Введение.
Теплоснабжение - обеспечение теплом жилых, общественных и промышленных зданий (сооружений) для обеспечения коммунально-бытовых (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей.
Не секрет, что в суровых климатических условиях России, где отопительный сезон в среднем равен 7 месяцам, система теплоснабжения является абсолютно необходимой для физического выживания населения и обеспечения безопасности страны. Исторически теплоснабжение в городах России сложилось как централизованное, с выработкой тепла на ТЭЦ. Этот принципиальный технологический выбор позволил в свое время быстро надёжно проектировать, а затем и развертывать мощные и удобные в использовании системы для снабжения жилища теплом, эффективно использовать топливо, минимизировать вредные выбросы в атмосферу.
Теплоснабжение в России это крупная и важная отрасль народного хозяйства, входящая в основные системы энергетики. На теплоснабжение народного хозяйства и населения в России расходуется около 20% всех используемых в стране энергетических ресурсов.
Началом централизации систем теплоснабжения следует считать 1818 год. Англичанин Трегольд описывает смонтированную паровую систему высокого давления, которая отапливала целую группу оранжерей от общей котельной, отстоящей на 127 м. В начале XX века в связи с серийным производством электродвигателей получает развитие центральное водяное теплоснабжение.
В дореволюционной России теплоснабжение находилось на низком уровне. В большинстве домов были комнатные печи. Прогрессивными русскими учеными неоднократно предпринимались попытки использовать теплофикационные установки не только для теплоснабжения промышленных предприятий, но и для теплоснабжения жилых и общественных зданий.
Централизованное теплоснабжение базируется на использовании крупных районных котельных характеризующихся большим КПД, чем мелкие отопительные установки.
Кроме экономии топлива централизация теплоснабжения имеет боль-шое социальное значение, способствуя повышению производительности труда, улучшая условия труда и повышая культуру производства.
При децентрализованном теплоснабжении мелкие отопительные установки, являющиеся источником загрязнения воздушного бассейна, ликвидируются, вместо них используются крупные источники тепла, газовые выбросы которых содержат минимальные концентрации токсичных веществ. Таким образом, централизованное теплоснабжение способствует решению крупной задачи современности – охраны окружающей среды.
Развитие промышленности и широкое жилищно-коммунальное строительство вызывает непрерывный рост тепловой нагрузки, одновременно идет процесс концентрации этой нагрузки в крупных городах, что создаёт базу для дальнейшего развития. Перспективы развития централизованного теплоснабжения определяют большие задачи совершенствования и повышения эффективности строительства и эксплуатации источников, систем транспорта и потребления тепла.
Развитие теплофикации и централизованного теплоснабжения выдви-гает сложные научные и инженерные задачи, успешное решение которых в значительной мере зависит от подготовки инженерно-технических кадров.
Централизованная система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов: источника теплоты, тепловой сети и местных потребителей. Источником теплоснабжения служит районная котельная.
В качестве теплоносителя используем горячую воду, которая до ЦТП района подаётся по двухтрубной системе. Горячая вода поступает к потребителю по подающему трубопроводу, отдаёт тепло в тепло-обменниках и после охлаждения возвращается по обратному трубопроводу к источнику тепла. Таким образом, теплоноситель непрерывно циркулирует между источником теплоты и потребителями. Циркуляцию обеспечивает насосная подстанция источника теплоты.
Теплопроводы прокладывают в подземных непроходных каналах. Для сокращения теплопотерь при движении теплоносителя по трубопроводам применяем теплоизоляцию из эффективных материалов.
Систему теплоснабжения автоматизируют, а количество подаваемого тепла регулируем в соответствии с требованием потребителей. Наибольшее количество тепла расходуется на отопление зданий. Отопительная нагрузка меняется с изменением наружной температуры. Для поддержания соответствующей подачи теплоты потребителям в нем применяют центральное регулирование на источнике теплоты. Добиваться высокого качества теплоснабжения, применяя только центральное регулирование не удается, поэтому на тепловых пунктах применяют дополнительное автоматическое регулирование.
Тепловые пункты обеспечивают подачу необходимого количества теплоты к зданию для их отопления и вентиляции. Расход воды на горячее водоснабжение непрерывно изменяется, и для поддержания устойчивого теплоснабжения гидравлический режим тепловых сетей автоматически регулируем, а температуру горячей воды поддерживаем постоянной и равной 60˚С.
Аварийность систем теплоснабжения в России:
Хотелось бы обратить внимание на кризисную ситуацию в теплоснабжении и перспективы реформирования отрасли, на провальные попытки обновления отрасли теплоснабжения на рыночных началах, с каждым годом усложняющуюся эксплуатацию старой системы, унаследованной от СССР.
В декабре 2009 года глава Минрегиона РФ В. Басаргин сообщил, что с начала отопительного периода на объектах коммунальной энергетики произошло 1520 аварий, в то время как за аналогичный период 2008 года — 1380. он заявил, что «главной причиной аварий является ветхость основных фондов», «надёжность наших сетей остается крайне низкой».И необходимо обратить внимание на возросшее число аварий на магистральных сетях крупных городов, миллионников, и других регионах: всего произошло 58 аварий, а в 2008 году — 32.
