Расчет тепловых нагрузок тепловой сети

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ КАМЧАТСКОГО КРАЯ

Краевое государственное профессиональное образовательное автономное учреждение

«Камчатский морской энергетический техникум»

Курсовая работа

Специальность: 130202 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование»

Дисциплина/междисциплинарному курсу/модулю: МДК 01.02.

«Техническая эксплуатация систем топливоснабжения»

Тема: «Расчет тепловых нагрузок тепловой сети»

Выполнил студент: Лелётка Игорь Олегович

Курс: 2 Группа: ТТО-81

Руководитель: Пятибратова Наталья Викторовна, Преподаватель спец. Дисциплин

Петропавловск-Камчатский, 2022



Содержание

Введение

1. Анализ и выбор теплотехнического оборудования

1.1 Трубопроводы и изоляция

1.2 Компенсирующие устройства

1.3 Подбор и расчет оборудования тепловых пунктов

2. Расчетная часть

2.1 Составление теплового баланса

2.2 Зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха

2.3 Определение годового расхода теплоты

2.4 Построение годовых графиков расхода теплоты

2.5 Расчет центрального регулирования отпуска теплоты. Построение соответствующих графиков

3. Техническая эксплуатация систем теплоснабжения

4. Охрана труда

Заключение

Список используемой литературы



Введение

Теплоснабжение -- снабжение жилых домов, общественно-коммунальных зданий и промышленных предприятий теплоносителем: горячей водой (до 85--95°С), перегретой водой (до 150--200° С) и водяным паром для целей отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и для технологических процессов.

Теплоснабжение зданий различного назначения осуществляется по тепловым сетям. Тепловые сети соединяют источник тепловой энергии с ее потребителями жилыми, общественными и производственными зданиями.

В зависимости от вида теплоносителя тепловые сети, делятся на водяные и паровые. В водяных сетях теплоноситель (вода) циркулирует по трубопроводам между источником тепла местом приготовления горячей воды и потребителями, отдав часть своего тепла, теплоноситель возвращается к источнику тепла. В паровых сетях теплоноситель (пар) направляется от источников тепла по паропроводу к потребителям, затем, отдав часть своего тепла, в виде конденсата по конденсатопроводу возвращается к источнику тепла.

После подогрева охлажденной воды в котлах источника тепла или преобразования конденсата в пар теплоноситель вновь подается к потребителям, а затем вновь возвращается к источнику тепла. Цикл повторяется.

Источником тепла служат местные котельные, которые обслуживают одно или несколько строений, централизованные (групповые) районные или квартальные котельные, обслуживающие строения района или квартала города, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), вырабатывающее комбинированно тепловую и электрическую энергии. ТЭЦ обслуживают весь город, населенный пункт или значительную часть районов больших городов. Снабжение потребителей от ТЭЦ называется теплофикацией.

По характеру потребителей тепловые сети подразделяются на промышленные, коммунальные и смешанные.

Водяные сети делятся на однотрубные, двухтрубные и многотрубные. Как правило, водяные тепловые сети строят двухтрубными.

По конфигурации тепловые сети бывают тупиковые и кольцевые.

Системы тепловых сетей могут быть открытыми, если производится непосредственный водоразбор из теплопроводов, и закрытыми, если непосредственного водоразбора из тепловых сетей нет, и, таким образом, в сетях циркулирует постоянное количество воды.

В зависимости от длины и диаметра трубопроводов, а также количества передаваемой по ним тепловой энергии тепловые сети подразделяются на:

магистральные -- от источника тепла до микрорайона (квартала) или до предприятия;

распределительные -- от магистральных сетей до сетей к отдельным зданиям, при расположении распределительных сетей внутри квартала эти сети называются внутриквартальными или разводящими сетями;

сети к отдельным зданиям -- ответвления от распределительных или магистральных сетей до узлов присоединения местных систем потребителей тепла или до индивидуальных тепловых пунктов зданий; эти ответвления называют также вводами.

1. Системы теплоснабжения производственных предприятий

2. Виды тепловых нагрузок

3. Классификация систем теплоснабжения

-по схеме подачи тепла потребителю (децентрализованные и централизованные);

-по виду теплоносителя (паровые системы и водяные системы);

-по способу отпуска теплоты потребителю;(для отопления: зависимые и независимые; для горячего теплоснабжения: закрытые и открытые)

-по числу параллельно идущих теплопроводов;

-по числу ступеней присоединения.

4. Схемы тепловых сетей (Тупиковая, Радиальная, Кольцевая)

5. Паровые системы теплоснабжения (ПСТ).

6. Оборудование тепловых сетей

Системы теплоснабжения предприятий (СТСПП) - это комплекс устройств по выработке, транспортированию и обеспечению потребителей необходимым количеством теплоты требуемых параметров.

Рисунок 1. Система теплоснабжения включает в себя: 1. Источник (ТЭЦ, котельная); 2. Магистральные сети (тепловые); 3. Распределительные сети (тепловые); 4. Потребители тепла (промышленные потребители, жилые и общественные объекты ЖКХ); 5. Абонентский ввод (тепловой узел, местный тепловой пункт МТП, элеваторный узел); 6. Центральный тепловой пункт ЦТП.

Виды тепловых нагрузок

Потребление тепловых нагрузок:

1- отопление (нагрузка на отопление);

2- вентиляцию (тепло в калорифере (теплообменнике);

3- горячее водоснабжение;

4- технологические нужды п.п.

Тепловые нагрузки различают:

1- сезонные (отопление, вентиляция);

2- круглогодичные (горячее водоснабжение, технологические нужды).

Классификация систем теплоснабжения:

1- по схеме подачи тепла потребителю;

2- по виду теплоносителя;

3- по способу отпуска теплоты потребителю;

4- по числу параллельно идущих теплопроводов;

5- по числу ступеней присоединения.

* 1. По схеме подачи тепла потребителю:

- децентрализованные - источник тепла на месте потребления. В этом случае отсутствуют тепловые сети; применяются в районах с малой концентрацией тепловой нагрузки, когда небольшие здания расположены на неплотно застраиваемых участках, а также при технико-экономических обоснованиях.

