2.2.Вибір типу тепломережі

Тип тепломережі вибирається самостійно, керуючись перш за все кількістю жителів, районом розміщення, наявністю суспільних та промислових об'єктів. Проте за звичай слід надавати перевагу теплопостачанню від теплової електростанції чи теплоелектроцентралі, оскільки комбіноване вироблення електрики та тепла завжди зменшує потребу у паливі і у більшості випадків економічно доцільне. Тільки у випадках невеликих потреб у теплі можливо використання відокремлених систем теплопостачання на основі невеликих котелень. Окрім того при великих потребах у теплі та розгалужених та великої довжини магістралях можливо використання проміжних теплових пунктів, які централізовано постачають тепло окремим районам міста, чи будівлям.

Приклад схеми теплопостачання міста розташованого поблизу теплової чи атомної електростанції наводиться на рис.1.

Рис.1 Схема теплопостачання від АЕС.

1- ПГ, 2- турбіна, 3-електрогенератор, 4-конденсатор, 5-мережний підігрівач першої сходинки (основний), 6 - мережний підігрівач другої сходинки (додатковий), 7- піковий котел, 8- насос тепломережі, 9- нагнітальний насос тепломережі, 10- хімводоочистка додаткової води тепломережі, 11- деаератор додаткової води тепломережі , 12- насос додаткової води тепломережі,13- регулятор підживлювальної води , 14- насос хімочищеної води тепломережі, 15,16 – колектори розподілу прямої води та збору зворотньої води тепломережі, 17- опалювальні прилади, 18 – системи споживання горячої води, 19-конденсатний насос, 20, 21,22 – підігрівачі низького тиску (ПНТ), 23-РОУ, 24- основний деаератор живильної води котла, 25 – живильний насос, 26 підігрівач високого тиску (ПВТ), 27- насос холодної води, 28-підігрівач води гарячого постачання.

2.3 Розрахунок об'ємів помешкань, що опалюються та потреб ( витрат) тепла

2.1 Об'єм житлових будинків

У першому наближені його можливо оцінити за рівнянням:

Vж = fптmжHпр =20·30000·3=18·м3

(2.1)

де V_ж – об'єм житлових будівель, м³; f_пт - питома житлова площа на одного мешканця ( залежить від місця проживання в середньому можливо приймати 20 м²/чол); m_ж - кількість жителів; H_пр – середня висота приміщень ( 3 – 3,4 м ).

2.2. Витрати тепла на опалення житла

3.2.1. Питомі втрати тепла

Розраховуються за рівнянням, що враховує час спорудження житла.

== 0,244 Вт/(м3 К)

(2.2)

_де - питомі втрати, Вт/(м³ К); а та n – приймають значення, відповідно: для будинків, збудованих після 1958 р. а = 1,52 , n = 8; V_ж – об'єм житлових будівель, м³ ;β - коефіцієнт, що враховує кліматичні умови.

2.2.2. Теплові втрати тепла

Вони пов'язані з теплопередачею тепла через стіни та покрівлю і поли та визначаються за розрахованими питомими втратами.

Qт = q0Vж(tв – tн)=0,2443·1800000·(17+25)=18908820 Вт

(2.3)

де Q_т- втрати тепла через теплообмін у Вт, чи МВт; t_в – температура повітря у приміщенні ( при знаходженні розрахункових втрат - розрахункова температура повітря t_в = 14...20 ⁰С, в залежності від призначення житла ; t_н - температура повітря навколишнього середовища .

2.2.3 Витрати тепла на опалення житла

Визначаються за рівнянням, що враховує не тільки власне втрати тепла через стіни, а також втрати тепла пов’язані з фільтрацією повітря із помешкання в навколишнє середовище через нещільності та прорізи, які періодично відкриваються, за умови, що організована механічна вентиляція відсутня:

Qжот= Qт (1+ μ) – Qтв =18908820·(1+0,03) –3944500=20114659 Вт

(2.4)

де Q^ж_от – витрати тепла на опалення приміщень у Вт ( МВт); Q_т- втрати тепла через теплообмін , Вт; μ– коефіцієнт, який враховує втрати на фільтрацію ( 0,03 ...0,06); Q_тв – внутрішні тепловиділення у приміщенні, пов’язані з приготуванням їжі, роботою побутових пристроїв, тепловипромінюванням помешканців), МВт.

