Системы теплоснабжения зданий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ 
 
 
 
 
 

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ  РАБОТА

«СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЙ» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минск, 2011

РЕФЕРАТ 
 

       Работа 26 с., 7 рис., 3 источника. 

       Теплофикация, теплоноситель, система  отопления, тепло, трубная система 

       Объектом  исследования являются различные схемы и виды отопления промышленных, жилых и общественных зданий, способы рационального и эффективного использования ресурсов.

       Цель  работы – изучение различных систем теплоснабжения зданий.

       В процессе работы проводилось изучение схем отопления промышленных, жилых и общественных зданий и их эффективности.

       В результате исследования были сделаны выводы о рациональности использования различных систем теплоснабжения. 

СОДЕРЖАНИЕ 

       стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

1 ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ  СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 5

2 ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 9

3 СПОСОБЫ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОДЫ В ТЕПЛОСЕТИ 13

4 ОДНОТРУБНЫЕ, ДВУХТРУБНЫЕ И БИФИЛЯРНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 20

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 26

ВВЕДЕНИЕ 
 

       Потеря  тепла зданием зависит от ряда причин. Чем больше разница между  температурами наружного воздуха  и воздуха помещения и чем  больше площадь ограждающих конструкций, тем больше тепла теряет здание. Потеря тепла зданием зависит  также от материала, из которого выполнена  ограждающая конструкция, и ее размеров. Системы отопления должны возмещать израсходованное тепло:

       – через ограждающие конструкции (стены, окна, двери, перекрытия верхних этажей, полы нижних этажей) зданий и сооружений;

       – на нагревание воздуха, поступающего через открываемые ворота, двери и другие проемы и неплотности в ограждающих конструкциях;

       – на нагревание поступающих извне материалов, оборудования и транспорта и на нагревание поступающего с ними воздуха, температура которого ниже расчетной температуры воздуха помещения.

       Системы отопления зданий и сооружений должны обеспечивать: равномерный прогрев воздуха помещений, возможность регулирования самих систем отопления, увязку с системами вентиляции; удобство эксплуатации и ремонта. В системах отопления в качестве теплоносителя используют воду температурой не более 150 °С, водяной пар температурой не более 130 °С или воздух, нагретый до 60 °С; соответствующие системы называют водяными, паровыми или воздушными. 

       1 ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 
 

       Централизованные  системы теплоснабжения – системы  теплоснабжения больших жилых массивов, городов, поселков и промышленных предприятий. Источниками теплоты у них  служат теплоэнергоцентрали или крупные котельные, имеющие высокие КПД, транспортирующие и распределяющие теплоноситель по тепловым сетям протяженностью 10–15 км, с максимальным диаметром труб 1000–1400 мм, обеспечивающим подачу потребителям теплоносителя в требуемых количествах и с требуемыми параметрами. Мощность ТЭЦ составляет 1000–3000 МВт, котельных 100–500 МВт. Крупные централизованные системы теплоснабжения имеют несколько источников теплоты, связанных резервными тепломагистралями, обеспечивающими маневренность и надежность их функционирования. В централизованную систему теплоснабжения входят и системы теплоснабжения зданий, связанные с ней единым гидравлическим и тепловым режимами и общей системой управления. Однако ввиду многообразия технических решений теплоснабжения зданий их выделяют в самостоятельную техническую систему, называемую системой отопления. Поэтому центральная система теплоснабжения начинается источником теплоты и заканчивается абонентским вводом в здание.

