Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оптимизация источников теплоты и систем теплоснабжения. Учебное пособие для обучающихся направления подготовки 08.06.01 «Техника и технология строител
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ»
Кафедра «Теплотехника, теплогазоснабжение и вентиляция»
А.А. Олексюк, А.В. Плужник
ОПТИМИЗАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛОТЫ
И СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Макеевка 2020
Учебное пособие
УДК 697.11
ББК 38.57
© А.А. Олексюк, А.В. Плужник, 2020
© ГОУ ВПО «ДОННАСА», 2020
УДК 697.11
ББК 38.57
О 53
ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Рекомендовано к изданию Ученым советом
«ДОНБАССКАЯ НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ»
«25» февраля 2020 г., протокол № 6
и
кафедрой
ГОУ ВПО «ДОННАСА»;
кафедры «Физика неравновесных процессов, метрология и экология имени
И.Л. Повха», ГОУ ВПО «ДОННУ»;
кафедрой «Техническая теплофизика», ГОУВПО «ДОННТУ».
А.В. Лукьянов – доктор технических наук, профессор, заведующий
Ф.В. Недопекин – доктор технических наук, профессор, профессор
«Теплотехника,
А.Б. Бирюков – доктор технических наук, профессор, заведующий
Рецензенты:
теплогазоснабжение
вентиляция»
О 53 Олексюк А.А. Оптимизация источников теплоты и систем
теплоснабжения : учебное пособие для обучающихся направления подготовки
08.06.01 «Техника и технология строительства» научная специальность 05.23.03
«Теплоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха,
газоснабжение и освещение» / А.А. Олексюк, А.В. Плужник. – Макеевка:ГОУ
ВПО «ДОННАСА», 2020. – 82 с.
«Оптимизация источников теплоты и систем теплоснабжения» и составлено
для обучающихся, выполняющих расчет затрат систем теплоснабжения.
В
разделах лекционного курса, рекомендации к расчету, рекомендуемая учебная и
справочная литература.
Пособие является дополнением к основному учебнику курса
пособии приведены краткие теоретические сведения отсутствующие в
Основная цель пособия заключается в своевременном изучении
дисциплины и выполнении индивидуальных заданий.
3
Содержание
Введение ....................................................................................................................... 4
1 Анализ систем теплоснабжения ............................................................................. 5
1.1 Сравнение и экономический анализ принципиальных схем
подключения к централизованному теплоснабжению систем
отопления и горячего водоснабжения .................................................................... 8
1.2 Отличительные особенности потребления теплоты в различных
системах горячего водоснабжения ....................................................................... 25
1.3 Целесообразность применения индивидуальных тепловых
пунктов с аккумуляторами горячей воды ............................................................ 27
2 Концепция комплексной оптимизации систем централизованного
теплоснабжения с индивидуальными тепловыми пунктами ................................ 31
2.1 Выбор независимых параметров и целевой функции для
различных систем теплоснабжения ...................................................................... 32
2.2 Принципы комплексной оптимизации параметров водяных
систем теплоснабжения ......................................................................................... 35
2.3 Методика, алгоритм программы оптимизации технико-
экономических параметров систем теплоснабжения ......................................... 42
2.4 Основные параметры и факторы, влияющие на эффективность
работы систем ......................................................................................................... 43
2.5 Определение области рационального использования различных
систем теплоснабжения от ЦТП и ИТП ............................................................... 47
2.6 Анализ результатов технико-экономических расчетов систем
теплоснабжения с ЦТП и ИТП, разработка рекомендаций по их
применению ............................................................................................................ 51
Библиографический список...................................................................................... 54
Приложение А - Программа расчета затрат систем теплоснабжения ................. 58
Приложение Б - Результаты расчетов оптимальных вариантов ........................... 70
Приложение В - Суммарные капиталовложения и эксплуатационные
затраты в различные системы теплоснабжения ..................................................... 81
4
ВВЕДЕНИЕ
Рациональное использование первичных топливно-энергетических ресурсов
(внедрение новых технологических процессов, реконструкция и модернизация
энерго- и топливопотребляющего оборудования, снижение потерь топлива,
оптимизация выбора энергоносителей и улучшение режимов эксплуатации
объектов топливно-энергетического хозяйства и т.д.), энергосбережение (как
дополнительный источник ресурсов топлива, электрической и тепловой энергии)
приобретают особенно важное народно-хозяйственное значение [1].
