Учебное пособие 800357

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Воронежский государственный технический университет»

ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕННЫХ МЕСТ И ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие

для студентов 2-4 курсовбакалавриата направлений 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 07.03.04 «Градостроительство»,

08.03.01«Строительство»

имагистрантовнаправлений 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 07.04.04 «Градостроительство», 08.04.01 «Строительство»всех форм обучения

Воронеж 2017

УДК 621.6:696.2:697.34 ББК 31.38:38.763

Т343

Составители: В.Н. Мелькумов, С.В. Чуйкин, Д.М. Чудинов, С.Г. Тульская, А.И. Колосов, Н.В. Колосова, Е.О. Благовестная

Теплогазоснабжение населенных мест и предприятий: учебное пособие для студентов 2-4 курсов бакалавриата направлений 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 07.03.04 «Градостроительство», Т343 08.03.01 «Строительство» и магистрантов направлений 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 07.04.04 «Градостроительство», 08.04.01 «Строительство» всех форм обучения / сост.: В.Н. Мелькумов и [др.]. –

Воронеж : ВГТУ, 2017. – 88 с. ISBN 978-5-7731-0515-2

Изложены общие теоретические сведения и методики расчетов при проектировании систем централизованного теплогазоснабжения городов и микрорайонов.

Издание соответствует требованиям федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по дисциплинам «Тепловые сети», «Газораспределительные системы», «Инженерные сети и оборудование», «Автономное теплоснабжение», «Теплогазоснабжение с основами теплотехники».

Ил. 26. Табл. 12. Прил. 14. Библиогр.: 23 назв.

Рецензенты:

кафедра «Автомобилей и сервиса» Воронежского государственного лесотехнического университета имени Г.Ф. Морозова (зав. кафедрой – д.т.н., проф. В.И. Прядкин);

Д.В. Щекалев, директор ООО «Инженерпроект»

УДК 621.6:696.2:697.34 ББК 31.38:38.763

Рекомендовано к изданию учебно-методическим советом ВГТУ

ISBN 978-5-7731-0515-2 © МелькумовВ.Н., ЧуйкинС.В.,

ЧудиновД.М.,ТульскаяС.Г.,КолосовА.И., КолосоваН.В.,Благовестная Е.О.,2017 © Оформление.ВГТУ,2017

ВВЕДЕНИЕ

Программой курсов дисциплин «Тепловые сети», «Газораспределительные системы», «Инженерные сети и оборудование», «Автономное теплоснабжение», «Теплогазоснабжение с основами теплотехники», а также других профильных дисциплин по направлениям подготовки бакалавров 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 07.03.04 «Градостроительство», 08.03.01 «Строительство» и магистров 13.04.01 «Теплоэнергетика и теплотехника», 07.04.04 «Градостроительство», 08.04.01 «Строительство» всех форм обучения предусмотрено выполнение курсовых проектов, практических занятий и курсовых работ по разделам теплогазоснабжения населенных мест и предприятий.

В учебном пособии изложены общие теоретические сведения и приведены методические рекомендации по выполнению курсовых и дипломных проектов, самостоятельной работы, практических занятий и курсовых работ.

Задание для каждого студента выдается индивидуально. В зависимости от вида работы задание может содержать: схему генерального плана города (или района) с горизонталями; географическое положение города или расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления; количество человек, проживающих в городе, или плотность жилого фонда, qж.ф., м2/га; расчетная температура сетевой воды (температурный график); наименование газового месторождение; теплота сгорания газа, его влагосодержание; коэффициент охвата газоснабжением и т.д.

К курсовым проектам и работам предъявляется специальные требования. Так, курсовой проект должен состоять из расчетно-пояснительной записки объемом 20÷30 страниц машинописного текста и графической части на 1÷2-х листах формата А1. Расчетно-пояснительная записка должна содержать оглавление, введение, исходные данные, основной раздел, индивидуальный раздел, вывод и перечень использованной литературы. Графическая часть включает основные чертежи, графики и схемы. Графики и схемы выполняются с помощью специальных графических и расчетных программ или на миллиметровой бумаге и вкладываются в расчетно-пояснительную записку. Все расчеты выполняются в международной системе единиц. Наличие графической части в курсовых работах не обязательно и зависит от индивидуального задания студента.

