Общие сведенья об инженерных сетях. По дисциплине Общие сведения об инженерных сетях территорий и зданий
 Скачать 3.96 Mb.
|
|
Раздел 3. Сети теплоснабжения в населенных местах Введение в раздел Главной целью изучения данного раздела является получение общетеоретических сведений о системах и сетях теплоснабжения в городах и населенных пунктах, правилах их гидравлического и теплотехнического расчета и прокладки. Целью изучения раздела является получение знаний о системах и схемам теплоснабжения, их классификации, обретение навыков по определению расчетных тепловых потоков, способность правильно выполнять трассировку тепловых сетей. При изучении третьего раздела учащийся познакомится с системами поквартирного теплоснабжения жилых зданий, понятием автономного теплоэнергосбережения, поливалентными системами, изучит основы проектирования и устройства тепловых пунктов. Вопрос 1. Системы и схемы теплоснабжения. Теплоснабжение представляет собой комплекс инженерных сооружений, предназначенных для снабжения теплом жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений с целью обеспечения коммунально-бытовых потребностей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха и горячее водоснабжение) и технологических нужд потребителей. Различают местное (децентрализованное) и централизованное теплоснабжение. В централизованных системах теплоснабжения один или несколько источников теплоты обслуживает теплоиспользующие устройства ряда потребителей, расположенных раздельно, поэтому передача теплоты от источника до потребителей осуществляется по специальным теплопроводам – тепловым сетям. В децентрализованных системах теплоснабжения каждый потребитель имеет собственный источник теплоты. Новые эффективные инженерные решения по теплоснабжению жилых домов с применением автоматизированных теплогенераторов позволяют разрабатывать поквартирное отопление в многоэтажных жилых зданиях. 63 Рис. 12. Принципиальная схема теплофикации: 1 – котельная; 2 – турбина; 3 – электрогенератор; 4 – конденсатор; 5 – конденсатный насос; 6 – регенератор; 7 – химическая водоподготовка; 8-10 – потребители тепла; 11 – задвижка Рис. 13. Структурная схема системы теплоснабжения Система теплоснабжения предназначена для обеспечения потребителей тепловой энергией. Она состоит из теплогенерирующей установки (то есть источника тепла), служащей для выработки энергоносителя в виде водяного пара, перегретой и горячей воды заданных параметров, тепловой сети для транспортировки энергоносителя к потребителю, тепловых пунктов и местных систем потребителей теплоты. Теплогенерирующие установки подразделяются на районные, квартальные, групповые и установки предприятий. Выбор системы теплоснабжения следует выполнять на основании технико-экономических расчетов с учетом качества исходной воды, степени обеспеченности и поддержания требуемого качества горячей воды у потребителей. Источниками тепла при централизованном теплоснабжении могут быть теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых 64 осуществляется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии (теплофикация), котельные установки большой мощности, вырабатывающие только тепловую энергию, устройства для утилизации тепловых отходов промышленности, установки для использования геотермальных источников. В системах децентрализованного теплоснабжения источниками тепла служат автоматизированные теплогенераторы, печи, водогрейные котлы, различные водонагреватели, использующие избыточное тепло промышленных предприятий, солнечную энергию и т. д. Размещение источника тепла на территории города или микрорайона осуществляется с учетом ряда факторов: исключения заноса сернистых дымовых газов и летучей золы в жилые зоны города; расположения относительно центра тепловых нагрузок (это расстояние должно быть наименьшим, тогда радиус подачи тепла потребителям будет наикратчайшим); удобства доставки топлива; должны использоваться или существующие, или вновь построенные железнодорожные пути; возможности дальности действия систем теплоснабжения; при современных технических средствах удаление паровых систем от центров потребления не должно превышать 5-6 км при давлении 1,5-2,0 МПа, систем горячего водоснабжения – 30-40 км (насосные станции в этом случае проектируются на подающих и обратных трубопроводах), системы подачи теплоты от районных котельных – 5-6 км. Обычно при выборе площадки источника теплоты сравниваются несколько вариантов. Окончательный выбор осуществляется