Q_тв^о=b*µ_тв*=10*0,25*=1580000 Вт

де b10 Вт/м², 0,25 - коефіцієнт, який враховує нерівномірність включення освітлення на протязі доби.

Q_тв^л=m_к*µ_тв*Ф₁=30000*0,5*125,4=1881000 Вт

m_к- ккількість людей

Ф₁-потужність тепловиділення 125,4 для температури 18

µ_тв- час перебування людини в приміщенні 0,5-0,75

Qтв=Q_тв^л+Q_тв^о=1881000+1580000=3461000 Вт

2.3. Витрати тепла на опалення суспільних приміщень

2.3.1 Питомі втрати тепла

Для Кінотеатру :=Вт/(м³ К).

Для Лікарні: == 0,519Вт/(м³ К).

2.3.2. Теплові втрати тепла

Вони пов'язані з теплопередачею тепла через стіни та покрівлю і поли та визначаються за розрахованими питомими втратами, використовуючи знайдене для них q_о та розрахункові температури повітря для таких приміщень та розрахункову температуру навколишнього середовища для опалення t_но=-25^оС , яка відповідає . Для кожного з приміщень розрахунок ведемо окремо, а наприкінці визначають сумарні втрати.

Для Кінотеатру: Qт = q0Vж(tв – tн)=0,·4000·(14+25)=88140 Вт Для Лікарні: Qт = q0Vж(tв – tн)=0,519·8000·(16+25)=170232 Вт

(2.5)

2.3.3 Витрати тепла на опалення суспільних приміщень Q^с_от

Для клубу: Qсот= Qт (1+ μ) – Qтв =88140·(1+0,25)-3333=106842 Вт Для ресторану: Qсот=Qт (1+ μ) – Qтв =170232·(1+0,25)-6666=206124 Вт де Qжот – витрати тепла на опалення приміщень у Вт ( МВт); Qт- втрати тепла через теплообмін , Вт; μ– коефіцієнт, який враховує втрати на фільтрацію ( 0,25 ...0,35); Qтв – внутрішні тепловиділення у приміщенні, пов’язані з приготуванням їжі, роботою побуто Для Кінотеатру: Q=b*µтв*=10*0,25*=3333Вт Для Лікарні: Q=b*µтв*=10*0,25*=6666 Вт де b10 Вт/м2, 0,25 - коефіцієнт, який враховує нерівномірність включення освітлення на протязі доби.

(2.6)

2.4 Витрати тепла на опалення промислових будівель Q^пб_от

Визначаються у тій же послідовності та за тими ж рівняннями, що і для житлових приміщень, змінюються тільки температурні умови та коефіцієнт фільтрації (як для суспільних приміщень), а також внутрішнє тепловиділення, яке може бути значним. Однак при розрахунку питомих втрат тепла додатково вводять поправку на нерівномірність опалення у вихідні дні та при відсутності роботи ( вночі). Поправочний коефіцієнт в межах 0,5..0.7., тобто q₀^пр = (0,5...0,7)q₀.

==0,440Вт/(м3 К); Qт = q0Vж(tв – tн)=0,18·30000·(14+25)=210600 Вт; (2.7)

Qтвпр=N (1 – ηе)=1,5· (1-0,95)=75000 Вт; (2.8) Qпбот=Qт (1+ μ) – Qтв=331032·(1+0,25)-75000=338790 Вт. (2.9)

2.5 Витрати тепла на промислові потреби

Такі потреби дуже різноманітні та залежать від продукції підприємств. В узагальненому розрахунку виходять із даних, які накопичені досвідом роботи подібних підприємств. Розрахункові потреби тепла для споживачів знаходяться окремо, оскільки вони частіше всього забезпечуються подачею на підприємство пари відповідних параметрів. Для ефективного теплопостачання цих споживачів у цьому випадку на ТЕС використовують спеціальні теплофікаційні турбіни, здатні постачати такий пар з змінними витратами. Такі ТЕС називають теплоелектроцентралями ( ТЕЦ ). Теплові витрати у цьому випадку розраховуються:

Qпр=qпрmпр/3,6 =75·4/3,6=83333333 Вт

(2.10)

де q_пр – питомі витрати тепла на одиницю продукції, наприклад, ГДж/т; m_пр- продуктивність підприємства т/год.

