессоров, паровых молотов, турбоприводов и т.д.) получают перегретый пар от ТЭЦ или крупных центральных котельных. В отдельных случаях от небольших местных котельных предприятий получают влажный насыщенный пар. Для увеличения к.п.д. технологических машин, если нужно по технологии, желательно увеличить давление и температуру пара. Однако надо учитывать, что при этом ухудшаются технико-экономические показатели теплоисточника. Суточные и годовые режимы могут быть переменные или равномерные в зависимости от характера технологических процессов. Поэтому, в основу где tнас – 40 определения изменения графиков расхода тепла, должны быть положены либо данные из соответствующих проектов предприятий, либо результаты тепловых испытаний действующих систем технологического теплоснабжения этих предприятий. Годовые графики расхода теплоты на технологическое потребление относительно равномерны, годовые графики потребления теплоты на отопление, вентиляцию и кондиционирования более резко переменные, что связано с их сезонностью потребления. Еще более резко выражены графики потребления на технологические нужды в течение суток, что связано, прежде всего, с характером и требованиями технологического процесса производства, при этом используются различные способы выравнивания суточных графиков (бакиаккумуляторы, льготные тарифы в ночные часы и повышающие тарифы в часы максимальной нагрузки). Суточные же графики потребления теплоты на отопление, вентиляцию и кондиционирование отличаются равномерностью [14]. В промышленных районах, где требуется технологическая тепловая нагрузка в горячей воде повышенного потенциала, могут применяться трехтрубные системы, два трубопровода используются как подающие: к одному присоединяются отопительные и вентиляционные установки, к другому – технологические установки и установки горячего водоснабжения; третий трубопровод является обратным. При такой схеме упрощаются методы регулирования на источнике теплоты. В трехтрубных системах теплоснабжения осуществляется центральное регулирование двух разнородных видов тепловой нагрузки, т.к. температура воды в одном из подающих трубопроводов изменяется в зависимости от сезонности, а в другом трубопроводе поддерживается постоянной [4]. ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ТЕПЛОВОГО ПУНКТА ПРЕДПРИЯТИЯ С ПАРОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ Паровые системы бывают однотрубными, двухтрубными и многотрубными в зависимости от давления пара потребляемого на технологические нужды. В однотрубной паровой системе конденсат пара с производства не возвращается. Он может использоваться для систем отопления и горячего водоснабжения, а также технологических нужд или отводится в канализацию. В настоящее время паровые сети выполняются большей частью состоящими из паропровода (ПП) и конденсатопровода (КП). На рис. 2.9 изображена схема однотрубной паровой системы с возвратом конденсата по конденсатопроводу. Пар из отбора турбины по паропроводу определенных параметров поступает тепловому потребителю. В случае останова турбины или недостаточной мощности отбора возможна подача пара через РОУ. 41 Схемы присоединения тепловых потребителей к паровым сетям зависят от конструкции установок. На представленной схеме технологический аппарат получает пар заданного параметра от источника тепла по паропроводу через РОУ. Отработавший пар в виде конденсата отводится конденсатоотводчиком в сборный резервуар закрытого типа, в котором поддерживается избыточное (по отношению к атмосфере) давление, откуда он забирается конденсатным насосом и перекачивается по конденсатопроводу тепловой сети обратно на источник тепла. Для защиты установок от поступления в них конденсата из конденсатопровода после конденсатного насоса установлен обратный клапан. Для поддержания избыточного давления в баке конденсата закрытого типа устанавливается регулятор давления. Сбор конденсата и возврат его к источнику теплоты имеют значение для экономии и надежности работы котельных установок. Сооружение обессоливающих установок очень дорого, а не возврат конденсата вызывает необходимость увеличения мощности водоподготовительных установок и дополнительных расходов химических реагентов, а так же увеличения расхода топлива на котельных. Рис. 2.9. Схема присоединения теплового пункта предприятия с паровой нагрузкой: 1 – редукционно-охладительная установка (РОУ); 2 – технологический аппарат; 3 – конденсатоотводчик; 4 – конденсатосборник; 5 – конденсатный насос; 6 – обратный клапан Отводимый конденсат конденсатоотводчиком обеспечивает защиту от попадания пара в конденсатопровод, так называемого «пролётного пара». Конденсатоотводчик устанавливается после технологического аппарата (ТА) (рис.2.9) и на трубопроводах, транспортирующих пар. Назначение конденсатоотводчика – автоматически пропускать конденсат и задерживать пар, не отработавший в технологическом аппарате или транспортируемый по паропроводу [13]. Все это приводит к сокращению расхода пара, а на паропроводах дает возможность своевременно отводить из последних дренаж, что предохраняет трубопроводы от гидравлических ударов и сохраняет образовавшийся конденсат для дальнейшего использования. Конденсатные баки бывают двух типов: 42 1) Открытого типа, находящиеся под атмосферным давлением. 2) Закрытого типа, находящиеся под некоторым избыточным давлением для защиты конденсата в баке от насыщения кислородом, что предотвращает коррозию конденсатопроводов, при этом избыточное давление в сборных баках должно быть не менее 0,005 МПА (5 КПа). Недостатками открытой схемы сбора конденсата являются: а) поглощение конденсатом кислорода воздуха, что вызывает коррозию конденсатопроводов; б) потери в атмосферу пара вторичного вскипания и уходящей с паром теплоты. При попадании в бак сбора конденсата закрытого типа конденсата с t > 104 оС происходит вскипание его, образуется вторичный пар, который может быть использован через теплообменник для приготовления горячей воды. Недостатками закрытой схемы сбора конденсата являются: а) сложность схем; б) поддержание баланса количества пара, выделяющегося в баке, с конденсационной способностью теплообменника и потреблением горячей воды в нем. Температура возвращаемого конденсата для закрытой системы не нормируется, для открытой системы принимается не менее 95 оС, что уменьшает коррозию конденсатопроводов. Сброс конденсата в канализацию согласно нормативным документам [1] допускается после охлаждения его до температуры 40 оС. Редукционно-охладительная установка (РОУ) на рис. 2.11 обеспечивает охлаждение пара путем впрыскивания воды в его поток. Вода испаряется, отбирая теплоту от пара. Контрольные вопросы и задания к первому и второму разделам 1. Дайте понятие о системах централизованного и децентрализованного теплоснабжения. Какая между ними разница? 2. Что такое теплофикация? 3. Укажите сходство и различие между понятиями «система централизованного теплоснабжения» и «теплофикация». 4. Дайте понятие о раздельном и комбинированном способе энергоснабжения. 5. Как классифицируются энергоисточники по виду вырабатываемой энергии? Укажите процессы стирания граней между 3-мя основными видами энергоисточников. 6. Как классифицируются энергоисточники по виду: потребляемого первичного энергоресурса; потребляемого вторичного энергоресурса; технологического процесса выработки электрической и тепловой энергии и по величине тепловой мощности? 43 7. Какие виды теплоносителей используются в СЦТ? Приведите примеры их использования? 8. Приведите примеры СЦТ и СДЦТ для конкретного района (города, населенного пункта). 9. Назовите достоинства и недостатки крупных и мелких теплоисточников. 10. Какое различие между паровыми и водяными системами теплоснабжения? 11. Перечислите достоинства и недостатки воды и пара как теплоносителей. 12. Почему в коммунальном хозяйстве предпочтение отдается водяным тепловым сетям? 13. Общая характеристика систем отопления (цель отопления, тепловой баланс отапливаемого здания, суточный и годовой режим систем отопления). 14. Для каких зданий обязателен учет внутренних тепловыделений? Почему в жилых зданиях внутренние тепловыделения не учитываются при определении расчетной отопительной нагрузки? 15. Нарисовать зависимые схемы присоединения систем отопления к тепловым сетям. Пояснить достоинства и недостатки, а также область применения каждой схемы. 16. Нарисовать устройство элеватора и пояснить принцип его действия. Основное назначение элеватора в системе теплоснабжения. Условия устойчивости работы элеватора. 17. Написать формулу, показывающую уменьшение расхода сетевой воды при установке элеватора, и показать применение этой формулы на числовом примере. 18. Нарисовать схему и пояснить область применения независимой схемы присоединения отопительной системы. 19. Общая характеристика систем вентиляции и кондиционирования воздуха (назначение, суточный и годовой режим). 20. Нарисовать схемы присоединения систем вентиляции к тепловым сетям в зависимости от наличия вредных выделений в зданиях. 21. Общая характеристика систем горячего водоснабжения (параметры горячей воды, требования к источнику водоснабжения, суточные и годовые режимы). Почему недопустимо снижение и повышение температуры горячей воды за пределы нормативного диапазона? 