Существенный перерасход теплоты в жилых и общественных зданиях по
сравнению с расчетным в настоящее время в городах Донецкой области
оценивают 25…35% [2]. Причинами большого перерасхода тепловой энергии
являются: недостаточная тепловая изоляция, а порой и ее отсутствие на тепловых
сетях; утечки в тепловых сетях и местных абонентских системах отопления и
горячего водоснабжения; многотрубность во внутриквартальных сетях от ЦТП;
пониженные теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций и
инфильтрация; морально устаревшее оборудование источника теплоты,
отсутствие деаэрации и требуемой водоподготовки; неотрегулированность
местных систем отопления и несоблюдение требуемых располагаемых давлений
на абонентских вводах; отсутствие промывки тепловых сетей и абонентских
систем отопления перед отопительным периодом; отсутствие регулирующих
устройств на абонентских вводах и приборов учета тепловой энергии;
несоблюдение графика центрального качественного регулирования на источнике
теплоты; отсутствие элеваторов на вводах отопительных систем; потери со
сливом воды из систем горячего водоснабжения и т.п. [3].
Для решения большинства задач, стоящих перед жилищно-коммунальным
хозяйством страны, необходимо создать и внедрить новые энерго- и
ресурсосберегающие установки, и технологии.
5
1 АНАЛИЗ СИСТЕМ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
Тепловой пункт представляет собой комплекс оборудования по приёму,
преобразованию и распределению тепловой энергии, оснащённый насосным
оборудованием, приборами учета, запорно–регулирующей арматурой, системами
и приборами по автоматизации различных технологических процессов.
Данные комплексы подразделяются на индивидуальные и центральные
тепловые пункты по числу обслуживаемых потребителей. Они различаются
между собой как масштабами, так и целями использования. Ключевая задача
любого теплового пункта — обслуживание потребителей, поддержание
работоспособности всех систем и своевременное устранение любых
неисправностей.
Перевод систем теплоснабжения с центральными тепловыми пунктами
(ЦТП) на индивидуальные (ИТП) всегда вызывал большой интерес, но не находил
рационального воплощения по ряду объективных и субъективных причин.
Исследования, показали, что система теплоснабжения квартала с
индивидуальными тепловыми пунктами и насосным подмешиванием
экономичней системы с ЦТП при тепловой нагрузке 27,7…35 МВт – на 5%, при
тепловой нагрузке 13,85 МВт – на 15%, а при тепловой нагрузке 7 МВт – на
28% [4].
Снижение стоимости систем теплоснабжения с ИТП объясняется
сокращением количества трубопроводов во внутриквартальной сети с четырёх до
двух и соответствующим уменьшением теплопотерь ими и снижением расхода
электроэнергии для обеспечения циркуляции в системах ГВ.
Существенным недостатком ЦТП помимо их большой стоимости является
коррозия внутриквартальных сетей горячего водоснабжения. Из-за отсутствия
водоподготовки зачастую уже через 2…3 года эксплуатации в трубах образуются
свищи, через которые вода затопляет теплофикационные каналы, что
способствует дополнительной внешней коррозии, как самих трубопроводов
горячего водоснабжения, так и отопления, и естественно увлажняет, разрушая
тепловую изоляцию.
6
Сопоставительный анализ стоимости систем теплоснабжения с ЦТП и
индивидуальными тепловыми пунктами (ИТП), подтвердил рентабельность
первого решения, поскольку в системе с ИТП происходит удорожание
строительной части за счет сооружения выносных насосных.
В последнее время налажено производство малошумных бесфундаментных
насосов для целей отопления и горячего водоснабжения, что позволяет
приблизить узел подготовки теплоносителя на ИТП к потребителю.
Тем не менее, недостаточно изучены процессы сложного теплообмена,
которые возникают в многоконтурных теплообменниках при создании
высокоэффективных систем централизованного теплоснабжения с помощью
ИТП. В связи с этим точный расчет теплообменных процессов, которые
возникают в ПАУ с трехконтурным теплообменником, приобретает большое
значение при определении геометрических размеров ПАУ для независимых
систем отопления и горячего водоснабжения на индивидуальных тепловых
пунктах.
Рассмотрены десятки схем подключения автоматизированных систем
отопления и горячего водоснабжения к тепловым сетям централизованного
теплоснабжения, тем не менее не существует таких, в которых одновременно
решается проблема обеспечения гидравлической изолированности местных
систем отопления и горячего водопотребления от тепловых сетей и выравнивание
графиков неравномерности суточного водопотребления в системах горячего
водоснабжения. Данная задача может быть решена путем внедрения ИТП с ПАУ
и трехконтурными теплообменниками, присоединенными к двухтрубной
тепловой сети. Сложный теплообмен в конструкции ПАУ обеспечивается
эффективным использованием теплоты первичного теплоносителя и
распределения его между системами отопления и горячего водоснабжения на
протяжении суток. Они не нуждаются в сложных схемах авторегулирования,
стоимость которых значительно превышает стоимость основного оборудования.
