Вопросы для самопроверки
1.Как определяются тепловые нагрузки различных потребителей?
2. Приведите формулы расчета максимальных тепловых нагрузок на ОВ и ГВС.
3.Расчет средних тепловых нагрузок на ОВ.
4. Какова методика расчета тепловых нагрузок на горячее водоснабжение в течение года.
5. Как рассчитать годовые расходы теплоты для жилых и общественных зданий?
6. Определите годовую потребность в топливе для запроса на отпуск топлива в соответствующих органах власти.
Раздел 2. Системы теплоснабжения
По виду теплоносителя системы централизованного теплоснабжения разделяются на водяные и паровые.
2.1. Водяные системы
Водяные системы теплоснабжения, в зависимости от способа присоединения к тепловым сетям установок горячего водоснабжения потребителей, применяются двух типов: закрытые (замкнутые) и открытые (разомкнутые). В закрытых системах вода, циркулирующая в теплосети, используется только как теплоноситель, и из сети не отбирается. В открытых системах циркулирующая вода частично или полностью разбирается у абонентов для горячего водоснабжения.
В зависимости от количества линий, используемых для теплоснабжение данной группы потребителей, водяные системы делятся на одно-, двух-, трех- и многотрубные. Минимальное количество труб для открытой системы равно одной, для закрытой системы – двум.
Наиболее простой и перспективной для транспорта на большие расстояния является однотрубная безсливная система теплоснабжения. Её можно применять в том случае, когда обеспечивается равенство расходов сетевой воды, требующихся для удовлетворения нагрузки ОВ и для ГВС абонентов данного города или района.
Преимущественное применение имеют двухтрубные системы, т.к. они по сравнению с многотрубными требуют меньших начальных капвложений и дешевле в эксплуатации. Двухтрубные системы применимы в тех случаях, когда всем потребителям района требуется теплота примерно одного потенциала. Такие установки имеют место обычно в городах, где вся тепловая нагрузка (ОВ и ГВС) может быть удовлетворена в основном теплотой низкого потенциала.
В промышленных районах, где имеется тепловая нагрузка повышенного потенциала, могут применяться трехтрубные системы, в которых две линии используются как подающие, а третья линия является обратной. К каждой подающей линии присоединяются однородные по потенциалу и режиму тепловые нагрузки. В промышленных районах обычно к одной линии присоединяются установки ОВ (сезонная нагрузка), а к другой – технологические установки и установки ГВС. При таком решении упрощаются методы регулирования отпуска теплоты от источника.
Закрытые системы.
Количество параллельных линий (трубопроводов) в закрытой системе должно быть не меньше двух: подающей, по которой теплоноситель подается потребителю и обратной, по которой охлажденный теплоноситель возвращается на источник. При этом водопроводная вода, поступающая в установки горячего водоснабжения, не имеет прямого контакта с сетевой теплофикационной водой, так как подогрев водопроводной воды осуществляется на абонентских вводах в поверхностных водо-водяных подогревателях.
На рис. 2.1 показаны различные схемы присоединения абонентов к тепловой сети при закрытой двухтрубной водяной системе.
Основными недостатками закрытых систем являются:
1) сложность оборудования и эксплуатации абонентских вводов горячего водоснабжения из-за установки подогревателей;
2) выпадение накипи в подогревателях и трубопроводах местных установок горячего водоснабжения при использовании водопроводной воды, имеющей повышенную карбонатную (временную) жесткость Жк › 7 мг-экв/л;
3) коррозия местных установок горячего водоснабжения из-за поступления в них недеаэрированной водопроводной воды.
Открытые системы
Основным типом открытых систем теплоснабжения является двухтрубная система. Отопительные установки присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах теплоснабжения, а схемы присоединения установок горячего водоснабжения принципиально отличны.
Горячее водоснабжение абонентов производится водой непосредственно из тепловой сети. Вода из подающего трубопровода тепловой сети поступает через регулятор температуры в смеситель. В этот же смеситель поступает из обратного трубопровода сети. Регулятор температуры, регулируя расход воды из подающей линии, поддерживает в смесителе постоянную температуру смеси (обычно около 60°С). Из смесителя вода поступает в местную систему горячего водоснабжения. Соотношение расходов воды на горячее водоснабжение из подающей и обратной линий, зависящее от температур сетевой воды абонентском вводе, устанавливается регулятором температуры. Суммарный расход сетевой воды подающей линии тепловой сети равен сумме расходов воды на отопление и горячее водоснабжение.
Расход сетевой воды в обратной линии после абонентской установки равен разности расходов сетевой воды на отопление и на водоразбор из этой линии на горячее водоснабжение. Максимальный расход воды в обратной линии равен расходу на отопление. Такое соотношение устанавливается тогда, когда расход воды на горячее водоснабжение полностью отсутствует, например в ночное время, или при удовлетворении нагрузки горячего водоснабжения полностью водой из подающей линии тепловой сети, что имеет место при минимальной температуре воды подающей линии тепловой сети, равной 60°С.