с учетом экономических, экологических и санитарных условий. Теплоносителями в системах централизованного теплоснабжения обычно являются перегретая вода с температурой до 200 °С и давлением Pv < 2,5 МПа и пар с температурой t < 440 °С и давлением Ру < 6,2 МПа. Вода обычно служит для обеспечения коммунально-бытовых нагрузок, а пар – технологических. Выбор температуры теплоносителя определяется экономическими расчетами и требованиями потребителей. С увеличением дальности транспортирования тепла рекомендуется повышать параметры теплоносителя. Использование теплоты в системах теплоснабжения связано с сезонами года. Часть потребителей теплоты зависит от климатических условий (системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха), а часть не зависит (системы бытового горячего водоснабжения, технологического пароснабжения и горячего водоснабжения). От преобладания тех или иных тепловых потоков зависит во многом выбор систем и схем теплоснабжения. 65 Выбор варианта схемы теплоснабжения объектов: системы централизованного теплоснабжения от котельных, крупных и малых и автономных электростанций (ТЭЦ, ТЭС, АЭС) либо от децентрализованного теплоснабжения (ДЦТ) – автономных, крышных котельных, от квартирных теплогенераторов производится путем технико-экономического сравнения вариантов. Принятая схема теплоснабжения должна обеспечивать: нормативный уровень теплоэнергосбережения; нормативный уровень надежности, определяемый тремя критериями: вероятностью безотказной работы, готовностью (качеством) теплоснабжения и живучестью; требования экологии; безопасность эксплуатации. В некоторых системах могут работать несколько источников тепла, что повышает надежность работы системы (с точки зрения обеспечения потребителей теплом), ее маневренность и экономичность, но в некоторой степени усложняет работу ее гидравлически – увеличивается вероятность возникновения гидравлических ударов при изменении направления движения потоков теплоносителя в трубопроводах. Функционирование тепловых сетей и системы центрального теплоснабжения не должно приводить: к недопустимой концентрации в процессе эксплуатации токсичных и вредных для населения, ремонтно-эксплутационного персонала и окружающей среды веществ в тоннелях, каналах, камерах, помещениях и других сооружениях, в атмосфере, с учетом способности атмосферы к самоочищению в конкретном жилом квартале, микрорайоне, населенном пункте; к стойкому нарушению естественного (природного) теплового режима растительного покрова (травы, кустарников, деревьев), под которыми прокладываются теплопроводы. Вопрос 2. Классификация систем центрального теплоснабжения. Системы центрального теплоснабжения могут быть классифицированы по ряду признаков: по способу присоединения установок отопления; по числу трубопроводов; по виду теплоносителя; по способу регулирования тепла. 66 По способу присоединения установок отопления различают зависимые и независимые системы. В зависимых системах теплоноситель поступает непосредственно из тепловой сети в отопительные установки потребителей; в независимых – в промежуточный теплообменник, установленный в тепловом пункте, где нагревает вторичный теплоноситель, который циркулирует в местной установке потребителя. В зависимости от способа присоединения установок горячего водоснабжения системы теплоснабжения подразделяются на закрытые и открытые. В закрытых системах на горячее водоснабжение вода из водопровода поступает нагретой до требуемой температуры (обычно 55 °С) водой из тепловой сети в теплообменниках, устанавливаемых в тепловых пунктах. В открытых системах вода подается потребителю непосредственно из тепловой сети. По числу трубопроводов, используемых для передачи теплоносителя, различают одно-, двух- и многотрубные системы теплоносителя. Однотрубные системы применяются в тех случаях, когда теплоноситель полностью используется потребителями и обратно не возвращается (например, в паровых системах без возврата конденсата или в открытых системах горячего водоснабжения, в которых вода полностью разбирается потребителями). В двухтрубных системах теплоноситель полностью или частично возвращается в источник тепла, где он подогревается и восполняется. Многотрубные системы устраиваются при необходимости выделения отдельных типов тепловой нагрузки (например, отдельные системы для горячего водоснабжения и отопления). Применение многотрубных систем упрощает регулирование отпуска тепла, способы присоединения к тепловым