Система теплоснабжения района города

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

теплоснабжение гидравлический теплообменный

· Расчётная температура для отопления:

· Абсолютная минимальная температура:

· Расчётная температура для вентиляции:

· Средняя температура наружного воздуха в отопительный период:

· Температура горячей воды:

· Температура холодной водопроводной воды в летний неотопительный период:

· Температура холодной водопроводной воды в зимний отопительный период:

· Внутренняя температура:

· Продолжительность отопительного периода

Введение

Жилые, общественные и промышленные здания в городах и населенных пунктах являются крупными потребителями тепловой энергии.

На теплоснабжение зданий расходуется около 40% всего добываемого топлива. В жилых и общественных зданиях тепловая энергия затрачивается на обеспечение комфортных условий пребывания людей в помещениях, соответствующих современному уровню развития техники теплоснабжения, а также на коммунально-бытовые и санитарно-гигиенические цели.

Увеличение объемов современных жилых, общественных и промышленных зданий, ежегодно вводимых в эксплуатацию, связано с соответствующим приростом потребности топливно-энергетических ресурсов. В новых зданиях увеличены норма полезной площади и норма расхода горячей воды на человека, что обусловлено повышенной степенью благоустройства, повышенными требованиями к чистоте воздуха в рабочей зоне, а также чистотой воздушного бассейна окружающей среды.

Внедрение новых технологических процессов и строительство зданий с более совершенными объёмно - планировочными решениями, максимально отвечающими функционально - технологическому назначению, также приводят к увеличению расходов тепловой энергии.

Расход топливно-энергетических ресурсов, связанный с обогревом или охлаждением помещений, определяется перепадом между расчётной температурой наружного воздуха и воздуха внутри помещений. В зависимости от категорий зданий, обуславливающих уровень требований к тепловому режиму помещений для расчёта ограждающих конструкций и теплопотерь, в одном климатическом районе принимается различная расчётная температура наружного воздуха.

Требуемый тепловой режим и удовлетворение тепловых потребностей в зданиях обеспечиваются соответствующими инженерными устройствами и теплотехническим оборудованием, присоединяемыми к тепловым сетям или непосредственно к теплопроводам котельной.

В зависимости от рода теплопотребления все потребители делятся на коммунально-бытовые и технологические. К ним относятся потребители тепловой энергии для цели отопления и вентиляции здания, а также для подогрева воды на санитарно-гигиенические и бытовые цели.

Инженерными устройствами, распределяющими тепловую энергию в зданиях, являются системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения и теплотехническое оборудование, необходимое по технологии производства продукции.

Система отопления обеспечивает заданный тепловой режим в помещениях в холодное время года путём компенсации теплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания.

Система вентиляции создаёт требуемую чистоту воздуха в рабочей зоне производственных зданий, необходимый тепловой режим в общественных зданиях путём соответствующей организации воздухообмена в помещениях.

Система кондиционирования воздуха применятся для создания в помещениях микроклимата, удовлетворяющего повышенным санитарно-гигиеническим или технологическим требованиям, путём обеспечения строго заданных температуры, влажности, подвижности и чистоты воздуха в рабочей зоне.

Система горячего водоснабжения предназначена для подогрева и транспортирования воды к местам водоразбора на хозяйственно-бытовые или производственные нужды.

Технологическое теплотехническое оборудование является потребителем тепловой энергии в виде подогретой воды или водяного пара и включает как специальные теплопроводы, так и теплообменные аппараты, а иногда и электрокотлы.

Каждое устройство обеспечивает один из видов теплопотребления и имеет свой режим работы, который определяется расходом тепловой энергии в течение заданного промежутка времени, например, одного часа, рабочей смены, суток, месяца, сезона или года.

Все системы можно объединить в группы по следующим признакам: по типу и мощности источника теплоснабжения, по режиму работы (круглогодичные и сезонные), по степени централизации, по виду вырабатываемого и отпускаемого теплоносителя, по дальности транспортирования тепловой энергии.

В зависимости от типа источника теплоснабжение бывает:

· централизованное от тепловых и атомных электростанций (ТЭЦ и АТЭЦ) - теплофикация;

· централизованное от районных или квартальных котельных (применяется как в больших жилых массивах, так и в отдельных жилых кварталах и посёлках);

· местное от групповых котельных (применяется для теплоснабжения одного или группы зданий);

· децентрализованное от теплогенераторов, устанавливаемых непосредственно в отапливаемых помещениях (предназначено для отопления, а иногда и для горячего водоснабжения жилых одноквартирных домов и отдельных помещений).

Перечисленные системы теплоснабжения характеризуются различными показателями качества, надежности работы и экономичности.

1. Принципиальная схема ТЭЦ

1. котёл

2. турбина

3. генератор

4. регенеративный подогреватель

5. конденсационный насос

6. питательный насос

7. подогрев сетевой воды

8. сетевой насос

Основная задача теплоснабжения - обеспечение тепловой энергией всех потребителей, имеющих различные режимы работы и предъявляющих различные требования к виду, количеству и параметрам теплоносителя.

Система централизованного теплоснабжения характеризуется описанием трёх основных звеньев: теплоисточников, тепловых сетей и местных систем теплоиспользования (теплопотребления) отдельных зданий или сооружений.