3

Часть 1. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ГОРОДА

1. Общие сведения

Согласно существующей классификации тепловые сети подразделяются на магистральные, распределительные, квартальные и ответвления от магистральных и распределительных тепловых сетей к отдельным зданиям и сооружениям. Разделение тепловых сетей устанавливается проектом или эксплуатационной организацией. По надежности потребители тепловой энергии делятся на три категории [3]:

1 категория – потребители, не допускающие перерывов в подаче расчетного количества теплоты и снижения температуры воздуха в помещениях ниже предусмотренных ГОСТ;

2 категория – потребители, допускающие снижение температуры в отапливаемых помещениях на период ликвидации аварии, но не более 54 ч (для жилых и общественных зданий до 12 °С; для промышленных зданий до 8 °С);

3 категория – остальные потребители.

Взависимости от типа источника теплоснабжения рассматриваемые системы разделяют на: централизованные системы – теплоснабжение от котельных, крупных и малых тепловых и атомных электростанций (ТЭЦ, ТЭС, АЭС, АТЭЦ), и децентрализованные системы – теплоснабжение от автономных и крышных котельных, от квартирных теплогенераторов.

Каждая централизованная система теплоснабжения включает в себя следующие основные элементы: источник тепловой энергии, тепловая сеть, абонентские вводы и местная система потребителей. У децентрализованных систем отдельные элементы могут нести несколько функций одовременно.

По виду применяемого теплоносителя системы теплоснабжения различают на водяные и паровые. Наибольшее распространение в нашей стране и за рубежом получили водяные системы. В районах с расчетной температурой наружного воздуха –40 °С и ниже допускается применение воды с добавками, которые предотвращают ее замерзание.

Водяные тепловые сети могут конструироваться одно, двух, трех и четырехтрубными. Как правило, на практике применяются двухтрубные, циркуляционные с совместной подачей воды на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Взависимости от способа подачи теплоты к местным системам горячего водоснабжения система теплоснабжения может быть закрытой или открытой. Она выбирается с учетом местных условий объекта теплоснабжения и качества воды, используемой для горячего водоснабжения.

Взависимости от взаимного расположения источников тепловой энергии

иее потребителей схемы тепловых сетей могут быть лучевыми и кольцевыми. В первом случае осуществляется прокладка трубопроводов от одного источника теплоты отдельных магистралей в районы расположения тепловых потреби-

4

телей. Во втором случае от источника теплоты к одной группе потребителей осуществляется прокладка не менее двух магистралей, которые соединяются между собой в районе размещения потребителей.

Особое внимание при проектировании уделяется выбору способа прокладки трубопроводов тепловой сети. Выделяют надземный и подземный способы прокладки теплопроводов. В населенных пунктах предусматривается, как правило, подземная прокладка. При обосновании допускается надземная прокладка тепловых сетей, кроме территорий детских и лечебных учреждений. Прокладку тепловых сетей по территории, не подлежащей застройке вне населенных пунктов, предусматривают надземной на низких опорах.

Подземная прокладка, в свою очередь, подразделяется на канальную и бесканальную. В зависимости от площади поперечного сечения каналы могут быть проходными, полупроходными и непроходными. По форме прямоугольными, цилиндрическими и полуцилиндрическими. Выбор того или иного типа каналов зависит от климатических, строительных, геологических и других факторов. Наибольшее распространение получили непроходные каналы [8]. Подземную прокладку тепловых сетей допускается предусматривать совместно со следующими инженерными сетями: в каналах – с водопроводами, трубопроводами сжатого воздуха давлением до 1,6 МПа, мазутопроводами, контрольными кабелями, предназначенными для обслуживания тепловых сетей; в тоннелях – с водопроводами диаметром до 500 мм, кабелями связи, силовыми кабелями напряжением до 10 кВ, трубопроводами сжатого воздуха давлением до 1,6 МПа, трубопроводами напорной канализации [3].