       Централизованные  системы теплоснабжения бывают водяные  и паровые. Основное преимущество воды как теплоносителя в значительно меньшем расходе энергии на транспортирование единицы теплоты в виде горячей воды, чем в виде пара, что обусловливается большей плотностью воды. Снижение расхода энергии дает возможность транспортировать воду на большие расстояния без существенной потери энергетического потенциала. В крупных системах температура воды понижается примерно на 1 °С на пути в 1 км, тогда как давление пара (его энергетический потенциал) на том же расстоянии примерно на 0,1–0,15 МПа, что соответствует 5–10 °С. Поэтому давление пара в отборах турбины у водяных систем ниже, чем у паровых, что приводит к сокращению расхода топлива на ТЭЦ. К другим достоинствам водяных систем относятся возможность центрального регулирования подачи теплоты потребителям путем изменения температуры теплоносителя и более простая эксплуатация системы (отсутствие конденсатоотводчиков, конденсатоп-роводов, конденсатных насосов).

       К достоинствам пара следует отнести  возможность удовлетворения и отопительных и технологических нагрузок, а также малое гидростатическое давление. Учитывая достоинства и недостатки теплоносителей, водяные системы используют для теплоснабжения жилых массивов, общественных и коммунальных зданий, предприятий, использующих горячую воду, а паровые – для промышленных потребителей, которым необходим водяной пар. Водяные централизованные системы теплоснабжения – основные системы, обеспечивающие теплоснабжение городов. Централизация теплоснабжения городов составляет 70–80 %. В крупных городах с преимущественно современной застройкой уровень использования ТЭЦ в качестве источников теплоты для жилищно-коммунального сектора достигает 50–60 %.

       В теплофикационных системах пар высоких параметров (давление 13–24 МПа, температура 565 °С), вырабатываемый в энергетических котлах, подается в турбины, где, проходя через лопатки, отдает часть своей энергии для получения электроэнергии. Основная часть пара проходит через отборы и поступает в теплофикационные теплообменники, в которых он нагревает теплоноситель системы теплоснабжения. Таким образом на ТЭЦ теплота высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а теплота низкого потенциала – для теплоснабжения. Комбинированная выработка теплоты и электроэнергии обеспечивает высокую эффективность использования топлива, позволяет сократить его расход.

       В большинстве централизованных систем теплоснабжения максимальная температура горячей воды принимается 150 °С. Температура пара в теплофикационных отборах турбины не превышает 127 °С. Следовательно, при низких температурах наружного воздуха в теплофикационных теплообменных аппаратах подогреть воду до требуемого уровня нельзя. Для этого используют пиковые котлы, которые работают только при низких наружных температурах, т. е. снимают пиковую нагрузку. Так как отопительная нагрузка меняется с изменением наружной температуры, меняется и количество пара, отбираемого из турбины для теплоснабжения. Неотработанный пар проходит через цилиндры низкого давления турбины, отдает свою энергию и поступает в конденсатор, где поддерживается вакуум (давление 0,004–0,006 МПа), которому соответствуют низкие температуры конденсации 30–35 °С, а охлаждающая вода имеет еще более низкую температуру, поэтому не используется для теплоснабжения. Таким образом, для теплоснабжения используется только часть пара, проходящая через отборы турбины, что снижает экономический эффект теплофикации. Однако расход топлива на выработку электроэнергии и теплоты для теплоснабжения в среднем за год сокращается примерно на 25–33 %. Экономический эффект дает и использование в качестве источников теплоты крупных районных котельных установок (тепловых станций), имеющих высокий КПД.

       Теплоноситель от источников теплоты транспортируется и распределяется между потребителями по развитым тепловым сетям. В результате тепловые сети охватывают все городские территории, а их сооружение вызывает наибольшие градостроительные и эксплуатационные трудности. В процессе эксплуатации они подвергаются коррозии и разрушениям. Аварийные повреждения приводят к отказам теплоснабжения, социальному и экономическим ущербам. В результате тепловые сети, являясь основным элементом крупных систем теплоснабжения, становятся и наиболее слабой составляющей их частью, что снижает экономический эффект от централизации теплоснабжения, ограничивает максимальную мощность систем. В зависимости от способа приготовления горячей воды централизованные системы теплоснабжения разделяют на закрытые и открытые. В закрытой системе циркулирующая в ней вода используется только как теплоноситель. Вода нагревается на источнике теплоты, несет свою энтальпию к потребителям и отдает ее на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Вода для горячего водоснабжения берегся из горячего водопровода и подогревается в поверхностных теплообменных аппаратах циркулирующим теплоносителем до требуемой температуры. Система закрыта по отношению к атмосферному воздуху. В открытых системах горячая вода, которую использует потребитель, отбирается из тепловой сети. Следовательно, горячая вода в системе используется не только как теплоноситель, но и непосредственно как вещество. Поэтому система теплоснабжения является частично циркуляционной, а частично прямоточной. Вода горячего водоснабжения приготовляется на источнике теплоты, прямоточно движется к потребителям и изливается через водоразборные краны в атмосферу.