- централизованные - источник теплоснабжения (ТЭЦ или котельная) располагаются на значительном расстоянии от потребителей теплоты. Поэтому каждая СТС состоит из трех звеньев (источник теплоты - тепловые сети - местные системы теплоснабжения). Местные СТС - тепловые подстанции и теплоприемники.

Централизованные системы отопления имеют преимущества перед децентрализованными, и в настоящее время ЦCТ определяют ведущую роль в развитии теплоснабжения крупных городов и промышленных предприятий. В г. Петрозаводске ТЭЦ введена в строй в 1977 году.

* 2. По виду теплоносителя:

- паровые системы (теплоноситель - водяной пар);

- водяные системы (теплоноситель - горячая вода).

Горячая вода используется для удовлетворения нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Водяной пар используется на предприятиях для технологических нужд (редко используют перегретую воду). При требуемой температуре теплоносителя у потребителя до 150°С используют горячую воду, а при более высоких параметрах - водяной пар. К теплоносителям предъявляют специальные требования:

а. санитарно-гигиенические (в помещениях ЖКС температура нагреваемых приборов не допускается выше 90°С, в промышленных цехах она может быть и выше);

б. технико-экономические (стоимость материала, монтажа и эксплуатации должна быть оптимальной);

в. эксплуатационные (теплоноситель должен обладать качествами, которые позволяли бы производить централизованную регулировку теплоотдачи систем потребления).

Сравнительная характеристика воды и пара как теплоносителя:

Преимущества воды: диапазон изменения температур в широких пределах (от 25°до 150°С); возможность транспортирования на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала (15-20 км); возможность централизованного регулирования температуры теплоносителя на источнике; простота присоединения местных систем к тепловым сетям.

Недостатки воды: требуется значительный расход электроэнергии на работу насосов по перекачке тепла; температура теплоносителя может быть меньше заданной.

Преимущества пара: применяют как для тепловых потребителей, так и для силовых и технологических нужд; быстрый прогрев и остывание системы, что ценно для помещений, где периодически требуется отопление; в паровых системах можно не учитывать гидростатическое давление по причине низкой объемной массы (в 1650 раз меньше объема воды). Паровые системы могут применяться в гористой местности и в многоэтажных зданиях; отсутствие расхода электроэнергии на транспортировку пара (без насосов); простота начальной регулировки вследствие саморегулировки пара.

Недостатки пара: при транспортировке на значительные расстояния имеют место большие потери температуры и давления, поэтому радиус паровых систем всего 6-15 км, а водяных - от 30 до 60 км. Срок службы паровых систем значительно ниже, чем водяных из-за коррозии труб.

По способу отпуска теплоты потребителю:

- для отопления - схемы подключения ТС: зависимые и независимые;

- для горячего теплоснабжения - схемы подключения ТС: закрытые и открытые.

Зависимая схема подключения - когда вода из теплосети непосредственно поступает в нагревательные приборы местной отопительной системы (МОС).

Независимая схема подключения - когда имеется два раздельных контура (первичный - вода, циркулирующая в тепловой сети, и вторичный - собственный контур дома, вода, циркулирующая в МОС), при этом, вода из теплосети через теплообменник отдает тепло воде собственного контура. Вода из ТС доходит только до тепловой подстанции МОС (тепловая подстанция - это ЦТП или МТП), где в подогревателях (теплообменниках ТА) нагревают воду, которая циркулирует в МОС. В этом случае имеет место два теплоносителя: греющий (вода из ТС) и нагреваемый (вода в МОС). Давление первичного контура никак не передается на давление вторичного, который работает за счет собственного циркуляционного насоса.

Открытый водоразбор - напрямую из тепловой сети. Закрытый водоразбор - через теплообменник вода из ТС нагревает воду питьевого водопровода.

Оборудование тепловой подстанции при зависимой схеме проще и дешевле, чем при независимой, однако, необходимо учитывать, что в зависимых схемах давление передается из тепловой сети в МОС, которая выдерживает давление до 6-10 атм. в зависимости от типа нагревательных приборов. Пример: чугунные радиаторы выдерживают 6 атм.

Схема присоединения систем отопления к тепловым сетям:

Рис. 2. Зависимая схема без смешения

Зависимая схема без смешения (рис.2).

Т₁ - подающий теплопровод ТС,

-1 -1 Т₂ - обратный трубопровод ТС,

1 - арматура отключающего устройства.



1. Анализ и выбор теплотехнического оборудования

1.1 Трубопроводы и изоляция

Сетями теплоснабжения, или тепловыми сетями, принято называть трубопроводные системы (системы теплопроводов), по которым осуществляется перенос тепловой энергии от ее источника к промышленным и коммунальным потребителям. Перенос тепловой энергии осуществляется посредством теплоносителя, который затем возвращается обратно. В качестве теплоносителя используются, главным образом, специальным образом подготовленная вода (умягченная, дегазованная), либо перегретый водяной пар.

В зависимости от расположения источников тепла тепловые сети (системы теплоснабжения) бывают:

· централизованными. В них роль источника тепловой энергии выполняют котельные, а также другие генерирующие мощности - например, тепловые или атомных станции;

· децентрализованными. Теплоснабжение в таких системах осуществляется от котельных автономного типа (например, крышных, модульных и т.д.), либо индивидуальных квартирных источников (котлов).

По уровню трубопроводы систем теплоснабжения (тепловые сети) могут быть:

· магистральными. Трубопроводы этого типа не имеют ответвлений, транспортируя теплоноситель от источника тепловой энергии до распределительных сетей;

· распределительными (квартальными). Предназначены для распределения теплоносителя внутри определенного участка (чаще сего, квартала) между ответвлениями на отдельных потребителей (например, многоквартирные дома);

· ответвления. Направляют теплоноситель от распределительной сети к отдельным потребителям (зданиям, сооружениям и др.).

По типу используемого теплоносителя трубопроводы тепловых сетей делятся на:

· водяные. Они получили наибольшее распространение в система теплоснабжения жилищно-коммунального сектора;

· паровые. Тепловые сети данного типа применяются, главным образом, в промышленности.

