книги / Системы централизованного теплоснабжения

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

А.В. Гришкова

СИСТЕМЫ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2017

1

УДК 697.34 ББК 31.38 Г85

Рецензенты:

заместитель председателя комитета по городскому хозяйству, почетный энергетик О.Р. Афлатонов (Пермская городская дума);

канд. техн. наук, доцент А.И. Бурков (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Гришкова, А.В.

Г85 Системы централизованного теплоснабжения : учеб. пособие / А.В. Гришкова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2017. – 120 с.

ISBN 978-5-398-01871-4

Кратко изложены основные принципы устройства и работы централизованных систем теплоснабжения. Описаны последовательные этапы решения задач по проектированию таких систем. Дан иллюстративный материал по современному оборудованию тепловых сетей и справочные материалы, которые могут быть использованы при выполнении курсовых и дипломных проектов. Рассмотрены схемные решения присоединения к тепловым сетям систем отопления и вентиляции, устройства тепловых пунктов.

Предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Строительство», преподавателей и всех интересующихся вопросами устройства и проектирования систем централизованного теплоснабжения.

УДК 697.34 ББК 31.38

2

3

4

5

6

ВВЕДЕНИЕ

В настоящем учебном пособии рассматривается решение ряда задач, которые описаны как трудовые функции в профессиональном стандарте 16.064 «Инженер-проектировщик тепловых сетей» [1] и соответствуют Федеральному государственному стандарту.

Повышение степени централизации теплоснабжения городов носит сейчас устойчивый характер, что требует создания все более и более сложных сооружений. Проектирование систем централизованного теплоснабжения, расчет и подбор основных узлов и оборудования тепловых пунктов должны соответствовать современным требованиям.

История теплофикации России началась в 1924 г., когда в

СССР был пущен первый теплопровод (около 600 м) от 3-й государственной электростанции (ныне ТЭЦ им. Л.Л. Гинтера) к дому № 96 на Фонтанке (проект Л.Л. Гинтера и В.В. Дмитриева).

На теплоэлектроцентрали производится два вида энергии: электрическая и тепловая. Эти виды энергии не являются экономически равноценными, поэтому их нельзя сравнивать между собой по тепловому эквиваленту, считая 1 кВт ч тождественным 3600 кДж теплоты. Электрическая энергия является более совершенным видом энергии и более дорогим. Ее выработка связана со значительными потерями: на современных электрических станциях в окружающую среду отводится около 60 % теплоты, подводимой к рабочему телу. Этим в основном определяется низкий КПД выработки электрической энергии, составляющийчуть более 36 % (рис. 1, а).

Утилизация теплоты и использование промежуточных отборов с турбин для целей теплоснабжения позволяет повысить КПД источника (рис. 1, б). Такой процесс получил название когенерационного цикла выработки энергии. В связи с этим в условиях плотной городской застройки централизацию теплоснабжения следует считать безальтернативным вариантом. Этот тезис подтверждает широкомасштабное развитие централизованных систем в развитых европейских странах. По оценкам специалистов,

7

доля децентрализации в масштабах государства должна составлять не более 15 % от общего теплопотребления.

Рис. 1. Сравнение способов производства энергии: а – раздельное производство электроэнергии и тепла; б – когенерация

В соответствии с Концепцией технической политики в электроэнергетике России до 2030 г. [2] прогнозируется рост спроса на централизованное тепло: к 2020 г. абсолютная выработка тепловой энергии составит 1950–2000 млн Гкал/год, к 2030 г. – 2100–2200 млн Гкал/год. Производство тепловой энергии в настоящее время обеспечивают 585 ТЭЦ, более 66 тысяч котельных (из них около 3000 котельных имеют мощность выше 20 МВт), множество мелких котельных и индивидуальных генераторов тепла. Наибольшую группу ТЭЦ представляют станции общего пользования (332 шт.) и промышленные ТЭЦ (253 шт.). Суммарная протяженность тепловых сетей в России составляет 176,5 тыс. км [2].

Основным направлением развития централизованного теплоснабжения является реконструкция, модернизация и развитие действующих систем с максимально возможным использованием комбинированного производства электрической и тепловой энергии – когенерационного цикла (приложение 1).

8

Систему теплоснабжения можно представить в виде трех основных элементов: источник, тепловые сети, потребители (рис. 2).

Кпотребителям тепловойэнергии относятся:

–системы отопления (СО);

–системывентиляцииикондиционированиявоздуха(СВиСКВ);

–системы горячего водоснабжения (ГВС);

–технологические потребители.

Рис. 2. Схема системы теплоснабжения

Эффективность работы системы теплоснабжения определяется эффективностью работы каждого ее элемента. Пути повышения эффективности работы систем теплоснабжения, это, прежде всего, применение современного оборудования, материалов, средств контроля параметров теплоносителя, регулирования и автоматизации основных элементов системы.

Далее в пособии будут рассмотрены устройство и конструкции тепловых сетей, а также основные методики расчета и подбора оборудования, позволяющего более эффективно использовать тепловую энергию. Представленные в пособии материалы могут быть использованы при выполнении курсовых и дипломных проектов при изучении курса «Теплоснабжение» в рамках Федерального государственного образовательного стандарта.

9

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

В зависимости от режима использования тепловой энергии потребители подразделяются на сезонных и круглогодичных.

К сезонным потребителям относятся системы отопления и вентиляции, их нагрузка представляет собой линейную зависимость от наружной температуры.

Нагрузка на горячее водоснабжение, которая практически не зависитоттемпературынаружноговоздуха, являетсякруглогодичной.

Для определения тепловых нагрузок абонентов используются либо проектные данные конкретных вновь строящихся объектов, либо приближенные расчетные методы на основе удельных тепловых характеристик зданий [3]. Удельные показатели тепловой нагрузки на 1 м2 жилого здания приводятся в приложении В СП 124.13330.2012 [3]. Однако в технических расчетах целесообразнее применять удельные показатели на 1 м3, так как теплопотери происходят через наружную оболочку здания и учет высоты постройки позволяет получить более точный результат [4].

1.1. Тепловая нагрузка на отопление

Система отопления обеспечивает поддержание расчетной температуры внутреннего воздуха в помещении. Тепловая нагрузка на отопление компенсирует тепловые потери здания, а для жилых зданий (при отсутствии механической приточной системы вентиляции) дополнительно обеспечивает нагрев воздухадля вентиляции.

РасчетнаятепловаянагрузкаQо (Вт) определяетсяпоформуле[4]

где qо – удельная отопительная характеристика, Вт/м3, при расчет-

ной температуре наружного воздуха –30 оС в зависимости от объемов зданий различного назначения приводится в приложении 2;

– поправочный климатический коэффициент, учитывающий расчетную температуру конкретного региона:

10