22. Нарисовать схемы присоединения горячего водоснабжения в закрытой системе; достоинства и недостатки каждой схемы. 23. Рассказать о 2-х способах размещения подогревателей горячего водоснабжения в закрытых системах. Достоинства и недостатки каждого способа. 24. Нарисовать схему местного теплового пункта жилого дома при открытой системе. Рассказать о способе регулирования температуры воды на горячее водоснабжение. 25. Привести сравнительную характеристику закрытой и открытой систем горячего водоснабжения; достоинства и недостатки каждой системы. 44 26. Рассказать о 2-х группах разнообразных тепловых технологических нагрузок промышленных предприятий. Требования к параметрам водяного пара, используемого в этих группах. Для каких целей повышают температуру перегрева пара, подаваемого на промышленные предприятия? 27. Способ определения параметров пара, используемого в промышленности для целей нагрева. 28. Нарисовать схему теплового пункта промышленного предприятия с одним технологическим аппаратом, потребляющим пар, и с баком для сбора конденсата. 29. Пояснить назначение конденсатоотводчика и паровой подушки в конденсатном баке. 3. РАСЧЕТ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ 3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ ДЛЯ ЖИЛЫХ И ОБЩЕСТВЕННЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ При отоплении жилых и общественных зданий и сооружений тепло расходуется на возмещение теплопотерь через строительные ограждения, а также теплопотерь, вызываемых инфильтрацией (проникновением) наружного воздуха через неплотности в конструкциях и периодически открываемые двери. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ОТОПЛЕНИЯ Расчетный расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий определяется по формуле [1] р  qр m f (1k ) Qот (3.1) от 1 , р – укрупненный показатель максимального теплового потока (расчетного где qот расхода теплоты) на отопление на 1 м2 общей жилой площади жилых зданий, Вт/м2; m – расчетное число жителей; f – норма общей жилой площади, м2/чел.; k1– коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий. При отсутствии данных о количестве общественных зданий рекомендуется [1] принимать k1= 0,25. р зависит от Укрупненный показатель максимального теплового потока qот климатических характеристик района; от объема, этажности и года постройки р согласно [1]. зданий. В приложении 3 приведены значения qот 45 Основным показателем климатических характеристик района является расчетная наружная температура для проектирования отопления tн.от, которая принимается, как средняя температура наиболее холодной пятидневки из 8 наиболее холодных зим за 50-летний период. С точки зрения расхода теплоты и расхода топлива выгоднее строить крупные и высокие здания, так как удельный расход тепла будет меньше. Конструкции, используемые материалы при строительстве зданий также р . влияют на qот Определение расчетного расхода теплоты по формуле (3.1) широко применяется в проектных организациях на стадии перспективного проектирования, рекомендованное действовавшими до 2003 г. нормами проектирования тепловых сетей [1], но в этой формуле не учитывается влияние конструкции зданий и материала стеновых ограждений на величину тепловых потерь зданий. Если известны исходные данные об удельных наружных объемах жилых зданий можно воспользоваться формулой p p Qот  αq0Vн(tвн  tн.от)(1 Кинф), (3.2) α– поправочный коэффициент к величине q0, учитывающий изменение где тепловой характеристики здания в зависимости от климатических условий и зависящий от tн.от; q0 – усредненная удельная отопительная характеристика жилых или общественных зданий рассчитанная для tн.от= – 30 оС, Вт/(м3∙оС), некоторые численные значения αи q0 приведены в приложении 4 и 5; Vн – p наружный объем здания, м3; tвн– усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемых зданий, 0С; Кинф– коэффициент, учитывающий потери теплоты с инфильтрацией холодного воздуха через неплотности в конструкциях зданий, в большинстве случаев составляет 3–6%. Величина q0 зависит от наружного объема, высоты и конфигурации (квадратная или прямоугольная) здания, конструкции и материала наружных ограждений. Величина Vн зависит от наличия в зданиях чердачных помещений и отапливаемых подвалов. При отсутствии данных о суммарной величине используется формула Vн  m f Коб . (кубатурный) Коб коэффициент Vн (м3) Объемный или в формуле 3.3 представляет собой отношение наружного объема здания к общей жилой площади этого здания, м3/м2 . Величина Коб зависит от высоты этажей и от степени благоустройства жилых зданий. 46 Величина Кинф зависит от высоты здания, расчетной скорости ветра в отопительном периоде для данной местности, от расчетной температуры наружного воздуха при проектировании отопления tн.от. Расчетный расход теплоты на отопление общественных центров определяется по формуле [1] p p Qот.оц qоVн(tвн  tн.от)(1 Кинф), (3.3) где qо – отопительная характеристика общественного центра, учитывающая расход теплоты на отопление 1 м3 здания при разности температур в 1 оС, р Вт/м3∙оС; Vн – объем здания по наружному обмеру, м3; t вн – усредненная температура воздуха внутри отапливаемых зданий (ОЦ), оС. Отопительная характеристика общественного центра (ОЦ) qо зависит от объема зданий, чем больше объем здания, тем меньше будет qо , так как будет меньше удельная величина наружных ограждений приходящихся на 1 м3 . ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ ВЕНТИЛЯЦИИ Расчетный расход теплоты на приточную вентиляцию общественных зданий р р mf Qвр  k2 Qот.общ  k2 k1 qот , где k2 – коэффициент, учитывающий долю расчетного расхода теплоты на вентиляцию общественных зданий от расчетного расхода тепла на отопление этих зданий. Расчетный расход теплоты на вентиляцию общественных зданий и общественных центров определяется по формуле [3], если известна вентиляционная характеристика зданий: р Qвр  qвVн(tвн tн.от)m, где qв (3.4) – усредненная удельная вентиляционная характеристика здания, Вт/м3∙оС; Vн – наружный объем (м3) вентилируемых помещений; m – кратность обмена воздуха в помещении. Величину qо и qв в формулах (3.2), (3.3) и (3.4)принимают по справочным данным в зависимости от объема, конструкции здания, материала стен. В приложениях 4, 5 приведены значения 47 qо , qв и  . ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ НА ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ Среднечасовой (средненедельный) расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяется по формуле [1,4] сp 1,2 m (a b) ρ (55t x ) гв  243600 p Q c , где 1,2 – коэффициент, учитывающий потери теплоты в местных системах горячего водоснабжения; m – число жителей, чел.; a, b – суточная норма в литрах горячей воды при tг.в.= 55 оС на 1 человека в жилых и общественных p зданиях; ρ–плотность воды при t = 55 оС, кг/литр; tx – расчетная температура холодной водопроводной воды, оС; с – удельная теплоемкость воды. Расчетный (среднечасовой за сутки максимального водопотребления) расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий определяется по формуле [1,3] Q  kc Q  р г.в. ср гв kc 1,2 m (ab) ρ (55tpx ) c 24 3600 , где kс – коэффициент суточной (недельной) неравномерности потребления горячей воды. Коэффициент суточной неравномерности зависит от типа зданий для жилых и общественных зданий kс = 1,2; для промышленных предприятий kс = 1,0. Максимально-часовой расход теплоты на горячее водоснабжение max Qг.в.  kч  Qгвр  kч kс Qгвср , Коэффициент часовой неравномерности kч (в формуле 3.10) зависит от kч = 1,8–2,4; для отдельного здания kч = 5; для промышленного предприятия kч = 6–8. числа жителей. Для жилого микрорайона Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение в летний (неотопительный) период определяется по формуле ср неот г.в. (Q ) р неот t г.в.  t x Q β р р , tг.в.  tx р г.в. 48 р Расчетная температура воды в системе горячего водоснабжения tг.в., принимается в соответствии с нормативами [1] для закрытой системы р = 50–75 оС; tг.в. р для открытой системы tг.в.= 60–75 оС. Температура холодной неот водопроводной воды в неотопительный период t x = 10–15 оС. Коэффициент, учитывающий снижение потребления горячей воды в неотопительный период βдля жилых и общественных зданий принимается β= 0,8; для южных курортных городов обычно принимают β = 1,5; для промышленных предприятий β= 1,0. Для выравнивания потребления горячей воды при ограниченной мощности источника теплоты и неравномерном потреблении, а также для ограничения и выравнивания давлений в трубопроводах горячего и холодного водоснабжения с целью повышения устойчивости их работы устанавливаются бакиаккумуляторы (БА) горячей воды. Емкость (объем) баков-аккумуляторов, м3, вычисляется по формулам: для открытых систем теплоснабжения с установкой центральных (БА) на ТЭЦ или котельной V  (68)Gгвср; для закрытых систем теплоснабжения с установкой БА на ЦТП V где Qак– Qак (tг tх ) c , аккумулирующая способность (запас тепла) БА; tг – температура t горячей воды; х – температура холодной воды. Аккумулирующая способность бака аккумулятора определяется из интегрального графика потребления и подачи горячей воды. 3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОТЫ ДЛЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ Тепловая нагрузка промышленного предприятия состоит в общем случае из расходов теплоты на отопление и вентиляцию (сезонная тепловая нагрузка), на горячее водоснабжение и производственно-технологические нужды, включая кондиционирование воздуха (круглогодичная тепловая нагрузка). С учетом такого теплопотребления при определении тепловых нагрузок промышленных предприятий надо учитывать, что на данной территории могут находиться два типа зданий, для которых тепловые нагрузки следует учитывать отдельно. Первый тип – это административные и бытовые здания, здания общественного питания, здания для культуры, отдыха, спорта. 