Автор работы: Пользователь скрыл имя, 23 Июня 2015 в 20:35, дипломная работа
Цель дипломного проекта: идентифицировать климатические риски,связанные с качеством теплоснабжения городов(на примере Санкт-Петербурга) в условиях изменяющегося климата, оценить риски «недотопов и перетопов», возникающих при неэффективном централизованном теплообеспечении Санкт-Петербурга и внести предложения о возможных адаптационных мерах.
Для реализации данной цели решались следующие задачи:
- собрать экономические данные характеризующие систему энергообеспечения в Санкт-Петербурге (стоимости различных материалов конструкций зданий, а так же стоимости видов топлива), используемого для отопления и подготовить многолетние ряды наблюдений за температурой воздуха в Санкт-Петербурге различного временного разрешения;
- построить графики для определения продолжительности отопительного периода по многолетним данным; температурный график для отопительного периода (1966 по 2012 г.) по суточным температурам за данный период;
Оглавление
Цель дипломного проекта: идентифицировать климатические риски,связанные с качеством теплоснабжения городов(на примере Санкт-Петербурга) в условиях изменяющегося климата, оценить риски «недотопов и перетопов», возникающих при неэффективном централизованном теплообеспечении Санкт-Петербурга и внести предложения о возможных адаптационных мерах.
Для реализации данной цели решались следующие задачи:
- собрать экономические данные характеризующие систему энергообеспечения в Санкт-Петербурге (стоимости различных материалов конструкций зданий, а так же стоимости видов топлива), используемого для отопления и подготовить многолетние ряды наблюдений за температурой воздуха в Санкт-Петербурге различного временного разрешения;
- построить графики для определения продолжительности отопительного периода по многолетним данным; температурный график для отопительного периода (1966 по 2012 г.) по суточным температурам за данный период;
- выявить особенности «перетопа и недотопа» различных типов;
- оценить климатические риски «перетопов и недотопов» в Санкт-Петербурге, определённые разными способами;
- экономически обосновать адаптационные меры,(метод опционов) позволяющие уменьшить неопределенности моделирования будущего климата;
На защиту выносятся положения являющиеся решениями перечисленных выше задач.
Российская Федерация расположена на территории с суровыми климатическими условиями, где большую часть года(от 100 до 300 дней в году) температура наружного воздуха ниже + 80С. Поэтому для нормальной жизнедеятельности населения в городах и поселках России должны функционировать надежные системы энергоснабжения. Эти системы должны обеспечивать потребителей топливом, электроэнергией и теплотой в необходимом объеме, должного качества и по приемлемой цене. Тем не менее, энергетическая эффективность городской экономики остается низкой, происходит постоянный рост цен на тепловую и электрическую энергию, вызывая напряжение социально-политического состояния общества, который наблюдается в последние годы. Это делает актуальной проблему совершенствования систем теплооснабжения, а также теплозащиты ограждающих конструкций зданий с целью экономии энергетических ресурсов. В настоящее время тенденции строительного проектирования в соответствии с основными требованиями заказчиков проектов современных зданий направлены на оптимизацию потребления энергии, при одновременном обеспечении высокого уровня комфортности.
Повышение цен на энергоносители, а также дефицит городского бюджета Санкт-Петербурга и других городов России оказывает серьезное влияние на качество работыв теплоэнергетическом комплексе.Затраты на энергоснабжение перешли в основную статью расходов муниципальных предприятий.
Проблема качества энергетической продукции
исследуется отечественными специалистами
в течение длительного времени. В настоящее
время наиболее глубоко исследованы проблемы
качества топлива[1] и электроэнергии[2,3,4].
Основной целью настоящей работы является исследование вопросов, связанных с качеством теплоснабжения городов(на примере Санкт-Петербурга) в условиях изменяющегося климата. В данной работе затрагивается проблема экономии энергии при проектировании и строительстве зданий, что обуславливает актуальность проведенных исследований. С этой целью оцениваются риски неэффективного использования энергии для обеспечения теплового режима здания. На основе анализа рисков рекомендуются меры, направленные на принятие решений, повышающих энергоэффективность проектируемых конструкций. Одной из таких мер является использование методики реальных опционов, позволяющих оценить соотношение потребления энергии при строительстве с увеличением теплосопротивления наружных ограждений здания и совершенствования системы теплоснабжения, принятых в последние годы.
О необходимости проведения подобного исследования свидетельствует ряд законопроектов[1], принятых Правительством Российской Федерации:
Результаты работы помогут обоснованию рационального подхода к формированию энергетической политики, который будет учитывать влияния изменений и изменчивости климата на процесс теплоснабжения.
Для определения задач обеспечения сферы теплоснабжения климатической информацией необходимо тщательно изучить процессы,происходящие при нарушении качества теплоснабжения. Только зная и понимая краткосрочные и долгосрочные последствия нарушения качества теплоснабжения можно рекомендовать некоторые меры для смягчения этих последствий, и в частности составить рекомендации по обеспечению данного процесса климатической информацией.
Поэтому первая глава работы посвящена анализу функционирования систем отопления и горячего водоснабжения на примере Санкт-Петербурга.
- изучена основная литература по теплоснабжению городов;
- собраны материалы по стоимости различных материалов конструкций зданий, а так же стоимости различных видов топлива, используемого для отопления;
Источником информации служат многолетние климатические ряды метеорологических величин[2], размещенные на сайте ВНИИГМИ-МЦД.
