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
21
рисунком 1.12 (в) с ограничением максимального расхода сетевой воды на ввод
обеспечивает выравнивание суммарной тепловой нагрузки за счет использования
теплоаккумулирующей способности отапливаемых зданий. Это позволяет
принимать расчетный расход сетевой воды на абонентский ввод по так
называемой «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения, незначительно
превышающей среднюю. В часы максимального водоразбора система отопления
недополучает необходимое количество теплоты, но в часы минимального и
среднего водоразбора она получит больше необходимого. В целом за сутки
система отопления получает свою норму теплоты и колебания температуры
внутреннего воздуха не превышают 1°С. Предвключенная схема применяется при
небольших тепловых нагрузках горячего водоснабжения по сравнению с
отопительной, где она не превышает 15…20% в соответствии с
рисунком 1.12 (г) [18].
Для выравнивания внутрисуточных графиков тепло и водопотребления в
системах горячего водоснабжения применяют баки-аккумуляторы.
Установка баков-аккумуляторов на индивидуальном тепловом пункте, как
правило, невозможна из-за ограниченного объема помещения.
Существуют различные схемы с раздельной установкой водоподогревателя и
аккумулятора горячей воды в соответствии с рисунком 1.13. Схемы с верхним или
нижним расположением бака-аккумулятора, с насосом или подачей горячей воды
за счет давления в сети городского водопровода, либо с емким
водоподогревателем не обеспечивают постоянного нагрева воды до расчетной
температуры, а также требуются значительные теплообменные поверхности
нагрева при централизованном горячем водоснабжении.
Также раздельная установка скоростных водоподогревателей с установкой
баков-аккумуляторов позволяет сглаживать «пиковые» нагрузки тепло и
водопотребления, но требуется значительная площадь для их размещения, что
трудно выполняется на индивидуальных тепловых пунктах.
В решении данной проблемы явилось создание новой конструкции
компактных установок, способных снять «пиковые» нагрузки в системе горячего
22
водоснабжения при стабильном нагреве водопроводной воды до требуемой
температуры, простых в изготовлении и обслуживинии, занимающих небольшую
площадь, что позволяет размещать их на индивидуальных тепловых пунктах
(ИТП) [19].
а – с непосредственным водоразбором;
б – комбинированная; в – однотрубная;
РТ – терморегулятор; ОК – обратный клапан;
Др – дроссельная диафрагма;
ТО – водоподогреватель; БА – бак-аккумулятор
Рисунок 1.11 – Принципиальные схемы присоединения горячего водоснабжения в
открытых системах теплоснабжения
23
а – параллельная схема; б – двухступенчатая смешанная;
в – двухступенчатая последовательная; г – предвключенная
Рисунок 1.12 – Принципиальные схемы присоединения систем горячего
водоснабжения в закрытых системах теплоснабжения
24
Нагрев воды на горячее водоснабжение осуществляется в скоростном
водоподогревателе, который размещен внутри аккумулирующей емкости, которая
служит для снятия «пиковых» нагрузок в системе горячего водоснабжения.
Эта совмещенная компактная конструкция получила название
подогреватольно-аккумуляторной установки (ПАУ) [20, 21].
а - с верхним БА; б - с нижним баком горячей воды;
в - с емким водоподогревателем
Рисунок 1.13 – Схемы присоединения систем горячего
водоснабжения с баками-аккумуляторами
25
1.2 Отличительные особенности потребления теплоты в различных
системах горячего водоснабжения
При централизованном теплоснабжении городов годовой расход тепловой
энергии на централизованное горячее водоснабжение достигает 60% от общего
расхода теплоты, потребляемой жилыми зданиями.
Расход теплоты на горячее водоснабжение характеризуется резко
выраженной внутрисуточной неравномерностью, который в пределах одного часа
может изменяться от 0 до 400% по отношению к среднечасовому за сутки.
В жилых зданиях расход горячей воды и степень неравномерности
водопотребления зависит от ряда факторов: графика подачи горячей воды в
течение суток, установленного санитарно-технического оборудования, площади
квартир, плотности их заселения, категории жителей, сменности и
продолжительности их работы, часов суток, дней недели, месяцев года и др.
В системах централизованного горячего водоснабжения расход горячей воды
зависит от режима работы системы в течение суток. В таблице 1.1 приведены
некоторые данные, полученные в результате анализа норм расходов горячей
воды, применяемые в зарубежной практике централизованного горячего
водоснабжения [22].
Среднесуточные расходы горячей воды в жилых зданиях за отдельные
недели отличаются в течение месяца не более чем на 5%. В летний период расход
горячей воды составляет, примерно, 80% от соответствующего расхода в зимний
период.
