Файл: Ударственный университет транспорта а. Б. Невзорова теплогазоснабжение, отопление и вентиляция.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 111
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
7.13 Оборудование систем вентиляции Оборудование для систем вентиляции вентиляторы, кондиционеры, приточные камеры, воздухонагреватели, рекуператоры (теплоутилизаторы), пылеуловители, фильтры, клапаны, шумоглушители и др. следует выбирать исходя из расчетного расхода воздуха с учетом подсосов и потерь через неплотности в оборудовании – поданным завода-изготовителя; в воздуховодах вытяжных систем до вентилятора и приточных систем после вентилятора – в соответствии с требованиями п. 7.117
СНБ 4.02.01−03. Оборудование вентиляционных систем, предназначенное для обработки воздуха, обычно располагают в специальных камерах
[44], к нему относятся следующие
− вентиляторы – механизмы, предназначенные для перемещения воздуха или других газов. По принципу действия различают вентиляторы осевые, радиальные центробежные) и диаметральные. Для перемещения необходимого количества воздуха выбирается производительность вентилятора по таблицам или характеристикам. Исходными данными для выбора вентилятора являются суммарный расход воздуха в сети L, мс суммарная потеря давления р, Паи температура воздуха в, С. Выбор вентилятора производится на расчетный расход с учетом подсосов или утечек
р = 1,1L. (90) Давление, создаваемое вентилятором, должно быть равно расчетному сопротивлению сети с 10 % запасом. Характеристики вентиляторов составлены при плотности воздуха
= 1,2 кг/м
3
, р
а
= 0,103 МПа, t = 20 С, = 50 %;
− вентиляционные установки по назначению различают приточные, вытяжные и приточно-вытяжные;
− вентиляторные агрегаты разделяются на канальные и крышные
− шумоглушители (пластинчатые, сотовые, трубчатые
− воздушные фильтры (тканевые, рулонные, сетчатые и др
203
− воздухонагреватели (электрические, водяные) ;
− воздуховоды металлические, металлопластиковые, неметаллические, гибкие) ;
− запорные и регулирующие устройства (воздушные клапаны, диафрагмы, обратные клапаны) ;
− воздухораспределители и регулирующие устройства воздухоудаления (решетки, диффузоры, плафоны, насадки с форсунками, щелевые воздухораспределительные устройства, перфорированные панели) ;
− воздушно-тепловые завесы
− тепловая изоляция. Классификация систем вентиляции http://www.mir-klimata.com / archive/zakaz/article/article03/
204 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
8.1 Классификация систем кондиционирования воздуха
ондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) на определённом уровне с целью обеспечения, главным образом, оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей культуры. Кондиционирование воздуха согласно п СНБ 4.02.01−03 подразделяется натри класса
− I – для обеспечения параметров микроклимата, требуемых для технологического процесса, при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями нормативных документов
− II – для обеспечения параметров микроклимата в пределах оптимальных норм или требуемых для технологических процессов допускается принимать скорость движения воздуха в обслуживаемой зоне, на постоянных и непостоянных рабочих местах, в пределах допустимых норм
− III – для обеспечения параметров микроклимата в пределах допустимых норм, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха, или оптимальных норм – при экономическом обосновании или на основании задания на проектирование. Оптимальные климатические параметры в помещениях общественного назначения применительно ко II климатическому поясу например, Минск, Гомель и др) составляют в холодный период года минус 20–22 °C при относительной влажности 30–40 % и скорости движения воздуха 0,2 мс в тёплый период года плюс 20–22 К
8
205
°C при относительной влажности 30–60 % и скорости движения воздуха
0,2 мс или 23–25 °C при той же влажности и скорости движения воздуха 0,3 мс. Кондиционирование воздуха подразделяется на комфортное и технологическое. Комфортные системы кондиционирования предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям. Технологические системы кондиционирования предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. В зависимости от расположения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помещениям системы кондиционирования делятся на центральные и местные, а по типу кондиционеров – на автономные и неавтономные. Подавлению, создаваемому вентиляторами кондиционеров, системы кондиционирования делятся на системы низкого давления до 1000 Па, среднего давления от 1000 до 3000 Паи высокого давления (выше 3000 Па. Системы кондиционирования воздуха, как правило, снабжаются средствами для очистки воздуха от пыли, бактерий и запахов подогрева, увлажнения и осушения его перемещения, распределения и автоматического регулирования температуры воздуха, его относительной влажности, а иногда и средствами регулирования газового состава и ионосодержания воздуха, а также средствами дистанционного управления и контроля. В зависимости от назначения помещения – жилые или производственные – существует несколько типов кондиционеров. По конструктивному исполнению все кондиционеры делятся на два вида моноблочные, состоящие из одного блока, и сплит-системы от англ. split – разделять, состоящие из нескольких блоков. Если сплит-система состоит из трех или более блоков, то она называется мультисплит-системой.
8.2 Типы кондиционеров В зависимости от области применения все кондиционеры принято делить натри группы
– бытовые (RAC – Room Air Conditions);
206
– коммерческие (PAC – Packages Air Conditions);
– системы промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха (Unitary). В каждую группу входят кондиционеры различных типов. Их особенности и области применения приведены в таблице 25. Таблица 25 – Особенности различных типов кондиционеров Характеристики Группа кондиционеров бытовые коммерческие промышленные системы Типы кондиционеров
Сплит-системы настенного типа. Моноблочные
− мобильные
− оконные
Сплит-системы:
− канальные
− кассетные
− потолочные
− колонные
− наборные со всеми типами внутренних блоков Центральные
− крышные
− шкафные
− прецизионные
− мультизональные
VRV и
VRF системы
− системы чиллер–
фанкойл Мощность охлаждения, кВт От 1,5–2 до 8 5 до 30 От 5–10 до 200–5000 Область применения Отдельные комнаты в квартирах, офисах и коттеджах, а также другие жилые и общественные помещения площадью от 10 дом Квартиры, офисы, коттеджи, торговые залы и другие помещения бытового, общественного и производственного назначения площадью от 50 дом Жилые и административные здания, торговые залы и спортивные комплексы площадью свыше
300 м, производственные и специализированные помещения Отличительные особенности Привлекательный дизайн внутреннего блока кондиционера, снижение уровня шума максимальное количество дополнительных функций, очистка воздуха. Ресурс кондиционеров составляет 7–12 лет Они могут иметь некоторые дополнительные функции для привлечения покупателей, при этом ресурс и надежность полупромышленного оборудования существенно выше, чем бытового Бесперебойное выполнение основных функций
– охлаждения обогрева) и вентиляции. Сложность эксплуатации, энергоэффективнос ть и удельная цена оборудования в расчете на 1 кВт мощности охлаждения. Ресурс – не менее
207 20–30 лет при круглогодичной эксплуатации Приведем краткое описание кондиционеров (таблица 26). Таблица 26 – Краткое описание некоторых видов кондиционеров Рисунок Описание Моноблочные кондиционеры Оконные – состоят из одного блока оконные, мобильные и крышные кондиционеры. В таких кондиционерах все элементы размещаются в едином корпусе, что позволяет упростить конструкцию кондиционера и снизить его стоимость Мобильный кондиционер или напольный кондиционер. Все части располагаются водном корпусе, а отвод тепла производится через гибкий воздуховод. У моноблока имеется два отверстия для забора воздуха и два для выброса. Через первое производится забор воздуха для нагрева через конденсатор и удаления его из помещения. Второе предназначено для охлаждения и очистки для этого воздух проходит через фильтр и испаритель
Сплит-системы
208 Состоят из двух блоков
– наружный и внутренний, которые соединены между собой электрическим кабелем и медными трубами, по которым циркулирует фреон. Благодаря такой конструкции наиболее шумная и громоздкая часть кондиционера, содержащая компрессор, вынесена наружу. Внутренний блок размещается в любом удобном месте квартиры или офиса
209 Продолжение таблицы 26 Рисунок Описание
Мультисплит-системы
К одному внешнему блоку подключается несколько внутренних блоков – обычно от 2 до 4–5 штук каждый внутренний блок управляется индивидуальным пультом управления. При этом внутренние блоки могут быть не только разной мощности (обычно от 2 до 5 кВт, но и разных типов Канальный кондиционер Устанавливаются за подвесным или подшивным потолком, который полностью скрывает внутренний блок кондиционера. Распределение охлажденного воздуха осуществляется по системе теплоизолированных воздуховодов, которые также размещаются в межпотолочном пространстве. Возможность подачи свежего воздуха Кассетный кондиционер Скрытая установка, возможность охлаждения больших помещений. Распределяет охлажденный воздух через нижнюю часть блока. Равномерное распределение воздушного потока по четырем направлениям
210 Продолжение таблицы 26 Рисунок Описание
Напольно-потолочный кондиционер Возможность установки как на потолке, таки внизу стены. Ненужен подвесной потолок. Не предназначен для скрытой установки. Колонный кондиционер Большая мощность. Ненужен подвесной потолок. Используется там, где требуется большая холодопроизводительность и нет жестких требований к дизайну помещения. Создает сильный поток охлажденного воздуха, который не позволяет находиться в непосредственной близости от кондиционера
Центральный кондиционер С рекуператором Является неавтономным, для работы необходим внешний источник холода или тепла – холодная вода от чиллера, фреон от внешнего компрессорно- конденсаторного блока, горячая вода от системы центрального отопления или бойлера. Выпускаются в виде набора стандартных модулей (секций охлаждения, нагрева, вентиляторная, шумоглушения, увлажнения, фильтрации, теплоутилизации. Обработанный воздух по системе воздуховодов распределяется по помещениям
211 Окончание таблицы 26 Рисунок Описание Система чиллер-фанкойл (chiller-fancoil) Централизованная (мультизо- нальная) система кондиционирования воздуха, в которой теплоносителем между центральной холодильной машиной (чилле- ром) и локальными теплообменниками (узлами охлаждения воздуха, фанкойлами) служит охла- ждённая жидкость, циркулирующая под относительно низким давлением — обыкновенная вода в тропическом климате) или водный раствор этиленгликоля (в умеренном и холодном климате. Кроме чиллера (чиллеров) и фанкойлов, в состав системы входит трубная разводка между ними, насосная станция (гидромодуль) и подсистема автоматического регулирования. Количество фанкойлов в системе не ограничено и зависит только от мощности чиллера. Для соединения чиллера с фанкойлами используются недорогие медные фреоновые коммуникации, а обычные водопроводные трубы. http://ru.wikipedia.org/wiki/
Система_чиллер-фанкойл
Крышные кондиционеры
212 Подача охлажденного воздуха и забор воздуха осуществляются через систему воздуховодов, оснащаемых приточными и вытяжными решетками. Благодаря этой системе добиваются оптимального воздухораспределения в помещении. Устанавливается на кровле здания и не требует прокладки медных фреонопроводов
8.3 Принцип действия кондиционера Устройство кондиционера сходно с устройством обычного бытового холодильника те же основные блоки выполняют сходные функции (рисунок 66). Независимо от конструктивного решения
(моноблок или сплит-система) в основу работу и холодильника, и кондиционера положено свойство жидкостей выделять тепло при переходе из газообразной фазы в жидкую (конденсация) и поглощать – при переходе из жидкой в газообразную (испарение. Наиболее распространенными и удобными для рассмотрения являются сплит-системы – приборы, в которых основные блоки разделены на внешний и внутренний. Рисунок 66 – Принципиальная схема работы кондиционера
(http://www.vozduhvdome.ru/how.html)
213 Теплоносителем в кондиционерах обычно является газ фреон благодаря его сильной зависимости температуры кипения испарения) от давления. В компрессор из испарителя подается газообразный фреон под относительно невысоким давлением 3−5 атмосфер и при температуре около 10−20 С. Компрессор повышает давление фреона до 15−25 атмосфер и направляет его в конденсатор (радиатор наружного блока. В результате сжатия фреон разогревается до температуры 70–90 С. Конденсатор обдувается вентилятором, охлаждая фреон. Фреон остывает, переходит в жидкую фазу и нагревает воздух. После выхода из конденсатора жидкий фреон под высоким давлением и при температуре выше окружающего воздуха на 10–20 С подается на терморегулирующий вентиль (ТРВ), который снижает температуру и давление фреона (при этом часть фреона может испариться. Выйдя из ТРВ, фреон поступает в испаритель, где испаряется с поглощением тепла. Холодный испаритель обдувается вентилятором внутреннего блока, охлаждая, тем самым, воздух в помещении. После выхода из испарителя фреон вновь поступает в компрессор, и весь цикл повторяется.
