Our Recent Posts

Tags

Тегов пока нет.

Оптимизация систем теплоснабжения

ОПТИМИЗАЦИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ И ПОТЕРЬ В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Анализируя современные тенденции в центральном теплоснабжении, в первую очередь бросается в глаза противоречивые мнения специалистов и нормативно-технической документации. В результате этого основные проблемы остаются не раскрытыми и не решенными, а надо постепенно двигаться вперед. Самым противоречивым вопросом в тепловых сетях является объем тепловых потерь через тепловую изоляцию трубопроводов, которые, например, по КТМ 204 Украины 244-94 зафиксированы максимально в объеме не более 13 %, а расчеты по РД 34.09.255-97 России этот предел повышают в разы. Большой проблемой остается разрушительная децентрализация теплоснабжения, особенно в Украине.


Раскрытие основных целей и новизны в теплоснабжении в данном докладе сформировано в следующей последовательности:

  1. Впервые ставится и решается вопрос между гидравлическим расчетом и наладкой системы теплоснабжения и ее объемом.

  2. На базе многолетнего опыта работы в сфере гидравлических расчетов систем теплоснабжения рекомендуются некоторые полезные подсказки по поиску алгоритма для создания программного гидравлического расчета систем теплоснабжения.

  3. Определяется и рассчитывается рабочий температурный график в системе теплоснабжения с учетом изменений климата, проводимой термоизоляции зданий и установки автоматических ИТП.

  4. Выявление новых тепловых потерь в системах отопления в жилых домах в виде коммунальной тепловой энергии.

  5. Определение тепловых потерь в тепловых сетях через тепловую изоляцию трубопроводов по новой методике на базе КТМ 204 Украины 244-94.

  6. Выявление новых тепловых потерь в системах горячего водоснабжения в жилых домах.

  7. В результате проведенных научно-поисковых работ рекомендуется новая методика для разработки и расчета реальных тепловых балансов систем теплоснабжения.

1. Впервые ставится и решается вопрос между гидравлическим расчетом и наладкой системы теплоснабжения и ее объемом.

Сегодня впервые на рассмотрение специалистов я выношу вопрос о том, что перед расчетом больших систем теплоснабжения необходимо делать после балансового расчета соответствие объема систем теплоснабжения и объемами перекачиваемой в ней сетевой воды.

Рассматриваем реальную систему теплоснабжения Сумской ТЭЦ.


Расход воды на сетевых насосах составляет в отопительных период 7100 м3/час. Объем системы теплоснабжения равен 27743 м3. Объем систем отопления зданий – 6478 м3.

На тепловой сети откачивающая насосная станция поднимает 4000 м3/час сетевой воды в обратном трубопроводе на ТЭЦ.

На первый взгляд кажется, что в наличии огромный дисбаланс в системе теплоснабжения. Сетевая вода обходит систему теплоснабжения за 3,9 часа. Однако, сетевые насосы подают воду из одной емкости (обратные трубопроводы) в другую емкость (подающие трубопроводы) и покрывают, таким образом циркуляцией объем 14200 м3. Насосы откачивающей (подкачивающей) насосной станции своей производительностью 4000 м3/час не создают циркуляцию в объеме системы теплоснабжения, так как они дублируют расход сетевых насосов и перекачивают сетевую воду из обратного трубопровода в обратный трубопровод. Насосы откачивающей насосной станции лишь повышают перепад давлений Р1 и Р2 в тепловой сети, за счет снижения давления Р2 в обратном трубопроводе и поднимают сетевую воду с низины на насосы ТЭЦ.

Циркуляция воды в объемах внутренних систем теплоснабжения обеспечивают элеваторы за счет перепада давлений Р1 иР2 в тепловой сети, создаваемого напорами сетевых насосов и насосами откачивающей насосной станции в объеме 6478 м3.

Следовательно, не весь объем системы теплоснабжения ТЭЦ покрывается циркуляцией в течение часа. Дисбаланс в рассматриваемой системе теплоснабжения составляет в объеме 27743 – 14200 – 6477 – 90 = 6975 м3,

где 90 м3 – это объем независимых систем теплоснабжения.

Сетевая вода циркулирует в данной системе теплоснабжения за 1,3 часа, что замедляет циркуляцию сетевой воды в тепловых сетях, и влияет на точность гидравлического расчета и наладки.

С целью ликвидации дисбаланса в системе теплоснабжения ТЭЦ нужно включить дополнительно сетевые насосы производительностью 6970:2 = 3487 м3/час. Известно, что магистральные трубопроводы на выходе из ТЭЦ заужены, поэтому включение дополнительных сетевых насосов не возможно.