В зависимости от количества ниток трубопровода различают одно- и многотрубные системы. По способу прокладки трубопроводы тепловых сетей они бывают:

· подземными;

· надземными.

В свою очередь, подземная прокладка может осуществляться канальным способом (в непроходных, полупроходных либо проходных каналах), коллекторным - т.е. вместе с другими инженерными коммуникациями, либо бесканально - прямо в грунте. Надземная прокладка трубопроводов может осуществляться на специальных эстакадах или опорах.

Для создания трубопроводов теплосетей, как правило, используются электросварные трубы или бесшовные трубы из стали (трубы водогазопроводные ВГП) в пенополиуретановой (ППУ) изоляции, а также полиэтиленовой (ПЭ) оболочке или оболочке из оцинкованного стального штрипса (ОЦ). Допускается применение чугунных труб ВЧШГ. В случае, если температуре теплоносителя на превышает 115 градусов С при рабочем давлении до 1,6 МПа, возможно использование труб из полимерных материалов.

Наиболее экономичным видом прокладки теплопроводов тепловых сетей является надземная прокладка. Однако с учетом архитектурно-планировочных требований, требований экологии в населенных пунктах основным видом прокладки является подземная прокладка в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Бесканальные теплопроводы, являясь более экономичными в сравнении с канальной прокладкой по капитальным затратам на их сооружение, применяются в тех случаях, когда они по теплотехнической эффективности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах.

Тепловая изоляция предусматривается для линейных участков трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб для надземной, подземной канальной и бесканальной прокладки.

При выборе материалов теплоизоляционных конструкций трубопроводов, прокладываемых в жилых, общественных и производственных зданиях и проходных тоннелях, следует учитывать требования норм проектирования на эти объекты в части пожарной опасности. Для изоляции арматуры, сальниковых компенсаторов и фланцевых соединений следует применять преимущественно съемные теплоизоляционные конструкции. Эффективными теплоизоляционными изделиями для прокладываемых в каналах трубопроводов тепловых сетей являются цилиндры из минеральной ваты и стекловолокна.

1.2 Компенсирующие устройства

Современные тепловые сети имеют очень большую протяженность, и в условиях нашего климата, требуют больших усилий для поддержания их рабочего состояния. Поэтому повышение работоспособности тепловых сетей, а также их надежности, является актуальной проблемой.

Одним из способов решения этой задачи стали компенсаторы для трубопроводов отопления. Такие приспособления применяются не только на магистральных трубах и распределительных сетях, но и внутри домовых тепловых (и не только) разводках.

Компенсационные элементы для теплотрассы - это очень важные ее составные элементы. Не все имеют точное представление, под какой нагрузкой работает теплотрасса или трубопровод. А их функционирование находится под постоянным влиянием температуры и давления.

Высокая нагрузка от давления, гидроударов, температуры вызывает сжатие и удлинение материала, из которого произведена сеть. Все эти факторы приводят к деформационным изменениям и повреждениям системы. Если всего этого не учесть, и не поставить защитный элемент, то система быстро выйдет из строя.

Выбор специального механизма лучше сделать еще на этапе планирования системы, предварительно выполнив расчет возможной перегрузки системы теплоснабжения или водоснабжения. После этого можно устанавливать эластичную конструкцию, которая имеет способность компенсирования.

· Сальниковые компенсаторы. Эти виды компенсаторов для трубопроводов способны сгладить температурное удлинение на магистрали отопления и водоснабжения с большой протяженностью. Они являются наиболее старым видом приспособлений для отопительной магистрали. Хотя он успешно используется и до сих пор. Если сравнить данные виды элементов для сети отопления и водоснабжения с сильфонным компонентом, то они имеют более важные недостатки. К ним относиться необходимость постоянного контроля протечек. Так же они плохо переносят угловые напряжения системы. Перечисленные недостатки дополняет достаточно трудный ремонт и большие финансовые затраты на обслуживание. Любой малоопытный мастер, логично поставит вопрос, зачем нужна установка этих механизмов в отопление и водоснабжение, если у них так много недостатков, нужна ли такая компенсация? Все дело в том, что сальниковые приспособления выделяются очень высокой компенсирующей способностью, и это становиться приоритетом при их выборе. Они представляют собой конструкцию из стали. В нее входят две

· обечайки различного объема. Одну обечайку вставили в другую и между ними установили специальную прокладку. Без нее невозможна герметизация сальникового устройства и перемещение двух деталей относительно одна другой. Давление на трубопроводе с таким элементом может подниматься до 2,5 МПа, а максимальная температура до + 300 градусов по Цельсию. Сальниковые компенсаторы в свою очередь подразделяются на односторонние и двухсторонние.

· Компенсационные элементы из резины. Эти антивибрационные вставки так же являются разновидностью компенсирующих приспособлений, защищающих полипропиленовый или любой другой трубопровод. Ее отличие - это наличие рабочего элемента из резины, которая проявляет специальные физические свойства. Расчет срока использования для данных трубопроводных элементов равняется двадцати годам, при этом на протяжении этого периода не потребуется ни обслуживания, ни ремонта. К преимуществам в данном случае причисляют то, что П - образный компенсатор в системе отопления не так устойчив к циклическим смещениям, относительно начальной установки. Так же резиновые виды лучше переносят кратковременные осевые деформации (сжатия или растяжения). В сравнении с П-образными приспособлениями, резиновые устройствах лучше переносят внезапную остановку циркуляции и образование вакуума. После восстановления движения потока они продолжают функционировать. Эти механизмы можно устанавливать в конструкцию, перекачивающую агрессивную химическую среду.

· Тканевые компенсационные приспособления. Это особенный вид приспособлений, которые могут применяться для сглаживания теплового расширения на газопроводах, работающих под небольшим давлением. При изготовлении данных элементов особое внимание уделяется прочности основного материала. Обычно такой материал отличается высокой морозоустойчивостью и стойкостью к ультрафиолету. Изоляционное покрытие на таких элементах способно выдерживать высокий температурный режим и устойчиво к механическому повреждению теплосети. В дополнение к таким деталям ставят термозащитный кожух.