8.4 Подбор кондиционеров Оборудование систем кондиционирования воздуха подбирается для крайних расчетных режимов, какими являются состояние наружного воздуха в теплый и холодный периоды года с учетом внутренних параметров воздуха и количества выделяющихся в помещениях вредностей. К ним относятся вредные пары, газы, пыль и электрическое состояние воздушной среды. В процессе эксплуатации эти условия изменяются, на что система кондиционирования должна отвечать изменениями режима своей работы, осуществляемым системами автоматики. В технике кондиционирования воздуха применяют качественное и количественное регулирование при качественном изменяются параметры приточного воздуха при его неизменном расходе в системе, при количественном требуемое состояние воздушной среды в помещениях достигается изменением расхода воздуха при его неизменных параметрах. Возможности количественного регулирования ограничены,
214 поэтому широко применяют качественное регулирование или его сочетание с количественным (в многозональных системах. Более подробно о расчетах систем кондиционирования воздуха можно ознакомиться в источниках [31, 32].
8.5
Инверторный кондиционер В современных моделях кондиционеров широко стал применятся инвертор – электронный модуль, расположенный в наружном блоке, который позволяет плавно изменять частоту вращения компрессора за счет преобразования постоянного тока в переменный с необходимой частотой. Первый инверторный кондиционер появился в 1981 году в Японии. Сегодня инверторная технология используется практически у всех производителей климатического оборудования наравне с обычными кондиционерами. Сравним отличие инверторных кондиционеров от обычных моделей с практической точки зрения (рисунок 67). Рисунок 67 – Сравнение технических характеристик обычного и инверторного кондиционеров (http://www.rfclimat.ru/htm/con_ft.htm) При включении кондиционер с инвертором начинает работать с повышенной мощностью для того, чтобы быстрее достичь заданной температуры. После выхода на заданный температурный режим он не отключается, как обычный кондиционер. Снизив мощность, кондиционер с инвертором длительное время поддерживает нужную
215 температуру в помещении.
8.6 Расчет мощности кондиционера для внутренних помещений гражданских зданий Охлаждение внутренних помещений – это основная функция кондиционера, поэтому выбор кондиционера определяется прежде всего мощностью охлаждения. В свою очередь, необходимая мощность кондиционера напрямую зависит от размеров помещения, которое требуется охлаждать. Дадим определение основным технико-физическим характеристикам кондиционера.
Холодопроизводительность – количество теплоты, отнимаемое от охлаждаемого объекта в единицу времени с помощью холодильной машины измеряется в Вт (ккал/ч). Холодопроизводительность зависит от мощности основного оборудования холодильной машины, температурных условий её работы и используемого холодильного агента. Холодильный агент (хладагент) − рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении ив процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации воде, воздуху и т. п. Хладагент является частным случаем теплоносителя. Важным отличием является использование теплоносителей водном и том же агрегатном состоянии, в то время как хладагенты обычно используют фазовый переход (кипение и конденсацию. В силу сложившихся традиций, кроме единиц системы СИ, для измерения мощности кондиционера (при работе на охлаждение или нагрев) используют также внесистемную единицу британская тепловая единица/час» (БТЕ/ч), 1000 БТЕ/час = 293 Вт или холодильную тонну (ХТ), которая представляет собой количество энергии, необходимое для поддержания одной тонны воды в замерзшем состоянии в течение 24 часов 1 ХТ = 12000 БТЕ/ч. Используемые в климатической технике единицы измерения мощности (производительности) связаны между собой соотношениями
1 Вт = 3,412 БТЕ/ч;
1 Вт = 1,163 ккал/ч;
1 БТЕ/ч = 0,293 Вт
1 ккал/ч = 3,968 БТЕ/ч.
216 Для удобства оценки энегоэффективности кондиционеров введена шкала коэффициентов энергоэффективности EER и COP, которая подразделяется на 7 категорий – от А до G. Наибольшему уровню эффективности соответствует категория А (ЕЕ 3,2; COP 3,6), а наименьшему – категория G (Е 2,2; СОР 2,4) . Коэффициент энергоэффективности EER (Energy Efficiency
Ratio) представляет собой отношение между хладопроизводительностью и потребляемой электроэнергией для ее достижения. Чем выше коэффициент
EER, тем выше энергоэффективность.
EER = Производительность (BTU)
/ Мощность потребляемой электроэнергии (Вт. Коэффициент
энергоэффективности СОР
(Coefficient of
Performance) представляет собой отношение между теплопроизводительностью и потребляемой электроэнергией для ее достижения. Чем выше коэффициент СОР, тем выше энергоэффективность. Под теплопроизводительностью понимается мощность обогрева агрегата (выраженная в кВт, работающего в режиме нагрева и при полной нагрузке
(http://www.ice- a.com/energy_efficiency.htm). Потребляемая мощность показывает, сколько электроэнергии необходимо прибору для работы. Мощность охлаждения является основной характеристикой любого кондиционера и определяет, сколько холода получится в результате потребления электроэнергии. Мощность охлаждения в несколько раз превышает мощность, потребляемую кондиционером. Например, кондиционер, потребляющий 700 Вт, имеет мощность охлаждения 2 кВт, и это не должно удивлять, поскольку кондиционер работает также, как холодильник, хладоноситель фреон) отбирает теплоту у воздуха в помещении и передаете на улицу через теплообменник (внешний блок кондиционера. Потребляемая мощность и мощность охлаждения обычно измеряются в соответствии со стандартом ISO 5151 (температура внутри помещения плюс 27 С, снаружи плюс 35 С. При изменении этих условий мощность и КПД кондиционера будут меньше (например, при температуре наружного воздуха, равной минус 20 С мощность кондиционера составит всего 30 % от номинала) (http://www.xiron.ru / content/view/30460/127/ ). Ориентировочный расчет мощности охлаждения Q (в киловаттах)
(холодопроизводительности) производят исходя из рассчитанной
217 величины теплоизбытков помещения, зная его объем
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
, (91) где Q
1
– теплопритоки в помещении,
Q
1
= V
n
q , (92)
q – коэффициент теплоотдачи в зависимости от ориентации оконных проёмов и степени их остекления q = 30 − для затененного помещения , q = 35 – при средней освещенности q = 40 – для помещений, ориентированных на юг
Q
2
– тепло людей, находящихся в обслуживаемом кондиционером помещении от 0,1 кВт – в спокойном состоянии, до 0,3 кВт – при физической нагрузке
Q
3
– тепловая энергия, выделяемая электроприборами различной мощности 0,3 кВт – от компьютера 0,2 кВт — от телевизора для других приборов − 30 % от максимальной потребляемой мощности. Мощность выбранного кондиционера должна быть в диапазоне от
–5 % до +15 % расчетной мощности Q. Необходимо отметить, что расчет кондиционера по этой методике является не слишком точными применим только для небольших помещений в капитальных зданиях квартиры, отдельные комнаты коттеджей, офисные помещения площадью до 50–70 м
2
После определения теплоизбытков помещений выбирается кондиционер с мощностями, близкими к стандартному (таблица 27). Таблица 27 – Соответствие модельных рядов и мощности кондиционера в BTU и кВт Холодильная мощность, кВт
1,5 2
2,5 3,5 5,5 7
9 10 14 15-17 Стандартные типоразмеры модели, тыс. BTU
5 7
9 12 18 24 30 36 48 60 Площадь помещения в усредненном случае, которое может обслужить кондиционер, м 16 20 26 35 52 70 80 Оконные кондиционеры
Мобильные кондиционеры и
218 сплит-системы Настенные кондиционеры
Кассетные кондиционеры
Канальные кондиционеры
Колонные кондиционеры
Напольно- потолочные кондиционеры
Сточки зрения потребительских возможностей, разница между кондиционерами различных производителей практически отсутствует, и они характеризуются следующими основными режимами и функциями
− охлаждение и обогрев
− вентиляция – используется для равномерного распределения воздуха по помещению
− автоматический режим для поддержания комфортной температуры
− осушение – уменьшает влажность воздуха
− очистка воздуха – перед теплообменником внутреннего блока устанавливают один или несколько фильтров
− системы защиты кондиционера – рестарт, контроль за фильтрами, утечки фреона, автоматическая разморозка, защита потоку и от низких температур.