В данной курсовой работе источником тепла является ТЭЦ. Данная разработанная система является двухтрубной и двухступенчатой по способу обеспечения потребителей тепловой энергией.

Водяные системы теплоснабжения делятся на открытые и закрытые. В закрытой системе теплоснабжения система горячего водоснабжения и другие потребители присоединены к тепловым сетям через теплообменные аппараты, в которых подогревается водопроводная вода (или воздух) поступающая на водоразбор. Теплоноситель в этой системе отдаёт часть тепловой энергии, и полностью возвращаются к источнику.

В открытой системе теплоснабжения вода, предназначенная для горячего водоснабжения и технологических нужд, забирается непосредственно из тепловой сети. Таким образом, в этой системе используется не только тепловая энергия теплоносителя, но и собственно теплоноситель. Часть теплоносителя, не использованная у потребителей (в системах отопления и вентиляции), возвращается в котельную.

Для теплоснабжения городов и жилых посёлков наибольшее распространение получили водяные двухтрубные (открытые и закрытые) системы теплоснабжения.

В открытых системах значительно упрощаются узлы присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям, упрощается схема автоматизации, а главное обеспечивается длительная эксплуатационная надёжность трубопроводов системы горячего водоснабжения. Поступление в них воды, прошедшей умягчение и дегазацию в котельной, исключает коррозию внутренней поверхности стенок труб. К недостаткам этой системы следует отнести возможную повышенную цветность воды, особенно при присоединении радиаторных систем отопления к тепловым сетям по зависимой схеме, а также в случае ремонта тепловых вводов.

В закрытых системах водопроводная вода, подогреваемая в теплообменных аппаратах и поступающая в систему горячего водоснабжения, как правило, не подвергается химической обработке, необходимо сложное и дорогостоящее оборудование, требующее высококвалифицированного обслуживания и занимающее много места.

Поэтому трубопроводы системы горячего водоснабжения подвержены коррозии из-за наличия в водопроводной воде кислорода и углекислоты. В них часто появляются свищи, а в водоподогревателях на стенках труб, по которым проходит водопроводная вода, откладывается накипь, резко снижающая эффективность и приводящая к быстрому выходу из строя.

Водяные тепловые сети как закрытых, так и открытых систем теплоснабжения бывают магистральными и распределительными.

Магистральные сети соединяют теплоцентраль с крупными ответвлениями - распределительными сетями. В местах присоединения распределительных сетей к магистральным сетям сооружаются секционирующие камеры, а на магистралях и ответвлениях устанавливают запорные устройства - секционирующие задвижки. По распределительным сетям теплоноситель поступает в ЦТП или МТП и затем к тепловым потребителям. В тепловых сетях, соединяющих местные системы с ЦТП, принимаются те же параметры теплоносителя, что и в местных системах абонентов. Между крупными смежными магистральными сетями (диаметром 800 мм и более) предусматривают блокировочные связи.

В общем случае теплопровод состоит из 3 основных элементов:

· трубопровода

· изоляционной конструкции

· несущей конструкции

К трубопроводам тепловых сетей предъявляются следующие основные требования: прочность при воздействиях термических напряжений, обусловленных изменением давления и температуры теплоносителя; постоянство механических свойств; простота, надёжность и герметичность соединений, устойчивость против коррозии; минимальные коэффициент расширения и теплопроводность стенок.

Тепловые сети прокладывают как в земле, так и над землёй. Тип прокладки зависит от особенностей данного района, места расположения трассы тепловой сети, назначения и диаметра магистралей, видов потребителей тепловой энергии, характеристики грунта, уровня грунтовых вод, эстетических требований, наличия сложных пересечений с подземными сооружениями и коммуникациями. Во всех случаях прокладка теплопроводов при наименьших капитальных вложениях должна обеспечивать высокую надёжность теплоснабжения, индустриальность монтажа, удобство эксплуатации, ремонта и реконструкции тепловых сетей.

Подземная прокладка применяется двух типов: канальная (непроходная, полупроходная и проходная) и бесканальная (засыпная, сборная, сборнолитая, монолитная и литая). По характеру работы эти прокладки бывают с воздушным зазором и без воздушного зазора.

Для тепловой изоляции трубопроводов используют различные материалы: минеральную вату, пенобетон, армопенобетон, пеностекло, газобетон, перлит, асбестоцемент, совелит, керамзитобетон и др.

Тепловая изоляция состоит в основном из трёх слоёв: теплоизоляционного, покровного и отделочного. Покровный слой предназначен для защиты изоляции от механических повреждений и попадания влаги, т.е. для сохранения теплотехнических свойств. Для устройства покровного слоя используют материалы, обладающие необходимой прочностью и влагонепроницаемостью: толь, пергамин, стеклоткань, листовую сталь и дюралюминий.

Толщину слоя изоляции определяют расчётом. В качестве расчётной температуры теплоносителя принимают максимальную, если она не изменяется в течении рабочего периода сети, и среднюю за год, если температура теплоносителя изменяется.

Арматуру, фланцевые соединения и другие фасонные детали тепловых сетей, так же как и трубопроводы, покрывают слоем изоляции толщиной, равной 80% толщины изоляции трубы.

Для обеспечения организованного совместного перемещения трубы и изоляции при тепловых удлинениях применяют подвижные и неподвижные опоры.

· Неподвижные опоры, предназначенные для закрепления теплопроводов в характерных точках, используют при всех способах прокладки.