49 Тепловые нагрузки этих зданий следует рассчитывать по вышеизложенной методике для общественных центров. Второй тип зданий – это производственные здания. Расчетные и годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды таких типов зданий необходимо получать от самих промышленных предприятий или от их проектных организаций. Кроме этого необходимо иметь данные по суточным графикам расхода тепла отдельно для каждого теплоносителя в зимний и летний периоды, данные по количеству дней работы предприятий в году, данные о возврате конденсата пара и о допустимости перерывов в подаче теплоты. Полученные данные необходимо проверять следующими способами: 1) сравнить с тепловыми нагрузками аналогичных предприятий; 2) провести анализ удельных норм теплопотребления на единицу выпускаемой продукции. Однако точные данные получать всегда трудно. Необходимое количество теплоты на технологические нужды целиком определяется требованиями технологического процесса, поэтому отличается большим разнообразием. Они мало зависят от климатических условий либо совсем не зависят от них, и поэтому регулирование отпуска тепла на технологические нужды всегда является количественным. Для промышленных зданий расходы теплоты на отопление и вентиляцию можно определить по формулам: при tн ≤ tн.от p Qот  αq0Vн(tвн  tн.от)(1 Кинф) Qм Qвн; при t н > tн.от р tвн - tн p Qот  αq0Vн р (t  t )(1 Кинф)  Qм Qвн; tвн - tн.от вн н.от где Vн – наружный объем производственного помещения; Qм – количество теплоты, теряемое на нагрев материалов и оборудования, поступающего из вне; Qв н– внутренние тепловыделения от работы оборудования. p p Qв  αqвVв(tвн  tн.от) или Qв с' Vв (tвн  tн.от)m, где с – объемная теплоемкость воздуха, которую можно принять 1260 Дж/(м3*К). Расшифровка остальных величин входящих в эти формулы приведена выше. В прил. 5 приведены удельные тепловые характеристики промышленных зданий. ' 50 3.3. СУММАРНАЯ ТЕПЛОВАЯ НАГРУЗКА На основе определенных по каждому потребителю тепловых нагрузок в расчетном режиме определяется суммарная расчетная тепловая нагрузка р Qсум Qот Qвр Qгвр Qтехн, где р Qот – расчетная тепловая нагрузка на отопление; тепловая нагрузка на вентиляцию; Qгвр Qвр – расчетная – среднечасовая за сутки наибольшего водопотребления тепловая нагрузка на горячее водоснабжение; тепловая нагрузка на технологические нужды (по проектным данным). Qтехн– 3.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ ТЕПЛОТЫ ЖИЛЫМИ, ОБЩЕСТВЕННЫМИ И ПРОМЫШЛЕННЫМИ ЗДАНИЯМИ Для определения расхода топлива, разработки режимов использования оборудования, графиков его ремонта и т.п. необходимо знать годовой расход теплоты год год Qгод  Qот Qвгод Qгвгод Qтехн . Годовой расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий где Qср от– р  tср tвн. год ср р Qот  Qот  Тот  Qот р н.от. Тот, tвн. tн.от. средний расход теплоты за отопительный период на отопление; р – расчетная тепловая нагрузка на отопление; t Qот н.от – расчетная наружная температура для проектирования отопления; температура внутри отапливаемых зданий; р tвн – расчетная усредненная tср н.от. – средняя наружная температура за отопительный период; Тот – годовая продолжительность отопительного периода, час/год. Годовой расход теплоты на вентиляцию общественных зданий р  tср z tвн. год ср р Qв  Qв  Тот  Qв р н.от. в  Тот, tвн. tн.от. 24 где Qср от– средний расход теплоты за отопительный период на вентиляцию; zв – усредненное число часов работы вентиляции в сутки. 51 Годовой расход общественных зданий теплоты ср Qгод г.в.  Qг.в. Тот  на горячее ср неот Qср г.в.  (Qг.в.) 2 водоснабжение жилых и (8400 – Tот), Qср г.в. – среднечасовой расход теплоты в течение отопительного периода; неот– среднечасовой расход теплоты в течение неотопительного (Qср г.в.) где периода; 8400 – годовое число часов работы системы горячего водоснабжения с учетом нормативного перерыва на ремонт в неотопительный период (360 час) [1]. Расчетный расход теплоты для промышленных предприятий при заданном расходе пара определяется по формуле где Dртехн – расчетный Qртехн Dртехн(hп hк ) , расход пара; hп – энтальпия (3.5) пара, определяемая по заданным параметрам пара; hк – энтальпия возвращаемого конденсата от потребителей пара, определяемая по заданной температуре возвращаемого конденсата. Формула (3.5) справедлива при 100% возврате конденсата ( Dтехн Dк ). При частичном возврате конденсата формула (3.5) будет выглядеть так: Qртехн Dртехн(hп hкусл) , (3.6) усл где hк – условная энтальпия возвращаемого конденсата. Величину hкуслможно определить по формуле: hкусл  hкGк  hcGc , Gк  Gс где hc – энтальпия сырой воды для подготовки добавочной воды, восполняющей потери конденсата у потребителей пара, при температуре сырой воды; Gк – расход конденсата, возвращаемого от потребителей; Gc – расход сырой воды для подготовки добавочной воды, восполняющей потери конденсата у потребителей пара. Годовой расход теплоты на технологические нужды год Qтехн QртехнТтехн, р где Qтехн– расчетная тепловая нагрузка, определяемая по формулам (3.5) или (3 .6); Ттехн– годовое число часов использования расчетной тепловой нагрузки. 52 Число часов использования расчетной тепловой нагрузки Ттехн задается самим предприятием. Для промышленных предприятий с непрерывным технологическим циклом Ттехн≈ 6000–6500 часов в год. 3.5. ГРАФИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОДОВОГО РАСХОДА ТЕПЛОТЫ (ГРАФИК РОССАНДЕРА) Годовой расход теплоты при переменных часовых расходах теплоты в течение года можно определить не только по формулам, приведенным выше, но и графоаналитическим методом, путем построения суммарных расчетных нагрузок часовых расходов тепла в течение года. Он показывает неравномерность тепловых нагрузок в течение, как отопительного периода, так и всего года и используется в расчетах по выбору основного оборудования ТЭЦ, предназначенного для отпуска теплоты от ТЭЦ в горячей воде, т.е. на обеспечение нагрузок отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Для построения графика годового расхода теплоты в правой части рис. 3.1 необходимы данные о продолжительности стояния наружных температур для географического пункта. Проводят ось абсцисс и ось ординат. Слева от оси ординат строят графики зависимости от наружной температуры часовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение для всех потребителей, затем строят суммарный часовой график. Рис. 3.1. Расчетный и годовой расходы теплоты в горячей воде 53 Графики часового расхода теплоты на отопление и вентиляцию являются прямолинейными и поэтому могут быть построены по двум точкам: 1) при расчётной наружной температуре, при которой нагрузки отопления и вентиляции равны расчётным значениям; 2) при наружной температуре, равной расчётной внутренней температуре в отапливаемых зданиях, при которой нагрузки отопления и вентиляции равны 0 (т.е. при tн  +18 оС).Суммарный график теплоты строится также по двум точкам, путем складывания отрезков по оси ординат тепловых нагрузок, что соответствует наружной температуре при проектировании отопления tн.от.и при отсутствии нагрузки на отопление и вентиляцию, в этом случае берется значение тепловой нагрузки только на горячее водоснабжение. Справа от оси ординат строится кривая, соответствующая суммарной часовой нагрузке и длительности стояния наружных температур. В прил. 1 приведены значения стояния наружных температур для некоторых географических пунктов. Подробное описание построения графика Россандера приводится в методическом указании для практических занятий [8]. Контрольные вопросы и задания к третьему разделу 1. Написать формулы для определения расчетной отопительной нагрузки жилого дома и общественного центра и дать необходимые ее пояснения. Рассказать о физическом смысле отопительной характеристики здания. К чему может привести завышение или занижение расчетной наружной температуры? 2. Для какой застройки будет больше расход топлива в котельной – для малоэтажной или многоэтажной (при прочих равных условиях)? 3. Построить график часового расхода тепла на отопление. Как определяется начало работы систем отопления для промышленных зданий? 4. Написать формулу для определения расчетного расхода тепла на вентиляцию общественного центра. 5. Рассказать о способах определения расчетных тепловых нагрузок горячего водоснабжения с приведением необходимых формул: для общественных зданий жилых микрорайонов; для общественных зданий городского значения. 