8.7 Проект системы кондиционирования Если для установки простейшей климатической системы в квартиру обычно не требуется особых расчетов, то оснащение системой кондиционирования воздуха многочисленных офисных или промышленных помещений невозможно без предварительно составленного проекта кондиционирования. Особенности такого проектирования определяются следующими параметрами климатические условия параметры помещений их конфигурация назначение помещений особенности расположения воздухопроводов для канальных сплит-систем; индивидуальные потребности. Любой из проектов кондиционирования наделен уникальными чертами с учетом всех рассматриваемых аспектов. Обычно он включает
219 не только план размещения климатического оборудования, но и перечень всех деталей и узлов системы климат-контроля. Если система кондиционирования воздуха предназначена для жилых помещений, то ее основная задача – создание комфортного микроклимата для человека. Для промышленного цеха или научной лаборатории более эффективно прецизионное кондиционирование. Кроме оптимизации условий для здоровья людей, системы промышленного кондиционирования воздуха должны создавать наиболее благоприятные атмосферные режимы для работы оборудования и обеспечивать качественную очистку воздуха. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ
9.1 Общие сведения о видах топлива и его свойствах
опливо – горючие вещества, основной частью которых является углерод, применяемые с целью получения тепловой энергии, выделяемой при их сжигании. Классификация топлива в зависимости от агрегатного состояния и происхождения приведена в таблице 28. Таблица 28 – Классификация различных видов топлива Агрегатное состояние Происхождение естественное искусственное Твердое Дрова, торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы Древесный уголь, полукокс, кокс, термоантрацит, брикеты и др. Т
9
220 Жидкое Нефть Мазут, соляровое масло, дизельное и моторное топливо, керосин и др. Газообразное Газы природный и попутный Газы коксовый, доменный, сланцевый, генераторный и др. Топливо может быть природным (естественное) и искусственным, причем природное делится на органическое и неорганическое. В зависимости от характера использования топливо условно подразделяется на энергетическое и технологическое. Энергетическое топливо используется в теплоэнергетических установках для получения тепловой и электрической энергии, технологическое топливо – в плавильных и нагревательных печах, топках, сушилках и других установках, а также для химической переработки в различные искусственные виды топлива (кокс, полукокс, генераторный газ и др. С развитием атомной энергетики все более широко используется ядерное топливо,
238
U и Р. Ядра этих тяжелых элементов расщепляются под воздействием нейтронов и выделяют при этом значительную энергию в виде теплоты, используемой для производства пара в специальных устройствах – парогенераторах. Различают рабочий, сухой (без влаги) и горючий (включающий только горючие элементы) составы органического топлива (рисунок
68). Летучие вещества Кокс Водяной пар Горючие Горючий Негорючий
W
O+N
H С
S
к
S
с
A Органическая масса Горючая масса Сухое топливо Рабочее топливо Рисунок 68 – Общий химический состав твердого топлива Состав твердого и жидкого рабочих топлив характеризуется содержанием в нем отдельных химических элементов и веществ и указывается в весовых процентах по рабочей массе
С
р
+ Н
р
+ р + р +р + р + р 100 %,
(93) где С
р
, Н
р
, р, р, р, р, р – содержание соответственно
221 углерода, водорода, летучей серы, кислорода, азота, золы, влаги. Состав газообразного топлива обычно задается в объемных процентах. Ценность топлива определяется содержанием в нем горючих элементов, главным из которых являются углерод Си водород Н. Содержание углерода в каменных углях, %, достигает 40−70, мазуте – 84−87, антраците – до 90. Газообразное топливо (природный газ) почти целиком состоит из горючих компонентов метана СН
4
, углеводородов С
2
Н
6
, С
3
Н
8
, С
4
Н
10
, С
5
Н
12 этан, пропан, бутан и т.д). Важнейшей теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, те. количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м (при нормальных условиях) газообразного топлива. В большинстве практических случаев продукты сгорания топлива и содержащийся в них водяной пар уходят из установки с температурой, при которой парне конденсируется, и, следовательно, теплота его парообразования теряется. Поэтому различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания
р в
Q
называют количество выделившейся теплоты, включая теплоту, затраченную на испарение влаги топлива. Низшая теплота
сгорания
р н
Q
не учитывает теплоту парообразования. Поэтому в расчетах используется не высшая, а низшая теплота сгорания топлива. Она определяется экспериментально, приближенно рассчитывается по формулами приводится в справочниках. Например, теплота сгорания каменных углей составляет 18–30, бурых углей 7–18, мазута 39–40 МДж/кг, природного газа 33–42 МДж/м
3
Для сравнения различных видов топлива введено понятие "условное топливо, низшая теплота сгорания которого составляет
29300 кДж/кг или кДж/м
3
. В соответствии с этим каждому топливу свойствен свой тепловой эквивалент Э
т
= р
н
Q
/29300.
9.2 Системы теплоснабжения и потребление тепловой энергии Под теплоснабжением понимают систему обеспечения тепловой энергией зданий и сооружений. Она состоит из трех основных элементов источника теплоты (ТЭЦ или котельной, трубопроводов тепловых сетей) и потребителей теплоты (гражданские и
222 промышленные здания и сооружения, системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. По источнику приготовления теплоты системы теплоснабжения разделяются
– на централизованные, состоящей из одного или нескольких источников теплоты (ТЭЦ, ТЭС, АЭС, районные котельные, тепловых сетей и потребителей теплоты. Централизованные системы характеризуются пониженными удельными расходами топлива на выработку тепловой энергии, возможностью использования низкосортного топлива, улучшения санитарного состояния населенных мест, уменьшения степени загрязнения воздушного бассейна
– децентрализованные, состоящей из одного или нескольких источников теплоты (автономных, отдельно стоящих, встроенных, пристроенных, крышных котельных, от квартирных теплогенераторов) и потребителей теплоты [50]. Теплофикация, те. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Для централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива. При этом сначала теплота рабочего тела – водяного пара – используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшаяся теплота отработанного пара − для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепловая энергия высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а теплота низкого потенциала – для теплоснабжения. В этом состоит энергетический смысл комбинированной выработки теплоты и электроэнергии (рисунок
69).
223 К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. Рисунок 69 – Схема работы теплофикационной турбины
(http://manbw.ru/analitycs/steam-turbines.html) Пояснения к схеме работы теплофикационной турбины Перегретый (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Часть теплоты, полученной в котле, используется для подогрева сетевой воды. При раздельной их выработке электроэнергию получают на конденсационных станциях (КЭС), а тепловую – в котельных.
224 Характеристикой теплосиловых установок ТЭЦ, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию, служит коэффициент использования теплоты
q
= (э + q
2
) / q
1
,
(94) где э – работа цикла, используемая дополучения электрической энергии
q
2
– теплота, отпускаемая потребителю
q
1
– подведенная теплота от источника. Эффективность топлива, сжигаемого в паросиловой установке, можно повысить, если удаляемую теплоту использовать для отопления и горячего водоснабжения или для различных технологических процессов.
Породу теплоносителя различают паровые и водяные системы теплоснабжения. Паровые системы используются в основном на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная нагрузка. Водяные системы применяются для теплоснабжения сезонных потребителей, в том числе для горячего водоснабжения круглогодично.
Похарактеру тепловых нагрузок различают сезонных и постоянных потребителей К сезонным относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, тепловые нагрузки которых изменяются в соответствии с температурой наружного воздуха. Они имеют постоянную нагрузку в течение суток и переменную во времени года. К постоянным потребителям относятся производственные, а также системы горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Они характеризуются переменностью суточной нагрузки. Примерное разделение потребителей теплоты представлено на рисунке 70.
225 Рисунок 70 – Основные потребители тепловой энергии Все виды тепловых нагрузок в большей или меньшей степени изменяются как в течение суток, таки в течение года. Эти изменения обусловлены следующими факторами
– изменениями температуры наружного воздуха
– бытовыми и производственными режимами потребителей. Схема теплоснабжения должна соответствовать требованиям технических нормативных правовых актов (ТНПА) Республики
Беларусь в части показателей энергоэффективности и обеспечивать нормативный уровень потребления тепловой энергии зданиями и сооружениями, соблюдение требований экологии, безопасность эксплуатации [15, 16, 17, 21].
9.3 Классификация тепловых сетей Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельной к потребителям (к жилым домам, общественным зданиями промышленным предприятиям) по специальным трубопроводам, называемым тепловыми сетями Трасса тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах. Тепловые сети в целом, особенно магистральные, являются серьезными ответственным сооружением [16]. Их стоимость по сравнению с затратами на строительство ТЭЦ составляет значительную часть. Тепловые сети классифицируются [34]:
− на магистральные, прокладываемые от тепловой станции в
226 направлениях к районам населенного пункта, распределительные – внутри квартала, микрорайона, и ответвления к отдельным зданиям
− числу труб однотрубные, двухтрубные и четырехтрубные;
− способу обеспечения горячим водоснабжением закрытые и открытые
− способу прокладки надземные и подземные
− способу регулирования качественное, количественное и
качественно-количественное. Схемы тепловых сетей применяют, как правило, лучевые рисунок 71). Во избежание перерывов в снабжении теплом потребителя предусматривают соединение отдельных магистральных сетей между собой, а также устройство перемычек между ответвлениями. Радиус действия тепловых сетей во многих городах достигает значительной величины (15 км и более. В больших городах при наличии нескольких крупных источников теплоты сооружают более сложные тепловые сети по кольцевой схеме (рисунок 72). Рисунок 71– Схема лучевой тепловой сети
1 – лучевые магистрали
2 – потребители тепла
3 – перемычки
4 – котельная Рисунок 72 – Схема кольцевой тепловой сети
1 – кольцевая магистраль
2 – котельная 3 – потребители тепла,
4 – центральный тепловой пункт (ЦТП);
5 – промышленные предприятия
227 В зависимости от вида теплоносителя тепловые сети делятся на водяные и паровые. Водяные сети разделяются на закрытые и открытые. В закрытых сетях вся вода возвращается к источнику теплоснабжения, в открытых вода разбирается потребителями на горячее водоснабжение. Качество воды в открытой тепловой сети должно отвечать требованиям СанПиН 10-13 РБ 99 Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества [13]. Паровые сети устраивают преимущественно двухтрубными. Возврат конденсата осуществляется по отдельной трубе – конденсатопроводу. Пар от ТЭЦ по паропроводу со скоростью 40–50 мс и более идет к месту потребления. В тех случаях, когда пар используется в теплообменниках, конденсат его собирается в конденсационных баках, откуда насосами по конденсатопроводу возвращается к источнику теплоты.
9.4 Способы прокладки тепловых сетей Надземная прокладка труб (на отдельно стоящих мачтах или эстакадах, на кронштейнах, заделываемых в стены здания) применяется на территориях промышленных предприятий, при сооружении тепловых сетей вне черты города, при пересечении оврагов и т.д. Надземная прокладка тепловых сетей осуществляется в основном в пригородных застройках. Преобладающим способом прокладки труб тепловых сетей является подземная прокладка в проходных каналах и коллекторах совместно с другими коммуникациями, в полупроходных и непроходных каналах, бесканальная (в защитных оболочках различной формы и с засыпкой теплоизоляцией. Прокладка нескольких теплопроводов больших диаметров по техническому обоснованию производится в проходных каналах. Бесканальный способ прокладки тепловых сетей широко применяют в настоящее время при реконструкции старых и строительстве новых тепловых сетей с использованием
предызолированных труб.
228 Потери теплоты в системах централизованного теплоснабжения на пространстве СНГ достигают 20−40 % из-за высокой степени изношенности существующих на сегодня теплотрасс, которые превысили свой нормативный срок службы. Наиболее эффективным решением проблем является широкое внедрение в практику строительства тепловых сетей предварительно изолированных (ПИ) труб. Они представляют собой цельную, с улучшенными тепло- и гидроизоляционными свойствами конструкцию, состоящую из внутренней стальной или полимерной трубы, наружной полиэтиленовой или оцинкованной и заполняющим пространство между ними пенополиуретаном [7]. Сегодня во многих сферах топливно-энергетического комплекса
Беларуси от сетей теплоснабжения и систем подачи- транспортировки горячей воды до технологических трубопроводов) они вытесняют собой популярные в прошлом трубомагистрали с минеральной ватой в качестве теплоизоляционного материала.