Теплоснабжение Санкт-Петербурга осуществляют ТЭЦ АО «Невский филиал», РАО «ЕЭС России», котельные ГУП «Топливно-энергетический комплекс Санкт-Петербурга» (ГУП «ТЭК Спб»), ведомственные и промышленные ТЭЦ и котельные.
В настоящее время в топливном балансе Санкт-Петербурга природный газ составляет 93,7%, мазут-3,6%, уголь-2,5% и прочие-0,2%. Для приема газа и подачи его в системы газоснабжения города и его пригородов действуют 15 газораспределительных станции.
Основным потребителем тепловой энергии в городе является жилой сектор, на долю которого приходится 65,3% общего теплопотребления.
В Санкт-Петербурге реализована схема централизованного радиального теплоснабжения по открытой схеме, обеспечивающая удовлетворение нужд потребителей в тепловой энергии на отопление и вентиляцию, а также в горячем водоснабжении.
Централизованное теплоснабжение представляет собой систему, состоящую из источника теплоты, трубопроводов и потребителей теплоты. Тепловой источник снабжает теплом группу домов, квартал или район города, а также промышленные предприятия.
Существует 2 вида схем тепловых сетей: радиальные и кольцевые.
Радиальная схема теплоснабжения представляет собой тупиковые ответвления ко всем объектам. В случае аварии эти объекты оказываются отключенными.
Кольцевая схема теплоснабжения более надежна и бесперебойна в работе. В ней все ветки мелких ответвлений объединены в общий контур.
В зависимости от способа приготовления горячей воды централизованные системы снабжения разделяют на закрытые и открытые. Разница заключается в том, что при закрытой системе теплоснабжения в трубопроводах циркулирует постоянное количество воды, которая используется только как теплоноситель, и не забирается из теплосети для обеспечения горячего водоснабжения, а при открытой системе – часть воды непосредственно из системы разбирается на нужды горячего водоснабжения. Происходит водоразбор горячей воды потребителями непосредственно из теплосети. При этом водоразбор может быть частичным или полным. Оставшаяся в системе горячая вода используется для отопления. Расход воды в теплосети при этом компенсируется дополнительным количеством воды, подающимся в тепловую сеть. В открытой системе теплоснабжения вода должна быть по качеству равноценна питьевой (что зачастую не всегда так), а запас воды на источнике тепла должен постоянно пополняться.
В обоих случаях централизованное качественное регулирование отпуска теплоты ограничивается минимальными температурами воды в поступающем трубопроводе тепловой сети, необходимыми для подогрева воды, поступающей в системы горячего водоснабжения потребителей[9]:
- для закрытых систем теплоснабжения - не менее 700С;
- для открытых систем теплоснабжения - не менее 600С;
В настоящее время при реконструкции систем выработки, транспортировки и потребления тепловой энергии появляется возможность применения новых технологических процессов, материалов и оборудования, которые позволяют значительно повысить эффективность использования энергии топлива, качество и надежность. Однако в городе не в полной мере используются современные технологические процессы, материалы и оборудование; отсутствует техническая политика в организации эксплуатации более совершенного и более сложного оборудования. В задачу при подготовке анализа функционирования системы теплоснабжения входит оценка возможности ее улучшения, с точки зрения влияния на нее климатических факторов.
Климатические ресурсы служат одной из основ для выбора и принятия технически и экономически обоснованных решений в области строительства и эксплуатации зданий, проектирования и эксплуатации систем энергосбережения и теплоснабжения городов.
Чтобы обеспечить необходимые санитарно-гигиенические условия в помещениях различного назначения создаются системы отопления, горячего водоснабжения и вентиляции. Согласно СНиП 2.04.05-86* комфортные условия микроклимата жилых помещений в холодный период достигаются при температуре 20-220С и относительной влажности 30-45%,. Исходными данными служат климатические параметры для данного населённого пункта. Поэтому основные климатические параметры отопительного периода для пункта строительства нормированы и включены в строительные нормы и правила (СНиП:СП 131.13330.2012)[10]. Такими параметрами, принятыми в России, являются:
Кроме климатических параметров для обеспечения теплоснабжения используется прогноз предстоящего отопительного периода. Температуры наиболее холодной пятидневки или расчетная температура наружного воздуха служит границей возможных температур воздуха. Её значения закладываются при расчете установочной мощности водонагревательного котла
При отсутствии прогноза температуры воздуха на предстоящий отопительный сезон для расчета закупки необходимого объема топлива, заменяют значениями стояния температур наиболее низкой часовой температуры.
Указанные параметры, включая прогноз, позволяютоценивать годовой объем производства тепла.Для определения необходимого объема топлива привлекаются: прогноз сезонной температуры воздуха и климатическая (нормированная) продолжительность отопительного периода.
Климатические параметры, характеризующие воздействие климата на режим отопления здания, нужны для решения ряда практических задач, возникающих при организации оптимального теплоснабжения.
Первая задача состоит в планировании запасов топлива на предстоящий отопительный период. Запасы топлива должны быть, с одной стороны достаточными для поддержания оптимальной внутренней температуры воздуха в зданиях, с другой- не создавать остатка топлива после окончания отопительного периода. Его хранение потребует дополнительных затрат, которые повлекут штрафные санкции. Нехватка топлива в конце отопительного сезона, требует его закупки по более высокой цене, чем перед началом отопительного периода.
Прогнозировать продолжительность отопительного периода в конкретном году достаточно непросто, поэтому продолжительность отопительного периода в сутках рассчитывается по климатическим данным (рис.1) (начиная с момента перехода среднесуточной температуры наружного воздуха через +8 и + 100С в сторону понижения в течение 5 дней, заканчивая переходом через те же пределы в обратном направлении).