· Линзовый тип устройств. Линзовые приспособления для трубопроводов отличаются эффективной работой при сглаживании осевых или угловых перемещений теплосети, вызванных температурным воздействием. Составляют этот механизм линзы. Каждая из них является сваренными по окружности полулинзами из штампованной стали. Благодаря своему устройству эти приспособления растягиваются и сжимаются, чем и сглаживают удлинение. Если сравнить этот вид устройств с сильфонными, то преимущества получаются на стороне первого вида.

· Фланцевые варианты. Эти приспособления, как понятно из названия, присоединяются к магистрали посредством фланцев. Основной плюс данных устройств - это достаточно простой монтаж. Болты затягиваются свободно крутящимися фланцами. Но, используя эти механизмы, необходимо учесть, что эти изделия не подлежат ремонту.

· Радиальные варианты теплового компенсирования на трубопроводах. Эти виды сглаживающих элементов для тепловых сетей эффективно работают на магистралях отопления и водоснабжения, проложенных зигзагом, змейкой, или немножко изогнутыми компенсирующими участками. В большинстве случаев эти виды компенсирующих элементов для тепловых сетей считают наиболее целесообразными, потому, что они без затруднений пропускают чистящие устройства (например, поршни).

· П - образные. Могут быть горизонтальными, вертикальными или наклонными. Их основное назначение - компенсация тепловых линейных расширений, а также гашение вибрации по системе трубопровода.



2. Расчетная часть

2.1 Составление теплового баланса

Баланс суммарной тепловой нагрузки в городской агломерации складывается из следующих составляющих:

* нагрузки центрального отопления зданий различного назначения;

* нагрузки горячего водоснабжения зданий различных функций;

* нагрузки вентиляции и кондиционирования воздуха (только для общественно-бытовых зданий).

В случае если на территории, охваченной общей системой теплоснабжения, находятся также промышленные предприятия, то в тепловом балансе необходимо учитывать и нагрузку промышленных потребителей теплоты на технологические цели. Однако, как правило, промышленные объекты являются объектом отдельных проектных разработок. Способ определения расходов теплоты зависит от того, на какой стадии (этапе) проектирования выполняется составление теплового баланса системы теплоснабжения или же определение сезонного расхода теплоты зданием (объектом). Обычно проектировщик имеет дело с несколькими очень характерными вариантами уровня проектирования. Такими стандартными являются следующие варианты.

1. Вариант, когда проектируется новое здание (объект) или группа зданий (объектов), являющихся потребителями теплоты. В этом случае проектировщик обычно выполняет точные расчеты ограждающих конструкций, потерь теплоты для отдельных помещений и всего здания, а также определяет расчетную тепловую нагрузку внутренних систем, подключаемых к тепловой сети. В настоящее время расчеты такого рода выполняются с помощью компьютерных программ. Это освобождает проектировщика от рутинных расчетов и позволяет сосредоточиться на принятии ответственных инженерных решений и решении задач, в которых творческий подход остается незаменимым.

2. Вариант проектирования, когда при решении задач теплоснабжения выполнение подробных теплотехнических расчетов для объектов, подключаемых к сети, не является обязательным или по каким-либо причинам невозможно. Тогда достаточно с необходимой точностью оценить расходы теплоты. Характерным примером этого уровня проектирования является необходимость подключения к функционирующей тепловой сети существующих зданий, ранее не охваченных централизованным теплоснабжением, а также случаи реконструкции действующей теплосети. В этом случае подробные расчеты тепловых нагрузок либо невозможны (в связи с отсутствием проектов старых зданий), либо не являются необходимыми. Поэтому определение расходов теплоты производится приближенными методами. Для этого используются статистические укрупненные показатели удельного расходы теплоты.

3. Этап предварительного технико-экономического обоснования (ТЭО). На этой стадии информация для отдельных объектов может еще просто не существовать. Обычно это этап предварительных проектных проработок для крупных городских потребителей жилищно-коммунального типа (квартал, микрорайон и т.п.), когда проектант может использовать только приближенные укрупненные характеристики проектируемого объекта: планируемое число жителей, поверхность застройки, удельные нормы жилой или общей площади квартир и т.д. В этом случае применяются приближенные методы расчета на основании укрупненных показателей. Такими показателями являются расходы теплоты на 1 м 3 кубатуры зданий, на одного жителя, на единицу продукции услуг и т.п. Такие методы по существу являются методами предварительной экономической оценки теплового баланса.

Для проектируемой тепловой сети в городской агломерации на этапе ТЭО составить тепловой баланс объекта теплоснабжения.

Исходные данные.

1. Число жителей: N = 128 тыс. чел.

2. Расчетная температура для проектирования отопления: =-15°C.

3. Норма обеспеченности общей площадью квартир: = 17 м2 /чел.

4. Преобладающая этажность застройки: 4.

5. Эффективность тепловой защиты: средняя. Решение. Предварительно определяем суммарную общую площадь квартир жилых зданий как произведение заложенной в проекте численности населения и нормы обеспеченности общей площадью:

(2.1),

,

Значение укрупненного показателя максимального удельного расхода теплоты на отопление принимаем по табл. П3.1.1 (для расчетной температуры -15°С и этажности 4)

= 103 Вт/м².

Укрупненный показатель максимального удельного расхода теплоты на отопление жилых зданий (на 1 м общей площади)

Таблица П2.1.1

Число этажей	Характеристика тепловой защиты	, Вт/м2, при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, °С
		-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45	-50	-55
1...2	Средняя	153	160	194	201	218	222	225	230	242	257
3...4	Эффективность	97	103	111	119	128	137	140	152	160	171
5 и более	(к < 0,55 Вт/(м2-К))	69	73	75	83	88	92	96	103	109	116

Определяем максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий, принимая = 0,25:

(2.2),

,

Определяем максимальный тепловой поток на нужды приточной вентиляции общественных зданий, принимая = 0,6:

(2.3)

,

Показатель среднего удельного расхода теплоты на нужды ГВС в жилых и общественных зданиях, закладывая в проект стандартный уровень комфорта:

= 376 Вт/чел.