В сложившейся ситуации необходимо предусмотреть на подкачивающей насосной станции 2 насоса подмешивания производительностью 2500 м3/час. Подмешивающие насосы, как и сетевые насосы, обеспечивают двойное покрытие объема системы теплоснабжения, так как качают воду из обратного трубопровода в подающий.

Вторым мероприятием следует предусмотреть независимые контура отопления на ЦТП с малым перепадом давления сетевой воды.


2. На базе многолетнего опыта работы в сфере гидравлических расчетов систем теплоснабжения рекомендуются некоторые полезные подсказки по поиску алгоритма для создания программного гидравлического расчета систем теплоснабжения.


Подсказку я нашел в книге Н.М. Зингер. Гидравлические и тепловые режимы теплофикационных систем. Москва. Энергоиздат, 1986 г., стр. 17-20. Табл. 2.5

Таблица приводится без сокращений:

Таблица 1. Удельные сопротивления трубопроводов для водяных тепловых сетей.


Падение напора на участках тепловой сети определяются по формулам:

∆ H = ∆ Hл + ∆ Hм = ∆ Hл + 0,3 Hл = 1,3 ∆ Hл ;

∆ Hл = hл· l ;

hл = Sу · V2 ;

где l - длина участка,

V – расход воды в м3 на участке

Оптимальное значение для hл = 4 мм/м (из опыта докладчика)

Когда hл меньше 4 мм/м, то происходит удорожание тепловой сети.

Когда hл больше 4 мм/м, то происходит удорожание транспортировки тепловой энергии.


3. Определяется и рассчитывается рабочий температурный график в системе теплоснабжения с учетом изменения климата, проводимой термоизоляции зданий и установкой автоматических ИТП.


В докладе проводится аудит на примере реально существующей системы теплоснабжения Сумской ТЭЦ. Система теплоснабжения первоначально была рассчитана на температурный график 150-95-70 оС с коэффициентом смешения (u ) элеваторных узлов:

Со временем система была пересчитана и налажена на пониженный температурный график 130-95-70 оС с расходом теплоносителя в тепловую сеть 7100 м3/час и коэффициентом смешения

В настоящее время система теплоснабжения работает с тем же расходом без замены элеваторов с теми же параметрами давления сетевой воды по температурному графику 110-95-70 оС.

В нашем случае, если T1со временем просела в тепловой сети на 150-110=40 оС, то должно быть снижение температуры T3 и T2 на элеваторных узлах, но насколько градусов?

Определяем для действующего температурного графика T3 и T2 методом математической подстановки значений по формуле коэффициента смешения для температурного графика 110-95-70 оС

В результате температурный график системы теплоснабжения 110-95-70 оС не реален, реальный температурный график для рассматриваемой тепловой системы выглядит так: 110-80-60 оС с учетом снижения T1 до 110 оС с сохранением расхода теплоносителя, с сохранением параметров давления сетевой воды, без замены элеваторных узлов.

Принимая во внимание изменения климата, проводимую термоизоляцию зданий, установку автоматических ИТП в ближайшее время в системе теплоснабжения будет применим рабочий температурный график 80-60 оС для территорий со средней температурой наружного воздуха за отопительный сезон до - 3 оС.


4. Выявление новых тепловых потерь в системах отопления в жилых домах в виде коммунальной тепловой энергии


Занимаясь вопросами теплоснабжения докладчику неоднократно доводилось сталкиваться с различной регламентирующей документацией в этой сфере, в том числе с самым солидным и профессиональным документом – КТМ – 204 Украины 244-94 «Нормы и указания по нормированию затрат топлива и тепловой энергии на отопление жилых и общественных зданий, а также на хозяйственно бытовые потребности Украины».

Докладчик критиковал несовершенство документа КТМ – 204 Украины 244-94 по двум вопросам, по причине отсутствия примера по использованию таблицы 7.1, стр.76-105 и отсутствие четкого примера по использованию пункта 3.1.8. стр. 41 для определения тепловых потерь в тепловых сетях.

Методика определяет реализованную тепловую энергию в тепловой сети по табличным значениям для г. Глухова Сумской области. Расчет ведется в соответствии с методикой КТМ – 204 Украины 244-94 (таблица 7.1)

В представленных расчетах значение общей отапливаемой площади здания складывается из двух составных:

Fобщ. = Fпол. + Fкомм

где Fпол. – расчетная полезная отапливаемая площадь квартир, м2 (смотри технические паспорта на жилые дома);

Fкомм– расчетная коммунальная отапливаемая площадь помещений общего пользования в жилом доме (смотри технические паспорта на жилые дома).