6. Рассказать о способах анализа и проверки исходных данных о расчетных тепловых нагрузках промышленных предприятий. 7. Написать формулы и пояснить способы определения годовых расходов теплоты на отопление и горячее водоснабжение. 54 8. Нарисовать график годового расхода тепла и рассказать о способе его построения. Чему равна площадь под кривой годового графика? 9. Физический смысл величины годового числа часов использования расчетной тепловой нагрузки. Как определить эту величину для нагрузки отопления, горячего водоснабжения и для суммарной нагрузки. Какая из этих величин будет наибольшая (наименьшая) и почему? Показать на годовом графике отпуска тепла геометрическую интерпретацию величин годового числа часов использования расчетной нагрузки. 10. Для зданий, не оборудованных централизованной системой горячего водоснабжения, чему будет равна суточная норма горячей воды – а? 4. РЕГУЛИРОВАНИЕ ОТПУСКА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 4.1. ЗАДАЧИ И СПОСОБЫ РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ Основная задача отпуска тепловой энергии состоит в поддержании тепловой производительности источника тепла равной тепловой нагрузке потребителей, которая зависит от многих факторов с учетом потерь при транспорте. Рассмотрим основные факторы, влияющие на регулирование отпуска тепловой энергии: 1) климатические условия, в частности: температура наружного воздуха, скорость ветра, солнечная или пасмурная погода; 2) взаимное влияние друг на друга различных местных систем теплопотребления (влияние переменных режимов горячего водоснабжения и вентиляции на системы отопления); 3) отключения при текущих и плановых ремонтах, аварии в тепловых сетях. Нужно учесть, что регулирование осуществляется не только на источнике тепла, но и непосредственно у потребителя, поэтому задачу регулирования можно сформулировать и так – поддержание некоторых параметров в местных р системах на заданном уровне, когда tвн и t гвпостоянны [17]. На трассе тепловых сетей для поддержания заданных режимов давлений и температур теплоносителя в тепловых сетях устанавливаются тепловые пункты. В зависимости от пункта осуществления регулирования может быть: 1.2Центральное регулирование – на источнике тепла (ТЭЦ или котельная); 2. Групповое регулирование – на центральных или групповых тепловых подстанциях (пунктах) (ЦТП или ГТП) для отдельных групп потребителей (жилой район, общественный центр или группа общественных зданий); 55 3. Местное регулирование – на местных тепловых пунктах (МТП) отдельных зданий; 4. Индивидуальное регулирование – на отдельных теплопотребляющих приборах в отдельных зданиях. В этом курсе будем рассматривать в основном центральное регулирование и отчасти – другие способы, так как по тепловым сетям подают тепло и в местные системы на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. В основном в системах центрального теплоснабжения выполняется принцип двухступенчатого регулирования. Первой ступенью является осуществляемое в теплоподготовительной установке центральное регулирование отпуска тепла от источника в тепловые сети. Вторая ступень регулирования – местное регулирование, распределение поступающей из сетей сетевой воды между отдельными системами потребления. Центральное регулирование осуществляется на теплоисточнике (ТЭЦ или котельной), как правило, по диктующей тепловой нагрузке. В большинстве случаев диктующей нагрузкой является отопление, это основная нагрузка, её доля составляет ≈ 70% от всего подаваемого тепла и, естественно, – это наиболее важная нагрузка. На отопление требуется максимальная температура 95–150 оС , что выше температуры на горячее водоснабжение (60–75 оС). Даже при схеме без смешения потоков сетевой воды (безэлеваторной схеме) присоединения местных систем отопления к тепловым сетям расчетная температура сетевой воды в подающем трубопроводе равна 95 оС, в то время как для систем горячего водоснабжения максимальная температура воды, допустимая действующими нормативами, равна 75 оС. Очевидно, что из потока сетевой воды с большей температурой технически несложно получить поток сетевой воды для горячего водоснабжения с более низкой температурой. Если по тепловым сетям подают тепло в жилые районы и промышленные предприятия, то диктующая нагрузка – отопление жилых зданий, так как это наиболее массовый (многочисленный) потребитель и при эксплуатации тепловых сетей МТП жилых зданий должны быть наиболее простыми и работать без постоянного присутствия на них обслуживающего персонала. Действительно, если параметры сетевой воды при центральном регулировании будут рассчитаны для удовлетворения требований местных систем теплопотребления жилых зданий, то на МТП этих зданий потребуется минимальный объем дополнительного оборудования и средств автоматики. В водяных системах центрального теплоснабжения (СЦТ) принципиально возможно использовать 4 способа центрального регулирования: 1.1качественное – регулирование отпуска тепла за счет изменения температуры теплоносителя Р Gот  const, tпод  f (tн ) ; 56 2.2количественное – регулирование отпуска тепла путем изменения расхода теплоносителя при постоянной температуре его на входе в регулирующую установку tпод  const , Gот  f (tн) ; 3.3количественно-качественное – регулирование посредством одновременного изменения расхода и температуры теплоносителя Gот  f (tн), tпод  f (tн) ; 4. комбинированное – регулирование, при котором часть отопительного периода осуществляется качественным регулированием, а другая часть количественным регулированием. Дальше мы увидим, что в основном применяется комбинированное регулирование. Итак: диктующий потребитель – жилые здания, и местные тепловые пункты этих зданий должны быть наиболее простыми и работать без обслуживающего персонала; диктующая тепловая нагрузка – отопление, так как расчетная температура сетевой воды для систем отопления всегда выше, чем для горячего водоснабжения. 4.2 ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ РЕГУЛИРОВАНИЯ Основное количество теплоты в абонентских системах (МТП различных типов зданий) расходуется для нагревательных целей, поэтому тепловая нагрузка зависит в первую очередь от режима теплоотдачи нагревательных приборов, которые весьма разнообразны по своему характеру, конструкции и техническому оформлению. Это отопительные приборы, отдающие теплоту воздуху излучением и свободной конвекцией; вентиляционные калориферы, нагревающие воздух, движущийся с большой скоростью вдоль поверхности нагрева; различные технологические аппараты, в которых пар или вода нагревают вторичный агент. Несмотря на все многообразие, теплоотдача всех видов нагревательных приборов может быть описана общим уравнением [4]   Q kFtnW1 t1' t1" n W2(t2" t2' )n, (4.1) Q – количество отданной теплоты, за время n; n – длительность работы системы или количество часов работы нагревательных приборов; kF – где произведение коэффициента теплопередачи нагревательных приборов на их поверхность нагрева; t – средняя разность температур между греющей и нагреваемой средой; W1 – эквивалент расхода первичной (греющей) среды; W2 ' " – эквивалент расхода вторичной (нагреваемой) среды; t1 и t1 – температуры первичной (греющей) среды на входе в нагревательный прибор и на выходе из 57 ' " него; t2 и t2 – температура вторичной (нагреваемой) среды на входе в нагревательный прибор и на выходе из него. Средняя разность температур может быть представлена в первом приближении как разность между среднеарифметическими температурами греющей и нагреваемой среды: t1'  t1" t2  t2 t1'  t1" t    tср, 2 2 2 ' " (4.2) t где ср – средняя температура нагреваемой среды. Водяной эквивалент расхода воды представляет собой произведение массового расхода теплоносителя на его удельную теплоемкость W G c. Как следует из уравнений (4.1) и (4.2):  t1'  t1"  Q  k F tср n.  2  t t  Q ; n W1 " 1 ' 1 Из совместного решения находим: t t n . Q ' 1 ср (4.3) 1  0,5 k F W1 Как видно из формулы (4.3), тепловая нагрузка принципиально может регулироваться за счет изменения пяти параметров: коэффициента теплопередачи нагревательных приборов k , площади включенной поверхности нагрева F, температуры греющего теплоносителя на входе в прибор t1' , эквивалента расхода греющего теплоносителя W1 ; времени работы отопительных приборов n. Для центрального регулирования из этих пяти параметров практически ' можно использовать только t1 и возможный диапазон изменения обстоятельств. W1 . При этом необходимо учитывать, что t1' и W1 в реальных условиях ограничен рядом ' При разнородной тепловой нагрузке нижним пределом t1 является обычно температура, требуемая для горячего водоснабжения (обычно 60 °С). Верхний ' предел t1 определяется допустимым давлением в подающей линии тепловой сети из условия невскипания воды. Верхний предел W1 определяется располагаемым напором на ГТП или МТП и гидравлическим сопротивлением абонентских установок. Что же касается параметров k, F и n, то ими можно 58 пользоваться для изменения расхода теплоты, как правило, только при местном регулировании. Регулирование тепловой нагрузки путем изменения длительности работы n называется регулированием пропусками, которое применяется как местное в дополнение к центральному регулированию. Выбор метода регулирования зависит от гидравлической устойчивости системы. Гидравлическая устойчивость системы – это способность системы поддержать заданный гидравлический режим, который характеризуется коэффициентом гидравлической устойчивости у Рпотр , Рт.