Эксплуатация, тепловой расчет и выбор систем отопления теплоснабжения

Введение

 

 

 

Теплоснабжение – самый энергоемкий и самый энергорасточительный сегмент национальной экономики. При этом, так как главным потребителем тепловой энергии является население, теплоснабжение является социально значимым сектором энергетического комплекса России.

Российская Федерация относится к странам с высоким уровнем централизации теплоснабжения. Теплоснабжение городских населенных пунктов обеспечивается тепловыми источниками (ГРЭС, ТЭЦ, котельными) различной мощности путем транспортировки тепловой энергии по водяным тепловым сетям.

Неэффективное теплоснабжение приводит к огромному перерасходу энергетических, материальных и финансовых ресурсов. В условиях постоянного увеличения цен на энергоносители эффективное использование энергетических ресурсов стало одним из самых актуальных и приоритетных направлений государственной политики.

Эффективность функционирования систем централизованного теплоснабжения во многом зависит от режимов работы тепловых сетей и систем теплопотребления. Поэтому задача оптимизации режимов, проведения наладки и регулирования тепловых и гидравлических режимов в сложных системах крупных городов является весьма актуальной.

Главной задачей теплоснабжения  является удовлетворение спроса на тепловую энергию (мощность) и теплоноситель, обеспечение надежного теплоснабжения наиболее экономичным способом при минимальном воздействии на окружающую среду, а также экономическое стимулирование развития систем теплоснабжения и внедрение энергосберегающих технологий.

В общем случае целью является минимизация себестоимости производства и передачи тепловой энергии, отпускаемой потребителям.

Экономическая эффективность работ по оптимизации режима системы теплоснабжения достигается за счет

• сокращения расходов топлива по ликвидации перегрева систем теплопотребления;
• сокращения расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя за счет снижения удельного расхода сетевой воды и возможного отключения излишних насосных агрегатов;
• сокращения капитальных затрат на развитие системы в случае присоединения новых потребителей, поскольку создается техническая возможность в присоединении без дополнительных капиталовложений в магистральные сети и источник теплоты;

• сведение до минимума потребление температуры теплоносителя, тепловой мощности, давления теплоносителя, а также показателя теплового потока;

 

• сокращения расхода тепловой энергии, связанной с уменьшением расхода подпиточной воды;
• сокращения расхода химически очищенной воды на подпитку;
• у  потребителя улучшение комфортных условий, снижение стоимости единицы тепла;
• снижение стоимости единицы энергии (вода, газ и др. топливо).
 

1. Характеристика района строительства 

 

 

 

К проектированию принимаем теплоснабжение  микрорайона г.Новосибирска.

Климатические характеристики жилого района:

температура наружного воздуха –  tн=-390С;

средняя температура за отопительный период – tоп=-8,70С;

продолжительность отопительного периода – Zоп=230 сут.

На территории жилого микрорайона находится 6 зданий застройка принимается

Генплан № 5.

Рельеф местности  равнинный.

Характер грунтовых вод не агрессивный.

Источники:

теплоснабжения  городская котельная;

электроснабжения городские сети.

Параметры теплоносителя:

• температура подачи Т1=1300С;
• температура обратки Т2=700С.

Тип системы теплоснабжения – закрытого типа.

Дополнительные данные:

Генплан местности показан в приложении А в масштабе 1:1000.

Приняты к расчету объекты 2, 3, 4, 7, 8, 9.

 

2. Расчёт тепловых потоков и нагрузки

 

 

1. Расчет тепловых потоков

 

 

 

Расчет тепловых потоков и нагрузки выполняются на основании Генплана с учетом его масштаба.

Возможно проведение двух видов расчётов:

1 по заданным характеристикам здания: этажность, точные размеры помещений,  окон, дверей и т.д. При этом учитывается ориентация каждого помещения.

2 по укрупнённым характеристикам:

• через общую площадь застройки;
• удельную плотность населения;
• расчетную отапливаемую площадь.

В данной работе будем использовать второй вид расчетов.

1 Определяем размер микрорайона по Генплану с учётом масштаба.

Рассчитываем  площадь объектов, м2,  по формуле

 

 

                                                                       (1)

 

 

где a и b – размеры объектов в плане, м.

 

Для объекта №2

S2=50∙25,

S2=1250 м2.

Переведем площадь в гектары

S2=0,125 га.

Аналогично производим расчет по остальным объектам.

2. Рассчитаем общую площадь микрорайона, м2,  по формуле

 

 

,                                                     (2)

 

 

Sобщ=0,125+0,075+0,08+0,1125+0,1125+0,09,    

Sобщ=0,4825 га.

 

 

3  Принимаем расчетную плотность населения для  жилого микрорайона чел/.

Производим расчёт количества жителей, чел.,  по формуле

 

 

,                                                                    (3)

 

 

Для объекта №2

n2=0,125∙200,

n2=25 чел.

Аналогично производим расчет по остальным объектам.

 

3. Рассчитываем отапливаемую площадь, м2,  по формуле

 

 

А=n·H,                                                                  (4)

 

 

где Н=18 м2/чел – расчётная жилищная обеспеченность.

 

Для объекта №2

А2=25·18,

А2=450 м2.

Аналогично производим расчет для остальных объектов.

 

4. Рассчитываем общую жилищную обеспеченность, м2, по формуле

 

 

ΣА=А2+А3+А4+А7+А8+А9   ,                                                           (5)

 

 

ΣА=2160 м2.