Определение объемов реализованной тепловой энергии и тепловой нагрузки для жилых домов:

Qреал. = ( Fпол. + Fкомм) · Kуд., ( Гкал\час),

где Куд. – коэффициент, который учитывает удельную плановую нагрузку на 1 м2 площади в год, Гкал\м2·год (смотри таблица 7.1.)

Реализованная тепловая энергия на проектную площадь равняется 23656,0 Гкал/год, в том числе на коммунальное отопление 6410,1 · 0,19570 = 1254,5 Гкал\год, на отопление полезной площади квартир 23656,0 – 1254,5 = 22401,5 Гкал\год.

Подключенная тепловая нагрузка на отопление жилых домов определяется:

Qподкл. = [Qреал. · (tв. – tн.р.)] / [24 · nсут. · (tв. – tср.)], Гкал/час

где Qреал. – реализованная тепловая энергия за отопительный сезон (за год) на отопление, Гкал;

tв. – внутренняя расчетная температура воздуха в помещениях здания, принимается +20 оС (смотри ДСТУ – НБВ.1.1-27:2010 Строительная климатология. – действует от 01.01.2010);

tн.р. – наружная расчетная температура воздуха, принимается -25оС (смотри ДСТУ – НБВ.1.1-27:2010 Строительная климатология. – действует от 01.01.2010);

24 – количество часов в сутках;

nсут. – количество дней отопительного сезона (смотри ДСТУ – НБВ.1.1-27:2010 Строительная климатология. – действует от 01.01.2010)

tср. – наружная средняя расчетная температура воздуха за отопительных сезон, принимаем - 1,4 оС (смотри ДСТУ – НБВ.1.1-27:2010 Строительная климатология. – действует от 01.01.2010).

Таблица 2. Результаты расчета суммарной тепловой нагрузки жилых домов.

Qподкл. = (23656,0 · 45)/(24 · 187 · 21,4) = 11,084 Гкал/час

Qподкл.ком. = (1254,5 · 45)/(24 · 187 · 21,4) = 0,588 Гкал/час


Нормы затрат тепловой энергии на 1 м2 отапливаемой площади для населения:

Qs = Qподкл. / F, Гкал/м2

- за отопительный сезон Qs.общ. = 23656 / 120876,6 = 0,19570 Гкал/м2;

- за отопительный сезон Qs.ком. = 1254,5 / 114466,6 = 0,01096 Гкал\м2;

- за отопительный сезон Qs.пол. = 22401,5 / 114466,6 = 0,19570 Гкал/м2;

- за сутки Qs.сут. = 0,19570 /187 = 0,001046 Гкал/м2;

- за час Qs.час = 0,001046 / 24 = 0,0000436 Гкал/м2.

Для определения средней нормативной тепловой нагрузки брались величины отапливаемой площади, которые были уточнены при проведении энергетического обследования.

Реализованная тепловая энергия отапливаемых площадей, которые остались на центральном отоплении, равняются 18450,6 Гкал/год, в том числе на коммунальное отопление 6410 х 0,19844 = 1272,0 Гкал/год, на отопление полезной площади квартир 18450,6 – 1272,0 = 1717,6 Гкал/год.

Тогда подключенная тепловая нагрузка составит:

Qподкл. = (18450,6 х 45) / (24 х 187 х 21,4) = 8,645 Гкал /час

Qподкл.ком. = (1272,0 х 45)/(24 х 187 х 21,4) = 0,596 Гкал/час


Нормы затрат тепловой энергии на 1 м2 отапливаемой площади для населения:

Qs = Qподкл. / F, Гкал/м2

- за отопительный сезон Qs.общ. = 18450,6 / 92977,0 = 0,19844 Гкал/м2;

- за отопительный сезон Qs.ком. = 1272,0 / 114466,6 = 0,01111 Гкал\м2;

- за отопительный сезон Qs.пол. = 17178,6 / 86566,9 = 0,19844 Гкал/м2;

- за сутки Qs.сут. = 0,19844 /187 = 0,001061 Гкал/м2;

- за час Qs.час = 0,001061 / 24 = 0,0000442 Гкал/м2.

Таблица 3. Результаты расчета суммарной тепловой нагрузки жилых домов, по площади, которая осталась.


5.Определение тепловых потерь в тепловых сетях через тепловую изоляцию трубопроводов по новой методике на базе КТМ 204 Украины 244-94


Расчет тепловых потерь в тепловых сетях ведется согласно методики, определенной в п.3.1.8 стр.41 КТМ -204 Украины 244-94.