В последнее время наметилась тенденция на децентрализацию систем
теплоснабжения. Решить проблему обеспечения теплом и горячей водой на
7
современном уровне могут только системы централизованного теплоснабжения
от индивидуальных тепловых пунктов с многоконтурными теплообменниками и
двухтрубной тепловой сетью.
Создание локальных систем теплоснабжения на современном уровне не
позволяет решить проблему обеспечения теплом основной массы потребителей, а
только единичных, которые расположены на значительном расстоянии от
источника централизованного теплоснабжения. Создание высокоэффективных
систем централизованного теплоснабжения с индивидуальными тепловыми
пунктами должно приобретать первостепенное значение при переходе на
двухтрубную тепловую сеть.
Для достижения поставленной цели относительно обеспечения
гидравлической изолированности систем отопления и горячего водоснабжения от
тепловых сетей системы централизованного теплоснабжения необходимо на
индивидуальных тепловых пунктах устанавливать два теплообменника, а для
выравнивания графика суточной неравномерности – еще и баки-аккумуляторы
горячей воды. При раздельной установке требуются значительные
производственные площади для их размещения как на ИТП, так и ЦТП, а
тепловые потери достигают от 15 до 30%, и не эффективно используется теплота
первичного теплоносителя.
Поэтому создание компактных подогревательно-аккумуляторных установок
с трехконтурными теплообменниками для индивидуальных тепловых пунктов
становится определяющим в решении важной проблемы
энергоресурсосбережения в системах централизованного теплоснабжения. Такое
состояние проблемы и определило цель работы в соответствии требованиями
нормативных документов.
Таким образом, перевод существующих четырехтрубных систем
теплоснабжения на двухтрубные, особенно в условиях Донбасса, представляет
существенный экономический, научный и социально-технический интерес.
8
1.1 Сравнение и экономический анализ принципиальных схем
подключения к централизованному теплоснабжению систем отопления и
горячего водоснабжения
Основными потребителями теплоты в жилых районах городов и населенных
пунктов являются системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, а
при наличии промышленных предприятий добавляется еще и технологическая
нагрузка. Все потребители присоединяются к тепловым сетям по различным
схемам. Большое разнообразие этих схем вызвано стремлением сделать их
дешевле, экономичнее, а также обеспечить бесперебойность и надежность их
работы.
При централизованном теплоснабжении от крупного источника теплоты,
таких как ТЭЦ или РК существует шесть классических схем подключения систем
отопления к тепловым сетям (рисунок 1.1).
Выбор той или другой схемы присоединения местных систем отопления в
каждом отдельном случае должен быть обоснован технико-экономическим
расчетом по ряду характерных параметров: температур теплоносителя; давлений
или перепадов давлений; этажностью здания; рельефом местности; режимом
регулирования отпуска теплоты и его учета, и других факторов.
Подключение системы отопления к тепловой сети по схеме в соответствии с
рисунком 1.1 (а), применяют в том случае, когда температура теплоносителя
соответствует расчетным параметрам системы отопления, а разность давлений на
абонентском вводе обеспечит циркуляцию в системе отопления.
Наибольшее распространение подключения системы отопления к тепловой
сети получила схема в соответствии с рисунком 1.1 (б), которую применяют при
расчетной температуре теплоносителя большей, чем в системе отопления, а
располагаемое давление на абонентском вводе обеспечит нормальную работу
элеватора.
Подключение системы отопления через элеватор возможно тогда, когда
располагаемое давление на вводе в 10…12 раз превышает потерю давления в
местной системе отопления [5].
9
При недостаточном (для нормальной работы элеватора) располагаемом
давлении на вводе вместо него устанавливают насос на перемычке, который
позволяет осуществлять более гибкое регулирование при эксплуатации в
соответствии с рисунком 1.1 (в).
Если статическое давление системы отопления выше давления в тепловой
сети, то присоединяют систему отопления в соответствии с рисунком 1.1 (г) с
насосом на подающем трубопроводе, при этом производительность его равна
расчетному расходу воды, циркулирующему в системе отопления.
Когда давление в обратном трубопроводе тепловой сети значительно
превышает 0,6 МПа, допустимого для местных систем отопления, то их
подключают по независимой схеме в соответствии с рисунком 1.1 (е) с насосом на
обратном трубопроводе или по зависимой схеме в соответствии с рисунком 1.1
(д), только на подающем трубопроводе устанавливают регулятор давления,
снижающий его до 0,6 МПа.
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]