Тогда средний тепловой поток на горячее водоснабжение для всех зданий можно определить: тепловой трубопровод подземный

(2.4)

,

В свою очередь, максимальный расход теплоты на ГВС определим по формуле:

(2.5)

,

Результаты расчетов и их предварительный анализ представляем в виде табл. П2.1.2.

Таблица П2.1.2 Расчетные тепловые нагрузки проектируемой тепловой сети

Статьи теплопотребления	Q (МВт)	q (Вт/чел.)	%
Отопление	280,16	2188,75	54,1
Вентиляция	33,61	262,57	5.7
ГВС (max)	196,34	1533	40,2
Всего	510,55	3984	100

2.2 Зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха

Для проектируемой тепловой сети в городской агломерации в соответствии с исходными данными и результатами расчетов пунтка 3.1 определить зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха.

Исходные данные (дополнительно, к пункту 2.1).

1. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции = -15°C.

2. Температура воздуха в отапливаемых помещениях: t _в = 24°C.

3. Изначальные температуры = -18°C;-15°C;-10°C;-6°C;0°C;+5°C;+8°C

Решение.

Расчетные тепловые потоки принимаем из табл. П3.1.2 пунтка 3.1. Используя формулы (3.6) ... (3.15), рассчитываем изменение тепловой нагрузки в зависимости от температуры наружного воздуха для каждого вида потребления при предварительно принятых значениях температуры.

Результаты расчетов представляем в табл. П2.2.1.

(2.6)

где - соответственно суточный и часовой коэффициенты неравномерности потребления горячей воды.

Принимая среднестатистические значения = 1,2; = 2,0.

(2.7)

В соответствии с законами теории теплообмена теплопотери здания прямо пропорциональны текущей разнице температур внутреннего и наружного воздуха. Сформулируем понятие относительного расхода теплоты на отопление как отношение текущего и максимального расходов теплоты на эти цели:

, или (2.8)

Исходя из вышеупомянутой прямо пропорциональной зависимости, для текущей температуры наружного воздуха при его расчетной температуре для проектирования отопления можно получить

(2.9)

За верхнюю границу производительности источника теплоты принимается нагрузка, соответствующая расчетной отопительной температуре (с коэффициентом обеспеченности 0,92). Поэтому (2.9) справедливо только в пределе температуры +8 > > .

Если температура наружного воздуха понижается до значений меньше расчетной, то производительность нагревательных приборов уже не компенсирует дополнительных теплопотерь зданий, что, в принципе, может приводить к понижению температуры воздуха в отапливаемых помещениях. Но поскольку такое понижение наружной температуры обычно является непродолжительным, снижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативной будет незначительным. При этом своеобразным регулятором колебаний температуры внутреннего воздуха является теплоемкость ограждающих конструкций и тепловая инерция здания.

По аналогии с (2.8) сформулируем понятие относительного расхода теплоты на вентиляцию как отношение текущего и максимального врасхода теплоты на эти цели:

, или (2.10)

Температуру наружного воздуха, при которой начинает применяться ограничение потребления теплоты описанными выше способами, можно условно называть расчетной температурой для проектирования вентиляции (в настоящее время это понятие нормативно не применяется). Например, для Петропавловска-камчатского значение этого показателя составляет = -11°C. Таким образом, от начала отопительного сезона и при температурах > , по аналогии с (2.9) можно записать:

(2.11)

что означает линейный рост тепловой нагрузки вентиляции при снижении наружной температуры, как и в случае отопления.

Тепловая нагрузка горячего водоснабжения условно рассматривается как независимая от температуры наружного воздуха. Необходимо, однако, учитывать ступенчатый переход от величины зимней нагрузки к летней нагрузке по окончании отопительного сезона в соответствии с выражением:

(2.12)

в котором - средняя температура горячей воды на водоразборе; - средняя температура водопроводной воды в летнем сезоне; - то же, в отопительном сезоне; - коэффициент, учитывающий естественное снижение потребности в горячей воде в летнее время, который можно ориентировочно принимать равным

• для жилых и общественных зданий = 0,8;

• для промышленных потребителей = 1,0;

• для курортных местностей = 1,5.

Для случая жилых зданий, подставляя в (2.11) средние значения: = 0,8;

= 55°C; = 5°C и = 15°C, получим:

(2.13)

Аналогично для средней летней нагрузки:

(2.14)

Все расчеты аналогичны, следовательно можно рассмотреть все на одном примере.

Подставляя данные в формулу (2.9) получим:

,

Подставляя данные в формулу (2.8) получим:

,

Подставляя данные в формулу (2.11) получим:

,

Подставляя данные в формулу (2.10) получим:

МВт

Для получения то есть:

+ (2.15)

И получим:

,

Эти действия аналогичны для каждой из температур.

В летний период не учитываются значения: ;;;

Используя выражение (3.12) узнаем значение :

,

Вставим полученные данные в таблицу зависимости потребления теплоты для района города от температуры наружного воздуха.

Таблица П2.2.1

Обозначение	Размерность	Значение при t н, °С
		--18	--15	--10	--6	0	+5	+8	Лето
	--	1,07	1,0	0,87	0,76	0,61	0,48	0,41	0
	МВт	299,7	280,16	243,273	212,92	170,89	134,47	114,86	0
	--	1,0	1,0	1,0	1,0	0,68	0,54	0,45	0
	МВт	33,61	33,61	33,61	33,61	22,85	18,14	15,12	0
	МВт	196,34	196,34	196,34	196,34	196,34	196,34	196,34	125,65
	МВт	529,65	510,11	473,68	442,87	400,84	364,42	344,81	125,65

2.3 Определение годового расхода теплоты

Для проектируемой тепловой сети в соответствии с данными и результатами вычислений пунктам 2.1 определить годовой расход теплоты и потребность в газовом топливе для источника теплоты.

Исходные данные (дополнительно к пунктам 2.1 и 2.2).

1. Средняя за отопительный сезон температура наружного воздуха: .

2. Продолжительность отопительного сезона:

3. Время использования систем вентиляции: .

4. Низшая теплота сгорания газового топлива: .

5. Коэффициент использования топлива:

6. Температура воздуха в отапливаемых и вентилируемых помещениях: .