Открытая водяная система позволяет осуществить и однотрубную систему теплоснабжения, основная идея которой заключается в использовании всей сетевой воды после отопительной установки для горячего водоснабжения, что позволяет отказаться от обратного теплопровода, благодаря чему резко снижаются начальные капитальные затраты на сооружение тепловых сетей.
Схемы открытой водяной системы представлены на рис. 2.2. Отопительные установки (схемы а – г) присоединяются к тепловой сети по тем же схемам, что и в закрытых системах. Схемы присоединения установок горячего водоснабжения принципиально отличны от ранее рассмотренных схем. Горячее водоснабжение абонентов производится сетевой водой непосредственно из тепловой сети. Расход сетевой воды в обратном трубопроводе равен разности расходов на отопление и на водоразбор на горячее водоснабжение.
Основными преимуществами открытых систем по сравнению с закрытыми являются:
возможность использования для горячего водоснабжения низкопотенциальной отработавшей теплоты электростанций и промышленных предприятий;
упрощение и удешевление абонентских вводов (тепловых пунктов) и повышение долговечности местных установок горячего водоснабжения;
возможность использования для транзитного транспорта теплоты однотрубной системы.
Недостатки открытых систем:
усложнение и удорожание станционной водоподготовки;
нестабильность воды, поступающей на водоразбор, по запаху, цветности, санитарным качествам и высокой окисляемости;
усложнение и увеличения объема санитарного контроля системы теплоснабжения;
усложнение эксплуатации из-за нестабильности гидравлического режима тепловой сети, связанной с переменным расходом воды в обратной линии;
усложнение контроля герметичности системы теплоснабжения в связи с тем, что в открытых системах расход подпитки не характеризует плотность системы.
На практике находят применение две различные схемы присоединения установок отопления и вентиляции абонентов к тепловой сети – зависимая и независимая. По первой схеме присоединения вода из теплосети непосредственно поступает в отопительные приборы абонентской установки, по второй – через теплообменник, в котором нагревает вторичный теплоноситель, используемый в отопительной установке абонента.
При зависимой схеме присоединения, давление в абонентской установке зависит от давления в теплосети, при независимой – не зависит. Оборудование абонентского ввода при зависимой схеме проще и дешевле, чем при независимой, а также может быть получен больший перепад температур сетевой воды в абонентской установке. Увеличение перепада температур воды уменьшает расход теплоносителя в сети и экономии на начальной стоимости теплосети и на эксплуатационных расходах.
Основным недостатком зависимой схемы является жесткая гидравлическая связь с нагревательными элементами абонентских установок, имеющими, как правило, пониженную механическую прочность, что ограничивает пределы допускаемых режимов работы системы централизованного теплоснабжения. В тех случаях, когда разность между допустимым давлением в теплопотребляющих приборах абонентов и расчетным давлением в теплосети невелика, даже небольшие повышения давления в теплосети (как правило, в обратной линии, т.к. оно определяет давление в абонентских установках), вызванные, например, аварийным отключением насоса на подстанции или непроизвольным перекрытием клапана в сети, могут привести к разрыву приборов в отопительных установках абонентов.
Поэтому по условиям надежности работы систем теплоснабжения крупных городов, независимая схема является более предпочтительной. В тех же случаях, когда давление в теплосети в статических условиях превышает допустимый уровень давлений в абонентских установках, применение независимой схемы является обязательным, независимо от размеров системы теплоснабжения.
Различают два типа присоединения отопительной установки и установки горячего водоснабжения абонента к тепловой сети по принципам несвязанного и связанного регулирования.
При несвязанном регулировании обе установки работают независимо друг от друга (со своими регуляторами). Расход сетевой воды в отопительной установке не зависит от нагрузки ГВС и поддерживается постоянным с помощью регулятора расхода.
Расчетный расход воды в городских теплосетях заметно снижается при присоединении на абонентских вводах отопительных установок и установок ГВС по принципу связанного регулирования. В этом случае регулятор расхода, установленный на общей подающей линии абонентского ввода, поддерживает постоянный расход воды из подающей линии на абонентский ввод. В часы большого водоразбора на ГВС из подающей линии снижается подача сетевой воды, а следовательно и теплоты на отопление. Недоданная теплота компенсируется в часы малого водоразбора из подающей линии, когда большая часть или вся сетевая вода направляется в отопительную систему, а также за счет теплоаккумулирующей способности строительных конструкций отапливаемых зданий, выравнивающей суточный график тепловой нагрузки абонентской установки.
Основная идея однотрубной системы теплоснабжения заключается в использовании всей сетевой воды после отопительной установки для ГВС, что позволяет отказаться от обратного трубопровода и снизить начальные затраты на сооружение теплосетей. Более целесообразно использование однотрубной сети только для транзитного транспорта теплоты, например для передачи теплоты от ТЭЦ, расположенной на значительном расстоянии от потребителей, в районе теплопотребления при сохранении внутри районов теплопотребления двухтрубной системы теплоснабжения.