 

Результаты расчета сведем в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Расчет общей площади застройки

Номер объекта	Площадь застройки, S, га	Количество человек, n, чел.	Расчетная отапливаемая площадь, А, м2
2 3 4 7 8 9	0,1250 0,0750 0,0800 0,1125 0,1125 0,0900	25 15 16 23 23 18	450 270 288 414 414 324
Итого	0,4825	120	2160

 

Максимальные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение зависят от принятых удельно-тепловых характеристик зданий по их назначению и этажности.

Расчет тепловых потоков, Вт, производим по формулам

 

 

,                                                                 (6)

 

 

,                                                                 (7)

 

 

,                                                                              (8)

 

 

,                                                                       (9)

 

 

где     q0 – удельно-тепловая характеристика – укрупненный показатель максимального теплового потока на 1 м2, для зданий 5 и более этажей q0 =95Вт/м2 (по объектам 2, 7, 8), для зданий в 3 – 4 этажа q0 =109 Вт/м2 (по объектам 4, 9), для зданий в 1 – 2 этажа q0 =187 Вт/м2 (по объекту 3);

qhm –  максимальный показатель теплового потока горячего водоснабжения qhm=247 Вт/м2 для жилых помещений, qhm=320 Вт/м2 для общественных помещений;

А, п – см. табл. 1 стр. 8 ПЗ;

К1=0,25 – коэффициент учитывающий дополнительный тепловой поток на отопление общественных помещений;

К2=0,6 – коэффициент учитывающий дополнительный тепловой поток на горячее водоснабжение общественных помещений.

Для объекта №2

Максимальный тепловой поток на отопление

Qo max2=95·450·(1+0,25),

 

Qo max2=53437,5 Вт.

Переводим  Вт в кВт

Qo max2=53,44 кВт.

 

Рассчитываем максимальную тепловую нагрузку на вентиляцию

Qv max2=95·450·0,25·0,6,

Qv max2=6412,5 Вт.

 

Рассчитываем средний тепловой поток на горячее водоснабжение

Qhm2=247·25,

Qhm2=6175 Вт.

Переводим Вт в кВт

Qhm2=6,18 кВт,

 

Рассчитываем максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение

Qhm max2=6,18·2,4,

Qhm max2=14,83 кВт.

 

Рассчитываем  общий тепловой поток, кВт, по формуле

 

 

ΣQ=Qo max+Qv max+Qhm max,                                                               (10)

 

 

Результаты расчета сведем в таблицу 2.

 

Таблица 2 – Расчет тепловых потоков

Номер объекта	Максимальный тепловой поток на отопление, Qo max, кВт	Максимальный тепловой поток на вентиляцию, Qv max, кВт	Средний тепловой поток на горячее водоснабжение, Qhm, кВт	Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение, Qhm max, кВт	Общий тепловой поток, Σ Q, кВт
2 3 4 7 8 9	53,44 63,11 39,24 49,16 49,16 44,15	6,41 7,57 4,71 5,90 5,90 5,30	6,18 4,80 5,12 5,68 5,68 5,76	14,83 11,52 12,29 13,63 13,63 13,82	74,67 82,20 56,24 68,69 68,69 63,27
Итого	298,26	35,79	33,22	79,72	413,76

 

 

2.2 Расчет и построение графика регулирования сетевой воды

 

 

Регулирование температуры производят в зависимости от изменения температуры наружного воздуха. Оно необходимо для повышения эффективности рабочей системы теплоснабжения и сохранения комфортных условий.

Предусматривают качественно-количественное регулирование. Это значительно снижает потребление тепловой энергии, повышает срок службы системы.

Регулирование проводят по выбранным интервалам, ti,0С, от начала отопительного сезона при температуре наружного воздуха плюс 80С  до температуры воздуха наиболее холодных суток -390С.

Выберем интервалы через 50С, так как в системах редко предусматривают автоматическое регулирование.

Расчёт температуры сетевой воды производят в табличной форме с учетом эмпирических коэффициентов.

Эти коэффициенты обеспечивают при расчетной температуре наружного воздуха стандартные температуры.

Расчет температуры сетевой воды, 0С, производим по следующим формулам

 

 

,                                                         (11)

 

 

,                                                            (12)

 

 

где   T1 – температура воды в подающем трубопроводе, 0С;

        Т2 – температура воды в обратном трубопроводе, 0С;

          tв – температура внутренних помещений, 0С;

        – относительная нагрузка на отопление, рассчитывается по формуле

 

 

  ,                                                                      (13)

 

 

 где tн – температура наружного воздуха, 0С;

       ti –  температурный интервал, 0С.

 

 

 

Принимаем по характеристикам объекта температуру внутри помещения 180С, так как проектируем жилые и административно-бытовые объекты.

Расчет сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3 – Расчет графика регулирования температуры сетевой воды

ti,0С	tв- ti			64,5	64,5	12,5	47,5	Т1	Т2
+8 +5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -39	10 13 18 23 28 33 38 43 48 53 57	0,175 0,228 0,316 0,404 0,491 0,579 0,667 0,754 0,842 0,930 1,000	0,2480 0,3064 0,3979 0,4843 0,5661 0,6459 0,7233 0,7978 0,8715 0,9436 1,0000	11,2875 14,7060 20,3820 26,0580 31,6695 37,3455 43,0215 48,6330 54,3060 59,9850 64,5000	15,9960 19,7628 25,6646 31,2374 36,5135 41,6606 46,6529 51,4581 56,2118 60,8622 64,5000	2,1575 2,8500 3,9500 5,0500 6,1375 7,2375 8,3375 9,4250 10,5250 11,6250 12,5000	11,780 14,554 18,900 23,000 26,890 30,680 34,360 37,900 41,400 44,820 47,500	41 47 57 67 77 86 95 105 114 123 130	32 35 40 44 48 52 56 60 64 67 70