с. Рпотр– располагаемый перепад потребителя; Рт.с – перепад давления здесь давления у наиболее удаленного в тепловой сети от источника до данного потребителя. Если у ≤ 0,4, то применяется качественное регулирование. Если у > 0,4, то применяется качественно-количественное регулирование. Для любого вида нагрузки, отношение при нерасчетных и расчетных условиях представляет собой относительную величину, которая показывает долю от расчетного значения.   Рис. 4.1. Зависимость Qо   W : 1 – качественное регулирование, m = 0; 2 – качественноколичественное регулирование, m = 0.33; 3 – количественное регулирование, m = 1; 4 – количественное регулирование, m = 1.5; Qо – относительная тепловая нагрузка на отопление Уравнение теплового баланса для относительных величин может быть записано в общем виде Q  kt Wt , 59 где Q  Q' , W  W' ,t  t' , k  k' , t  t' Q W t k t – относительные величины соответственно тепловой нагрузки, водяных эквивалентов, перепадов температур греющей и нагреваемой среды, коэффициента теплопередачи, температурного напора. Зависимость расхода или эквивалента расхода воды в сети от тепловой нагрузки удобно описывать эмпирическим уравнением 1 m W Q или Q W , где m – показатель степени, зависящий от метода регулирования. При качественном регулировании, т.е. при постоянном расходе сетевой m воды, m 0, W 1, в этом случае Q t. При количественном регулировании m ≥ 1, Q W . При качественно-количественном регулировании 0 m1, в этом случае Q W . На рис. 4.1 приведена зависимость Qо   W при различных системах регулирования [4].   4.3 РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ В СИСТЕМАХ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ НА ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОТЫ Выполняя принцип центрального регулирования на ТЭЦ или котельных, не учитывается разнородность тепловой нагрузки для потребителей (промышленных предприятий, жилых районов, отдельно стоящий зданий и т.д.). Роль, такого регулирования выполняют тепловые пункты, которые согласно нормативной документации [11] подразделяются на: местные (индивидуальные) тепловые пункты (МТП) – для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок одного здания или его части; центральные тепловые пункты (ЦТП) для присоединения систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и технологических теплоиспользующих установок группы зданий. Для контроля за параметрами теплоносителя, работой оборудования и автоматических регуляторов, а также для учета расхода энергоресурсов тепловые пункты оснащаются контрольно-измерительными приборами: термометрами, манометрами, расходомерами [5]. Тепловой пункт должен быть оснащен следующими контрольноизмерительными приборами (рис. 4.2): а) манометрами самопишущими и показывающими на подающем и обратном трубопроводах после основных задвижек и штуцерами для манометра перед основными задвижками; 60 б) термометрами самопишущими и показывающими на подающем и обратном трубопроводах ввода и гильзами для термометров на всех обратных трубопроводах от местных систем теплопотребления; в) расходомерами самопишущими, установленными на подающем или обратном трубопроводе с подключенной тепловой нагрузкой примерно 20ГДжч 5 Гкалч и более, и водомерами, установленными на линии на горячее водоснабжение; г) штуцером для манометра и гильзой для термометра на подающей трубе после узла смешения или водоподогревателя для местной системы отопления. Рис. 4.2. Принципиальная схема элеваторного узла: 1 – подающий теплопровод; 2 – обратный теплопровод; 3 – задвижки; 4 – водомер; 5 – грязевики; 6 – манометры; 7 – термометры; 8 – элеватор; 9 – нагревательные приборы системы отопления На вводах водяных тепловых сетей в здания (МТП) устанавливаются грязевики. На подающем трубопроводе ввода грязевик устанавливается после входной задвижки, назначение его – защита местных систем теплопотребления здания от засорения мусором, находящимся в трубопроводах наружных тепловых сетей. На обратном трубопроводе ввода грязевик устанавливается после смесительного узла системы отопления и предотвращает попадание мусора из местных систем в наружные тепловые сети. На конце выходного патрубка внутри грязевика устанавливается сетка из оцинкованной проволоки или сверлятся отверстия. Грязевики подбираются по диаметру подводящих и обратных трубопроводов. Скорость движения воды в грязевике должна быть не более 0,05м с , чтобы в нем успели осесть взвешенные частицы мусора, находящегося в воде. Система автоматического регулирования должна обеспечивать работу тепловых пунктов без постоянного обслуживающего персонала, а так же поддержание заданной температуры горячей воды, регулирование подачи теплоты в системы отопления в зависимости от температуры наружного воздуха, поддержание требуемого перепада давлений воды в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей на вводе в ЦТП и 61 МТП, включение и выключение подпиточных устройств для поддержания статического давления. Рис. 4.3. Схема присоединения к тепловой сети систем отопления и горячего водоснабжения через ГТП: 1, 2 – подогреватели горячего водоснабжения первой и второй ступени; 3 – электронное устройство; 4 – регулятор температуры воды; 5 – регулятор расхода отопления; 6 – насос смешения; 7 – циркуляционный насос; 8 – водоразборное устройство; 9 – элеватор; 10, 11 – отсекающие задвижки тепловой сети Согласно своду правил [11] ЦТП могут устанавливаться на два или несколько зданий. Для жилых или общественных зданий в закрытых системах теплоснабжения рекомендуется установка одного ЦТП на микрорайон или группу зданий с расходом теплоты в пределах 12–35 МВт (рис. 4.3). На МТП регулирование режимов систем отопления и горячего водоснабжения местных тепловых систем часто осуществляется количественным регулированием. Таким образом, используется метод комбинированного регулирования – этот метод имеет наибольшее практическое применение. В этом случае, часть отопительного периода осуществляется качественным центральным регулированием по отопительному графику на источнике тепла, а другая часть местным количественным регулированием на местных тепловых пунктах зданий. Такой способ называют регулированием по отопительному графику. В разделах 4.4 и 4.5 дается подробное описание построения графиков регулирования по отопительной нагрузке. Рассмотрим способы регулирования на МТП отдельных зданий. Переменный суточный и годовой графики горячего водоснабжения оказывают значительное влияние на режимы отопительных систем, для 62 уменьшения этого влияния применяют два способа местного регулирования отпуска теплоты в системы отопления. Рис. 4.4. Схема МТП связанного регулирования закрытой системы теплоснабжения: Э – элеватор системы отопления; ОП – отопительные приборы; ПС – полотенцесушители; ЦН – циркуляционный насос; РР-С – регулятор расхода сетевой воды; РРВ – регулятор расхода сетевой воды в системе вентиляции; РТ – регулятор температуры; ДТ – датчик температуры Способ связанного регулирования, при котором режимы систем горячего водоснабжения и отопления связаны между собой. На рис. 4.4 изображена схема совместного регулирования систем отопления и горячего водоснабжения. На подающем трубопроводе установлен регулятор расхода РР-С перед узлом присоединения системы горячего водоснабжения, что позволяет регулировать расход сетевой воды при переменных режимах систем горячего водоснабжения и отопления. Способ несвязанного регулирования, при котором гидравлические режимы систем отопления и горячего водоснабжения не связаны между собой. При этом способе регулятор постоянства расхода РР-С на МТП отдельных зданий устанавливается на подающем трубопроводе перед системой отопления для поддержания постоянного расчетного расхода сетевой воды р на отопление Gот (рис. 4.5 и 4.6). При этом способе температура сетевой воды на источнике теплоты поддерживается по отопительному графику. Недостатком этого способа является увеличенный расход сетевой воды во 63 внешних тепловых сетях, а преимуществом является то, что этот способ применим при любой доле нагрузки горячего водоснабжения. Рис. 4.5. Схема МТП закрытой системы теплоснабжения с несвязанным регулированием: ОК – обратный клапан; СН – смесительный насос; ДД – датчик давления Способ несвязанного регулирования, является более простым при расчете и наладке системы теплоснабжения и имеет более широкую область применения. В схемах МТП изображенных на рис. 4.5 и 4.6 сетевая вода из обратного трубопровода к элеватору подается насосом, который обеспечивает постоянный расход в местной системе отопления Gмот при уменьшении расхода воды на Gпод от внешней сети. Для осуществления отопление в подающем трубопроводе расчетных режимов в такой схеме необходима установка регуляторов, которые должны обеспечить: расчетное снижение расхода сетевой воды в подающем трубопроводе на отопление Gпод от при повышении температуры наружного воздуха tн ; поддержание постоянного расхода сетевой воды в местной системе м на систему отопления Gот; поддержание температуры сетевой воды перед местной системой отопления по графику качественного регулирования. 