ТКП 45-4.02-182−2009 (02250) Тепловые сети. Строительные нормы и правила устанавливает основные правила проектирования тепловых сетей в части их взаимодействия в едином технологическом процессе производства, распределения, транспортирования и потребления теплоты. Документ узаконил все наработки и нововведения, которые появились в отрасли за последние годы. Стандартный метод строительства теплотрассы – канальная прокладка. При использовании этого способа для строительства теплотрассы труба укладывается в предварительно установленный в земле железобетонный канал. Канал теплотрассы может быть лотковый или монолитный (рисунок 73, а. В настоящее время все чаще используется бесканальная прокладка трубопровода теплотрассы (теплосети. Этот способ не требует строительства железобетонного канала [15, 17]. В данном случае труба укладывается в траншею, выровненную песком. Этот метод возможен при использовании предызолированных труб, покрытых пенополиуретаном (ППУ) в ПЭ (полиэтиленовая оболочка) изоляции по ТКП (рисунок 73 , б) [6]. При бесканальной прокладке труб в ППУ изоляции необходимо грамотно произвести изоляцию стыков труб, желательно с использованием термоусаживающихся муфт, термоклея и жидких
229 компонентов ППУ. Также при необходимости следует установить все элементы системы оперативного дистанционного контроля
(СОДК) для отслеживания исправности трубопровода и контроля протечек. Трубы в ППУ изоляции существуют и для надземной прокладки и имеют оболочку изоляции из оцинкованной стали (рисунок 73, в. Для бесканальной прокладки кроме труб в ППУ изоляции применяют трубы типа Изопрофлекс, Касафлекс и др. (рисунок 73, г. При прокладке в непроходных каналах ПИ трубы укладывают на скользящие опоры, при этом расчет теплотрасс производится аналогично расчетам теплопроводов, изолированных минеральной ватой или другими теплоизоляционными материалами. При прокладке труб в траншее необходимо выдерживать минимальное расстояние между ними (рисунок 74) [47]. Прокладка ПИ труб осуществляется подготовленными специалистами с соблюдениями всех норм и рекомендаций, с полной герметизаций изоляционного слоя на стыках труби на присоединениях к фасонным изделиям. а) б) http://teplotehniku.ru/teplovie-seti/vidi- teplovich-setey.html http://www.stscom.ru/sts/product/?id_product=197 в) г)
230 http://dion-11.ru/teploseti
Рисунок 73 – Варианты различной прокладки теплопроводов
а – в железобетонном канале б, г – бесканальная в – надземная Рисунок 74 – Расположение труб в траншее
1 – ПИ труба 2 – песчаная подушка 3 – засыпка песком
4 − засыпка песчано-грунтовая; 5 – окружающий грунт Таблица 29 – Краткое описание предызолированных труб, используемых для прокладки тепловых сетей Изображение трубы Вид прокладки, максимальная рабочая температура и давление в сети
231 Трубы стальные (черные или оцинкованные, предварительно термоизолированные жестким пенополиуретаном (далее — ПИ трубы) в полиэтиленовой трубе-оболочке, оснащенные системой оперативного дистанционного контроля (далее — СОДК) Подземная. Т до 150 С р – до 1,6 МПа http://www.trubarm.com/trubippuiz Окончание таблицы 29 Изображение трубы Вид прокладки максимальная рабочая температура и давление в сети ПИ трубы в оцинкованной трубе-оболочке, оснащенные СОДК Надземная. Т до 150 С р – до 1,6 МПа Гибкие трубы из нержавеющей стали, предварительно термоизолированные пенополиуретаном в полиэтиленовой оболочке (далее – ГСИ трубы, оснащенные СОДК теплоизоляция из пенополиуретана сигнальный провод системы оперативного дистанционного контроля (ОДК)
стальная труба защитная оболочка из полиэтилена
232
1 – напорная гофрированная труба
2 – сигнальные проводники
3 – теплоизоляция из пенополиуретана;
4 – защитная гофрированная оболочка из полиэтилена
Подземная. Т до 120 –150 С р – до 1,0 МПа http://betp.by/index.php?menu=3&sub1=
29&lan=ru. БелЕвроТрубПласт
Гибкие полимерные трубы, предварительно термоизолированные пенополиуретаном в полиэтиленовой оболочке (далее — ГПИ трубы, без СОДК
1 – напорная труба из сшитого полиэтилена "ДЖИ-ПЕКС", армированная кевларовой нитью
2 – теплоизоляция
3 – защитная оболочка из полиэтилена
Подземная. Т до 95 С р – до 1,0 МПа http://betp.by/index.php?menu=3&sub1=
=29&lan=ru. БелЕвроТрубПласт Трубы ИЗОПРОФЛЕКС В качестве защитной наружной оболочки для подземной прокладки применяется полиэтиленовая труба, изготовленная из полиэтилена низкого давления (высокой плотности) плотностью не менее 944 кг/м
3
, с коэффициентом теплопроводности не более 0,3 Вт/(м°С); для воздушной надземной прокладки – оболочка из оцинкованной стали толщиной 0,55−1,0 мм поверх полиэтиленовой трубы, которая выполняет функцию гидрозащиты от грунтовых водили атмосферной влаги. Защитная оболочка позволяет исключить наружную коррозию трубопроводов. В качестве теплоизолирующего материала используется вспененный пенополиуретан (ППУ) плотностью не менее 60 кг/м
3
с коэффициентом теплопроводности 0,033 Вт/(м°С). ППУ изоляция на стальные трубы наносится в заводских условиях с
233 помощью специальных заливочных машин. Места стыков труб изолируются термоусаживающими манжетами с заливкой в них компонентов ППУ на месте монтажа [15]. ПИ теплопроводы оборудуются электронной системой аварийной сигнализации или системой оперативного дистанционного контроля
(СОДК), которая позволяет с точностью до 1 метра обнаруживать места с повышенной влажностью изоляции нарушение герметичности) и утечек теплоносителя и при необходимости принимать меры по своевременному устранению неисправностей и повреждений. ПИ трубы производятся диаметром от 25 до 1020 мм с полной комплектацией фасонными частями. Для удобства сварки стальных труби последующей герметизации гидрозащитной оболочки концы труб имеют неизолированные участки длиной 150 мм (до диаметра
219 мм) или 250 мм для остальных диаметров. При установке на предызолированных трубопроводах шаровых кранов устройство камер для их обслуживания не требуется. Управление шаровыми кранами (клапанами) осуществляется через коверы съемным механизмом (ключом. Производство ПИ труб обеспечивает надежное сцепление между наружной поверхностью металлической трубы с пенополиуретановой изоляцией и внутренней поверхностью наружной полиэтиленовой оболочки, которые при изменении температуры теплоносителя перемещаются совместно. При бесканальной прокладке теплотрассы значительная часть возникающих при этом усилий погашается за счет трения между наружной оболочкой трубы и грунтом.
9.5 Строительные работы, выполняемые при прокладке тепловых сетей При строительстве новых и реконструкции действующих тепловых сетей следует руководствоваться порядком, предусмотренным ТКП 45-4.02-89−2007, СНиП 3.01.01, СНиП
3.05.03 и СНиП 3.05.05 и требованиями других действующих технических нормативных правовых актов в области архитектуры и строительства. Монтаж тепловых сетей включает следующие основные этапы
− разбивку трассы
234
− транспортирование ПИ труби их хранение
− земляные работы
− раскладку ПИ труб
− сборку и сварку стальных труби деталей
− устройство неподвижных опор
− монтаж компенсационных устройств
− устройство соединительных швов
− монтаж запорной арматуры трубопровода
− монтаж СОДК;
− контроль качества выполненных работ
− предварительный нагрев трубопровода
− подачу теплоносителя, комплексное опробование и приемку сети. Строительные работы должны осуществляться в соответствии с технологическими картами с использованием типовой документации) на выполнение видов работ с включением схем операционного контроля качества, описанием методов производства работ, с указанием трудозатрат и потребности в материалах, машинах, оснастке, приспособлениях и средствах защиты работающих.
9.6 Присоединение потребителей к тепловым сетям Присоединение новых потребителей тепловой энергии к тепловым сетям энергоснабжающей организации, подключение реконструируемых и ранее отключенных объектов, теплопроводов и систем теплопотребления, изменение количества потребляемой тепловой энергии или параметров теплоносителей допускаются только с разрешения энергоснабжающей организации после выполнения технических условий и заключения договора на пользование тепловой энергией или внесения в него соответствующих изменений.
Энергоснабжающей организаций в Республике Беларусь является Министерство топлива и энергетики, имеющее на своем балансе источники теплоты и тепловые сети и осуществляющее снабжение потребителей тепловой энергией. К ним относятся юридические лица, теплоустановки и тепловые сети которых присоединены к системе теплоснабжения энергоснабжающей организации.
Теплоустановка – комплекс устройств, использующих тепловую
235 энергию для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических нужд. Все потребители тепловой энергии для коммерческих расчетов с энергоснабжающей организацией должны быть обеспечены приборами учета, установленными на узлах учета. Узел учета – комплект приборов и устройств, обеспечивающих учет тепловой энергии, контроль и регистрацию параметров теплоносителя. Коммерческий прибор учета тепловой энергии – прибор учета, на основании показаний которого определяется расход тепловой энергии абонентом, подлежащий оплате. Узлы учета тепловой энергии оборудуются приборами, зарегистрированными в Государственном реестре средств измерений Республики Беларусь, прошедшими метрологическую аттестацию и установленными в соответствии с требованиями Правил учета отпуска тепловой энергии и действующей нормативно-технической документацией. В 2012 году в Республике Беларусь принят нормативный документ в виде технического кодекса установившейся практики
ТКП 411−2012 (02230) Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. Он устанавливает правила учета и регистрации отпуска и потребления тепловой энергии и теплоносителя и распространяется на теплоисточники (ТЭЦ, котельные и др, энергоснабжающие организации, потребителей тепловой энергии и теплоносителя. Требования технического кодекса обязательны для применения организациями всех форм собственности и подчиненности, индивидуальными предпринимателями и физическими лицами при коммерческих расчетах за произведенную и потребленную тепловую энергию и теплоноситель независимо от установленной мощности теплоисточника и присоединенной тепловой нагрузки потребителя. Подключение к тепловым сетям энергоснабжающей организации потребителей, не имеющих приборов учета для расчетов за тепловую энергию, запрещается.