По состоянию на март 2010 года, по сравнению с прошлым годом, число аварий увеличилось, крупных аварий не наблюдалось, но возросло число техногенных сбоев на магистральных тепловых сетях, принадлежащих субъектам большой энергетики.
19 марта 2010 года МЧС Российской Федерации опубликовало прогноз чрезвычайных ситуаций на текущий год. В документе отмечается: «аварийность на системах жилищно-коммунального хозяйства (тепловые сети, коммунальные системы жизнеобеспечения) и электроснабжения прогнозируется выше значений 2009 года,более чем в 30 регионах чрезвычайные ситуации «возможны в случае возникновения аварии на крупных ТЭЦ, не имеющих резервного генерирующего оборудования, с высоким износом».
В коммунальном хозяйстве два миллиона работников. Очень (на 60 %) изношены основные фонды. В результате, потери теплоты достигают 37 %, воды — 30 %. Число аварий в сетях за 90-е гг. выросло в 5 раз, а за первые два года нового века — ещё на четверть. Из-за этого планово-предупредительный ремонт все чаще приходится заменять аварийно-восстановительными работами, которые обходятся в 2-3 раза дороже.
1.1. Исходные данные для проектирования.
1. Район строительства: г. Тверь
2.
Температура наружного воздуха
(расчетная):
3.
Температура наружного воздуха (средняя): 
4.
Количество суток отопительного сезона:
5.
Плотность населения: 
В данном районе предусматривается использовать централизованное теплоснабжение. Площадь кварталов, их этажность и численность жителей по кварталам сведена в табл. 1.1.
Таблица 1.1
|
№ квартала |
Этажность застройки |
Площадь квартала F, га |
Число жителей в квартале N, чел |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
9 |
5 |
4,16 |
1456 |
|
10 |
5 |
4,59 |
1607 |
|
3 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
4 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
5 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
6 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
7 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
8 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
1 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
2 |
5 |
13,52 |
4732 |
|
|
|
Σ = 116,91 |
Σ = 40919 |
Количество жителей по кварталам определяется по формуле:
1.2. Расчет тепловых нагрузок.
1.2.1. Расходы теплоты жилыми зданиями.
1. Определение расхода теплоты на отопление.
,
где
1,1 – коэффициент, учитывающий дополнительные потери тепла в местной системе отопления, т. е. 10% запас на неучтенные потери;
-
потери тепла через наружные ограждения,
Вт.
-
расход тепла на вентиляцию (инфильтрацию),
Вт.
-
тепловые выделения внутри здания, Вт.
а) Потери тепла через наружные ограждения:
,
где
-
жилая площадь, м2.
.
-
норма жилой площади, приходящаяся на
одного человека. В расчетах принимаем
;
-
количество жителей в микрорайоне.
Жилая площадь кварталов сведена в табл. 1.2.
Таблица 1.2
|
№ квартала |
Число жителей в микрорайоне N, чел |
Жилая площадь микрорайона Fж, м2 |
|
9 |
1456 |
21840 |
|
10 |
1607 |
24105 |
|
3 |
4732 |
70980 |
|
4 |
4732 |
70980 |
|
5 |
4732 |
70980 |
|
6 |
4732 |
70980 |
|
7 |
4732 |
70980 |
|
8 |
4732 |
70980 |
|
1 |
4732 |
70980 |
|
2 |
4732 |
70980 |
|
|
|
Σ = 613785 |
-
объемный коэффициент здания (зависит
от этажности, года строительства,
материала из которого построено здание),
-
удельная отопительная характеристика
здания (потери теплоты через наружные
ограждения здания, отнесенные к его
наружному объему и расчетной разности
температур).
,
где
-
объем здания по наружному обмеру, м3;
Р - периметр пола здания, м2;
S – площадь здания в плане, м2.
Жилая площадь микрорайонов сведена в табл. 1.3.
Таблица 1.3
|
№ квартала |
Этажность застройки |
Габариты здания axbxh, м |
Периметр пола здания P, м2 |
Площадь здания в плане S, м2 |
Объём здания по наружному обмеру Vнж, м3 |
|
1-8 |
5 |
50х20х15 |
140 |
1000 |
15000 |
|
9 |
5 |
50х20х15 |
140 |
1000 |
15000 |
|
10 |
5 |
50х20х15 |
140 |
1000 |
15000 |
Кст
–
коэффициент теплопередачи наружных
стен (плотность теплового потока на
теплоотдающей поверхности прибора,
отнесенного к разности температуры
теплоносителя в системе отопления и
окружающего прибор воздуха, разделенного
стенкой) ,
;
;
Rст
– термическое сопротивление теплопередаче
стен,
d – степень остекления (для жилых зданий d – 0,11-0,33);
ч,пол – поправочные коэффициенты на расчетный перепад температур для верхнего и нижнего горизонтальных ограждений ч = 0,75 - 0,9; пол = 0,5 - 0,7;
Приведенное
сопротивление теплопередаче ограждающих
конструкций следует принимать не менее
требуемых значений
,
определяемых исходя из санитарно-гигиенических
и комфортных условий, и условий
энергосбережения.