64 Рис. 4.6. Схема МТП открытой системы теплоснабжения с несвязанным регулированием Смесительный насос можно установить также после элеватора, для подачи воды из обратного трубопровода системы отопления в подающий трубопровод этой системы. 4.4. ТЕМПЕРАТУРНЫЙ ГРАФИК ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКЕ Температурный график представляет собой графическую зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха [12, 16]. На рис. 4.7 представлен отопительный температурный график качественного центрального регулирования. Для построения такого графика нужны следующие исходные данные: 1) расчетная наружная температура для проектирования отопления tн.от; 2) нормативное значение температуры наружного воздуха начала (конца) отопительного периода tн ; 3) усредненное значение расчетной температуры внутреннего воздуха р отапливаемых зданий tвн; 4) расчетные температуры сетевой воды: р в подающем трубопроводе тепловой сети tпод; р в подающем трубопроводе местной системы, т.е. после элеватора tот.под; 65 tр температура сетевой воды в обратном трубопроводе после систем отопления от.обр. температура наружного воздуха Рис. 4.7. Отопительный температурный график Изображенные линии 1, 2, 3 на рис. 4.7 соответствуют упрощенному прямолинейному графику, при котором не учитывается зависимость коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности отопительных приборов воздуху внутри отапливаемых помещений от средней температуры этой поверхности. При этом: 1 – линия изменения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе (регулируется температура сетевой воды на теплоисточнике) – это центральное регулирование; 2 – линия изменения температуры сетевой воды перед местной системой отопления, т.е. после элеватора – местное регулирование; 3 – линия изменения температуры сетевой воды после местных систем отопления и вентиляции. Линии 1', 2' и 3' соответствуют реальному температурному графику. Температурный график может быть рассчитан и по формулам [6]: р t ) (t р вн н  (tр  tр ) ; tпод  tвн  р под вн tвн  tн.от р t t р р вн н  (tр tот.обр tвн  р от.обр tвн) ; tвн  tн.от 66 (4.4) (4.5) р t t р р вн н  (tр tот.под tвн  р от.под tвн) . tвн  tн.от (4.6) 4.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАЗНОРОДНОЙ НАГРУЗКИ ПРИ ЦЕНТРАЛЬНОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ ПО ОТОПИТЕЛЬНОМУ ГРАФИКУ Центральное регулирование, выполняя «грубую» регулировку системы теплоснабжения, позволяет снизить нагрузку на системы группового и местного регулирования, несмотря на то, что наиболее эффективным является индивидуальное регулирование теплопотребляющих установок, потому что можно учесть все факторы, влияющие на тепловые нагрузки. Основной тепловой нагрузкой (как выяснено выше) обычно является отопление, поэтому центральное регулирование жилых районов ориентировано на отопительную (или совместную с горячим водоснабжением) нагрузку. При разнородной тепловой нагрузке (отопление и горячее водоснабжение, вентиляция) жилого района независимо от центрального регулирования должно проводиться групповое и (или) местное регулирование всех видов тепловой нагрузки. Независимо от принятого метода центрального регулирования температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети должна быть не ниже уровня, определяемого условиями горячего водоснабжения. Минимальная температура мин сетевой воды tпод на источнике тепла в подающем трубопроводе согласно [1] принимается в зависимости от системы теплоснабжения, для открытой системы (ОС) – не ниже 60 ºС, для закрытой системы (ЗС) – не ниже 70 ºС. Расчетная температура горячей воды в местах водоразбора, в соответствии с нормами проектирования [7], принимается при открытой системе в диапазоне 60–75 ºС, а при закрытой системе – в диапазоне 50–75 ºС. Температура воды в подающем трубопроводе на графике имеет вид ломаной линии. При низких наружных температурах tн < tн.изл (где tн.изл – наружная температура, соответствующая излому температурного графика) температура воды в подающей магистрали tпод повышается в зависимости от понижения температуры наружного воздуха. При наружных температурах tн > tн.изл температура воды в подающем трубопроводе постоянна и равна t мин минимальной температуре под = tпод . Рассмотрим графики центрального качественного регулирования на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение (см. рис. 4.8, 4.9, 4.10). 67 Нагляднее и удобнее графики регулирования для всех местных систем теплопотребления (отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение) представить с общей горизонтальной осью наружных температур tн последовательно один за другим: 1 – график тепловой нагрузки; 2 – графики температуры; 3 – график расхода сетевой воды. ГРАФИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 1. График тепловой нагрузки. График сезонной (переменной) тепловой нагрузкой системы отопления, строится по 2-м точкам: р р 1) Qот при tн = tн.от; 2) Qот = 0 при tн = tвн. 2. Графики температур сетевой воды. При центральном регулировании отпуска тепла по отопительному графику значение tпод в начале (конце) отопительного периода в большинстве случаев меньше расчетной температуры р tпод в этих р случаях поддерживают постоянной и необходимой для обеспечения tг.в. Таким воды для систем горячего водоснабжения tг.в. Поэтому величину образом, появляется зона излома температурного графика (далее – зона мин излома), в которой tпод = tпод = const. Наружную температуру, при которой начинается зона излома, называют точкой излома температурного графика (далее – точка излома). При наличии зоны излома в этой зоне необходимо применять количественное регулирование отпуска теплоты на отопление. Изменение расхода сетевой воды на отопление Gот в этом случае осуществляется на МТП отдельных зданий при помощи разнообразных способов и средств автоматического и ручного регулирования. Графики температур и расходов сетевой воды на отопление делятся на две зоны: 1-я зона (количественное регулирование) – зона излома от t'Н до tн.изл; 2-я зона (качественное регулирование) – от tн.изл до tн.от. График температур в подающем трубопроводе тепловой сети имеет вид ломаной линии. Графики температур сетевой воды после элеватора и в обратном трубопроводе системы отопления в зоне излома зависят от способа регулирования системы отопления в этой зоне. Так, при поддерживании постоянного расхода воды в местной системе отопления графики температур сетевой воды после системы отопления сохраняются такими же, как при графике регулирования качественным способом, т.е. без зоны излома [9]. При этом в зоне излома будет уменьшаться расход сетевой воды на отопление в подающем трубопроводе внешней сети при увеличении tн . 68 Во 2-й зоне сохраняются температурные графики центрального качественного регулирования, рассчитанные по формулам (4.4), (4.5) и (4.6). Рис. 4.8. График изменения расхода тепла, температурные графики и график изменения расхода сетевой воды систем отопления 3. График расхода сетевой воды. Во 2-й зоне температурного графика центрального качественного регулирования величина определяется по формуле р р от от р р под от.обр G  где р Qот Q с(t  t ) р = Gот= Gот , – расчетный расход теплоты на отопление; температура сетевой воды в подающем трубопроводе; const и (4.7) р tпод – расчетная р tот.обр – расчетная температура сетевой воды после систем отопления; с – удельная теплоемкость сетевой воды. 69 В 1-й зоне величина Gот при увеличении Gот линии. Минимальное значение определяется по формуле Gмин от  tн уменьшается по прямой в начале отопительного периода Qмин от , мин мин с(tпод  tот.обр) (4.8) Qмин от – минимальный расход тепла на отопление в начале отопительного мин периода; tпод – температура сетевой воды в подающем трубопроводе в зоне излома; tмин – минимальная температура сетевой воды после систем отопления, от.обр определяется по формуле (4.5) при tн = tн . мин Величина Qот определяется по формуле где мин от Q t  tн . t  t н.от р р вн от р вн Q Минимальный расход тепла на отопление формуле (4.9), а из графика на рис. 4.8. (4.9) Qмин от можно определить не по ГРАФИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ По характеру изменения расхода теплоты и температуры в подающей линии в системах принудительной приточной вентиляции с подогревом и увлажнением воздуха в калориферах режим работы вентиляционных установок делят на 2 зоны: 1-я зона (местное количественное регулирование) – зона излома от tн до tн.изл ; 2-я зона (центральное качественное регулирование) – от tн.изл до tн.от. 1. График тепловой нагрузки. График тепловой нагрузки на вентиляцию строится аналогично графику для систем отопления по расчетной тепловой нагрузке систем вентиляции. 2. Графики температур сетевой воды. График температуры сетевой воды в подающем трубопроводе (с зоной излома, если она имеется) такой же, как для системы отопления. При этом имеется в виду, что калорифер системы вентиляции присоединяется к подающему трубопроводу на входе в МТП, т.