       Для крупных городов централизация теплоснабжения – перспективное направление. Централизованные системы, особенно теплофикационные, расходуют меньше топлива. Сокращение и укрупнение источников теплоты улучшают условия для градостроительства и экологию крупных городов. Меньшее количество источников теплоты позволяет резко сократить число дымовых труб, через которые в окружающую среду выбрасываются продукты сгорания. Исключается необходимость создания множества мелких топливных складов для хранения твердого топлива, откуда при децентрализованных системах теплоснабжения приходится развозить топливо, а из разбросанных по всему городу небольших котельных увозить золу и шлаки. Кроме того, при централизации источников теплоты легче очищать дымовые газы от токсичных компонентов. 

       2 ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ СИСТЕМА ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ 
 

       Трубопроводы  тепловых сетей прокладываются в  подземных проходных и непроходных  каналах – 84 %, бесканальная подземная прокладка – 6 % и надземная (на эстакадах) – 10 %. В среднем по стране свыше 12 % тепловых сетей периодически или постоянно затапливаются грунтовыми или поверхностными водами, в отдельных городах эта цифра может достигать 70 % теплотрасс. Неудовлетворительное состояние тепловой и гидравлической изоляции трубопроводов, износ и низкое качество монтажа и эксплуатации оборудования тепловых сетей отражается статистическими данными по аварийности. Так, 90 % аварийных отказов приходится на подающие и 10 % – на обратные трубопроводы, из них 65 % аварий происходит из-за наружной коррозии и 15 % – из-за дефектов монтажа (преимущественно разрывов сварных швов).

       На  этом фоне всё увереннее позиции  децентрализованного теплоснабжения, к которому следует отнести как поквартирные системы отопления и горячего водоснабжения, так и домовые, включая многоэтажные здания с крышной или пристроенной автономной котельной. Использование децентрализации позволяет лучше адаптировать систему теплоснабжения к условиям потребления теплоты конкретного, обслуживаемого ей объекта, а отсутствие внешних распределительных сетей практически исключает непроизводственные потери теплоты при транспорте теплоносителя. Повышенный интерес к автономным источникам теплоты (и системам) в последние годы в значительной степени обусловлен финансовым состоянием и инвестиционно-кредитной политикой в стране, так как строительство централизованной системы теплоснабжения требует от инвестора значительных единовременных капитальных вложений в источник, тепловые сети и внутренние системы здания, причем с неопределенными сроком окупаемости или практически на безвозвратной основе. При децентрализации возможно достичь не только снижения капитальных вложений за счет отсутствия тепловых сетей, но и переложить расходы на стоимость жилья (т. е. на потребителя). Именно этот фактор в последнее время и обусловил повышенный интерес к децентрализованным системам теплоснабжения для объектов нового строительства жилья. Организация автономного теплоснабжения позволяет осуществить реконструкцию объектов в городских районах старой и плотной застройки при отсутствии свободных мощностей в централизованных системах. Децентрализация на современном уровне, базирующаяся на высокоэффективных теплогенераторах последних поколений (включая конденсационные котлы), с использованием энергосберегающих систем автоматического управления позволяет в полной мере удовлетворить запросы самого требовательного потребителя.