7. Плановый перерыв в работе тепловой сети на ремонт и обслуживание:

.

Решение.

Средний в течение отопительного сезона тепловой поток на отопление:

(2.16)

(2.17)

Годовой расход теплоты на отопление составит:

(2.18)

.

Средний за отопительный сезон поток теплоты на вентиляцию:

(2.19)

,

Годовой расход теплоты на нужды вентиляции:

(2.20)

,

Годовой расход теплоты на покрытие нагрузки горячего водоснабжения:

(2.21)

,

Суммарный годовой расход теплоты на теплоснабжение в проектируемой тепловой сети:

(2.22)

,

Теперь годовую потребность в топливе с известной теплотворной способностью можно определить по:

(2.23)

.

2.4 Построение годовых графиков расхода теплоты

Для проектируемой тепловой сети в соответствии с данными и результатами расчетов примеров 3.1...3.3 построить годовые графики расхода теплоты.

Исходные данные (дополнительно к пунктам 3.1...3.3).

Продолжительности стояния температур наружного воздуха n_t приведены в табл. П2.4.1.



Таблица П2.4.1 Продолжительность стояния температуры наружного воздуха для условной местности

tн , °C	Продолжительность nt
	сут	ч
<= -18	1,29	31
<-15	3,08	74
<-10	10,29	247
<= -6	22,58	542
< 0	69,375	1665
< +5	117,83	2828
< +8	180	4320

Решение.

Сначала строим график тепловых нагрузок в зависимости от температуры наружного воздуха. Шкалу оси ординат в МВт подбираем так, чтобы поместить на ней суммарную максимальную тепловую нагрузку города, т. е. 451,7 МВт.

Шкалу оси абсцисс (шкалу температуры) подбираем из условия размещения на ней предела температуры от -18 до +8°C с дополнительным отрезком «лето». Для удобства последующего объединения годовых графиков шкалу температур делаем обращенную.

Для построения годового графика по продолжительности выбираем такую же шкалу оси ординат. Шкалу оси абсцисс подбираем для размещения на ней продолжительности работы тепловой сети, т. е. 8400 ч. Строим график, используя данные табл. П3.2.1 и П3.4.1. Точки графика получаем как пересечение тепловой нагрузки, соответствующей данной температуре, с продолжительностью стояния этой температуры.

2.5 Расчет центрального регулирования отпуска теплоты. Построение графиков

Для проектируемой тепловой сети в соответствии с данными и результатами пунктов 3.1... 3.4 рассчитать центральное регулирование отпуска теплоты и построить соответствующие графики.

Исходные данные (дополнительно к пунктам 3.1...3.4).

* Расчетные температуры воды:

- в подающем трубопроводе теплосети: = 136°C.

- в подающем трубопроводе системы отопления: = 92°C.

- в обратном трубопроводе системы отопления: = 68°C.

• Способ регулирования - качественное по нагрузке отопления.

• Подключение водонагревателей ГВС в тепловых центрах зданий - параллельное.

Решение.

За основу для расчетов центрального регулирования принимаем установленную в пункте 3.2 зависимость относительного расхода теплоты на отопление от температуры наружного воздуха (см. табл. П2.2.1). Закладывая в проект двухтрубные системы отопления и стандартные нагревательные приборы можно для расчета температур теплоносителей использовать формулы (2.24) ...(2.26)

(2.24)

(2.25)

(2.26)

в которых - расчетная разность температуры на приборах системы отопления, °C, определяемая по формуле:

(2.27)

- относительный расход теплоты на отопление, определяемый по выражению (3.16); - температура воздуха в отапливаемых помещениях, °C; - коэффициент подмешивания, представляющий собой отношение расходов обратной и сетевой воды в пункте подмешивания, который можно определить по правилу смешения потоков через их расчетные температуры:

(2.28)

- расчетный перепад температуры в системе отопления, °C:

(2.29)

- относительный расход сетевой воды на нужды отопления, равный отношению текущего () и расчетного () расходов:

(2.30)

n - комплексный коэффициент, учитывающий компоновку системы отопления, способ подключения нагревательных приборов к стоякам и конструкцию самих приборов. Для традиционных инженерных решений современных систем отопления рекомендуемое значение этого коэффициента составляет 0,25.. .0,33.

С целью приведения этих формул в соответствие с исходными данными предварительно определяем по выражениям (2.28)…(2.30) входящие в них значения:

°C

,

°C

а также принимаем = 1,0 (качественное регулирование).

Подставляя эти значения, модифицируем расчетные формулы (2.24)…(2.26) следующим образом:

,

,

,

Для дальнейших расчетов необходимо определить наличие и положение точки излома температурных графиков. С этой целью приравниваем = 60°C и из уравнения

,

Поскольку полученная температура выше температуры конца отопительного периода (8°C), это означает отсутствие точки излома на графиках регулирования.

Результаты расчетов температуры теплоносителей при качественном регулировании совмещенной нагрузки по нагрузке отопления.

Таблица П2.5.1

Величина	Разм.	Температура наружного воздуха, °С
		-- 18	--15	--10	--6	0	+5	+8	Лето
	--	1,07	1	0,87	0,76	0,61	0,48	0,41	--
	°С	141,12	135,48	122,61	111,27	96,93	82,73	75,47	60
	°С	95,75	92	84,88	78,7	69,97	62,05	57,62	--
	°С	70,07	68	64,01	60,46	55,33	50,53	47,77	--

На основе модифицированных расчетных формул выполняем расчет температуры теплоносителей при центральном регулировании тепловой нагрузки для всех характеристичных температур наружного воздуха. Результаты расчетов представляем в таблице П2.5.1.

Расчетный расход теплоносителя в тепловой сети на нужды отопления выглядит так:

(2.31)

,



3. Техническая эксплуатация систем теплоснабжения

3.1. Способ прокладки новых тепловых сетей, строительные конструкции, тепловая изоляция должны соответствовать требованиям действующих строительных норм и правил и других нормативно-технических документов. Выбор диаметров трубопроводов осуществляется в соответствии с технико-экономическим обоснованием.