е. до узла присоединения системы горячего водоснабжения и элеватора системы отопления. 70 График температуры сетевой воды после калорифера во 2-й зоне, при tн < tн.изл , практически совпадает с графиком температуры сетевой воды после системы отопления. График температуры сетевой воды после калорифера в 1-й зоне зависит от способа местного регулирования тепловой нагрузки вентиляции в этой зоне. Необходимость этого регулирования вызвана тем, что при понижении вентиляционной нагрузки Qвент при повышении tн , температура сетевой воды мин перед калорифером tпод является постоянной и равной 65 ºС в открытых и в закрытых системах при размещении подогревателей горячего водоснабжения на МТП. Для регулирования вентиляционной нагрузки в 1-й зоне могут применяться два способа: регулирование «по воздуху» – качественное регулирование при постоянном расходе сетевой воды, подаваемой на калорифер, и переменном расходе наружного воздуха, подаваемого вентилятором в калорифер; при этом на вход вентилятора поступает часть отработавшего воздуха из вытяжного воздуховода по системе рециркуляции (рис. 4.9); этот способ применяется для зданий без вредных выделений; регулирование «по воде» – количественное регулирование уменьшением расхода сетевой воды на калорифер при повышении tн ; при этом расход наружного воздуха, подаваемого на калорифер, не изменяется. График температуры сетевой воды после калорифера при регулировании «по воздуху» Температура сетевой воды после калорифера в 1-й зоне определяется по формуле, которая выводится из теплового баланса калорифера при постоянном расходе сетевой воды на калорифер где tмин под– р t t мин мин изл вн н , tвент.обр tпод (tпод  tвент.обр) р изл tвн  tн минимальная температура в подающем трубопроводе; tизл вент.обр – температура сетевой воды после калорифера в точке излома, которую рекомендуется принимать равной температуре сетевой воды после систем отопления, т.е. изл ; tр – расчетная усредненная температура вентилируемого tизл вн вент.обр= tот.обр изл помещения; tн – наружная температура в точке излома; tн – текущее значение наружной температуры. 71 График температуры сетевой воды после калорифера при регулировании «по воде» Величина tвент.обрв 1-й зоне при регулировании «по воде» уменьшается при повышении tн . Рис. 4.9. График изменения расхода тепла, температурные графики и график изменения расхода сетевой воды систем вентиляции 3. Графики расхода сетевой воды. Во 2-ой зоне температурного графика величина расхода сетевой воды на вентиляцию формуле 72 р определяется по Gвент = Gвент р  Gвент р Qвент , р р с(tпод tвент.обр ) (4.10) р – расчетная тепловая нагрузка систем вентиляции; t р – Qвент под р сетевой воды в подающем трубопроводе; tвент.обр– расчетная где величины температура температура сетевой воды после калорифера. В зоне излома график расхода сетевой воды на вентиляцию зависит от способа местного регулирования систем вентиляции. При регулировании «по р , определенной Gвент остается постоянной и равной Gвент по формуле (4.10). При регулировании «по воде» величина Gвент определяется воздуху» величина по формуле Gвент где Qвент Qвент , мин с(tпод  tвент.обр) – тепловая нагрузка систем вентиляции; tмин под– минимальная температура сетевой воды в подающем трубопроводе; tвент.обр– температура сетевой воды после калорифера. Величина Qвентопределяется по формуле р t t p вн н , Qвент Qвент р tвн  tн.от ГРАФИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В ЗАКРЫТЫХ СИСТЕМАХ Закрытая система с одноступенчатым параллельным водоводяным подогревателем 1. График тепловой нагрузки. Так как тепловая нагрузка горячего p водоснабжения Qг.в не зависит от наружной температуры, графики p tн для всех разновидностей систем горячего зависимости Qг.в и водоснабжения представляют собой прямые линии, параллельные горизонтальной оси tн . 2. Графики температур сетевой воды. График температур сетевой воды в подающем трубопроводе является общим для всех местных систем. Различие 73 этого графика только в величине мин tмин под , которую рекомендуется принимать равной tпод = 65 ºС для варианта с размещением подогревателей на МТП. На графике температуры сетевой воды после подогревателя горячего водоснабжения ( t гв.обр ) имеется 2 зоны. Во 2-й зоне график строится в виде прямой линии по двум точкам (см. рис. 2.8 и 4.10): р изл 1) t гв.обр= 30 ºС при tн = tн , 2) t гв.обр= tх + t при tн = tн.от, мин р р где tх – расчетная температура холодной воды; подогревателе. t – недогрев воды в 3. График расхода сетевой воды. На графике расходов сетевой воды на горячее водоснабжение ( Gс.гв) имеются такие же 2 зоны как на графике температур. В 1-й зоне величина Gс.гв имеет максимальное значение, постоянна и определяется по формуле: р Qгв р Gс.гв Gс.гв мин р , (4.11) с(tпод  tгв.обр) где р – Qг.в расчетная тепловая нагрузка на горячее водоснабжение; минимальная температура сетевой воды в подающем трубопроводе; расчетная температура сетевой воды после подогревателя. Во 2-й зоне величина минимального расхода Gс.гв уменьшается сетевой воды при снижении после tн . рассчитывается по формуле (4.11), в которую вместо величин tпод и р мин нужно подставить tпод, t гв.обр р Q гв G  р с(tс.под tмин ). гв.обр мин с.гв 74 – р tгв.обр – Величина подогревателя мин tмин под Gмин с.гв р tг.в.обр Рис. 4.10. График изменения расхода тепла, температурные графики и график изменения расхода сетевой воды для систем горячего водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения Величина расчетного расхода воды в местной системе горячего водоснабжения по формуле р Qг.в G  , р 1,2с(tг.в  t рх ) р г.в 75 где 1,2 – коэффициент, учитывающий потери теплоты из-за выстывания воды в местных системах горячего водоснабжения; – расчетная температура горячей воды; – расчетная температура холодной воды. ГРАФИКИ РЕГУЛИРОВАНИЯ НА СИСТЕМЫ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ В ОТКРЫТЫХ СИСТЕМАХ 1. График тепловой нагрузки. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение p , как и в закрытой системе, не зависит от наружной температуры, график Qг.в p зависимости Qг.в от tн представляет собой прямую линию, параллельную горизонтальной оси tн . 2. Графики температур сетевой воды. Температурные графики для систем горячего водоснабжения в подающих и обратных трубопроводах открытых систем совпадают с отопительным графиком центрального регулирования систем отопления. 3. Графики расхода сетевой воды. На этих графиках следует выделить 3 зоны см. рис. 4.11: 1) 1-я зона (зона излома); мин изл 2) 2-я зона при tн от tн до tг , при которой tот.обр= tпод ; 3) 3-я зона, при tн от tг до tн.от. В 1-й зоне водоразбор на горячее водоснабжение осуществляется только из подающего трубопровода и расход сетевой воды на горячее водоснабжение определяется по формуле р Q г.в G G  . р 1,2с(tг.в  tрх ) под величина Gг.в уменьшается из-за под г.в Во 2-й зоне определяется по формуле β р г.в увеличения tпод и р Gпод г.в  β под  Gг.в, где под – доля водоразбора из подающего трубопровода, определяемая по формуле tвых г.в  tот.обр β  , под tпод  tот.обр где tпод, tот.обр– температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводе вых после системы отопления во 2-й зоне; tг.в – температура воды на горячее водоснабжение на выходе из смесительного устройства (регулятора смешения). 76 Рис. 4.11. График изменения расхода тепла, температурные графики и график изменения расхода сетевой воды для систем горячего водоснабжения открытых систем теплоснабжения под В 3-й зоне величина Gг.в = 0. Расход сетевой воды на горячее водоснабжение из обратного трубопровода Gобр г.в в 1-й зоне равен 0. 77 Gобр г.в во 2-й зоне возрастает и определяется по формуле р под р Gобр г.в  Gг.в Gг.в  (1βпод)Gг.в. обр Gпод г.в и Gг.в имеют криволинейный характер. Величина Графики В 3-й зоне водоразбор осуществляется только из обратного трубопровода. мин р Так как величина tот.обрв 3-й зоне увеличивается от tпод до tот.обр величина Gобр г.в уменьшается и определяется по формуле р Qг.в обр Gг.в  . р с(tот.обр tх) 4.6. ГРАФИКИ СУММАРНОГО РАСХОДА СЕТЕВОЙ ВОДЫ При централизованном теплоснабжении многие важные экономические показатели, такие как затраты на сооружение тепловых сетей и установку сетевых насосов, расход электроэнергии зависят от расчетного расхода сетевой р макс воды равному максимальному расходу Gсв  Gсв . В закрытой системе расходы в подающем и обратном трубопроводе одинаковы, поэтому графики суммарного расхода сетевой воды для подающего и обратного трубопроводов совпадают и строятся по формуле р  G  G  G  G Gсв под обр от вент Gс.г.в. На рисунке 4.12 цифрами обозначены следующие графики расходов сетевой воды: 1 – для систем отопления; 2’ – для систем вентиляции при регулировании «по воздуху»; 2” – для систем вентиляции при регулировании «по воде»; 3 – для одноступенчатого параллельного подогревателя горячего водоснабжения; 4’ – суммарный расход сетевой воды при регулировании систем вентиляции «по воздуху»; 4” – суммарный расход сетевой воды при регулировании систем вентиляции «по воде». 