сетям, а также их эксплуатацию. Многотрубные и однотрубные тепловые сети допускается применять при технико-экономическом обосновании. Тепловые сети, транспортирующие в открытых системах теплоснабжения сетевую воду в одном направлении, при надземной прокладке допускается проектировать в однотрубном исполнении при длине транзита до 5 км. При большей протяженности и отсутствии резервной подпитки систем центрального теплоснабжения от других источников теплоты тепловые сети должны выполняться в два (или более) параллельных теплопровода. По виду теплоносителя системы ЦТ подразделяются на водяные и паровые. Причем вода используется преимущественно для удовлетворения нагрузок отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения, а пар, кроме того, для удовлетворения технологической нагрузки. По способу регулирования отпуска тепла в системах теплоснабжения (суточное, сезонное) различают центральное качественное, местное количественное регулирование. 67 Центральное качественное регулирование подачи тепла осуществляется по основному виду тепловой нагрузки – отоплению или горячему водоснабжению. Оно заключается в изменении температуры теплоносителя, подаваемого от источника тепла в тепловую сеть в соответствии с принятым температурным графиком в зависимости от температуры наружного воздуха. Местное количественное регулирование производится в тепловых пунктах. Этот вид регулирования находит широкое применение при горячем водоснабжении и осуществляется, как правило, автоматически. В паровых системах теплоснабжения в основном производится местное количественное регулирование – давление пара в источнике теплоснабжения поддерживается постоянным, а расход его регулируется потребителями. Кроме чисто качественного и количественного регулирования имеет место качественно-количественное регулирование, которое заключается в определении эквивалента расхода сетевой воды и температуры воды в зависимости от относительной расчетной тепловой нагрузки. Задачей регулирования является поддержание в отапливаемых помещениях расчетной внутренней температуры. Применение тех или других типов систем теплоснабжения обуславливается их особенностями и требованиями потребителей тепла. Центральное качественно-количественное регулирование на источнике теплоты может быть дополнено групповым количественным регулированием на тепловых пунктах преимущественно в переходный период отопительного сезона, начиная от точки излома температурного графика с учетом схем присоединения отопительных, вентиляционных установок и горячего водоснабжения, колебаний давления в системе теплоснабжения, наличия и мест размещения баков-аккумуляторов, теплоаккумулирующей способности зданий и сооружений. При центральном качественно-количественном регулировании отпуска теплоты для подогрева воды в системах горячего водоснабжения потребителей температура воды в подающем трубопроводе должна быть: для закрытых систем теплоснабжения не менее 70 °С; для открытых систем теплоснабжения не менее 60 °С. При центральном качественно-количественном регулировании по совместной нагрузке отопления, вентиляции и горячего водоснабжения точка излома графика температур воды в подающем и обратном трубопроводах должна приниматься при температуре наружного воздуха, соответствующей точке излома графика регулирования по нагрузке отопления. 68 В системах теплоснабжения, при наличии у потребителя теплоты в системах отопления и вентиляции индивидуальных устройств регулирования температуры воздуха внутри помещений количеством протекающей через приемники сетевой воды, следует применять центральное качественно-количественное регулирование, гидравлических и тепловых режимов в конкретных квартальных (микрорайонных) системах в пределах, обеспечивающих качество и устойчивость теплоснабжения. Вопрос 3. Определение расчетных тепловых потоков. Определение тепловых потоков и их требуемых параметров является начальной стадией проектирования любой системы теплоснабжения. При этом существенным моментом является такое определение расходов тепла, при котором сумма расходов всеми потребителями системы достигает максимального значения. Отпуск суммарного максимального теплового потока из тепловых сетей с учетом несовпадения максимумов у отдельных потребителей и видов потребления тепла при проектировании должен обеспечиваться надлежащим выбором основного и вспомогательного оборудования источников тепла, а также соответствующих диаметров труб на отдельных участках тепловых