3.2. Трубопроводы тепловых сетей и горячего водоснабжения при 4-трубной прокладке следует, как правило, располагать в одном канале с выполнением раздельной тепловой изоляции каждого трубопровода.

3.3. Уклон трубопроводов тепловых сетей следует предусматривать не менее 0,002 независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки теплопроводов. Трассировка трубопроводов должна исключать образование застойных зон и обеспечивать возможность полного дренирования.

Уклон тепловых сетей к отдельным зданиям при подземной прокладке принимается от здания к ближайшей камере. На отдельных участках (при пересечении коммуникаций, прокладке по мостам и т.п.) допускается прокладывать тепловые сети без уклона.

3.4. В местах пересечения тепловых сетей при их подземной прокладке в каналах или тоннелях с газопроводами предусматриваются на тепловых сетях на расстоянии не более 15 м по обе стороны от газопровода устройства для отбора проб на утечку.

Прохождение газопроводов через строительные конструкции камер, непроходных каналов и ниш тепловых сетей не допускается.

3.5. При пересечении тепловыми сетями действующих сетей водопровода и канализации, расположенных над трубопроводами тепловых сетей, а также при пересечении газопроводов следует выполнять устройство футляров на трубопроводах водопровода, канализации и газа на длине 2 м по обе стороны от пересечения (в свету).

3.6. На вводах трубопроводов тепловых сетей в здания необходимо предусматривать устройства, предотвращающие проникновение воды и газа в здания.

3.7. В местах пересечения надземных тепловых сетей с высоковольтными линиями электропередачи необходимо выполнить заземление (с сопротивлением заземляющих устройств не более 10 Ом) всех электропроводящих элементов тепловых сетей, расположенных на расстоянии по 5 м в каждую сторону от оси проекции края конструкции воздушной линии электропередачи на поверхность земли.

3.8. В местах прокладки теплопроводов возведение строений, складирование, посадка деревьев и многолетних кустарников не допускается. Расстояние от проекции на поверхность земли края строительной конструкции тепловой сети до сооружений определяется в соответствии со строительными нормами и правилами.

3.9. Материалы труб, арматуры, опор, компенсаторов и других элементов трубопроводов тепловых сетей, а также методы их изготовления, ремонта и контроля должны соответствовать требованиям, установленным Госгортехнадзором России.

3.10. Для трубопроводов тепловых сетей и тепловых пунктов при температуре воды 115 град. С и ниже, при давлении до 1,6 МПа включительно допускается применять неметаллические трубы, если их качество удовлетворяет санитарным требованиям и соответствует параметрам теплоносителя.

3.11. Проверке неразрушающими методами контроля подвергаются сварные соединения трубопроводов в соответствии с объемами и требованиями, установленными Госгортехнадзором России.

3.12. Неразрушающим методам контроля следует подвергать 100% сварных соединений трубопроводов тепловых сетей, прокладываемых в непроходных каналах под проезжей частью дорог, в футлярах, тоннелях или технических коридорах совместно с другими инженерными коммуникациями, а также при пересечениях:

- железных дорог и трамвайных путей - на расстоянии не менее 4 м, электрифицированных железных дорог - не менее 11 м от оси крайнего пути;

- железных дорог общей сети - на расстоянии не менее 3 м от ближайшего сооружения земляного полотна;

- автодорог - на расстоянии не менее 2 м от края проезжей части, укрепленной полосы обочины или подошвы насыпи;

- метрополитена - на расстоянии не менее 8 м от сооружений;

- кабелей силовых, контрольных и связи - на расстоянии не менее 2 м;

- газопроводов - на расстоянии не менее 4 м;

- магистральных газопроводов и нефтепроводов - на расстоянии не менее 9 м;

- зданий и сооружений - на расстоянии не менее 5 м от стен и фундаментов.

3.13. При контроле качества соединительного сварочного стыка трубопровода с действующей магистралью (если между ними имеется только одна отключающая задвижка, а также при контроле не более двух соединений, выполненных при ремонте) испытание на прочность и плотность может быть заменено проверкой сварного соединения двумя видами контроля: радиационным и ультразвуковым. Для трубопроводов, на которые не распространяются требования, установленные Госгортехнадзором России, достаточно проведения проверки сплошности сварных соединений с помощью магнитографического контроля.

3.14. Для всех трубопроводов тепловых сетей, кроме тепловых пунктов и сетей горячего водоснабжения, не допускается применять арматуру:

- из серого чугуна - в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления ниже минус 10 град. С;

- из ковкого чугуна - в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления ниже минус 30 град. С;

- из высокопрочного чугуна в районах с расчетной температурой наружного воздуха для проектирования отопления ниже минус 40 град. С;

- из серого чугуна на спускных, продувочных и дренажных устройствах во всех климатических зонах.

3.15. Применять запорную арматуру в качестве регулирующей не допускается.

3.16. На трубопроводах тепловых сетей допускается применение арматуры из латуни и бронзы при температуре теплоносителя не выше 250 град. С.

3.17. На выводах тепловых сетей от источников теплоты устанавливается стальная арматура.

3.18. Установка запорной арматуры предусматривается:

- на всех трубопроводах выводов тепловых сетей от источников теплоты независимо от параметров теплоносителей;

- на трубопроводах водяных сетей Ду 100 мм и более на расстоянии не более 1000 м (секционирующие задвижки) с устройством перемычки между подающим и обратным трубопроводами;

- в водяных и паровых тепловых сетях в узлах на трубопроводах ответвлений Ду более 100 мм, а также в узлах на трубопроводах ответвлений к отдельным зданиям независимо от диаметра трубопровода;

- на конденсатопроводах на вводе к сборному баку конденсата.

3.19. На водяных тепловых сетях диаметром 500 мм и более при условном давлении 1,6 МПа (16 кгс/см2) и более, диаметром 300 мм и более при условном давлении 2,5 МПа (25 кгс/см2) и более, на паровых сетях диаметром 200 мм и более при условном давлении 1,6 МПа (16 кгс/см2) и более у задвижек и затворов предусматриваются обводные трубопроводы (байпасы) с запорной арматурой.