Прокладка трубопроводов тепловых сетей в каналах и тоннелях с другими инженерными сетями, кроме указанных, не допускается. Прокладка трубопроводов тепловых сетей должна предусматриваться в одном ряду или над другими инженерными сетями [3]. Бесканальная прокладка классифицируется по типу конструкции тепловой изоляции на: засыпные, сборные, сборно-литые, литые, монолитные. Основным недостатком бесканальной прокладки является повышенная просадка и наружная коррозия трубопроводов. Достоинство такого вида прокладки заключается в снижении капитальных затрат на 20÷25 % по сравнению с канальной прокладкой [8].

Контрольные вопросы

1.Назовите способы прокладки тепловых сетей.

2.На какие категории по надежности подразделяются потребители тепловой энергии?

3.Приведите классификацию каналов тепловых сетей.

4.Перечислите основные элементы централизованной системы теплоснабжения.

5.Назовите типы конструкций тепловой изоляции при бесканальной про-

кладке.

5

2. Расчет тепловых нагрузок города

2.1. Климатологические данные

На первом этапе расчета тепловых нагрузок города необходимо определить климатические характеристики предполагаемого района строительства, а именно следующие величины:

а) tро – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления [1, 4], С;

б) tрв – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции [1, 4], С;

в) tср.о – средняя температура наружного воздуха за отопительный период

[1, 2], С;

г) no – продолжительность отопительного периода [1, 4], ч;

д) продолжительность стояния температур наружного воздуха через интервалы в 5 °С, принимается по [4].

Полученные климатические показатели заносятся в таблицу, приведенную в приложении 1.

2.2. Определение максимальных тепловых потоков

Определение максимальных тепловых потоков осуществляется по следующему алгоритму:

а) максимальный тепловой поток на отопление жилых зданий, Qoж, Вт, определяется по формуле

где qо – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади, принимаемой по [3, п. 5.2], Вт; А – общая площадь жилых зданий, м2;

б) максимальный тепловой поток на отопление общественных зданий, Qoо, Вт, определяется по формуле

где k1 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий (при отсутствии данных следует принимать равным 0,25).

Максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий, Qo, Вт, определяется по формуле

в) максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий, Qво, Вт, определяется по формуле

6

где k2 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий (при отсутствии данных следует принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985 г. – 0,4; после 1985 г. – 0,6);

г) средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых зданий, Qгвж , Вт, определяется по формуле

где 1,2 – коэффициент, учитывающий теплоотдачу в помещении от трубопроводов систем горячего водоснабжения (отопление ванных комнат, сушка белья); с – удельная теплоемкость воды, принимаемая равной 4,187 кДж/(кг С);

m – число человек, проживающих в городе;

а – норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55 °С на одного человека в сутки, принимаемая в зависимости от степени комфортности зданий в соответствии с [3], л;

tхз – температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 С);

д) средний тепловой поток на горячее водоснабжение, потребляемый в общественных зданиях при температуре 55 °C, принимается в размере 25 л/сут на 1 чел;

ж) суммарный средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, Qгв, Вт, определяется по формуле

з) максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, Qгв.max, Вт, определяется по формуле

Qгв.мах 2,4 Qгв . (1.7)

Все расчеты по определению жилой площади, количества жителей и максимальных тепловых потоков должны быть проведены для каждого квартала и сведены в таблицу, представленную в приложении 2.