· Подвижные опоры устанавливают при канальной и надземной прокладке теплопроводов.

Компенсаторы применяют для снятия температурных напряжений, возникающих в трубопроводах при удлинении.

В зависимости от числа потребителей, их потребностей в тепловой энергии, а также требований к качеству и бесперебойности теплоснабжения для определённых категорий абонентов тепловые сети выполняются радиальными (тупиковыми) или кольцевыми.

Для транспортировки теплоты в качестве теплоносителя в нашем случае используется вода. При проектировании систем теплоснабжения на первом этапе выбирается направление (трасса) тепловых сетей от источника тепла до потребителей. Производится это по тепловой карте района. Трасса тепловых сетей наносится на генплан с привязкой основных направлений к зданиям и другим сооружениям. На трассе для намеченного типа прокладки трубопровода на основе тепловых нагрузок потребителей определяются ориентировочные диаметры расчётных участков, типы и расположение компенсаторов, опор, каналов.

Основным оборудованием ТП являются:

· элеватор

применяют для присоединения системы отопления к тепловым сетям.

· насосы

В системах теплоснабжения применяют центробежные насосы с электроприводом; по назначению насосы разделяют на питательные - для подачи питательной воды в котлы; сетевые - обеспечивают транспортировку воды к потребителям, необходимый напор на вводе и возврат воды; подкачивающие - применяют в тех случаях, когда сетевые насосы не обеспечивают у абонентов требуемых параметров теплоносителя; подпиточные - рассчитывают на подачу воды в тепловые сети в размере 0,5% объёма воды, находящегося в СТС; конденсатные - предназначены для перекачки конденсата; рециркуляционные - для повышения температуры воды на входе в котлы; смесительные - размещают в узлах присоединения систем отопления; циркуляционные - применяют в системах ГВС.

· водоводяной подогреватель секционный применяют в системах отопления и ГВС.

· грязевики (предназначены для осаждения взвешенных частиц, находящихся в воде тепловой сети или системы отопления); баки (предусматривают как в котельной, так и у потребителей); трубопроводная арматура (запорные устройства, краны, клапаны, регуляторы давления, задвижки, конденсатоотводчики).

Качество, экономичность и надёжность современной системы теплоснабжения в значительной степени зависит от уровня автоматизации. Автоматика служит для корректировки тепловых и гидравлических режимов, производит защиту местных систем от аварии, регулировок и опорожнения.

2. Определение расходов тепла

Расход тепла на теплоснабжение жилых районов города складывается из расходов тепла на отопление, вентиляцию воздуха и горячее водоснабжение зданий.

Отопление и вентиляция относятся к сезонной тепловой нагрузке и являются так называемыми зимними тепловыми нагрузками.

Горячее водоснабжение относится к круглогодичной нагрузке.

Максимальные часовые расходы тепла

Максимальный часовой расход тепла на отопление жилых зданий , Дж/ч, определяется по формуле:

, где

q_о - укрупнённый показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади, принимаемый по приложению 4, кДж/(м²ч);

Зная , определим по СНиП 2.04.07-86*:

F_ж - общая площадь жилых помещений, м², которая находится произведением числа жителей m (чел.) в квартале и нормы жилой площади, принимаемой равной 10 м²/чел.

Число жителей в квартале m (чел.) находится произведением площади квартала f (га), определяемой по генплану, и средней плотности населения, принимаемой равной в зависимости от этажности квартала:

для 5-этажной застройки - 310360 чел./га,

для 9-этажной застройки - 400470 чел./га,

для 12-этажной застройки - 480540 чел./га.

Площади кварталов

№ квартала	Этажность	Плотность, ч / Га	Площадь, Га
1	5	350	50
2	9	450	34
3	12	500	63,2
4	12	500	90,75
5	9	450	50
6	9	450	18
7	12	500	30
8	9	450	80
9	5	350	39
10	12	500	32,5
11	9	450	32,5
12	5	350	69
13	5	350	57,5
14	5	350	51
15	9	450	69
16	9	450	41,25
17	12	450	95

Максимальный часовой расход тепла на отопление общественных зданий кДж/ч, определяется по формуле:

, где

k₁ - коэффициент учёта теплового потока на отопление общественных зданий, принимаемый равным 0,25.

Тогда максимальный часовой расход тепла на отопление , кДж/ч будет равен:

Максимальный расход тепла на вентиляцию общественных зданий , кДж/ч, определяется по формуле:

, где

k₂ - коэффициент учёта теплового потока на вентиляцию общественных зданий, принимаемый:

· для зданий, построенных до 1985 г., равным 0,4;

· для зданий, построенных после 1985 г., равным 0,6.

Максимальный часовой расход тепла на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий , кДж/ч, определяется по формуле:

, где

- средний часовой расход тепла на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий в отопительный период, кДж/ч, который определяется по формуле:

, где

q_гв - укрупнённый показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение на одного человека, принимаемый по приложению 5 с учётом потребления в общественных зданиях, q_гв =1353,6 кДж/(ччел.).

Средние часовые расходы тепла

Средний часовой расход тепла на отопление жилых районов населённых пунктов , кДж/ч, в отопительный период определяется по формуле:

, где

t_в - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, принимаемая для жилых и общественных зданий равной +18 С;

t_ср.о - средняя температура наружного воздуха в отопительный период, задана, С;

t_н.о - расчётная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления, задана, С.