Для определения среднего значения тепловых потерь в тепловой сети, докладчик предлагает рассчитывать эту величину по среднему потребителю магистрали, а именно, определение радиуса до балансовой средней тепловой нагрузки (Rб.с.т.н.) системы теплоснабжения источника (котельная, ТЭЦ) по формуле:

Rб.с.т.н = ∑Qподкл. / 2, Гкал/час,

∑ Rб.с.т.н = 11,084 / 2 = 5,542 Гкал/час

где Rб.с.т.н – расстояние от источника до потребителя, сумма подключенной тепловой нагрузки которого была прибавлена последней до величины 5,542 Гкал/час по длине магистрального и распределительного подающего трубопровода;

∑Qподкл. – сумма проектных (фактических) тепловых нагрузок потребителей источника, Гкал/час.

Rб.с.т.н в реальности протяженность тепловой сети магистрали равна 1200 м.

Согласно п. 3.1.8 стр.41 КТМ -204 Украины 244-94 и разработанной докладчиком таблицы 3 полученный результат соответствует тепловым потерям 5,4 %.

Таблица 4. Удельные тепловые потери в водяных тепловых сетях.

Таблица 4 имеет продолжение. По данным таблицы 4 можно построить график удельных потерь и график тепловых потерь в водяных тепловых сетях.

График удельных и тепловых потерь в водяных тепловых сетях.

Особенности предлагаемого графика удельных тепловых потерь и графика тепловых потерь в водяных тепловых сетях:

  • График совпадает с цифрами КТМ -204 Украины 244-94 в следующих точках: до 500 м – 2,9 %; до 1000 м – 4,8%; максимальные тепловые потери – 13%.

  • График имеет не одну, а две кривые: удельных тепловых потерь и тепловых потерь на каждые 100 м водяной тепловой сети.

  • Кривая тепловых потерь идет на увеличение и имеет одну точку излома на расстоянии 4,1 км, где тепловые потери в водяной тепловой сети достигают 13% и дальше не увеличиваются и не уменьшаются.

  • Кривая графика удельных тепловых потерь не совпадает с величинами, указанными в КТМ -204 Украины 244-94, где на расстоянии 1000 м удельные тепловые потери составляют 0,48% и скачком не могут энергетически быстро вырасти до 0,6%, на самом деле удельные тепловые потери продолжают уменьшаться до расстояния 1,9 км до 0,32%, где график имеет первую точку излома на относительно горизонтальную кривую. Другая точка излома графика имеет место на расстоянии 4,1 км, где удельные тепловые потери начинают снова уменьшаться. График удельных тепловых потерь в бесконечности не пересекает ось нуля, поэтому график тепловых потерь в водяных тепловых сетях далее не увеличивается и составляет 13% по формуле q т.п. = n · q уд., при условии n = L тепловой сети / 100 м.

ВЫВОДЫ:

  1. Сегодня тепловые потери в водяных тепловых сетях рекомендуется рассчитывать по «Методическим указаниям по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях» - РД 34.09.25 от 01.01.1998года и КТМ- 204 Украины 244-94. Предлагаемый способ расчёта создан на базе КТМ -204 Украины 244-94, а методика на базе РД 34.09.25 от 01.01.1998 года очень громоздкая, поэтому приводит к необъективной оценке в большую сторону на порядок. Положения РД 34.09.25 от 01.01.1998года были известны и ранее (смотри, например, В.И. Манюк и другие «Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей», Москва, Стройиздат, 1982 года, стр.160, таблица 6.1 и 6.2). Инструментальные замеры для заполнения таблиц РД 34.09.25 от 01.01.1998года выполнялись 60 лет назад примитивными приборами, содержание РД 34.09.25 от 01.01.1998года противоречиво по принципиальным вопросам. Например, в формуле 7 удельные тепловые потери через тепловую изоляцию трубопровода водяной тепловой сети измеряются в Вт/м или Ккал/(м*час), те же единицы стоят в таблицах 1 и 2 в Вт/м2 и Ккал/(м2*час), а в книге В.И.Манюк в таблицах 6.1 и 6.2 эти значения выражаются снова в Ккал/(м2*час). Формула 7, по которой можно правильно посчитать, если поменять местами обозначения слагаемых. По устаревшим данным таблицы 4 можно сделать вывод, что современная тепловая изоляция трубопроводов при бесканальной прокладке в полиуретановой изоляции находится на уровне старой асфальтной изоляции при бесканальной прокладке. Эта методика принимает суммарные тепловые потери в тепловых сетях за средние, которые, по крайней мере, на порядок меньше суммарных. Для первых и средних потребителей суммарные тепловые потери – это слишком много!