9.7 Регулирование расхода теплоты в системах отопления Отопление жилых зданий следует проектировать, обеспечивая регулирование и учет расхода теплоты на отопление каждой квартирой, группами помещений общественного и другого назначения,
236 расположенными в доме, а также зданием в целом. Для определения расхода теплоты каждой квартирой [41] (с учетом показаний общего счетчика) в жилых зданиях следует предусматривать
– установку счетчика расхода теплоты для каждой квартиры при устройстве поквартирных систем отопления с горизонтальной (лучевой) разводкой труб
– устройство поквартирного учета теплоты индикаторами расхода теплоты на каждом отопительном приборе в системе отопления с общими стояками для нескольких квартир, в том числе в системе поквартирного отопления
– установку общего счетчика расхода теплоты для здания в целом с организацией поквартирного учета теплоты пропорционально отапливаемой площади квартир или другим показателям. Одним из эффективных энергосберегающих мероприятий является регулирование температуры воды, подаваемой в системы отопления, в соответствии с температурой наружного воздуха. Выбор оптимального температурного графика водяной тепловой сети осуществляется при проектировании системы теплоснабжения на основании технико-экономических расчетов. Температура воды в системе отопления должна поддерживаться в зависимости от фактической температуры наружного воздуха по температурному графику, который разрабатывается специалистами- теплотехниками проектных и энергоснабжающих организаций по специальной методике для каждого источника теплоснабжения с учетом конкретных местных условий. Эти графики должны разрабатываться исходя из требования, чтобы в холодный период года в жилых комнатах поддерживалась оптимальная температура, равная 20–22 С. При расчетах графика учитываются потери теплоты (температуры воды) на участке от источника теплоснабжения до жилых домов. Температурные графики должны быть составлены как для теплосети на выходе из источника теплоснабжения (котельной, ТЭЦ, таки для трубопроводов после тепловых пунктов жилых домов (групп домов, те. непосредственно на входе в систему отопления дома.
237 Например, электронный регулятор расхода тепла «Рацион-
Комфорт» предназначен для автоматического регулирования расхода теплоты в системах отопления по заданному отопительному графику в зависимости от температуры н, автоматического поддержания температуры воды в системах горячего водоснабжения и температуры воздуха в системах вентиляции. Регулятор может работать автономно или в составе многоуровневых систем управления с использованием внутренней шины связи ECL485 (рисунок 75). Регулятор рассчитан на эксплуатацию в закрытых взрывобезопасных помещениях с температурой окружающей среды от +0 до +50 С, относительная влажность воздуха не должна превышать 80 % при температуре +35 С. Регулятор состоит из микропроцессорного блока управления производства фирмы «Danfoss» (Дания, датчиков температуры производства фирмы «Danfoss» (Дания) или НПО
«Энергоприбор» (РБ), а также одного или двух клапанов регулирующих седельных (У
15, 20, 25, 32, 40, 50, 80) производства ПО «Термоблок». В зависимости от количества автоматизируемых систем регулятор может быть одно- или двухконтурным. Рисунок 75 – Общий вид регулятора «Рацион-Комфорт» 2 для отопления и горячего водоснабжения (ТУ РБ 100897042.018-2000):
1 – блок управления регулятором 2 – клапан регулирующий седельный с электроприводом
3 – датчик температуры погружной; 4 – датчик температуры наружного воздуха
5 – гильза защитная
(http://stroyenergo.by/ru/regulyator-rashoda-tepla-ratsion-komfort-/obschaya- informatsiya.html) Строительный холдинг «Стройэнерго» ПО Термоблок»)
238 Маркировка регулятора зависит от его назначения, цифры «1» или
«2» указывают на количество контуров, буква Н − на наличие функции управления насосами, буквы О, Вили «ГВ» − на сокращенное название систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения для каждого контура. Регулятор должен иметь Сертификат соответствия Госстандарта
РБ и удостоверение о государственной гигиенической регистрации. Принцип работы регулятора для контура отопления заключается в следующем. Блок управления с помощью датчиков температуры определяет температуру теплоносителя, поступающего в систему отопления, и температуру наружного воздуха (рисунок 76).
-30 10
-20 20
-10 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,2
0,6
1,0
1,4
1,8
2,2
2,6 3,0
3,4
Тс.о., С
Тн.в., С
На основании выбранного графика зависимости температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления г, от температуры наружного воздуха н блок управления определяет требуемое значение температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления (рисунок 77). Блок управления 1 формирует управляющий сигнал на открытие регулирующего клапана М, когда значение температуры теплоносителя S3, поступающего в систему отопления, ниже Рисунок 76 – График зависимости температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, от температуры наружного воздуха г, С н, С
239 требуемого значения. Блок управления формирует управляющий сигнал на закрытие регулирующего клапана, когда значение температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, выше требуемого значения. Блок управления имеет возможность чередовать режимы поддержания комфортной и пониженной температуры теплоносителя в системе отопления по заранее установленной недельной программе. Рисунок 77 – Схема установки регулятора "Рацион – Комфорт" О для одной системы отопления с независимым присоединением к тепловой сети через пластинчатый теплообменник
1 – блок управления S1 и S2 – датчики температуры наружного и внутреннего воздуха соответственно S3 и S4 – датчики температуры горячего (для отопления) и охлажденного сетевого) теплоносителей соответственно М – регулирующий клапан Р – циркуляционный насос Принцип работы регулятора для системы вентиляции заключается в следующем. Блок управления с помощью датчика температуры определяет температуру воздуха в помещении или воздуховоде и сравнивает ее с заданным значением. Блок управления формирует управляющий сигнал на открытие регулирующего клапана, когда значение температуры воздуха ниже требуемого значения. Блок управления формирует управляющий сигнал на закрытие регулирующего клапана, когда значение температуры воздуха выше требуемого значения. Блок управления имеет возможность чередовать режимы поддержания комфортной и
"Рацион-Комфорт" 1. О
S2*
S1
М1
S3
S4
Р1
1
240 пониженной температуры воздуха в помещении по заранее установленной недельной программе.
9.8 Тепловой пункт системы водяного отопления Тепловой пункт согласно ТКП 45-4.02-183-2009 – это комплекс трубопроводов, запорной арматуры, оборудования и приборов, обеспечивающий присоединение систем теплопотребления к тепловым сетям. Наиболее популярной схемой присоединения систем отопления жилых зданий к тепловым сетям является схема через центральный тепловой пункт (ЦТП), который обслуживает группу жилых и общественных зданий. В последнее время получило распространение подсоединение жилых зданий к теплосетям через индивидуальный тепловой пункт
(ИТП) [31] для одного здания или его части. В ИТП вода на нужды отопления и горячего водоснабжения приготавливается в пластинчатых теплообменниках (рисунок 78), установленных непосредственно в здании. Теплообменники пластинчатые предназначены для осуществления процессов теплообмена в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, административных и промышленных зданий, а также могут быть использованы в различных технологических процессах [35, 36]. Теплообменники собираются из унифицированных узлов и деталей и по компоновке пластин (секций) могут быть следующих исполнений: х – одноходовой; х – двухходовой 3хЦ – трехходовой для ГВС с циркуляционной линией 2хБГВ – двухходовой для ГВС, подсоединенной к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме. Разрез ТО и ход теплоносителя
241 Рисунок 78 – Сборка пластинчатого теплообменника Блочные тепловые пункты
(БТП) предназначены для присоединения к тепловым сетям систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий различного назначения. БТП представляют собой комплекс, состоящий из оборудования, трубопроводов, контрольно-измерительных приборов, арматуры, средств автоматизации и электротехнических изделий. БТП поставляются в полностью законченном виде укрупненными монтажными узлами, которые могут быть собраны на месте монтажа в течение одной-двух рабочих смен (рисунок 79). Рисунок 79 – Общий вид блочного индивидуального теплового пункта
[http://stroyenergo.by/ru/blochnyie-teplovyie-punktyi/tehnicheskie- harakteristiki.html]. завод промстройиндустрия) В комплект поставки
БТП входит сопроводительная документация, необходимая для монтажа, наладки и сдачи теплового Отдельные пластины различной конфигурации Отдельные пластины различной конфигурации Пластинчатый теплообменник
242 пункта. Состав и функциональные возможности БТП:
− Узел учёта и регулирования тепловой энергии. Учитывает фактический расход теплоносителя и тепла, регулирует (снижает) расход теплоносителя в соответствии с заданной программой поддержания температуры в системах отопления и горячего водоснабжения или в обратном трубопроводе.
− Узел отопления. Регулирует расход тепловой энергии в соответствии с расчётными данными, учитывающими погодные условия, время суток, дни недели и др. Поддерживает нормальный режим отопления при недостаточной подаче теплоносителя от тепловой сети (малых перепадах давления и низких температурах.
− Узел горячего водоснабжения. Поддерживает температуру в системе горячего водоснабжения в соответствии с заданной (55−60 С. Работает с максимальным отбором тепловой энергии из тепловой сети.
− Узел вентиляции. Регулирует расход тепловой энергии в соответствии с погодными условиями и времени суток. Эффективность применения
− оптимизация теплопотребления в производственных, административных, общественных и жилых зданиях за счёт учёта фактической температуры наружного воздуха и пониженного режима отопления в ночное время
− автоматическое перекрытие подачи горячей воды и прекращение учёта расхода при возникновении аварийных ситуаций
− встроенный узел учёта и регулирования тепловой энергии. Методика и примеры теплотехнического расчета пластинчатых теплообменников, которые используются в блочном тепловом пункте, подробно описаны в [36]. Для обеспечения циркуляции воды в системах отопления и горячего водоснабжения в настоящее время используют циркуляционные насосы, которые при независимой системе теплоснабжения устанавливают на обратном трубопроводе перед теплообменником. Существует два типа циркуляционных насосов – насосы с сухим ротором и насосы с мокрым ротором. Насосы с сухим ротором представляют собой одноступенчатый насос с осевым расположением всасывающего и напорного
243 патрубков, которые можно монтировать вразрез трубы. Чаще всего они применяются в промышленных системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования и практически не используются в системах домов коттеджного типа. Отличаются повышенным уровнем шума. Имеют коэффициент полезного действия до 80 %. Насосы с мокрым ротором применяются как в промышленных системах отопления и горячего водоснабжения, таки в системах домов коттеджного типа. У насосов с мокрым ротором ротор погружен в перекачиваемую жидкость, этой жидкостью смазываются подшипники скольжения и отводится тепло от двигателя. Поэтому электродвигатель такого насоса не имеет вентилятора, что в совокупности с конструкцией насоса значительно уменьшает уровень шума. Их КПД достигает только 50−60 %. Согласно принятому в Европейском союзе постановлению к 2013 году все используемые циркуляционные насосы по шкале энергоэффективности должны соответствовать классу А – наивысшему классу энергосбережения. Смесительные насосы для системы отопления устанавливаются а) на перемычке между подающими обратным трубопроводами при располагаемом напоре перед узлом смешения, достаточным для преодоления гидравлического сопротивления СО и тепловых сетей после ЦТП, и при давлении в обратном трубопроводе тепловой сети после теплового пункта не менее чем на 0,05 МПа выше статического давления в СО б) обратном трубопроводе перед узлом смешения для понижения давления в обратном трубопроводе в) подающем трубопроводе для повышения давления в системе отопления.