78 Рис. 4.13. График суммарного расхода сетевой воды для закрытой системы теплоснабжения В открытой системе суммарные расходы сетевой воды в подающих и обратных трубопроводах различаются на величину водоразбора на горячее водоснабжение, необходимо построить два графика суммарного расхода сетевой воды для подающего и обратного трубопроводов. График для подающего трубопровода рассчитывается по формуле Gпод  Gот  Gвент Gпод.гв. График для обратного трубопровода рассчитывается по формуле обр  р Gобр  Gпод Gпод гв  Gгв  Gпод  Gгв. (4.12) Формула (4.12) справедлива только для 1-й и 2-й зон графика (рис. 4.13). В 3-й зоне в формулу (4.12) вместо величины для этой зоны. обр р Gгв следует подставлять величину Gгв 79 Рис. 4.13. График суммарного расхода сетевой воды открытой системы теплоснабжения На рисунке 4.13 цифрами обозначены следующие графики расходов сетевой воды: 1 – для систем отопления; 2’ – для систем вентиляции при регулировании «по воздуху»; 2” – для систем вентиляции при регулировании «по воде»; 3П – для систем горячего водоснабжения из подающего трубопровода; 3О – для систем горячего водоснабжения из обратного трубопровода; 4П’ – суммарный расход сетевой воды в подающей трубопровода для ОС при регулировании систем вентиляции «по воздуху»; 4П” – суммарный расход сетевой воды в подающем трубопроводе для ОС при регулировании систем вентиляции «по воде»; 4О’ – суммарный расход сетевой воды из обратного трубопровода для ОС при регулировании систем вентиляции «по воздуху»; 80 4О” – суммарный расход сетевой воды из обратного трубопровода для ОС при регулировании систем вентиляции «по воде». Контрольные вопросы и задания к четвертому разделу 1. Основная задача систем регулирования отпуска тепла. Какие разновидности способов регулирования отпуска тепла в зависимости от места установки средств автоматики существуют? 2. Рассказать о выборе диктующей тепловой нагрузки для центрального регулирования отпуска тепла. С какой целью вводится понятие о диктующей нагрузке? 3. Какие способы центрального регулирования отопительной нагрузки вы знаете? 4. Назначение ЦТП и МТП. Какое основное оборудование устанавливается для регулирования тепловой нагрузки на этих пунктах? 5. Написать общее уравнение регулирования (уравнение теплового баланса). Какие основные параметры влияют на изменение тепловой нагрузки? 6. Построить температурный график качественного регулирования отопительной нагрузки. Какие исходные данные необходимы для построения? 7. Регулирование разнородной нагрузки при центральном регулировании по отопительному графику (графики температур и расходов сетевой воды). Написать формулы определения расчетных расходов сетевой воды. 8. Регулирование систем отопления. Причины появления точки излома на графике температур. 9. Регулирование горячего водоснабжения при закрытой системе (одноступенчатая параллельная схема). 10. Регулирование горячего водоснабжения при открытой системе. 11. Построить график суммарного расхода сетевой воды при закрытой системе теплоснабжения. 12. Построить графики суммарных расходов сетевой воды при открытой системе теплоснабжения. 81 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. М. : Госстрой России, 2004. 2. СНиП 23.01.99. Строительная климатология. М. : Госстрой России, 2000. 3. Теплоснабжение. Ионин А.А. [и др.] М. : Стройиздат, 1982. 4. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. М. : Изд-во МЭИ, 2003. 5. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей. Манюк В.И. [и др.] М. : Изд-во Либроком, 2011. 6. Водяные тепловые сети: справочное пособие по проектированию /под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина. М. : Энергоатомиздат, 1988. 7. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. М.1: Госстрой России, 2004. 8. Ермаков Р.Л., Захарьева Н.Г. Расчеты тепловых нагрузок жилищнокоммунальных потребителей для проектирования систем централизованного теплоснабжения. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 9. Теплоснабжение. Козин В.Е.[и др.] М. : Высш. Шк.,1980. 10. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. М. : Издво ДЕАН. 2011. 11. СП 41-101-95. Проектирование тепловых пунктов. М. : Изд-во ГУП ЦПП, 1997. 12. Наладка систем централизованного теплоснабжения: справ. пособ./ составители: И.М. Сорокин, А.И. Кузнецов, Л.М. Александров, Л.А. Рогов. М. : Стройиздат, 1979. 13. Цветков В.В. Организация пароснабжения промышленных предприятий. М. : Энергия, 1980. 14. Шмидт В.А. Теплоснабжение городов. М. : Стройиздат, 1976. 15. Шубин Е.П. Основные вопросы проектирования систем теплоснабжения городов. М. : Энергия, 1979. 16. Закатова М.С. Учебное пособие по расчету и построению режимных графиков абонентских систем и комбинированным тепловым потреблением. М. : Изд-во МЭИ, 1975. 17. Шарапов В.И., Ротов П.В. Регулирование нагрузки теплоснабжения. М. : Изд-во /Новости теплоснабжения/, 2007. 82 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение 1 Климатические данные по некоторым городам на основании [2] Город Продолжительность отопительного периода, сут. Архангельск Астрахань Баку Брянск Вильнюс Воронеж Волгоград Екатеринбург Иваново Иркутск Курск Луганск Магнитогорск Москва Санкт-Петербург Улан-Удэ Чита Якутск 251 172 119 206 194 199 182 228 217 241 198 180 218 205 219 235 240 268 Температура воздуха, °С средняя расчетная для средняя самого проектирования отопительного холодного отопления tн.от периода месяца -32 -4,7 - 12,5 -22 1,6 -6.8 -4 + 5,1 + 3,8 -24 -2,6 -8,5 -23' -0,9 -5,5 -25 -3,4 -9,3 -22 -3,4 -9,2 -31 -6,4 - 15,3 -28 -4,4 - 11,8 -38 -8,9 -20,9 -24 -3,0 -8,6 -25 -1,6 -6,6 -34 -7,9 - 16,9 -25 -3,2 -9,4 -25 -2,2 -7,9 -38 -10,6 -25,4 -35 -8,7 -17,4 -55 -19.7 -43,2 Приложение 2 Удельные отопительные характеристики жилых и общественных зданий с расчетной температурой внутри помещения +180С qо , Вт/(м3 . 0С) [5] Наружный строительный объем зданий, тыс. м3 0,1 0,5 0,8 1,0 1,5 1,7 2,0 2,5 3,0 3,5 qо 1,07 0,82 0,78 0,76 0,66 0,64 0,62 0,60 0,58 0,56 Наружный строительный объем зданий, тыс. м3 4,0 4,5 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 83 qо 0,55 0,53 0,28 0,5 0,49 0,48 0,47 0,45 0,44 0,44 Наружный строительный объем зданий, тыс. м3 13,0 14,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0 qо 0,43 0,43 0,43 0,43 0,43 0,42 0,41 0,41 0,4 0,4 Приложение 3 Укрупненные показатели максимального теплового потока на отопление жилых р зданий на 1м2 общей площади qо , Вт [1] Этажность Характеристика Расчетная температура наружного воздуха для жилой зданий проектирования отопления tо, оС постройки -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -55 Для постройки до 1985 года Без учета 1-2 3-4 внедрения энергосберегающи х мероприятий 5 и более 1-2 3-4 5 и более С учетом внедрения энергосберегающи х мероприятий 160 205 213 230 234 237 242 255 271 109 117 126 134 144 150 160 169 179 77 86 88 98 102 109 115 122 160 194 201 218 222 225 230 242 257 103 111 119 128 137 140 152 160 171 73 82 88 92 96 103 109 116 79 75 Для постройки после 1985 года 1-2 3-4 5 и более По новым 159 типовым проектам 86 70 166 173 177 180 187 194 200 208 91 97 101 103 109 116 123 130 73 81 87 95 100 102 108 87 Приложение 4 Удельные расходы теплоты на отопление и вентиляцию общественных центров и общественных зданий, Вт/( м3 . 0С) [5] Объём для Для Наименование зданий 1 Административные, научно-исследовательские, проектные Клубы Театры и кинотеатры Магазины, учебные заведения (колледжи, институты и т.д.) Больницы Школы общеобразовательные 84 здания, тыс. м3 2 до 5 до 10 до 15 более 15 10 и более отопления qо 3 0,50 0,44 0,41 0,39 0,37 вентиляции до 10 более 10 более 30 до 5 до 10 более 10 до 5 до 10 более 10 до 5 0,37 0,35 0,21 0,45 0,41 0,38 0,47 0,42 0,37 0,45 0,45 0,44 0,40 0,1 0,09 0,08 0,34 0,32 0,1 0,10 qв 4 0,10 0,09 0,08 0,21 0,24 Продолжение приложения 4 1 Бани Предприятия общественного питания Детские сады - ясли Гаражи Лаборатории 2 3 4 до 5 до 10 более 10 до 5 до 10 более 10 до 5 более 5 до 2 до 3 более 3 до 5 до 10 более 10 0,32 0,29 0,27 0,41 0,38 0,35 0,44 0,40 0,81 0,0,7 0,64 0,44 0,41 0,38 1,16 1,1 1,05 0,81 0,76 0,70 0,13 0,12 0,81 1,16 1,1 1,05 Приложение 5 Удельные расходы теплоты на отопление qо и удельные расходы теплоты на вентиляцию qв промышленных зданий (для ориентировочных расчетов) [4] Назначение зданий Чугунолитейные цехи Механосборочные и механические цехи, слесарные мастерские Деревообделочные цехи Цехи металлических покрытий Цехи покрытий металлами Ремонтные цехи Локомотивные депо Строительный объем зданий, тыс. м3 10—50 50—100 100—150 5—10 10—50 50—100 100—200 До 5 5—10 10—50 50—100 100—150 До 2 2—5 5—10 5—10 10—20 До 5 5—10 Удельная характеристика, Дж/(с . м3 . 0С) для отопления qо для вентиляции qв 0,35—0,29 0,29—0,25 0,25—0,21 0.65—0,53 0,53—0,47 0,47—0,44 0,44—0,42 0,69—0,64 0,64—0,53 0,53—0,47 0,45—0,42 0,42—0,35 0,75—0,69 0,69—0,64 0,64—0,53 0,69—0,58 0,58—0,53 0,81—0,75 0,75—0,69 1,28—1,17 1,17—1,05 1,05—0,95 0,47—0,29 0,29—0,17 0,17—0,14 0,14—0,10 0,69—0,58 0,58—0,53 0,53—0,47 0,61—0,53 0,53—0,42 5,85—4,70 4,70—3,45 3,45—2,36 0,23—0,18 0,18—0,12 0,47—0,35 0,35—0,29 Поправочный коэффициент α к отопительной характеристике зданий qо [5] Расчетная температура для проектировании отопления tн.от, оС Коэффициент α –5 –10 –15 –20 –25 –30 –35 –40 –45 –50 –55 2,05 1,67 1,45 1,29 1,17 1,08 1,0 0,95 0,9 0,85 0,82 0,8 85