Средний часовой расход тепла на вентиляцию жилых районов населённых пунктов , кДж/ч, в отопительный период определяется по формуле:

, где

t_н.в-расчётная температура наружного воздуха для проектирования системы вентиляции, задана, С.

Средний часовой расход тепла на горячее водоснабжение жилых районов населенных пунктов в летний неотопительный период , кДж/ч, определяется по формуле:

, где

t _г - температура горячей воды, принимаемая равной +55С;

t_хл - температура холодной водопроводной воды в летний неотопительный период, принимаемая равной +15 С;

t_хз - температура холодной водопроводной воды в зимний отопительный период, принимаемая равной +5 С;

- коэффициент учёта изменения среднего расхода воды на горячее водоснабжение в летний неотопительный период по отношению к зимнему отопительному периоду, принимаемый для жилищно-коммунального сектора равным 0,8.

Годовые расходы тепла

Годовой расход тепла на отопление , кДж/год, определяется по формуле:

, где

24 - число часов работы системы отопления в течение суток, ч/сут;

n_о - продолжительность отопительного периода, сут/год, задана.

Годовой расход тепла на вентиляцию , кДж/год, определяется по формуле:

, где

Z - усреднённое за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток, принимаемое равным 16 ч/сут.

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение , кДж/год, определяется по формуле:

, где

n_гв - число суток работы в течение года системы горячего водоснабжения, принимаемое равным 350 сут/год.

Суммарный годовой расход тепла на теплоснабжение района города

Суммарный годовой расход тепла , кДж/год, находится суммой:

, где

, , - суммарные годовые расходы тепла соответственно на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, кДж/год.



= 3054107,8+1484070,1+3726562,5=8264740,4 ГДж/ч

Итоговая таблица определения расходов тепла.

Построение графика часового и годовых расходов теплоты

Для установления экономичного режима работы теплофикационного оборудования, выбора наивыгоднейших параметров теплоносителя, подсчёта выработки электроэнергии и для других плановых и технико-экономических изысканий необходимо учесть повторяемость тепловых нагрузок в течение года.

Для этих целей удобно пользоваться графиком продолжительности тепловой нагрузки. В правой части графика находится непосредственно зависимость расхода теплоты от продолжительности стояния температур наружного воздуха. В левой части графика находятся зависимости различных тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха.

Построение зависимостей различных тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха

Данная зависимость показывает средние часовые расходы тепла. Максимальная ордината соответствует расчётному расходу тепла. Любая другая ордината соответствует расходу тепла при определённой температуре наружного воздуха.

На горизонтальной оси необходимо отложить следующие температуры наружного воздуха, С:

расчётную температуру наружного воздуха для проектирования системы отопления , именно из этой точки следует проводить вертикальную ось;

расчётную температуру наружного воздуха для проектирования системы вентиляции ;

температуру начала и окончания отопительного сезона , которая для жилых и общественных зданий принимается равной +8 С;

температуру +18 С, равную средней расчётной температуре внутреннего воздуха отапливаемых помещений.

Отопительная нагрузка

На вертикальной оси откладывается значение суммарной средней часовой нагрузки Q_о.ср отопления жилых и общественных зданий при температуре t_н.о. При повышении температуры наружного воздуха от t_н.о расход тепла на отопление линейно уменьшается от Q_о.ср до нуля (при +18 С), что отображается на графике соответствующей прямой линией влево.

При проектировании принимается, основная нагрузка системы отопления приходится на период с температурами от t_н.к = +8 С (начало и окончание отопительного сезона), поэтому при данной температуре зависимость обрывается.

Эксплуатационные наблюдения показывают, что нельзя оставлять жилые и общественные здания (например, школы, больницы, детские сады и т.п.) без отопления в течение продолжительного времени при наружной температуре ниже +10 +12 С (так как это приводит к заметному снижению внутренней температуры в помещении и неблагоприятно отражается на самочувствии людей). Об этом необходимо помнить (поэтому линейное уменьшение отопительной нагрузки в интервале температур от +8С до +18 С следует изображать пунктирной линией), но в расчётах не принимать во внимание.

Вентиляционная нагрузка

В интервале температур от t_н.в до t_н.о параллельно горизонтальной оси строится прямая линия, показывающая постоянный (не зависящий от температуры наружного воздуха) максимальный часовой расход тепла на вентиляцию в отопительный период Q_в. По мере повышения температуры наружного воздуха от t_н.в до +18 С вентиляционная нагрузка пропорционально разности внутренней и наружной температур уменьшается линейно, сходя на нет, когда температура наружного воздуха становится равной расчётной температуре внутри помещений (+18 С).

Тепловая нагрузка горячего водоснабжения

в отопительный период

В интервале температур от t_н.к = +8 С до t_н.о строится прямая линия, показывающая постоянный (не зависящий от температуры наружного воздуха) максимальный часовой расход тепла на горячее водоснабжение в отопительный период Q_гв.

Тепловая нагрузка горячего водоснабжения

в летний неотопительный период

До t_нк = +8 С строится прямая линия, показывающая постоянный (не зависящий от температуры наружного воздуха) средний часовой расход тепла на горячее водоснабжение в летний неотопительный период .