2.6 Витрати тепла на вентиляцію

2.6.1 Для жилих приміщень

Оскільки вони , як правило, не оснащуються примусовою вентиляцією, то витрати пов'язані з повітрообміном для них враховуються коефіцієнтом інфільтрації, тому окремо не розраховуються.

2.6.2 Для суспільних та промислових приміщень

Ці затрати розраховуються подібно до затрат на опалення, оскільки вони залежать від об'єму приміщень.

Для Суспільних:

Q_в = m_кс_рV_в(t_вн – t_н) = 3,5··18·10⁵·(18+10)=17645840 Вт

Для Кінотеатру:

Qв = mксрVв(tвн – tн) = 3,5·10-⁴·4000·(14+10)=33620 Вт.

Для Лікарні:

Qв = mксрVв(tвн – tн) = 3,5·10-⁴·8000·(16+10)=72800 Вт.

Для промислових приміщень:

Qв = qвVв(tв – tнв)= 3,5·10-⁴·30000(14+10)=252000 Вт.

де m_к – кратність повітрообміну, величина, яка встановлюється санітарними нормами та правилами безпеки; с_р– питома об'ємна теплоємність повітря , кДж/(м³ К); V_в – об'єм приміщень, що оснащені вентиляцією, м³; t_в – температура повітря у приміщенні; t_нв – розрахункова температура зовнішнього повітря для вентиляції, q_в=m_кс_р – питомі витрати тепла на вентиляцію.

2.6.3 Всього тепла на вентиляцію

Після розрахунку витрат тепла на для окремих об'єктів. Знаходять сумарні витрати тепла на вентиляцію:

Qв∑ =∑Qві=17645840+33620+72800+252000=18004260 Вт

(2.11)

2.7. Витрати тепла на постачання підігрітої води

Постачання нагрітою водою відрізняється від постачання тепла на опалення, оскільки у цьому випадку до споживача надходить не тільки тепло у вигляді нагрітої води, а також і сама вода. При цьому вона повинна відповідати за своїм складом та санітарними нормами вимогам до питної води. Для води систем опалення такі жорсткі вимоги можуть не використовуватись. Якраз з цим пов'язано використання так званих відкритих та закритих систем тепломережі. У випадку відкритої системи склад води у опалювальних приладах та нагрітої води однаковий. У випадку закритої системи він може відрізнятися. Поняття закритої та відкритої систем теплопостачання близькі до понять залежної та незалежної схем теплопостачання. Різниця полягає у тому, що незалежна схема постачання передбачає фактично два незалежних контури тепломереж: зовнішній замкнутий, у якому циркулює вода між джерелом теплопостачання та споживачем. Витрати цієї води постійні, втрат води майже немає. Другий контур тепломереж доставляє гарячу воду як для опалення так і для споживання у будівлі. Обидва контури контактують тільки через поверхню підігрівача.

Залежна схема теплопостачання має об'єднаний (єдиний) контур циркулюючої води, однак споживачі можуть також підключатися по закритій та відкритих схемах. Просто в закритому варіанті схеми для цілей постачання нагрітою водою використовується окремий теплообмінник гарячої води, а вода для опалення іде з основного контуру.

Залежна схема може забезпечити більш високі температури роботи опалювальних приладі, але при її використанні тиск у мережі повинен бути більш високим, що збільшує вірогідність розривів та втрат води.

Тому в практиці роботи тепломереж перевагу віддають незалежним схемам теплопостачання з використанням групових теплових пунктів (ГТП), від яких безпосереднє постачання теплом ведеться по закритих схемах – окремо водою для опалення та гарячою водою.

2.7.1 Середньогодинні витрати тепла на гарячу воду

Витрати тепла на гарячу воду на протязі доби дуже змінюються, значні відмінності є також за окремими днями тижня, тому в розрахунках використовують залежність, яка узагальнює статистичний досвід, накопичений практикою споживання гарячої води.