Грязевики в тепловых пунктах следует предусматривать на подающем трубопроводе при вводе в тепловой пункт непосредственно после первой запорной арматуры и на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами, насосами, приборами учета расхода воды. Средства автоматизации и контроля должны обеспечивать работу тепловых пунктов без постоянного обслуживающего персонала и выполнять следующие функции
− поддерживать заданную температуру воды, поступающую в
244 систему отопления и систему горячего водоснабжения
− регулировать подачу теплоты в систему отопления в зависимости от изменения параметров наружного воздуха с целью поддержания заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях
− поддерживать требуемый перепад давлений воды в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей на вводе ЦТП и ИТП при превышении фактического перепада давлений над требуемым более чем на 200 кПа;
− поддерживать минимальное заданное давление в обратном трубопроводе системы отопления при возможном снижении давления
− включать и выключать подпиточные устройства для поддержания статического давления в системах теплопотребления при их независимом присоединении
− защищать систему отопления от опорожнения. Системы централизованного теплоснабжения от ТЭЦ в крупных городах в некоторых случаях стали нецелесообразными большая протяженность сетей приводит к значительным потерям теплоты, увеличению расхода на транспортировку теплоносителя, запаздываниям по температурному графику (теплоноситель доходит к потребителю через несколько часов после приготовления, аза это время может значительно измениться температура наружного воздуха. Кроме того, крупные ТЭЦ своими выбросами ухудшают экологию районов, в которых они расположены. Теплосети требуют проведения плановых ремонтов. При проектировании нового строительства следует также учитывать, что в некоторых случаях прокладка теплосети с устройством прокола под транспортной магистралью может стоить дороже строительства индивидуальной (автономной) котельной, предназначенной для теплоснабжения одного здания или сооружения. Поэтому в последние годы все чаще строят индивидуальные крышные котельные, располагаемые на покрытии здания непосредственно, на специально устроенном основании на покрытии или в верхнем техническом этаже (чердачном помещении) строящегося здания с легким малошумным полностью автоматизированным экологическим оборудованием. Они, в отличие от индивидуальных котельных, расположенных в подвалах, не
245 нуждаются в высоких трубах, уродующих архитектурный облик города. Крышные котельные установки предназначены для выработки горячей воды, используемой в качестве теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения отдельных жилых домов, административных и промышленных зданий. Котельная работает без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Тепловая мощность котельной не должна превышать потребности в теплоте того здания, для теплоснабжения которого она предназначена. Проектирование и строительство здания и котельной одностадийное. Все технологическое оборудование монтируется на раме. Вспомогательное оборудование установлено в подвальном помещении. Котельная укомплектована коммерческими узлами учета электроэнергии, газа, холодной и горячей воды, вырабатываемого тепла, в ней предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которого осуществляется
− изменение и контроль параметров теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения
− регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты
− отключение систем потребления теплоты
− защита местных систем при аварийном повышении параметров теплоносителя
− соблюдение норм пожарной безопасности Республики Беларусь при устройстве крышных котельных (НПБ РБ 2-97).
9.9 Схемы присоединения систем водяного отопления к сетям централизованного теплоснабжения Система теплопотребления представляет собой комплекс теплоиспользующих установок с подводящими от индивидуальных тепловых пунктов трубопроводами системы отопления, теплоснабжения, установок систем вентиляции и кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения и теплоиспользующих технологических потребителей.
Существует несколько распространенных схем присоединения
246 систем теплопотребления к тепловым сетям
− зависимая − теплоноситель из тепловой сети поступает непосредственно в систему теплопотребления;
− независимая схема присоединения системы отопления или теплоснабжения установок систем вентиляции и кондиционирования воздуха к тепловой сети через поверхностный подогреватель, при которой давление в системе обеспечивается подпиточным устройством, а циркуляция теплоносителя осуществляется циркуляционным насосом
− закрытаяводяная система теплоснабжения вода, циркулирующая в тепловой сети, не отбирается из системы потребителями теплоты
− открытая водяная система теплоснабжения − вода, циркулирующая в тепловой сети, отбирается из системы потребителями теплоты на цели горячего водоснабжения или технологические цели. Следует правильно выбирать вид присоединения систем отопления к тепловой сети, чтобы обеспечить надежную их работу
(http://santechnik.org.ua/stati/otoplenie/prisoedinenie-sis-otopleniya-k-teploseti). Независимая схема присоединения систем отопления (рисунок 80) применяется в следующих случаях
– для подключения высоких зданий (более 12 этажей, когда давления в тепловой сети недостаточно для заполнения отопительных приборов на верхних этажах
– для зданий, требующих повышенной надежности работы систем отопления (музеи, архивы, библиотеки, больницы
– для зданий, имеющих помещения, куда нежелателен доступ постороннего обслуживающего персонала
– если давление в обратном трубопроводе тепловой сети выше допустимого давления для систем отопления (больше 0,6 МПа.
247 Рисунок 80 – Независимая схема присоединения систем отопления к тепловым сетям
РС – расширительный сосуд, РД – регулятор давления, РТ – регулятор температуры ОК – обратный клапан Сетевая вода из подающей линии поступает в теплообменники нагревает воду местной отопительной системы. Циркуляция в системе отопления осуществляется циркуляционным насосом, который обеспечивает постоянный расход воды через нагревательные приборы. Система отопления может иметь расширительный сосуд, в котором содержится запас воды для восполнения утечек из системы. Он обычно устанавливается в верхней точке и подключается к обратной линии на всасывающей линии циркуляционного насоса. При нормальной работе системы отопления утечки незначительны, что дает возможность заполнять расширительный бак разв неделю. Подпитка производится из обратной линии по перемычке, выполняемой для надежности с двумя кранами и сливом между ними, или с помощью подпиточного насоса, если давления в обратной линии недостаточно для заполнения расширительного сосуда. Расходомер на линии подпитки позволяет учитывать водоразбор из тепловой сети и правильно производить оплату. Наличие подогревателя позволяет осуществлять наиболее рациональный режим регулирования. Это особенно эффективно при плюсовых температурах наружного воздуха и при центральном качественном регулировании в зоне излома температурного графика см. рисунок 76). Зависимые схемы присоединения систем отопления работают под давлением, близким к давлению в обратном трубопроводе тепловой сети. Циркуляция обеспечивается за счет перепада давлений в подающем и обратном трубопроводах. Этот перепад р должен быть достаточен для преодоления сопротивления системы отопления и теплового узла. Если давление в подающем трубопроводе превышает необходимое, то оно должно быть снижено регулятором давления или дроссельной шайбой. Достоинства зависимых схем по сравнению с независимыми
− проще и дешевле оборудование абонентского ввода
− может быть получен больший перепад температур в системе отопления
248
− сокращен расход теплоносителя
− меньше диаметры трубопроводов
− снижаются эксплуатационные расходы. Недостатки зависимых схем
− жесткая гидравлическая связь тепловой сети и систем отопления и, как следствие, пониженная надежность
− повышенная сложность эксплуатации. Различают следующие схемы зависимого подключения
− непосредственного присоединения
− с элеватором
− с насосом на перемычке
− с насосом на обратной линии
− с насосом на подающей линии
− с насосом и элеватором. Схема непосредственного присоединения систем отопления рисунок 81) является простейшей и применяется, когда температура и давление теплоносителя совпадают с параметрами системы отопления. Для присоединения жилых зданий на абонентском вводе должна быть температура сетевой воды не более 95 С, для производственных зданий – не более 150 С. Эта схема может применяться для подключения промышленных зданий и жилого сектора к котельным с чугунными водогрейными котлами, работающими с максимальными температурами 95–105 С или после ЦТП. Рисунок 81 – Схема непосредственного присоединения СО к ТС Здания присоединяются непосредственно, без смешения. Достаточно иметь задвижки на подающем и обратном трубопроводах системы отопления и необходимые КИП. Давление в тепловой сети в точке
249 присоединения должно быть меньше допустимого. Наименьшей прочностью обладают чугунные радиаторы, для которых постоянное давление не должно превышать 0,6 МПа. Иногда устанавливают регуляторы расхода. Схема с элеватором (водоструйный насос) (рисунок 82) применяется, когда требуется снизить температуру теплоносителя для систем отопления по санитарно-гигиеническим показателям например, со 130 до 90 С. Кроме того, элеватор является побудителем циркуляции. По этой схеме присоединяется большинство жилых и общественных зданий. Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и, что особенно важно, высокая степень надежности элеватора. Рисунок 82 – Схема присоединения СО к ТС через элеватор РДДС – регулятор давления до себя СПТ – теплосчетчик, состоящий из расходомера, двух термометров сопротивления и электронного вычислительного блока Достоинства элеватора
− простота и надежность работы
− нет движущихся частей
− не требуется постоянное наблюдение
− производительность легко регулируется подбором диаметра сменного сопла
− большой срок службы
− постоянный коэффициент смешения при колебаниях перепада давления в тепловой сети (в определенных пределах
− вследствие большого сопротивления элеватора повышается гидравлическая устойчивость тепловой сети.
СПТ Из тепловой сети В тепловую сеть
250 Недостатки элеватора
− низкий КПД, равный 0,25−0,3, поэтому для создания перепада давления в системе отопления надо иметь до элеватора располагаемый напор враз больший
− постоянство коэффициента смешения элеватора, что приводит к перегреву помещений в теплый период отопительного сезона, так как нельзя изменить соотношение между количеством сетевой воды и подмешиваемой
− зависимость давлений в системе отопления от давлений в тепловой сети
− при аварийном отключении тепловой сети прекращается циркуляция воды в отопительной установке, в результате чего создается опасность замерзания воды в системе отопления. Принцип действия элеватора заключается в следующем перегретая вода из подающей магистрали поступает в конусное съемное сопло, где скорость движения воды резко возрастает, в результате чего струя воды, выходящая из сопла в камеру смешивания, подсасывает охлажденную воду из обратного трубопровода через перемычку во внутреннюю полость элеватора рисунок 83). При этом в элеваторе происходит смешение перегретой и охлажденной воды, поступающей из системы отопления. Таким образом, вода требуемой температуры поступает в нагревательные приборы системы отопления. Чтобы защитить элеватор от попадания крупных частиц в конус, что может частично или полностью прекратить его работу, перед элеватором обязательно устанавливают грязевик.
251 Рисунок 83 – Принцип действия элеватора
1 – сопло 2 – камера всасывания 3 – камера смешения 4 – диффузор
(http://santechnik.org.ua/stati/otoplenie/elevatornij-uzel ) Сетевая вода поступает в суживающееся сопло и на выходе приобретает значительную скорость благодаря срабатыванию перепада давления в сопле от Р до Р. В результате давление в камере всасывания становится ниже Р, и рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передавая им часть своей энергии. Таким образом, происходит подсос воды из обратной линии. В камере смешения скорость потока выравнивается с некоторым возрастанием давления к концу камеры (примем это давление условно постоянным из-за незначительности его повышения. В диффузоре поток тормозится, скорость снижается, а давление возрастает до Р
3
Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения (эжекции) – отношение количества эжектируемой воды к количеству воды, поступающей из тепловой сети G
1
:
U = G
2
/ G
1
. (95) Чаще применяется другое соотношение, выводимое из уравнения теплового баланса элеватора
G
1
c
1
t
1
+ G
2
c
2
t
2
= G
3
c
3
t
3
(96) При условии, что G
3
= G
2
+ G
1
,
U = (t
1
– t
3
) / (t
3
– t
2
).
