prosdo.ru
добавить свой файл
1
Лекция - 5.

СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ
§ 20.1. Классификация систем теплоснабжения

Снабжение теплом потребителей (систем отопления, вентиля­ции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения зда­ний) представляет совокупность трех взаимосвязанных процессов: подготовки теплоносителя, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя.

В соответствии с этим система теплоснабжения состоит из трех звеньев: источника тепла, трубопроводов и систем теплопотребле­ния с нагревательными приборами. Системы теплоснабжения классифицируют по следующим основным признакам: по радиусу действия, виду источника тепла, виду теплоносителя и количеству теплопроводов. По радиусу действия системы теплоснабжения различаются по дальности передачи тепла и числу потребителей. Они могут быть местными, центральными и централизованными.

Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объединены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских, небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Примером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях полу­чение тепла и передача его воздуху помещений объединены в оч­ном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Центральной системой теплоснабжения называют систему снабжения теплом одного здания любого объема, от одного источ­ника тепла. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих тепло от котла, установленного в подвале здания, или отдельно стоящих котельных. От этого котла может подаваться тепло для систем вентиляции и горячего водо­снабжения этого здания.


Рис. 20.1. Принципиальная схема централизованного теплоснабжения;


1-районная котельная или ТЭЦ; 2 - система отопления и вентиляции; 3 -наружные теп­лопроводы

Централизованными системы теплоснабжения (рис. 20.1) назы­ваются в том случае, когда от одного источника тепла (ТЭЦ или районных котельных) подается тепло для многих зданий. По виду источника тепла системы централизованного теплоснабжения раз­деляют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При район­ном теплоснабжении источником тепла служит районная котель­ная, а при теплофикации —ТЭЦ (теплоэлектроцентраль).

Теплоноситель подготавливается в районной котельной (или ТЭЦ). Подготовленный теплоноситель по трубопроводам поступа­ет в системы отопления и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированного в нем тепла и отводится по специальным трубопроводам к источ­нику тепла. Теплофикация от районного теплоснабжения отлича­ется не только видом источника тепла, но и самим характером производства тепловой энергии.

Теплофикация может быть охарактеризована как централизо­ванное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Кроме источника тепла, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикации одинаковы. Однако, как правило, охват централизован­ным теплоснабжением, т. е. количество снабжаемых теплом або­нентов, при теплофикации значительно выше, чем при районном теплоснабжении.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы — водяные и паровые системы теплоснабжения.

Теплоносителем называется среда, которая передает тепло от источника тепла к теплопотребляющим приборам систем отопле­ния, вентиляции и горячего водоснабжения. В системах тепло­снабжения, применяемых в нашей стране для городов и жилых районов, в качестве теплоносителя используют воду. На промыш­ленных площадках, в промышленных районах для систем тепло­снабжения применяют воду и пар. Пар в основном применяется для силовых и технологических потребностей.


В последнее время начали применять и на промышленных предприятиях единый теплоноситель—воду, нагретую до разных температур, которую используют и при технологических процес­сах. Применение единого теплоносителя упрощает схему тепло­снабжения, ведет к уменьшению капитальных затрат и способст­вует качественной и дешевой эксплуатации.

К теплоносителям, применяемым в системах централизованно­го теплоснабжения, предъявляются санитарно-гигиенические, тех­нико-экономические и эксплуатационные требования. Главнейшее санитарно-гигиеническое требование заключается в том, что любой теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях мик­роклиматических условий для находящихся в них людей, а в про­мышленных зданиях и для оборудования. Теплоноситель не дол­жен обладать высокой температурой, так как это может вести к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов и вызывать разложение пыли органического происхождения и не­приятно воздействовать на человеческий организм. Максимальная температура на поверхности нагревательных приборов не должна быть выше 95—105° С в жилых и общественных зданиях; в про­мышленных зданиях допускается до 150° С.

Технико-экономические требования к теплоносителю сводятся к тому, чтобы при применении того или иного теплоносителя стоимость тепловых сетей, по которым транспортируется теплоно­ситель, была наименьшей, а также малой была масса нагрева­тельных приборов и обеспечен наименьший расход топлива для нагревания помещений.

Эксплуатационные требования заключаются в том, чтобы теп­лоноситель обладал качествами, позволяющими проводить цент­ральную (из одного места, например котельной) регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изме­нять расходы тепла в системах отопления и вентиляции вызвана переменными температурами наружного воздуха. Эксплуатацион­ным показателем теплоносителя считается также срок службы отопительно-вентиляционных систем при применении того или ино­го теплоносителя.


Если сравнить по перечисленным основным показателям воду и пар, можно отметить следующие их преимущества.