Определение
из
условий энергосбережения.
В соответствии с [1] находим количество градусо - суток отопительного периода (ГСОП):
,
где
-
температура воздуха в помещении
;
-
средняя температура отопительного
периода, °С.
.
По
таблице 4 [1] находим
исходя
из значения ГСОП:
Таблица 4 [1].
|
Здания и помещения |
Градусо-сутки
ото-питель-ного периода ,
|
Приведенное
сопротивление теплопередаче ограждающих
конструкций
| ||||
|
Стен |
Покрытий и перекрытий над проездами |
Перекрытий чердачных над холодными подпольями и подвалами |
Окон и балконных дверей |
Фонарей | ||
|
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты. |
2000 |
2,1 |
3,2 |
2,8 |
0,30 |
0,30 |
|
4000 |
2,8 |
4,2 |
3,7 |
0,45 |
0,35 | |
|
6000 |
3,5 |
5,2 |
4,6 |
0,60 |
0,40 | |
|
8000 |
4,2 |
6,2 |
5,5 |
0,70 |
0,45 | |
|
10000 |
4,9 |
7,2 |
6,4 |
0,75 |
0,50 | |
|
12000 |
5,6 |
8,2 |
7,3 |
0,80 |
0,55 | |
|
Общественные, кроме указанных выше, администра-тивные и бытовые, за исключением помещений с вла-жным или мокрым режимом |
2000 |
1,6 |
2,4 |
2,0 |
0,30 |
0,30 |
|
4000 |
2,4 |
3,2 |
2,7 |
0,40 |
0,35 | |
|
6000 |
3,0 |
4,0 |
3,4 |
0,50 |
0,40 | |
|
8000 |
3,6 |
4,8 |
4,1 |
0,60 |
0,45 | |
|
10000 |
4,2 |
5,6 |
4,8 |
0,70 |
0,50 | |
|
12000 |
4,8 |
6,4 |
5,5 |
0,80 |
0,55 | |
,
Стены 4000 2,8; 6000 3,5;
;
Окна 4000 0,45; 6000 0,6;
;
Чердачные перекрытия 4000 3,7; 6000 4,6;
;
Покрытия (полы) 4000 4,2; 6000 5,2;
;
Для кварталов №1-10:
№1,2,3,4,5,6,7,8
.
№9
.
№10
.
Общие
потери тепла через наружные ограждения
зданий:
.
б) Расход тепла на вентиляцию (инфильтрацию):
,
где
-
удельная вентиляционная характеристика
здания;
-
удельный объем воздуха, т.е. кол-во
воздуха, поступающего на 1м2
жилой площади в 1ч
;
-
удельная объемная теплоемкость воздуха;
.
Общий
расход тепла на вентиляцию зданий:
.
в) Внутренние тепловыделения (от людей, осветительных приборов, электрических, бытовых приборов, газовых плит):
,
где
-
суммарные удельные тепловыделения,
;
-
количество
бытового
тепла
на 1 м2
площади помещений в которых стоят
отопительные приборы;
.
.
Общие
внутренние тепловыделения в зданиях:
.
Определение расхода тепла на отопление:
Для кварталов №1-10:
№1-8
.
№9
.
№10
.
Общий
расход тепла на отопление жилых зданий:
.
2) Расход тепла на горячее водоснабжение.
а) Расход тепла на ГВ зимой:
,
где
N – количество потребителей;
–расход
горячей воды одним жителем в сутки
отопительного сезона,
;
;
–удельная
теплоемкость воды;
–средняя
температура воды в водоразборных стояках
системы горячего водоснабжения;
–температура
холодной воды в водопроводе;
–коэффициент,
зависящий от протяженности и мощности
системы ГВ, при изолированных водоразборных
стояках
;
а при неизолированных стояках
.
Для кварталов №1-10:
№1-8
.
№9
.
№10
.
б) Расход тепла на ГВ летом:
,
где
и
–
зимняя (
)
и летняя (
)
температура холодной воды в водопроводе.
–коэффициент,
учитывающий снижение летнего расхода
тепла на ГВ по отношению к зимнему
расходу; при отсутствии более конкретных
данных
,
за исключением курортных и южных городов,
для которых
.
Для кварталов №1-10:
№1-8
.
№9
.
№10
.
Расход тепла на горячее водоснабжение жилых зданий сведен в табл. 1.4.
Таблица 1.4.
|
№ квартала |
Зимний расход тепла на ГВ жилыми зданиями Qгвзж, МВт |
Летний расход тепла на ГВ жилыми зданиями Qгвлж, МВт |
|
1 |
1,44 |
0,92 |
|
2 |
1,44 |
0,92 |
|
3 |
1,44 |
0,92 |
|
4 |
1,44 |
0,92 |
|
5 |
1,44 |
0,92 |
|
6 |
1,44 |
0,92 |
|
7 |
1,44 |
0,92 |
|
8 |
1,44 |
0,92 |
|
9 |
0,44 |
0,28 |
|
10 |
0,49 |
0,31 |