Суммарная тепловая нагрузка

На вертикальной оси необходимо отложить значение суммарной тепловой нагрузки . По мере повышения температуры наружного воздуха значения этой суммарной нагрузки уменьшаются из-за снижения отопительной нагрузки, поэтому линия суммарной нагрузки будет идти параллельно линии изменения расхода тепла на отопление до температуры t_н.в. При температуре t_н.в в связи с начавшимся уменьшением вентиляционной нагрузки произойдёт перелом линии суммарной нагрузки, и поэтому наклон её станет более крутым.

Таким образом, суммарный график тепловой нагрузки Q изображается ломаной линией с точкой перелома при расчётной температуре наружного воздуха для проектирования системы вентиляции t_н.в.

Построение зависимости расхода теплоты от продолжительности стояния температур наружного воздуха

Данная зависимость показывает годовое число часов использования тепловой мощности. Так, например, при расчётной температуре наружного воздуха для проектирования системы отопления t_н.о тепловая нагрузка максимальна, но годовое число часов использования максимума мало.

На горизонтальной оси следует отложить годовую продолжительность отопительного периода n_о (в часах).

При проектировании принимается, что во время летнего неотопительного сезона работает только система горячего водоснабжения, расход тепла на которое остаётся постоянным и может быть перенесён с левой части графика.

График тепловой нагрузки в отопительный период представляет собой кривую линию. Для построения этой кривой необходимо через каждые 5 С переносить из левой части значения суммарной тепловой нагрузки до пересечения с перпендикуляром к горизонтальной оси, восстановленным в точке со значением годового числа часов использования, найденным по формуле:

, где

Суммарная площадь получившейся сложной фигуры, ограниченной осями координат и полученной ломаной, выражает в соответствующем масштабе годовой расход тепла Q^год.

3. Построение графиков регулирования

Построение графика центрального качественного регулирования (отопительный график)

Необходимо построить зависимость температур сетевой воды _о1 и _о2 соответственно в подающей и обратной магистралях от температуры наружного воздуха. Это делается с помощью следующих формул, С:

,

,

где t_в = +18 С;

Температурный напор отопительных приборов:

Относительная нагрузка, изменяется от 0 до 1:

, где

Перепад температур воды в тепловой сети:

Перепад температур в местной системе отопления при расчётном режиме:

, где

- температура сетевой воды, С, в подающей магистрали при температуре t_{н. о}

- температура сетевой воды, С, в обратной магистрали при t _н.о;

- температура воды, С, в абонентской установке после элеватора при t _н.о;

u - коэффициент смешения элеватора, принимаемый равным 2,2.

Для построения отопительного графика определяем по формулам значения _о1 и _о2 при различных значениях .

Определим температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях:

При :

,

Дальнейший расчёт проводится аналогично при

	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
	18	47,6	72,6	96,3	119,2	141,6
	18	33,6	44,6	54,3	63,2	71,6

Центральное регулирование по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения закрытых СТС

Центральное регулирование ведётся по типовой тепловой нагрузке, характерной для большинства абонентов района. Такой нагрузкой может быть как один вид нагрузки, так и несколько разных видов при определённом их количественном соотношении. В жилых районах в холодное время года основной тепловой нагрузкой является отопительная.

Существенное распространение приобрело также горячее водоснабжение. Доля вентиляционной нагрузки значительно меньше. Поэтому центральное регулирование ориентируют обычно на чисто отопительную нагрузку или на совмещённую нагрузку отопления и горячего водоснабжения.

Центральное регулирование СТС по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения находит широкое применение, так как при этом методе удовлетворение нагрузки горячего водоснабжения возможно без дополнительного увеличения (или с незначительным увеличением) расчётного расхода воды в сети по сравнению с расчётным расходом воды на отопление. Значительное уменьшение расчётного расхода воды в тепловой сети приводит к уменьшению диаметров трубопроводов тепловых сетей, а следовательно - к уменьшению затрат.

Центральное регулирование по совмещённой нагрузке ориентируется в этом случае на типичную для данного района относительную нагрузку горячего водоснабжения , равную отношению расчётных значений регулируемых нагрузок:

В закрытых СТС при использовании регуляторов отопления центральное регулирование по совмещённой нагрузке принципиально может применяться в любом районе, где имеются оба вида тепловой нагрузки (отопление и горячее водоснабжение), независимо от относительного количества абонентов с обоими видами нагрузки.

При использовании регуляторов расхода центральное регулирование по совмещённой методике отопления и горячего водоснабжения применяют не в любом районе, а только в том случае, когда большинство (не менее 75%) жилых и общественных зданий района имеют установки горячего водоснабжения.

Как при использовании регуляторов отопления, так и при использовании регуляторов расхода режим центрального качественного регулирования по совмещённой нагрузке рассчитывается из условия постоянного расхода сетевой воды для удовлетворения суточного расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение абонентов с типичным для района значением .

Наиболее рациональной зависимой схемой присоединения абонентов при рассматриваемом методе центрального регулирования является схема с двухступенчатым последовательным подогревом воды для горячего водоснабжения.

Основные преимущества этой схемы:

· выравнивание неравномерности суточного графика совмещённой нагрузки за счёт использования аккумулирующей способности строительных конструкций отапливаемых зданий без установки специальных аккумуляторов;

· минимальный расчётный расход сетевой воды, равный для типовых вводов расчётному расходу воды на отопление;

· пониженная температура обратной воды благодаря использованию теплоты этой воды для частичного покрытия нагрузки горячего водоснабжения.