2.3. Определение средних тепловых потоков

Средние тепловые потоки определяются по следующему алгоритму:

а) средний тепловой поток на отопление, Qо.ср, Вт, определяется по фор-

муле

где Qо – максимальный тепловой поток на отопление, Вт;

tв – средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий (принимается для жилых и общественных зданий равной 18 °С);

7

tср.о – средняя температура наружного воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха 8 °С и менее (отопительный период), С;

tро – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С; б) средний тепловой поток на вентиляцию, Qв.ср, Вт, определяется по

формуле:

где Qв – максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий, Вт; tв – средняя температура внутреннего воздуха в общественных отапливаемых зданиях, принимается равной 18 °С;

tрв – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, °С;

в) средний тепловой поток на горячее водоснабжение в отопительный период принимается по формуле;

г) средний тепловой поток на горячее водоснабжение в летний (неотопительный) период, Qлгв.ср, Вт, определяется по формуле

где Qгв – средний тепловой поток на горячее водоснабжение в отопительный период, Вт;

tлхз – температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный (летний) период (при отсутствии данных принимается равной 15 °С);– коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее

водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимается для жилищно-коммунального сектора равным 0,8 (для курортных, южных городов =1,5).

2.4. Определение годовых тепловых потоков

Определение годовых тепловых потоков осуществляется по следующему алгоритму:

а) годовой тепловой поток на отопление, Qогод, МВт·ч, определяется по формуле

где nо – продолжительность отопительного периода в сутках, сут; Qо.ср – средний тепловой поток на отопление, Вт;

б) годовой тепловой поток на вентиляцию, Qвгод, МВт·ч, определяется по формуле

8

где z – усредненное, за отопительный период, число часов работы системы вентиляции общественных зданий, в течение суток (при отсутствии данных должно приниматься равным 16 часам);

Qв.ср – средний тепловой поток на вентиляцию, Вт;

в) годовой тепловой поток на горячее водоснабжение, Qгвгод, МВт·ч, определяется по формуле

где Qгв – средний тепловой поток на ГВ в отопительный период, Вт;

Qгвл – средний тепловой поток на горячее водоснабжение в летний период, Вт; 350 – число суток в году работы системы горячего водоснабжения;

г) суммарный годовой расход теплоты, Qгод, МВт·ч, определяется по формуле

2.5. Построение графиков теплового потребления

Часовой график расхода теплоты, представленный в левой части рисунка 1.1, составляется для определения часового расхода тепла в зависимости от температуры наружного воздуха. Для построения графика по оси абсцисс откладываются среднесуточные температуры наружного воздуха отопительного периода (от +8 °С до tро с интервалом в 5 °С), а на оси ординат откладываются максимальные часовые расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. При этом следует учитывать, что: отопительная нагрузка меняется линейно от 0 Вт (при tн = +18° С) до Qo (при tро); вентиляционная нагрузка меняется от 0 Вт (при tн = +18 °С) до Qв (при tрв), и в диапазоне температур от tрв до tро она остается постоянной и равняется Qв, т.к. на этом участке применяется частичная рециркуляция воздуха, при которой осуществляется подогрев наружного воздуха, что снижает нагрузку на систему теплоснабжения; нагрузка на горячее водоснабжение остается постоянной в летний период, Qгв.мах, и в отопительный период, Qгв. После построения графиков часовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение строится суммарный график: Q = Qо + Qв + Qгв. Линия этого графика далее используется для построения годового графика продолжительности тепловой нагрузки (левая часть рисунка 1.1). При данном построении, по оси абсцисс вправо от нуля, с нарастающим итогом откладывается число часов стояния наружных температур воздуха соответствующего часового диапазона, а по оси ординат откладывается суммарный часовой расход тепла при данной наружной температуре. Точка пересечения перпендикуляров, восстановленных от оси абсцисс, с линиями часовых расходов соответствующих диапазонов наружных температур, проведенных параллельно оси абсцисс, образуют кривую графика продолжительности тепловой нагрузки. Конец кривой графика на оси абсцисс соответствует продолжительности отопительного периода (no) в часах для данного города.

9

10

Рис. 1.1. Годовой график по продолжительности тепловой нагрузки