Тема 6. Теплопотребление
6.1 Нормы теплопотребления, пути теплосбережения.
6.2 Классификация систем теплоснабжения.
6.3. Выбор теплоносителя: водяные и паровые системы теплоснабжения.
6.4. Системы отопления.
6.5 Системы горячего водоснабжения.
6.6. Сравнение открытых и закрытых систем теплоснабжения.
6.7.Правила присоединения теплопотребителей к тепловой сети.
6.8. Сверхдальняя транспортировка теплоты.
6.9. Системы регулирования централизованного теплоснабжения.
6.10. Автоматизированный тепловой пункт (АТП).
6.11 Тепловые сети.
6.12 Гидравлические удары в водяных сетях.
Приложение: Пример проекта автоматизированного теплового пункта.
6.1. Нормы теплопотребления, пути теплосбережения.
Нагрузка на отопительную систему непостоянна и зависит от температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т.д.
Технологическая нагрузка и горячее водоснабжение имеют, как правило, круглогодичную нагрузку. Но в течении суток и эти нагрузки неравномерны.
Для обеспечения нормального температурного режима во всех отапливаемых помещениях обычно устанавливают гидравлический и температурный режим тепловой сети по наиболее неблагоприятным условиям, т.е. принимается, что в помещении нет других внутренних выделений, кроме теплоты на отопление. Но тепло выделяют люди, кухонные и другие бытовые приборы, печи, сушилки, двигатели и т.д.
Поддержание оптимальной температуры в помещении возможно только лишь при индивидуальной автоматизации, т.е. при установке авторегуляторов непосредственно на нагревательных приборах и вентиляционных калориферах.
При определении расхода теплоты на отопление исходят не из минимального значения наружной температуры, когда-либо наблюдавшейся в данной местности, а из так называемого расчетного значения наружной температуры для отопления tно, равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период. (Для Пермиtно=-34 ˚С, продолжительность отопительного сезона 226 суток (5424 часа), расчетная температура для системы вентиляцииtнв=-20 ˚С, средняя температура отопительного сезонаtср=-6,4 ˚С, средняя температура самого холодного месяцаtсрх=-15,1 ˚С, средняя температура самого жаркого месяцаtсрж=+18,1 ˚С, средняя температура в 13:00 самого жаркого месяцаtсутж=+21,8 ˚С, нормируемая температура горячей воды в местах водоразбора должна поддерживаться не ниже 55 и не выше 80 ˚С в открытых системах теплоснабжения не ниже 50 и не выше 75 ˚С в закрытых системах). Средненедельный расход теплоты бытового ГВС рассчитывается:
,
Дж/с,
где
-теплоемкость
воды,
=4190
Дж/(кг*К),
=24*3600=86400
сек – длительность подачи горячей воды,
=1,2
– коэффициент, учитывающий выстывание
горячей воды в сети.
Норма расхода горячей воды (СНиП 02.04.01-85) на одного жителя средненедельная a=105 литров (115 литров при повышенном благоустройстве). При отсутствии данных принимают температуру водопроводной воды в отопительный периодtх=5 ˚С, в летний периодtх=15 ˚С.
Для ориентировочных расчетов можно принять расчетную тепловую нагрузку на одного жителя жилых зданий в районе Сибири, Урала и Севера европейской части России:
на отопление и вентиляцию – 1,44 кДж/с (1,23 Мкал/ч)
на ГВС– 0,32 кДж/с (0,275 Мкал/ч)
Годовой расход теплоты на 1-го жителя
на отопление и вентиляцию – 13,90 Гдж (3,22 Гкал)
на ГВС – 8,15 (1,95 Гкал)
Нагрузка горячего водоснабжения ЖКХ имеет, как правило, в рабочие дни небольшие пики внутренние, большие пики в вечерние часы (с 17 до 21), пробелы в дневные и поздние ночные часы. Пиковая нагрузка превышает среднесуточную в 2-3 раза. В выходные дни суточный график горячего водоснабжения имеет более равномерное заполнение.
В связи с ростом цен на энергоресурсы, увеличением тарифов на тепловую энергию все вынуждены уделять внимание энергосбережению. Обязательность установки тепловых приборов у производителей и потребителей сегодня ни у кого не вызывает сомнения. Счётчик, не являясь средством экономии тепловой энергии, является средством правильного замера её расходов, даёт разницу между расчётной нагрузкой, определённой по нормам СНиП, и фактическим теплопотреблением, устраняет тем самым расходы потребителя на оплату непроизводительных потерь при транспортировке тепле, а иногда и при производстве.
В силу отсутствия ранее достаточно надёжных средств измерения теплоты, а в большей мере, в силу абсолютный незаинтересованности в определении фактического теплопотребления, расчётные нормативные нагрузки, заложенные в соответствующих СНиП для определения количества отопительных приборов, выбора пропускной способности трубопроводов, стали мерилом коммерческого расчёте за потребление тепла, а также воды и газа. Такой подход к коммерческому учёту не может быть правомерным.