Построение температурного графика для центрального регулирования по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения закрытых стс (повышенный график)

Повышенное регулирование требуется, если 0,15.

Задача расчёта заключается в определении температур сетевой воды и соответственно в подающей и обратной линиях сети при различных температурах наружного воздуха .

В общем случае исходными данными для расчёта являются:

значение для типового абонента;

расчётный график температур для отопления , , построенный по формулам качественного регулирования;

типовой суточный график горячего водоснабжения.

Поскольку суточный график горячего водоснабжения весьма неравномерен, то основной расчёт проводится по так называемой «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения :

, где

_б - поправочный коэффициент для компенсации небаланса теплоты на отопление, вызываемого неравномерностью суточного графика горячего водоснабжения.

При отсутствии аккумуляторов горячей воды можно принимать для жилых зданий ориентировочно _б = 1,2. Возможные неточности, связанные с ориентировочным выбором значения _б, устраняются путём проверочного расчёта температурного графика центрального регулирования по суточному тепловому балансу отопительных установок с типовым отношением нагрузок горячего водоснабжения и отопления.

Температуру наружного воздуха в точке излома графика следует принять равной температуре начала и окончания отопительного сезона:

=+8 С

Расчёт температурного графика ведётся следующим образом:

1. Задаются недогревом в нижней ступени, то есть разностью между температурой обратной воды после системы отопления и температурой водопроводной воды после нижней ступени подогревателя при нагрузке и наружной температуре :

Значение должно определяться технико-экономическим расчётом. Предварительно его следует принять равным 510 С.

2. Определяют температуру водопроводной воды после подогревателя нижней ступени по формуле:

,

где - определенная по отопительному графику температура сетевой воды в обратной магистрали при + 8 С.

3. Определяют перепад температур сетевой воды в нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения ₂ при и по формуле:

, где

4. Определяют значение ₂ при и t_н.о по формуле:

, где

- определенная по отопительному графику температура сетевой воды в подающей магистрали при +8 С.

5. При нагрузке горячего водоснабжения суммарный перепад температур =₁+₂ постоянен при всех температурах наружного вохдуха и равен:

6. Перепады температур в подогревателе верхней ступени при +8 С и при определяются соответственно по формулам:

7. Температуры сетевой воды в подающей магистрали при +8 С и при определяются соответственно по формулам:

8. Температуры сетевой воды в обратной магистрали при +8 С и при определяются соответственно по формулам:

9. По значениям, найденным в пп. 7 и 8, строится повышенный график регулирования.

10. Для дальнейших расчётов по построенному повышенному графику необходимо определить температуры сетевой воды , С, в подающей и обратной магистралях соответственно при температуре.

4. Гидравлический расчет системы теплоснабжения

Задачи гидравлического расчёта:

· Определение диаметров трубопроводов

· Определение давления или напора

· Определение давления в различных точках сети

· Увязка всех точек системы при статическом и динамическом режиме работы.

В результате гидравлического расчёта решаются следующие задачи:

1. Определение капиталовложений, расхода металла и основного объёма работ по сооружениям теплосети.

2. Установление характеристик циркуляционного и подпиточного насосов: их количество и размещение.

3. Выбор схем присоединения абонентских установок тепловой сети.

4. Выбор системы автоматического регулирования.

5. Разработка режима эксплуатации.

Определение расчётных часовых расходов теплоносителей

На отопление:

Для квартала 1:

Дальше расчёт проводится по аналогии.

На вентиляцию:

, где

Для квартала 1:

Дальше расчёт проводится по аналогии.

Среднечасовой расход тепла на ГВС:

Максимальный часовой расход тепла на ГВС:

Расчётный часовой расход в летний период на ГВС:

- коэффициент уменьшения расхода в летнее время.

Суммарный расчётный часовой расход теплоносителя:

Расчётные часовые расходы воды

№ квартала	Gо, т/ч	Gв, т/ч	Gгвср, т/ч	Gгвmax, т/ч	Gгвл, т/ч	Gр, т/ч
1	50,7	34,4	57,3	114,5	91,6	142,3
2	44,3	30,1	50,1	100,1	80,1	124,4
3	91,5	62,1	103,4	206,8	165,4	257,0
4	131,4	89,2	148,4	296,9	237,5	369,1
5	65,2	44,2	73,6	147,2	117,8	183,0
6	23,5	15,9	26,5	53,0	42,4	65,9
7	43,4	29,5	49,1	98,1	78,5	122,0
8	104,3	70,8	117,8	235,5	188,4	292,8
9	39,5	26,8	44,7	89,3	71,4	111,0
10	47,1	31,9	53,2	106,3	85,1	132,2
11	42,4	28,8	47,8	95,7	76,6	119,0
12	69,9	47,5	79,0	158,0	126,4	196,4
13	58,3	39,6	65,8	131,7	105,3	163,7
14	51,7	35,1	58,4	116,8	93,4	145,2
15	89,9	61,0	101,6	203,2	162,5	252,6
16	53,8	36,5	60,7	121,5	97,2	151,0
17	123,8	84,0	139,9	279,7	223,8	347,7

Определение диаметров трубопроводов и расчёт потерь давления на участках

Подбор диаметров трубопроводов осуществляется по номограмме для гидравлического расчёта трубопроводов.