(97) Если тепловая сеть работает по графику 150–70 С, а система отопления по графику 95–70 Сто коэффициент смешения элеватора должен быть
U = (150 – 95)/(95 – 70) = 2,2. (98) Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной сетевой воды должно приходиться при смешении 2,2 массы охлажденной обратной воды после системы отопления. Схемы с элеватором уже не в полной мере отвечают возросшим условиям надежности, качества и повышения экономичности систем теплоснабжения в целом. Кроме того, ограничивается возможность
252 автоматического регулирования систем отопления. Однако в настоящее время стали широко применяться элеваторы с регулируемым соплом (рисунок 84), у которых коэффициент смешения может меняться в диапазоне от 2 до 5. Их применение позволяет в общественных и производственных зданиях понижать температуру в отапливаемых помещениях в ночное время ив выходные дни, что может обеспечить до 20−25 % экономии расходов тепловой энергии на отопление. Регулирующий элеватор может быть установлен при реконструкции местных и центральных тепловых пунктов в системах теплоснабжения. Он осуществляет качественно-количественное регулирование смешения теплоносителя с регулируемым расходом рабочего потока и коэффициентом рабочего сопла. Рисунок 84 – Установка регулирующего гидроэлеватора в систему
(http://br-gomel.by/index.php/regulating-armature/el/179-rg-xxx ) Если для надежной работы элеватора перепад давлений между подающей и обратной линиями на абонентском вводе недостаточен, то применяют смесительные насосы. Они снизят температуру воды, подаваемой в систему отопления, и обеспечат циркуляцию. Схема с циркуляционным насосом на перемычке (рисунок 85) применяется при недостаточном перепаде давлений на абонентском вводе, а также в том случае, когда требуемая мощность теплового узла велика (более 0,8 МВт) и выходит за пределы мощности выпускаемых
253 элеваторов. При аварийном отключении тепловой сети насос осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке, что предотвращает ее размораживание в течение относительно длительного периода (8 – 12 ч. Рисунок 85 – Схема присоединения СО к ТС с насосом на перемычке Такая схема установки насоса обеспечивает наименьший расход электроэнергии на перекачку, так как насос подбирается по расходу подмешиваемой воды. Замена элеваторов насосами является прогрессивным решением, потому что позволяет примерно на 10 % снизить расход сетевой воды и уменьшить диаметр трубопроводов. Применяется для ЦТП. Схема с насосом на подающей линии (рисунок 86) применяется при недостаточном давлении в подающей магистрали (в зданиях повышенной этажности. Рисунок 86 – Схема присоединения СО к ТС с насосом на подающей линии Расчетный напор насоса должен соответствовать недостающему Из тепловой сети В тепловую сеть В систему отопления Из системы отопления
ДК
ОК
РД Из тепловой сети В тепловую сеть В систему отопления Из системы отопления
254 напору, а производительность выбирается равной полному расходу воды в отопительной установке. При нестабильном гидравлическом режиме тепловой сети обратный клапан на подающей линии заменяют регулятором давления после себя (РДПС), на который подается импульс приостановке подкачивающих насосов. Схема с насосом на обратной линии (рисунок 87) применяется при недопустимо высоком давлении в обратной линии. Насосы работают в режиме «подмешивание-подкачка», при этом снижается давление в обратной линии и увеличивается перепад между подающими обратным трубопроводами. Регулятор подпора на обратной линии необходим при статическом режиме, когда насосы работают в качестве циркуляционных. В этом случае регуляторы давления на подающей и обратной линиях принудительно закрываются, и происходит отсечка абонентского ввода от тепловой сети. Для регулирования сниженного давления в обратной линии на перемычке устанавливается дроссельный регулировочный клапан
(ДК), с помощью которого регулируется коэффициент подмешивания. Рисунок 87 – Схема присоединения СО к ТС с насосом на обратной линии При использовании насосного смешения на тепловых пунктах наряду с рабочим насосом необходимо устанавливать резервный. Кроме того, требуется повышенная надежность в электроснабжении, так как отключение насоса приводит к поступлению перегретой воды из тепловой сети в местную отопительную систему, что может привести к ее повреждению. В случае аварии в тепловой сети, чтобы сохранить воду в местной Из тепловой сети В тепловую сеть В систему отопления Из системы отопления
255 системе отопления, дополнительно устанавливаются обратный клапан на подающей линии и регулятор давления на обратном трубопроводе. Схемы с насосом и элеватором. Отмеченные недостатки устраняются в схемах с элеватором и центробежным насосом. В этом случае выход из строя центробежного насоса приводит к снижению коэффициента смешения элеватора, ноне снизит его до нуля, как при чисто насосном смешении. Эти схемы применимы, если разность напоров перед элеватором не может обеспечить необходимого коэффициента смешения, те. она меньшем вод. ст, но большем вод. ст. В действующих тепловых сетях такие зоны обширны. Схемы позволяют вести ступенчатое температурное регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха. Установка центробежного насоса с нормально работающим элеватором при включении насоса позволяет увеличить коэффициент смешения и снизить температуру воды, подаваемой в систему отопления.
256 Возможны 3 схемы включения насоса по отношению к элеватору Схема Описание Схема 1 Схема 1 применяется, если потери напора в остановленном насосе невелики и не могут заметно снизить коэффициент смешения элеватора Схема 2 Если это условие не выполняется, применяют схему 2 Схема 3 При малых перепадах давления необходимо прикрывать задвижку 1 в схеме 3
9.10 Теплоснабжение строительных площадок Временное теплоснабжение на строительной площадке осуществляется в следующих целях обеспечение тепловой энергией технологических процессов (подогрев воды и заполнителей на бетонно-растворных узлах, отопление тепляков, прогрев бетона, оттаивание грунта и пр отопление и сушка строящихся объектов отопление, вентиляция и горячее водоснабжение временных санитарно-бытовых и административно-хозяйственных строений раздевалок, столовых, душевых и т.п.). Источниками временного теплоснабжения строительной площадки могут быть существующие или проектируемые теплосети, калориферы и воздухонагреватели различных типов и мощностей,
ТЭНы, газобаллонные установки, передвижные теплогенераторы, мобильные котельные (рисунок 88). Системы временного теплоснабжения, как правило, рассчитаны только на период строительства и подлежат демонтажу по окончании строительства.
257 Определение потребителей и их потребностей Расчет потребности в теплоте инвентарных и постоянных зданий Расчет потребности в теплоте технологических процессов Выбор теплоносителя (вода, пар, воздух) Выбор источников теплоснабжения существующие или проектируемые теплосети, калориферы и воздухонагреватели, ТЭНы, газобаллонные установки и др) Составление рабочей схемы теплоснабжения строительной площадки Рисунок 88 – Блок-схема теплоснабжения строительной площадки Проектирование временного теплоснабжения выполняют в следующем порядке
− рассчитывают потребность в тепловой энергии по отдельным потребителями суммарный расход по объекту в целом
− определяют источники снабжения теплотой и подсчитывают потребность в топливе
− рассчитывают и проектируют трассы теплопроводов
− подбирают локальные агрегаты и приборы для отопления, сушки, подогрева, подачи пара и т.п. Уточнение и детализацию проекта производят при разработке
ППР. Потребность теплоты для технологических процессов определяется теплотехническим расчетом или берется из справочников. Общая потребность в тепле определяется как сумма теплопотребностей на производственные и технологические нужды. Расчет потребности в тепловой энергии на технологические нужды для выполнения работ в зимних условиях производят по действующим нормам принятой технологии производства работ. Общую потребность в теплоте Q
общ
(Вт) определяют
258 суммированием расхода по отдельным потребителям с введением повышающих коэффициентов k
1
– на неучтенные расходы теплоты и
k
2
– потери (ориентировочно принимают k
2
= 1,15):
общ = (от + техн + суш k
1
k
2
, (100) где от – количество тепла на отопление зданий и тепляков
техн – тоже на технологические нужды
суш – тоже на сушку зданий. Объемы работ подбирают по рабочей документации. Обеспечение производственных предприятий рассчитывают с учетом их эксплуатационной характеристики интенсивности работы. Расход теплоты для отопления зданий от (Вт) рассчитывают в ППР. Определение количества теплоты и воздуха для зданий требует специальных расчетов, учитывающих необходимое количество теплоты для испарения влаги из материалов и нагревания подаваемого в помещение воздуха. Температуру воздуха внутри здания следует принимать в соответствии с СНБ. Определение вида теплоносителя вода, пар, воздух) производится в зависимости от наличия постоянных теплопроводов, производственной необходимости и затратна эксплуатацию источников. В городских условиях, как правило, оптимальным вариантом подачи тепловой энергии является использования наружных сетей постоянных теплотрасс. Если они неготовы, следует использовать временные теплосети. Расчет диаметров трубопроводов производят на период максимальной подачи теплоты. Временные теплосети выполняют, как правило, тупиковыми, реже по кольцевой схеме, бесканально в траншеях с засыпкой изоляцией из шлака, керамзитогравия и т.п. или с применением скорлупной изоляции. В этом случае ставится блочный автоматизированный тепловой пункт (БАТП), который временно снабжает теплотой и горячей водой строящееся здание (рисунок 89). БАТП обеспечивает учет потреблений тепловой энергии, качественную регулировку теплоносителя даже в том случае, если используются тепловые пушки, а при их отключении нет завышения температуры обратной воды.
259 Рисунок 89 – Схема временного обеспечения вновь строящегося здания от теплотрассы с использованием БАТП При отсутствии такой возможности рекомендуется применять различные инвентарные котельные, котлы и электробойлерные. Для сушки помещений могут быть использованы газовые горелки инфракрасного излучения, воздушно-отопительные агрегаты.