Преимущества воды: сравнительно низкая температура воды и поверхности нагревательных приборов; возможность транспорти­рования воды на большие расстояния без значительного уменьше­ния се теплового потенциала; возможность центрального регули­рования тепловой отдачи систем геплопотребления; простота при­соединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; сохранение конденсата греюще­го пара на ТЭЦ или в районных котельных; большой срок службы систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара: возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но также для силовых и технологиче­ских нужд; быстрый прогрев и быстрое охлаждение систем па­рового отопления, что представляет собой ценность для помеще­ния с периодическим обогревом; пар низкого давления (обычно применяемый в системах отопления зданий) имеет малую объем­ную массу (примерно в 1650 раз меньше объемной массы воды); это обстоятельство в паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы тепло­снабжения по тем же соображениям могут применяться при са­мом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого райо­на; более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диамет­ров трубопроводов; простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара; отсутствие расхода энергии на транспор­тирование пара.

К недостаткам пара, кроме вытекаемых из перечисленных пре­имуществ воды, можно отнести дополнительно: повышенные поте­ри тепла паропроводами из-за более высокой температуры пара; срок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за более интенсивной коррозии внутренней поверхно­сти конденсатопроводов.

Несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, его применяют для систем отопления значительно реже воды и то лишь для тех помещений, в которых длительно не находятся лю­ди. Строительными нормами и правилами (СНиП П-33—75) паровое отопление допускается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в помещениях промышленных зданий. В жилых зданиях паровые системы не применяют.


В системах воздушного отопления и вентиляции зданий, где нет непосредственного соприкосновения пара с воздухом помеще­ний, его применение в качестве первичного (нагревающего воз­дух) теплоносителя разрешается. Пар также можно использовать для нагревания водопроводной воды в системах горячего водо­снабжения.

Параметрами теплоносителей называют температуру и давле­ние. Вместо давления в практике эксплуатации широко пользуются другой единицей — напором. Напор и давление связаны зави­симостью:

где—напор, м;—давление, Па;—плотность теплоносите­ля, кг/м3;—ускорение свободного падения, м/с2.

Вода как теплоноситель характеризуется различными темпера­турами до системы теплопотребления (нагревательного прибора) и после системы теплопотребления.

Тепловая отдача воды (кВт) характеризуется формулой.

(20.1)

где— количество воды, проходящей через систему теплопотреб­ления, кг/с; с — удельная теплоемкость воды (с = 4,19 кДжДкгХ Х°С); —температура воды до системы теплопотребления, °С; — температура воды после системы теплопотребления, °С.


Температуры водыиможно также считать температурами воды: —после источника тепла (котельной, ТЭЦ) и t2 — до ис­точника тепла.

В современных системах теплоснабжения применяют следую­щие значения температур воды: t1 = 95°С (105°С),t2 =70°С — в системах отопления жилых и общественных зданий; t1 =85° С, t2 = 70° С — в системах отопления детских садов и больниц; t1= 1500 C, t2 =70°С — в системах централизованного теплоснабже­ния от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промыш­ленных зданий.

Температуре воды в системах теплоснабжения должно соот­ветствовать давление, при котором не будет вскипания (например,, вода при температуре 150° С должна иметь давление не ниже 0,4 МПа).

Повышение температуры воды в источнике теплоснабжения ве­дет к снижению количества перекачиваемой воды, уменьшению диаметров труб и расходов энергии на перекачку. Сказанное бу­дет ясно, если формулу (20.1) решить относительно расхода воды (кг/с):

(20.2)

Для передачи того же количества теплатем меньше потре­буется воды , чем больше значение разности температур (t{—

-)-

Для перехода от массы перекачиваемой воды к ее объему (м3/с) используют формулу

(20.3)


где— количество воды, кг/с;— плотность воды, кг/м3.

Пар применяют в системах теплоснабжения различных давле­ний. Давление пара от 0,005 до 0,07 МПа используют в системах парового отопления низкого давления. В системах парового ото- пления высокого давления применяют пар с давлением выше 0,07 МПа. Для технологических потребностей используют пар с более высокими давлениями.

Тепловую отдачу пара в системе теплопотребления Q (кВт) и количество пара G для передачи этого же количества тепла опре­деляют по формулам (20.4) — (20.6):

(20.4)

Где Gп —количество пара, кг/с; i —энтальпия сухого насыщенного лара, кДж/кг; tнас —температура насыщения пара, °С.

Теплоемкость конденсата, как и воды, ск =4,19 кДж/(кг*°С), поэтому энтальпия конденсата численно равна 4,19 tнас

Для пара низкого давления (кВт) формула (20.4) может быть написана так:

Q = Gп r (20.5)

Где r —скрытая теплота парообразования (=2260 кДж/кг).

Количество пара Gп (кг/с) ск (и конденсата) определяется:

(20.6)