  2. Предлагаемая усовершенствованная простая методика на базе КТМ – 204 Украины 244-94 расчета тепловых потерь в водяных тепловых сетях утверждает и доказывает, что в водяных тепловых сетях потери тепловой энергии при средней температуре наружного воздуха за отопительный сезон до -3 градусов Цельсия не превышают 13% (для всей территории Украины) независимо от тепловой мощности источника. Например, в Европе средние тепловые потери составляют (не суммарные) 12%. Для более низких средних температур наружного воздуха предельные тепловые потери необходимо определять экспериментально.

  3. Вместе с тем, предлагаемая методика на базе КТМ -204 Украины 244-94 утверждает и доказывает, что большие и иногда основные тепловые потери тепловой энергии в системе теплоснабжения источника находятся внутри отапливаемых зданий, например, в виде потребленной коммунальной тепловой энергии в жилых домах в объемах от 8 до 19%, расходуемых на отопление холлов, лестничных площадок, коридоров вне квартир, площадок мусоропроводов, лифтовых шахт, помещений колясочных и т.д., а данные тепловые потери не оговаривает наука ни в каком нормативном документе. Чем выше жилой дом, тем больше ему нужно коммунальной тепловой энергии. Кроме того, следует знать, что тепловые потери в системах горячего водоснабжения от централизованного и индивидуального источника составляют 65-70 % и снова в жилых домах на полотенцесушителях, в подающих и циркуляционных трубопроводах в режиме ожидания водоразбора. Докладчиком это проверено методом теплового баланса в жилых домах с крышными индивидуальными котельными, где установлены счетчики горячей воды в каждой квартире.

  4. Наряду с устранением тепловых потерь в водяных тепловых сетях необходимо равноценно устранять коммунальные тепловые потери в отапливаемых жилых домах, даже когда в доме установлен тепловой счетчик, который учитывает и потребление коммунальной тепловой энергии.

  5. Предлагаемая методика - это дополнительный поверочный расчет к известным вариантам определения максимально правильной подключенной тепловой нагрузки от источника на текущий момент, например, по проектным тепловым загрузкам зданий, по строительному отапливаемому объему зданий, по вычислению тепловых потерь через поверхности ограждающих здание стен, по тепловому балансу системы теплоснабжения и, наконец, по реализованной тепловой энергии фактически потребленной зданиями за отопительный сезон.

  6. Выявление новых тепловых потерь в системах горячего водоснабжения в жилых домах. При обращении двух директоров ОСББ в 2008 и 2012 годах на 4х жилых домах с крышными котельными методом теплового баланса докладчиком было установлено, что в системах горячего водоснабжения крышных котельных из водоразборных кранов с горячей водой потребляют 30-35 % тепловой энергии, отпущенной котельными, а 65-70 % отпущенной тепловой энергии расходуется на тепловые потери в трубопроводах дома и на полотенцесушителях в режиме ожидания водоразбора.

  7. Типовой тепловой баланс систем теплоснабжения

где – цифры без скобок определяются в зависимости от отпущенной тепловой энергии (87%)

– цифры в скобках определяются в зависимости от теплосодержания топлива (100%), по которым рассчитывают тарифы на тепловую энергию. (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение)

Типовый тепловой баланс систем теплоснабжения еще раз доказывает, что в тепловой сети через тепловую изоляцию трубопроводов не могут быть тепловые потери более 13 %.

Типовый тепловой баланс показывает, что с потерями тепловой энергии нужно вести борьбу по всей системе теплоснабжения, а с потерями тепловой энергии в системах горячего водоснабжения – в первую очередь.

Типовой тепловой баланс систем теплоснабжения ТЭЦ где – цифры без скобок определяются в зависимости от отпущенной тепловой энергии (56,6 и 31,6 %) – цифры в скобках определяются в зависимости от теплосодержания топлива (100%), по которым рассчитывают тарифы на тепловую энергию. (отопление вентиляция, горячее водоснабжение)

8. Обнаружение новые значительные тепловые потери в жилых домах в виде комунальной тепловой энергии и тепловые потери в системе горячого водоснабжение еще раз ставят вопрос о нелегетивности РД 34.09.25 от 01.01.1998 года, так как выше указаные тепловые потери отнесены на тепловые потери тепловых сетях.

Contact

+380953491022

Follow

©2018 by kotelua.com. Proudly created with Wix.com

This site was designed with the
.com
website builder. Create your website today.
Start Now