сетей. Правильный расчет теплового потока может оказать влияние и на величину капитальных затрат, и на эксплуатационные расходы. Максимальные тепловые потоки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические процессы промышленных предприятий принимаются при проектировании тепловых сетей по соответствующим проектам. При отсутствии проектов допускается определять тепловые потоки по рекомендациям СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» (актуализированная редакция СНиП 41-02-2003). Тепловые потоки при отсутствии проектов отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий и сооружений определяются: для предприятий – по укрупненным ведомственным нормам, утвержденным в установленном порядке, либо по проектам аналогичных предприятий; для жилых районов городов и других населенных пунктов – по формулам. 69 Максимальный тепловой поток, Вт, на отопление жилых и общественных зданий: , – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м 2 общей площади (Вт/м) (таблица В.2, Приложение В); А – общая площадь жилых зданий (м 2 ); К1 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, К1 = 0,25. Общую площадь жилых зданий А (м 2 ) определяют исходя из жилой площади Fж квартала и безразмерного планировочного коэффициента квартиры К, который принимается равным 0,7: Жилую площадь квартала Fж (м 2 ) можно найти двумя способами: по плотности жилого фонда Р (м 2 /га) и площади квартала в гектарах Fж: Плотность жилого фонда Р (м 2 /га) принимают в зависимости от этажности застройки. Максимальный тепловой поток (Вт) на вентиляцию общественных зданий: , где К2 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий, К2 = 0,6; К1 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, К1 = 0,25. Средний тепловой поток (Вт) на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий: или 70 , где – укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на одного человека; – число жителей в квартале. Максимальный тепловой поток (Вт) на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий: Число жителей в квартале определяют двумя способами: задаются нормой жилой площади на человека fж, то есть fж = 9 м 2 или fж = 12 м 2 , тогда: Количество жителей, приходящихся на 1 га территории квартала, умножают на площадь квартала. Определяя расчетный расход теплоты для района города, учитывают, что при транспортировке теплоносителя происходят потери теплоты в окружающую среду, которые принимаются равными 5 % тепловой нагрузки. Поэтому суммарные расходы тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение умножают на коэффициент 1,05. Рис. 14. План района города: числитель дроби – номер квартала; знаменатель – площадь (га); этажность застройки, число в центре – тепловая нагрузка квартала Примеp 1. Определить расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение района города, включающего шесть кварталов (рисунок 14). Расчетная температура наружного воздуха t0 = -25 °С. 71 Решение. Расчет теплопотребления сводим в таблицу 8. В графы 1, 2, 3 таблицы заносим соответственно номер, этажность и площадь квартала в гектарах. Плотность жилого фонда Р (м/га) (графа 4) находим по таблице В.1 (Приложение В) в зависимости от этажности застройки. Тогда жилая площадь зданий квартала № 1 (графа 5): Fж = P × Fкв = 3200 × 6 = 19200 м 2 Приняв безразмерный планировочный коэффициент квартиры К = 0,7, находим общую площадь жилых зданий квартала № 1 (графа 6): А = 19200 / 0,7 = 27428,6 м 2 Количество жителей в квартале № 1 (графа 7) определяем, принимая норму жилой площади на одного человека fж = 9 м 2 : m = 19200 / 9 = 2133 чел. Принимая укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий q0 = 81 Вт/м 2 , по формуле находим расчетный расход теплоты на отопление жилых и общественных зданий квартала № 1 (графа 8): Qomax = 81 × 27428,6 (1 + 0,25) = 2777145,7 = 2777,1 кВт. Максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий квартала № 1 (графа 9) определяем по формуле: Qvmax = 0,25 × 0,6 – 81 – 27428,6 = 333257,5 = 333,2 кВт. Принимая норму расхода воды на горячее водоснабжение в сутки на 1 человека а = 105 л/сут., находим укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение: Qh = 376 Вт/чел. Средний тепловой поток на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий квартала № 1 (графа 10): Qhm = 316 × 2133 = 802008 = 802 кВт. Суммарное теплопотребление квартала № 1 (графа 11) складывается из расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. |