Потери давления на участках определяем по формуле:

, где

R-удельные потери давления на участке, Па/м

· для магистральных R=60ч80 Па/м

· для распределительных R. до 300 Па/м

Длины расчётных участков определяются по генплану.

б - доля местных потерь.

· для магистральных сетей б=0,3

· для распределительных сетей б=0,4

Результаты гидравлического расчета

№ уч-ка	G, м/с	L, м	б	dH,Sмм	Dy, мм	R, Па/м	ДP, Па	У ДP, Па
0-1	847,43	225	0,3	72012	700	63	18428	18128
1-2	495	225	0,3	63011	600	43,7	12782	31210
2-3	461,42	375	0,3	63011	600	43,7	21304	52514
3-4	370,33	150	0,3	5309	500	70,6	13767	66281
4-5	202,21	300	0,3	4269	400	69,9	27261	93542
5-5'	92,71	150	0,4	2737	250	155	32550	158642
0-5	-	-	-	-	-	-	-	158642
5-5»	109,5	150	0,4	2737	250	188	39480	66741
0-6	-	-	-	-	-	-	-	348472
4-6	168,12	1020	0,4	3258	300	174	248472	90254
6-6'	80,71	150	0,4	2797	250	126	26460	374932
6-6»	87,41	150	0,4	2737	250	126	26460	401392
0-3								52514
3-3'	60,21	150	0,4	2196	200	209	43890	96404
3-3»	30,88	150	0,4	2196	200	60,7	12747	109151
0-2								31210
2-2'	33,58	150	0,4	2196	200	60,7	12747	43957
1-7	352,43	120	0,3	5309	500	57,2	8923,2	8923,2
7-8	318,85	290	0,3	5309	500	45,2	17040,4	25963,6
8-9	197,08	825	0,3	4269	400	57,2	61347	87310,6
9-9»	82,36	150	0,4	2737	250	126	26460	113770,6
0-9								87310,6
9-9'	114,72	150	0,4	2737	250	223	46830	134140,6
0-8								25963,6
8-8'	85,65	150	0,4	2737	250	126	26460	52423,6
8-8»	36,12	150	0,4	2196	200	79,3	16653	69076,6
0-7								8923,2
7-7'	33,58	150	0,4	2196	200	79,3	16653	25576,2

Диаметр выбирается в зависимости G от R.

Построение пьезометрического графика

Подбор секционного теплообменного аппарата

Тепловая нагрузка

т/о:

Максимальная разность температур:

кДж/с ⁰С

Эквивалент расхода вторичного потока:

кДж/с ⁰С

W_б=1669,46 кДж/с ⁰С W_M=596,24 кДж/с ⁰С

Безразмерная удельная тепловая нагрузка:

Параметр т/о:

Суммарная длина секций подогревателя:l=Ф/Ф_y=10Ф=26

Количество последовательно вкл. секций подогревателя: n=l/n=26/4=7 шт.

Тепловая мощность: N=Q/n=41736,68/7=5962,4 кВт

ТО: тепловая мощность 4470 кВт.

Подбор сетевого насоса

При проектировании и эксплуатации разветвлённых тепловых сетей для учёта взаимного влияния профиля района, высоты абонентских систем, потери давления в тепловой сети пользуются пьезометрическим графиком. По нему можно легко определить давление и располагаемый перепад давления в любой точке сети и абонентской системе.

Для выбора сетевого насоса необходимо знать его производительность G м³/ч, и необходимую величину напора Н м. Общая производительность насоса на ТЭЦ принимаем равной расчетному расходу воды на начальном участке сети.

Требуемый напор сетевого насоса определяется как сумма потерь напора на источнике тепла, на абонентском вводе и в прямой и обратной магистрали:



- потери напора в подающем и обратном магистральном трубопроводе

- потери напора в тепловом источнике

- необходимый напор на вводе абонента

Выбираем насос с параметрами:

· Марка насоса 22НДс

· Полный напор H=105 м

· Подача Q=1300 л/сек

· Число оборотов n=960 об/мин

· Мощность на валу насоса N= 1250 кВт

· Мощность на валу электродвигателя N_эл=1350кВт

· КПД=92%

· Допустимая вакуумная высота всасывания

· Диаметр рабочего колеса D=860 мм

5. Расчет теплообменных аппаратов гвс по двухступенчатой последовательной схеме

Исходные данные

1. Расчётная наружная температура для проектирования систем отопления:

2. Расчётный расход тепла на отопление 10-го квартала:

3. Расчётный максимальный расход тепла на ГВС:

4. Наружная температура начала и конца отопительного сезона:

5. Температура сетевой воды в точке излома температурного графика:

· В подающей магистрали

· В обратной магистрали

6. Температура местной воды на выходе из подогревателя верхней ступени:

7. Температура местной воды на входе в подогреватель нижней ступени 8. Температура воды в подающей и обратной линиях системы отопления:

· В подающей магистрали

· В обратной магистрали

9. Коэффициент часовой неравномерности нагрузки:

10. Внутренняя температура отапливаемых помещений:

Тепловой расчёт теплообменных аппаратов ГВС

1. Дополнительный расход сетевой воды на абонентский ввод:

, где

 - температура воды после подогревателя верхней ступени

2. Расчётный расход сетевой воды на абонентский ввод:

, где

- расчётный часовой расход воды для

5-го квартала.