Основой для коммерческих расчётов при отсутствии тепловых счётчиков должны стать фактические замеры, производимые производителем с участием потребителя, или удельные расходы, определённые на базе обработки статистических данных фактических замеров.
Это касается и систем водоснабжения. Например, ОАО «Новогор-Прикамье» (бывшее муниципальное предприятие г.Перми «Водоканал») перекачивает 500тыс. кубических метров питьевой воды, затрачивая 151 млн. кВт/ час электроэнергии. Стоки перекачивают 26 насосных станций, затрачивая 40 млн. кВт/ час электроэнергии. На предприятии эксплуатируются 67 высоковольтных эл. двигателей мощностью 51 тыс. кВт. Внедрение ЧРЭП на ряде объектов позволило более, чем в два раза уменьшить количество аварий, уменьшить расход электроэнергии на 30%, срок окупаемости приводов 2-2,5 года.
Учет сам по себе не приводит к снижению потерь тепловой и иной энергии. Однако точные и достоверные временные цифры потребления приводят к анализу, заставляют задуматься о возможности экономии.
Отпуск теплоты на тепловых пунктах является одним из основных технологических процессов теплоснабжения. Однако в отличие от других процессов теплоснабжения (производство теплоты, подготовка воды, транспортирование теплоносителя, защита тепловых сетей и др.) объем и уровень автоматизации управления отпуском теплоты существенно отстают от современных требований обеспечения высокого качества, экономичности и надежности теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения. В связи с этим имеют место дискомфортные условия в отапливаемых помещениях и перерасход теплоты и топлива. В настоящее время отпуск теплоты регулируется практически только на источниках (центральное регулирование). В незначительном количестве объектов применяют регулирование температуры воды в системах горячего водоснабжения. На источнике применяют, как правило, качественный метод регулирования по изменению температуры наружного воздуха. Однако этот вид регулирования осуществляют не на всем диапазоне наружных температур.
В относительно теплое время года в системах теплоснабжения, имеющих двухтрубные тепловые сети, из-за горячего водоснабжения температура теплоносителя на источнике поддерживается постоянной: не ниже 70 °С для закрытых систем, и не ниже 60 °С для открытых. При отсутствии устройств регулирования у потребителя в систему отопления поступает вода с повышенной температурой. что вызывает перегрев отапливаемого здания. Дискомфорт в отапливаемых помещениях (перегрев в одних и недогрев в других) происходит также вследствие невозможности учета при центральном регулировании действия ветра и солнечной радиации, а также избыточных бытовых тепловыделений.
Ниже рассмотрены причины перерасхода теплоты при отсутствии автоматизации.
Перерасход в теплый период года [осенне-весенний период] составляет примерно 2 -3%
2. Невозможность учета бытовых тепловыделений при центральном графике регулирования может увеличить перерасход теплоты до 15 - 17 %.
Значительная экономия теплоты при любом способе регулирования может быть достигнута за счет снижения температуры воздуха в отапливаемых помещениях производственных и административно-общественных зданий в нерабочие дни и в ночное время, а в жилых домах - в ночное время. Снижение температуры воздуха в жилых зданиях в ночное время на 2 - 3 °С не ухудшает санитарно-гигиенические условия и в то же время дает экономию в размере 4 - 5 %. В производственных и административно-общественных зданиях экономия теплоты за счет снижения температуры в нерабочее время достигается в еще большей степени. Температура в нерабочее время может поддерживаться на уровне 10 - 12 °С.
Общая экономия теплоты при автоматическом регулировании ее отпуска системам отопления может составить до 35 % годового расхода.
Следует отметить, что автоматизация отпуска теплоты позволит стабилизировать гидравлический и тепловой режимы всей системы теплоснабжения.
При отсутствии регуляторов температуры горячей воды (у водонагревателей в закрытых системах теплоснабжения или у смесительных устройств в открытых системах горячего водоснабжения) ее величина, как правило, не соответствует требуемой (она или значительно ниже, или значительно выше требуемой). В обоих случаях имеет место перерасход теплоты: в первом случае вследствие слива воды потребителями, во-втором из-за повышенного теплосодержания. По СНиП 2.04.01-85 температура воды у потребителей должна быть не ниже 50 °С в закрытых системах теплоснабжения и 60 °С - в открытых. Следует отметить, что отсутствие регуляторов температуры горячей воды приводит к дестабилизации гидравлического режима в тепловой сети и повышению температуры обратной воды при отсутствии водоразбора. Устанавливаемые вместо регуляторов дроссельные шайбы (рассчитанные на некоторую оптимальную величину водоразбора) не могут обеспечить снижение расхода сетевой воды у потребителя при прекращении водозабора.
Перерасход теплоты в системах горячего водоснабжения при отсутствии регуляторов может составить 10 - 15 % годового потребления теплоты на горячее водоснабжение.
Как показывают расчеты, при экономии теплоты только в размере 10 % автоматические устройства и оборудование, установленные на центральных тепловых пунктах, окупаются в течение 1 - 1,5 года.