Важную роль по расходу горячей воды играет наличие средств учета, так,
например, при tг = 65°С без водомера расход воды на одного жителя в сутки
составляет 120 л/чел., с водомером – 76 л/чел.
Исследование систем горячего водоснабжения рядом авторов [23]
показывает, что среднесуточный расход горячей воды зависит в основном от
плотности заселения квартир:
– при большой плотности заселения рекомендуется норма 95 л/чел. в сутки;
26
– при средней плотности заселения квартир – 110 л/чел. в сутки;
– при посемейном заселении квартир в новых домах – 120 л/чел. в сутки.
Таблица 1.1 – Расход горячей воды в зависимости от режима подачи ее
потребителю
№
п/п
Режим подачи горячей воды
потребителю
Расход горячей воды при
tг = 60°С, л/(чел. в сутки)
1
Подача горячей воды круглосуточно
104,5
2
Ежедневно с 7 до 22 часов
82,2
3
Подача горячей воды 2 раза в неделю
139,7
В связи с этим предусматривается норма расхода горячей воды в жилых
зданиях на одного жителя в пределах 85...130 л/(чел. в сутки) при tг = 55°С, что
соответствует удельному расходу теплоты на централизованное горячее
водоснабжение в размере 320…425 Вт/чел.
Из обобщенного графика в соответствии с рисунком 1.14, видно, что в часы
максимального водоразбора нагрузка горячего водоснабжения может
увеличиваться до 170…280% по сравнению со среднечасовым за сутки.
Эта неравномерность в потреблении горячей воды вызывает существенную
разрегулировку систем теплоснабжения в целом, так как расход воды на горячее
водоснабжение в течение одного часа может увеличиваться в 2…4 раза [15].
Особенно резко увеличивается коэффициент часовой неравномерности в
выходные и предвыходные дни, когда он может достигнуть своего максимума,
около 4,2…4,5 [22].
Что же касается общественных зданий, таких как школы, детсады,
кинотеатры, магазины и т.п., то они не оказывают существенного влияния на
неравномерность теплопотребления в системе централизованного горячего
водоснабжения, так как общий расход воды для них сравнительно мал, а число
водоразборных приборов невелико.
Коммунально-бытовые потребители, такие, как бани, банно-прачечные
комбинаты и т.п. потребляют большое количество воды, поэтому для них
27
коэффициент часовой неравномерности потребления достигает наибольшей
величины 20, а иногда и более [15].
Рисунок 1.14 – Обобщенный график суточного водопотребления в системе
горячего водоснабжения жилых зданий
В связи с этим таких потребителей необходимо присоединять к системам с
баками-аккумуляторами, способными выравнивать графики суточного
теплопотребления, или смещать часы работы их в течение суток. Если
коммунально-бытовые потребители снабжаются теплом от индивидуального
источника, то необходимость в смещении часов работы в течение суток отпадает.
1.3 Целесообразность применения индивидуальных тепловых пунктов с
аккумуляторами горячей воды
Сооружение индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) по сравнению с
центральными (ЦТП) при централизованном горячем водоснабжении не вызывает
сомнения, т.к. они имеют ряд преимуществ, связанных с экономией как
капитальных вложений во внутриквартальные сети системы горячего
водоснабжения, так и эксплуатационных затрат.
В работе [24] показано, что применение компактных подогревательноаккумуляторных установок (ПАУ), устанавливаемых на ИТП в каждом здании
позволяет отказаться от четырехтрубной внутриквартальной тепловой сети.
%
300
200
100 0 100%
150
110
105
160
280
200
140
80
70
10
90
0 6 12
18
24
τ, час
28
Уменьшение числа внутриквартальных трубопроводов с 4-х до 2-х позволяет
сократить расход труб и строительных конструкций (лотков, опор,
компенсаторов, арматуры, изоляции и т.п.), при этом уменьшается коррозия
трубопроводов системы горячего водоснабжения и снижаются потери тепла ими.
При централизованном горячем водоснабжении от ИТП с подогревательноаккумуляторными установками требуются помещения относительно небольших
размеров, где и размещается оборудование узла управления абонентским вводом
системы отопления здания. Поэтому сооружение ИТП не требует значительных
капитальных затрат.
Подогревательно-аккумуляторная установка обеспечивает нагрев воды до
требуемой температуры, уменьшает расчетную поверхность теплообменника для
системы горячего водоснабжения и сглаживает «пики» графика суточного тепло и
водопотребления.
Технико-экономические расчеты, выполненные рядом институтов, показали,
что система теплоснабжения квартала с ИТП, расположенным в подвале здания,
экономичней системы с ЦТП [25].