3.20. Задвижки и затворы диаметром 500 мм и более оборудуются электроприводом. При надземной прокладке тепловых сетей задвижки с электроприводами устанавливаются в помещении или заключаются в кожухи, защищающие арматуру и электропривод от атмосферных осадков и исключающие доступ к ним посторонних лиц.

3.21. В нижних точках трубопроводов водяных тепловых сетей и конденсатопроводов, а также секционируемых участков монтируются штуцера с запорной арматурой для спуска воды (спускные устройства).

3.22. Из паропроводов тепловых сетей в нижних точках и перед вертикальными подъемами должен осуществляться непрерывный отвод конденсата через конденсатоотводчики.

В этих же местах, а также на прямых участках паропроводов через 400 - 500 м при попутном и через 200 - 300 м при встречном уклоне монтируется устройство пускового дренажа паропроводов.

3.23. Для спуска воды из трубопроводов водяных тепловых сетей предусматриваются сбросные колодцы с отводом воды в системы канализации самотеком или передвижными насосами.

При отводе воды в бытовую канализацию на самотечном трубопроводе устанавливается гидрозатвор, а в случае возможности обратного тока воды - дополнительно отключающий (обратный) клапан.

При надземной прокладке трубопроводов по незастроенной территории для спуска воды следует предусматривать бетонированные приямки с отводом из них воды кюветами, лотками или трубопроводами.

3.24. Для отвода конденсата от постоянных дренажей паропровода предусматривается возможность сброса конденсата в систему сбора и возврата конденсата. Допускается его отвод в напорный конденсатопровод, если давление в дренажном конденсатопроводе не менее чем на 0,1 МПа (1 кгс/см2) выше, чем в напорном.

3.25. В высших точках трубопроводов тепловых сетей, в том числе на каждом секционном участке, должны быть установлены штуцеры с запорной арматурой для выпуска воздуха (воздушники).

3.26. В тепловых сетях должна быть обеспечена надежная компенсация тепловых удлинений трубопроводов. Для компенсации тепловых удлинений применяются:

- гибкие компенсаторы из труб (П-образные) с предварительной растяжкой при монтаже;

- углы поворотов от 90 до 130 град. (самокомпенсация);

- сильфонные, линзовые, сальниковые и манжетные.

Сальниковые стальные компенсаторы допускается применять при Ру не более 2,5 МПа и температуре не более 300 град. С для трубопроводов диаметром 100 мм и более при подземной прокладке и надземной на низких опорах.

3.27. Растяжку П-образного компенсатора следует выполнять после окончания монтажа трубопровода, контроля качества сварных стыков (кроме замыкающих стыков, используемых для натяжения) и закрепления конструкций неподвижных опор.

Растяжка компенсатора производится на величину, указанную в проекте, с учетом поправки на температуру наружного воздуха при сварке замыкающих стыков.

Растяжку компенсатора необходимо выполнять одновременно с двух сторон на стыках, расположенных на расстоянии не менее 20 и не более 40 диаметров трубопровода от оси симметрии компенсатора, с помощью стяжных устройств, если другие требования не обоснованы проектом.

О проведении растяжки компенсаторов следует составить акт.

3.28. Для контроля параметров теплоносителя тепловая сеть оборудуется отборными устройствами для измерения:

- температуры в подающих и обратных трубопроводах перед секционирующими задвижками и в обратном трубопроводе ответвлений диаметром 300 мм и более перед задвижкой по ходу воды;

- давления воды в подающих и обратных трубопроводах до и после секционирующих задвижек и регулирующих устройств, в прямом и обратном трубопроводах ответвлений перед задвижкой;

- давления пара в трубопроводах ответвлений перед задвижкой.

3.29. В контрольных точках тепловых сетей устанавливаются местные показывающие контрольно-измерительные приборы для измерения температуры и давления в трубопроводах.

3.30. Наружные поверхности трубопроводов и металлических конструкций тепловых сетей (балки, опоры, фермы, эстакады и др.) необходимо выполнять защищенными стойкими антикоррозионными покрытиями.

Ввод в эксплуатацию тепловых сетей после окончания строительства или капитального ремонта без наружного антикоррозийного покрытия труб и металлических конструкций не допускается.

3.31. Для всех трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб независимо от температуры теплоносителя и способов прокладки следует выполнять устройство тепловой изоляции в соответствии со строительными нормами и правилами, определяющими требования к тепловой изоляции оборудования и трубопроводов.

Материалы и толщина теплоизоляционных конструкций должны определяться при проектировании из условий обеспечения нормативных теплопотерь.

3.32. Допускается в местах, недоступных персоналу, при технико-экономическом обосновании не предусматривать тепловую изоляцию:

- при прокладке в помещениях обратных трубопроводов тепловых сетей Ду <= 200 мм, если тепловой поток через неизолированные стенки трубопроводов учтен в проекте систем отопления этих помещений;

- конденсатопроводов при сбросе конденсата в канализацию;

- конденсатных сетей при их совместной прокладке с паровыми сетями в непроходных каналах.

3.33. Арматуру, фланцевые соединения, люки, компенсаторы следует изолировать, если изолируется оборудование или трубопровод.

Тепловая изоляция фланцевых соединений, арматуры, участков трубопроводов, подвергающихся периодическому контролю, а также сальниковых, линзовых и сильфонных компенсаторов предусматривается съемной.

Тепловые сети, проложенные вне помещений, независимо от вида прокладки, необходимо защитить от воздействия влаги.

3.34. Конструкция тепловой изоляции должна исключать деформацию и сползание теплоизоляционного слоя в процессе эксплуатации.

На вертикальных участках трубопроводов и оборудования через каждые 1 - 2 м по высоте необходимо выполнять опорные конструкции.

3.35. Для трубопроводов надземной прокладки при применении теплоизоляционных конструкций из горючих материалов следует предусматривать вставки длиной 3 м из негорючих материалов через каждые 100 м длины трубопровода.

3.36. В местах установки электрооборудования (насосные, тепловые пункты, тоннели, камеры), а также в местах установки арматуры с электроприводом, регуляторов и контрольно-измерительных приборов предусматривается электрическое освещение, соответствующее правилам устройства электроустановок.

...