Qгср =0,278∙10-6m(a + b)cр(tг – tх)/nс; (2.12) Qгср =0,278∙∙30000∙ (120+20) ∙4,19∙ (60-5) /24=12379958 Вт;

де Q_г^ср – середньодобове теплове навантаження , Вт; 0,278∙10^-6 – коефіцієнт перерахунку одиниць виміру; m- число мешканців ( споживачів) гарячої води; a – середньодобові витрати гарячої води на 1 мешканця ( 120 л/год); b – додаткові добові витрати води, пов’язані з її використанням суспільними підприємствами ( 20 л/год); c_р – теплоємність води , ( 4,19 кДж/(кг К); t_г – температура гарячої води ( 60 ^оС); t_х - температура холодної води ( 5 ^оС); n_с – продовжність користування гарячою водою за добу , за звичай - 24 год/добу.

2.7.2 Розрахункові витрати тепла на постачання гарячої води

Вони враховують нерівномірність споживання нагрітої води на протязі тижня, а також доби.

Qгр= χт χдQгср=1,1∙1,7∙12379958=23150521 Вт;

(2.13)

де χ_т – коефіцієнт тижневої нерівномірності нагрузки ( 1 ...1,2);

χ_д - коефіцієнт добової нерівномірності нагрузки ( 1,7...2,0).

2.8 Розрахункова теплова потужність підігрівачів тепломережі

Як видно із схеми на АЕС використовується двохсходинковий підігрів води. Сумарна їх теплова потужність знаходиться як сума всіх розрахованих раніше потреб у теплі.

Q∑тм =∑ Qі = Qжот+Qсот + Qпбот + Qв∑ + Qгр , Вт Q∑тм=20114659+106842+206124+338790+18004260+23150521=61921196,Вт

Складові рівняння розглянуті раніше.

2.9 Розрахункова теплова потужність (парова) на промислові потреби

Вона приймається по фактичній потребі у парі і звичайно є предметом договору про теплопостачання з відповідним підприємством.

При відсутності таких відомостей – розраховується таким чином:

Qпр= qпр mпр/3,6 =75*4/3,6 = 83333333 Вт

(2.15)

2.10 Розподіл теплової потужності між підігрівачами тепломережі

Підвищення економічності роботи тепломережі досягається за рахунок ефективного розподілу теплової потужності між підігрівачами тепломережі, включаючи також піковий котел, який використовується для досягнення максимальної потужності у найбільш холодний період опалення.

2.10.1 Навантаження основного підігрівача

Основним підігрівачем є підігрівач, який використовує гріючу пару найбільш низького потенціалу із відборів турбіни – на схемі це підігрівач – 5.

Бажано, щоб він забезпечував основне теплове навантаження опалення, яку можливо розрахувати, використовуючи поняття середньої розрахункової температури навколишнього середовища за період опалення t_ср.

Qт5=Qжот(tжо-tср)/(tжо-tн)+Qсот(tсо-tср)/(tсо-tн)+Qпбот(tпо-tср)/(tпо-tн)+ +Qв∑(tпо-tср)/(tпо-tвн)+Qгр(tг-tхср)/(tг-tх), Вт; Qт5=(20114659*0,46)+(106842*0,4)+( 206124*0,43)+( 338790*0,4)+ ( 18004260*0,7)+( 7620*0,65)+( 19459*0,68)+( 217728*0,65)+ ( 23150521*0,92)=43580797 Вт Qт5=43,580МВт

де Q_і – відповідні теплові потоки .

2.10.2 Навантаження пікового котла ( підігрівача)

На схемі рис.1 цей елемент показаний під номером 6. Згідно з практикою роботи тепломереж він вмикається та працює у період найбільш низьких температур. Звичайно такий період складає до 5% від загальної тривалості опалювального сезону. Маючи дані про τ_кр та τ_от , розраховують навантаження пікової котельні:

Qт7 = Q∑тмτкр/τот, Вт Qт7=58631645*= 122149 Вт Qт7=0,122 МВт

(2.16)

2.10.3 Навантаження підігрівача другої сходинки (додаткового)

Цей підігрівач показаний на рис.1 під номером 6. Його задача забезпечити температурний режим тепломережі в умовах, коли температура навколишнього середовища нижче середньої розрахункової . Фактично це різниця між загальною розрахунковою потребою у теплі та тією часткою, яка покривається основним підігрівачем та піковою котельнею.

Qт6 = Q∑тм - Qт5 =58631645-43580797=15050848 Вт Qт6=15,050 МВт (2.17)