Сравнение вариантов систем теплоснабжения с ЦТП и ИТП по приведенным
затратам и капиталовложениям показало, что снижение стоимости систем
теплоснабжения при переходе на ИТП зависит от тепловой нагрузки района.
Если сравнить систему теплоснабжения от ЦТП с тепловой мощностью
100…126 ГДж/ч (24…30 Гкал/ч) с системой теплоснабжения от ИТП, то при
одинаковой стоимости последняя имеет примерно на 5% большую
теплопроизводительность, а при мощности ЦТП 25,2 ГДж/ч (6 Гкал/ч) – на 28%.
Уменьшение стоимости системы теплоснабжения с ИТП объясняется
сокращением числа трубопроводов с 4-х до 2-х во внутриквартальной сети,
снижением тепловых потерь, а также сокращением расхода электроэнергии на
транспорт теплоносителя.
Помимо большой стоимости ЦТП, существенным недостатком их является
интенсивная коррозия внутриквартальных сетей горячего водоснабжения и
неравномерное распределение воды по кварталу.
29
Технико-экономический анализ показывает, что при оптимальной тепловой
нагрузке ЦТП равной 105 ГДж/ч (25 Гкал/ч) с учетом стоимости регуляторов
подачи тепла на отопление, система теплоснабжения с ИТП на 10…15% дешевле
системы с ЦТП.
Комплексное решение вопроса по созданию систем теплоснабжения с
малогабаритными индивидуальными тепловыми пунктами заводского
изготовления, которые размещаются в подвальных помещениях зданий, с
применением средств автоматического регулирования и контроля позволит
повысить качество и надежность работы системы теплоснабжения в целом.
Кроме того, применение подогревательно-аккумуляторных установок на
ИТП по сравнению с раздельной установкой скоростного теплообменника и бакааккумулятора на ИТП равной мощности уменьшает стоимость ИТП с ПАУ на
37,7% [26].
Многовариантность различных схем подключения местных систем
отопления, вентиляции и горячего водоснабжения вызвана эволюцией их
развития и совершенствования, начиная от печного отопления до наиболее
совершенных схем на базе крупных источников систем централизованного
теплоснабжения при сплошной теплофикации городов.
Однако громадное количество всевозможных схем и целых подсистем
вызывает большие затруднения при выборе оптимального варианта, связанного с
экономией материалов, а также энергосберегающих ресурсов.
Анализ существующих систем теплоснабжения показывает, что применение
их возможно только после технико-экономического обоснования, с учетом
надежности и бесперебойности их работы.
Типовые системы и схемы теплоснабжения привели к значительному
удорожанию их, а порой и несовместимости при сложных гидравлических и
тепловых режимах эксплуатации, вызванных: повышенной этажностью по
сравнению с соседними потребителями; низким давлением в сети городского
водопровода; недостаточным давлением в узловых точках тепловой сети;
многотрубностью систем теплоснабжения; отсутствием должного надзора при
30
эксплуатации; низким коэффициентом теплоотдачи теплообменных поверхностей
нагрева; защитой трубопроводов от внешней и внутренней коррозии, а также от
коррозии блуждающими токами; высокой карбонатной жесткостью исходной
водопроводной воды; малоэффективными методами обработки воды для систем
горячего водоснабжения, а порой полным отсутствием этих установок и др.
Сложившаяся ситуация требует особого подхода по совершенствованию
существующих систем теплоснабжения, обладающих минимальной
металлоемкостью, компактностью, надежностью, а также эффективностью
теплообмена этих установок и выбора рациональных схем их подключения.
Переход от четырехтрубных тепловых сетей на двухтрубные, даже при
централизованном теплоснабжении от ТЭЦ, возможен при сооружении ИТП с
компактными подогревательно-аккумуляторными установками для независимых
саморегулируемых систем отопления и горячего водоснабжения [27].
Эксплуатируемые и разработанные новые конструкции подогревательноаккумуляторных установок со скоростными водоводяными теплообменниками,
хотя и не занимают больших производственных площадей для их размещения, по
сравнению с раздельной установкой бака-аккумулятора и водоподогревателя, но
не обеспечивают перераспределения тепловых нагрузок между системами
отопления и горячего водоснабжения в течение суток, что очень важно особенно в
переходные (осенне-весенние) периоды года.
Принципиально решены схемы таких систем [28], но теоретически не
исследованы сложные теплообменные процессы, протекающие в этих установках
с трехконтурными теплообменниками [29].
Для зданий различной этажности застройки не разработаны принципиальные
конструкции ПАУ с трехконтурными теплообменниками для ИТП заводского
изготовления.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]