3. Максимальный расход воды на абонентскую установку:

4. Расход воды на местную установку ГВС:

, где

5. Определим производительность подогревателя нижней ступени при балансовой нагрузке ГВС:

6. Определим температуру сетевой воды в обратной магистрали:

7. Температурный напор в подогревателе нижней ступени:

8. Суммарный перепад температур в подогревателе верхней и нижней ступени:

9. Расход тепла на подогреватель нижней ступени:

10 Расход тепла на подогреватель верхней ступени:

11. Расход греющей воды на подогреватель нижней ступени:

12. Расход греющей воды на подогреватель верхней ступени:

13. Температура греющей воды на выходе из подогревателя нижней ступени:

14. Температура греющей воды на выходе из подогревателя верхней ступени:

Выбор теплообменных аппаратов ГВС

Определяем площадь живого сечения трубок:

, где

х=(1ч2), м/с - предварительная скорость движения теплоносителя в трубах

- плотность воды

По площади живого сечения выбираем стандартный водоподогреватель:

Его параметры:

· площадь сечения трубок

· площадь межтрубного пространства

· длина секции L_M=4000 мм

· диаметр корпуса

· количество трубок в одной секции n=109

Расчёт подогревателя нижней ступени

Определяем скорость нагреваемой воды:

Скорость греющей воды:

Средняя температура теплоносителя:

1) греющего

2) нагреваемого

Коэффициент теплоотдачи:

1) от греющего теплоносителя к стенкам теплообменника:

1/с

2) от стенок к нагреваемому теплоносителю:

1/с

где А₁ и А₂ - коэффициенты, выбираемые в зависимости от средней температуры теплоносителя (по уч-ку Лебедева).

Коэффициент теплопередачи:

Средний температурный напор в подогревателе нижней ступени:

, где

Требуемая поверхность нагрева для подогревателя нижней ступени:

Количество секций подогревателя нижней ступени:

Округляем в большую сторону: n=7 секции.

Расчёт подогревателя верхней ступени

Расчет ведется аналогично, как и для нижней ступени

Определяем скорость нагреваемой воды:

Скорость греющей воды:

Средняя температура теплоносителя:

1) греющего

2) нагреваемого

Коэффициент теплоотдачи:

1) от греющего теплоносителя к стенкам теплообменника:

1/с

2) от стенок к нагреваемому теплоносителю:

1/с

где А₁ и А₂ - коэффициенты, выбираемые в зависимости от средней температуры теплоносителя (по уч-ку Лебедева).

Коэффициент теплопередачи:

Средний температурный напор в подогревателе нижней ступени:

, где

Требуемая поверхность нагрева для подогревателя нижней ступени:

Количество секций подогревателя нижней ступени:

Округляем в большую сторону: n=4 секции.

6. Расчет изоляции

По формуле определим внутренний d_вэ и наружный d_нэ эквивалентные диаметры канала по внутренним (2,11,2 м) и наружным (2,381,47 м) размерам его поперечного сечения

Определим по формуле термическое сопротивление внутренней поверхности канала R_пк

м ⁰С / Вт

Определим по формуле термическое сопротивление стенки канала R_к, приняв коэффициент теплопроводности железобетона _ст= 2,04 Вт/м град



Определим по формуле (2.76) при глубине заложения оси труб h = 1,3 м и теплопроводности грунта _гр= 2,0 Вт/м град термическое сопротивление грунта

Приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 ⁰С, определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего t_тп и обратного t_то трубопроводов согласно.

Определим также, согласно коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции (матов из стеклянного штапельного волокна) для подающего _., и обратного , трубопроводов

= 0,042 + 0,00028 t_тп= 0,042 + 0,00028 55= 0,0574 Вт/(м ⁰С)

= 0,042 + 0,00028 t_то= 0,042 + 0,00028 30= 0,0504 Вт/(м ⁰С)

Определим по формуле термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя, приняв предварительно толщину слоя изоляции _и= 50 мм = 0,05 м



Примем по приложению 10 учебн. пособия нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего q₁₁ = 46,95 Вт/м и обратного q₁₂ = 23,36 Вт/м трубопроводов. По формуле определим суммарные термические сопротивления для подающего R_tot,1 и обратного R_tot,2 трубопроводов при К₁= 0,8 (см. приложение 11 учебного пособия)

м ⁰С / Вт

м ⁰С / Вт

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего и обратного трубопроводов

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего R_кп и обратного R_ко трубопроводов, м град / Вт

R_КП =1,55-0,063 - (1+0,29) (0,035+0,0187+0,095)=1,295 м ⁰С / Вт

R_КО =1,32-0,063 - (1+3,5) (0,035+0,0187+0,095)=0,588 м ⁰С / Вт

Определим по формуле значения В для подающего и обратного трубопроводов

Определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего _к1 и обратного _к2

Подбор труб

Для тепловых сетей преимущественно применяют стальные прямошовные или спиральношовные электросварные трубы, при этом спиральношовные трубы допускается применять только для прямых участков трубопровода.

Трубы стальные, электросварные прямошовные для прямых участков трубопроводов. Сортамент по ГОСТ 10704 - 76*. (Условия постановки: трубы термообработанные группы В ГОСТ 10705 - 80, п. п. 2.4...