9.11 Нетрадиционные способы теплоснабжения жилых зданий Основным путем экономии энергии в строительстве является возведение зданий с эффективным использованием энергии, в котором предусмотрены оптимальные на перспективу инженерные методы и средства по эффективному использованию и экономии энергии, применению нетрадиционных теплоисточников. Для рационального использования энергии при положительной технико-экономической оценке предлагаются проектировать системы отопления зданий с применением низкотемпературного, солнечного, геотермального источников, а также сбросной теплоты
[22]. Наиболее актуальны такие системы теплоснабжения для усадебных жилых домов [11]. Источником теплоты для тепловых насосов является окружающая среда, энергетический уровень которой различен в зависимости от места расположения объекта и времени суток и года. Так, температура грунта в течение года постоянна и имеет значение около
10 Св качестве возможного источника энергии можно использовать грунтовые воды, температура которых не ниже 8 С. Поэтому низкотемпературные системы отопления являются
260 особенно подходящими объектами для использования тепловой насосной установки. Воздушный тепловой насос представляет собой устройство, отвечающее за поглощение низкопотенциальной теплоты окружающего воздуха и её дальнейшую передачу в систему теплоснабжения в виде нагретого воздуха или воды (рисунок 90). Рисунок 90 – Схема работы воздушного теплового насоса
(http://www.ecogroup.com.ua/spravochnik/vse-o-teplovykh-nasosakh/vozdushnyi- teplovoi-nasos) Эффективность работы тепловых насосов увеличивается с понижением температуры воды в подающем трубопроводе, поэтому наиболее приемлемыми для них являются низкотемпературные системы теплоснабжения, в том числе системы подогрева пола. Тепловые насосы различаются, главным образом, по среде, с которой осуществляется теплообмен воздух, вода, грунт. Например, в ТКП 45-4.02-74-2007 приведены такие схемы [14]:
− "грунт−вода" с теплообменником в земле в виде скважины
− "вода−вода" с подъемными приемным колодцами
− "воздух−воздух" с теплообменником-воздухоохладителем. В системах солнечного отопления используется гелиосистема, которая позволяет улавливать солнечную радиацию и
261 преобразовывать ее в тепловую энергию (рисунок 91). Рисунок 91 – Комбинированная система теплоснабжения 1 – солнечный коллектор 2 – рабочая станция (циркуляционный насос, индикатор давления, защитный клапан, измеритель потока и пр 3 – бак-аккумулятор; 4 – контроллер управления системой водонагревания и отопления 5 – расширительный бак
6 – отопительный котел 7 − тепловой насос (воздух−вода)
(http://termostar.ru/pages/view_page/53 ) В качестве теплоисточника низкотемпературных систем отопления может использоваться теплота подземных нагретых вод. Такое отопления называют геотермальным. Однако в Беларуси из-за отсутствия геотермальных источников такой вид отопления не находит применения. Системы отопления с использованием природных и вторичных энергоресурсов например, сбросной теплоты) требуют капитальных вложений и оригинальных решений по утилизации теплоты, отводимой в настоящее время в атмосферу или водоемы от различных технологических установок. Использование этого колоссального количества теплоты экономически выгодно, так как затраты на утилизацию значительно меньше, чем на выработку такого же количества теплоты.
262
9.12 Энергосбережение в теплоснабжении зданий и сооружений Значительные затраты на эксплуатацию современных систем отопления, вентиляции и кондиционирования заставляют искать новые пути экономии средств и совершенствования процессов производства, передачи и потребления тепловой энергии в зданиях. Так, энергосбережение в тепловых сетях касается вопросов повышения качества воды для систем теплоснабжения, использования современных теплообменников на тепловых пунктах, установки приборов расхода воды и учета теплоты, применения современных технологий тепловой изоляции, замены элеваторных узлов на смесительные установки сдатчиками температуры и расхода. В настоящее время следует экономически обосновать и договориться между производителями и потребителями тепловой энергии, администрациями и предприятиями о том, при какой тепловой мощности потребителей экономичнее применять централизованную или децентрализованную систему теплоснабжения. Энергосбережение в зданиях и сооружениях включает в себя различные устройства вентилируемых наружных стен, вентилируемых окон, трехслойного или теплоотражающего (в инфракрасном излучении) остекления, дополнительного утепления наружных ограждений, теплоизоляции стен за отопительным прибором, застекленных лоджий. Кроме того, для энергосбережения в зданиях и сооружениях возможно применение воздушного отопления от гелиоустановок, а также с использованием теплонасосных установок и энергии низкого потенциала (конденсата, воды, воздуха. В промышленных зданиях и сооружениях в дополнении к этому возможно применение газовых инфракрасных излучателей, периодического режима отопления, локального обогрева рабочих площадок теплотой рециркуляционного воздуха из верхней зоны помещения, прямого испарительного охлаждения воздуха, вращающихся регенеративных воздуховоздушных утилизаторов теплоты (рекуператоров. Энергосбережение за счет использования альтернативных нетрадиционных и возобновляемых) источников энергии опирается
263 на применение солнечных коллекторов и электростанций, тепловых насосов, гелиоустановок, фотоэлектрических и ветроэнергетических установок. Энергосбережение за счет использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) включает утилизацию теплоты уходящих топочных газов и воздуха, установку контактных теплообменников, использование холодильных установок в качестве нагревателей воды, использование теплоты сепараторов пара и пара вторичного вскипания конденсата, рециркуляцию сушильного агента. Также немаловажную роль в энергосбережении играет нормирование расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) – это установление плановой нормы их рационального потребления. Основная задача нормирования – это разработка и применение в планировании, производстве и эксплуатации технически и экономически обоснованных и прогрессивных норм расхода в целях осуществления режима экономии ТЭР, оптимального распределения и наиболее эффективного их использования. Прогрессивность и экономичность норм расхода ТЭР заключается в обязательном учете планируемых энергосберегающих мероприятий на основе внедрения новых технологий, материалов и оборудования, создания оптимальных режимов потребления ТЭР за счет автоматизации технологических процессов, модернизации систем выработки, транспорта и потребления ТЭР. Под нормой расхода тепловой энергии или топлива понимается их максимально-допустимое количество, расходуемое за определенный период (месяц, квартал, сезон, годна принятую единицу измерения на отдельные виды потребления технически исправными системами, устройствами и оборудованием, эксплуатируемыми с соблюдением действующих правили инструкций, обеспечением нормативных режимов работы, параметров теплоносителей и воздуха в помещениях. Нормирование расхода тепловой энергии и топлива производится применительно к наиболее распространенным конструкциям зданий и сооружений наследующие направления отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилищного фонда. Разработка технически обоснованных норм расхода должна производиться в соответствии с требованиями Положения о нормировании расхода топлива, тепловой и электрической энергии в Республике Беларусь. Корректировка норм не допускается, если перерасход ТЭР
264 обусловлен нарушением правил эксплуатации и неисправностью оборудования.
265 ГАЗОСНАБЖЕНИЕ Свойства газа
риродные газы, добываемые из недр земли, представляют собой смесь, состоящую из горючих газов, балластных газов и примесей. Горючие газы состоят из метана (СН
4
), предельных (С
n
Н
2n+2
) и непредельных (С
n
Н
2n
) углеводородов. В сумме предельные и непредельные углеводороды называются тяжелыми углеводородами. Водород (Ни оксид углерода (СО) в природных газах отсутствуют. Балластные газы состоят из азота N
2
, углекислого газа СО и кислорода О
2
.Примеси, входящие в состав природных газов, состоят в основном из водяных паров (НО, сероводорода (Ни пыли. Природные газы лишены цвета, запаха, вкуса. Горючий газ в своем составе имеет горючие и негорючие вещества. Углекислый газ, кислород, азот и водяной пар относят к негорючим газам, а углеводороды, водород, сероводород – к горючим. При добыче газа из него извлекают токсичный газ – сероводород с концентрацией не более 0,02 г/м
3
Горючие газы, которые используются в качестве топлива, имеют ряд показателей, к которым можно отнести состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и давление при взрыве. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, поэтому его свойства практически полностью определяют свойства природных газов. Метан – бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. Высшая теплота сгорания метана в = 39,8 МДж/м
3
, низшая – н = = 35,8 МДж/м
3
. Плотность природного газа полностью зависит от его состава и находится в пределах от 0,73 до 0,85 кг/м
3
По сравнению с твердыми жидким топливом природный газ выигрывает благодаря своим особенностям П
10
266
– легкий способ добывания и транспортировки, относительная дешевизна
– высокая теплота сгорания
– облегчаются условия автоматизации рабочих процессов
– не требуется подготовки топлива к сжиганию
– облегчается труд обслуживающих работников и улучшаются санитарно-гигиенические условия его работы
– отсутствие золы и выноса твердых частичек в атмосферу. Использование природного газа требует особой внимательности и осторожности по причине возможных утечек в местах присоединения арматуры и через неплотности в соединениях газопровода. Важно знать, что наличие в помещении более 20 % газа приводит к удушью, а при его скоплении в закрытом объеме от 5 до
15 % может вызвать взрыв газовоздушной смеси. Неполное сгорание газообразного топлива несет за собой образование токсичного угарного газа СО, который даже при небольших концентрациях приводит к удушению. Поэтому для своевременного обнаружения утечек газа ему искусственно придают специфический запах (одоризируют) путем ввода в него специальных компонентов (одоранты. Они должны отвечать ряду требованиям, среди которых резкий, специфический, стойкий, медленно исчезающий запах, физиологическая безвредность, отсутствие агрессии на металл и некоторые др. Указанным требованиям в большей степени удовлетворяют некоторые сернистые соединения этилмеркаптан, сульфан, метилмеркаптан и др. Например, этилмеркаптан – прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом и относительной плотностью
0,83 кг/м
3
Газ одоризируют на головных сооружениях на барботажных одоризационных установках по принципу насыщения отведенного потока газа парами одоранта в барботажной камере и затем смешения его с основным потоком в газопроводе.
10.2 Устройство газовых сетей Система газоснабжения природным газом включает в себя газовый промысел, магистральный газопровод (МГ, компрессорные станции
(КС), газораспределительные станции (ГРС) и газопроводы города
267 высокого давления (ГВД), среднего давления (ГСД) и низкого давления
(ГНД), а также газораспределительные пункты [18, 30, 48]. Газопровод – инженерное сооружение, предназначенное для доставки природного газа потребителям с помощью трубопроводного транспорта. Магистральные газопроводы предназначены для транспортировки газа на большие расстояния ив зависимости от рабочего давления делятся на два класса первый − при рот до 10 МПа, второй – от 1,2 до 2,5 МПа. Через определённые интервалы на магистрали установлены газокомпрессорные станции для преодоления трения и местных сопротивлений в газопроводе и поддержания давления в трубопроводе на заданном уровне. Для проведения ремонтных работ на магистральных газопроводах устанавливают запорную арматуру. На подходе к городу сооружают газораспределительные станции
(ГРС), из которых газ после замера его количества и снижения давления подается в распределительные сети города. ГРС – конечный участок магистрального газопровода и является границей между городскими и магистральными газопроводами. Газопроводы распределительных сетей предназначены для доставки газа от газораспределительных станций к конечному потребителю. В зависимости от рабочего давления транспортируемого газа используются газопроводы
− высокого давления I категории − 0,6 р 1,2 МПа
− высокого давления II категории − 0,3 р 0,6 МПа
− среднего давления − 0,005 МПа р 0,3 МПа
− низкого давления − р до 0,005 МПа включительно. Газопроводы низкого давления используются для газоснабжения жилых домов, общественных зданий и мелких коммунально-бытовых предприятий. Газопроводы среднего и высокого давления служат для снабжения газом средних промышленных предприятий, коммунально-бытовых предприятий (бани, механические прачечные, хлебозаводы и др. Газопроводы высокого давления I категории снабжают газом в основном ТЭЦ, ГРЭС, крупные промышленные предприятия. Полная классификация газопроводов, входящих в систему газоснабжения, приведена в таблице 30. Распределительными следует считать наружные газопроводы,
268 которые начинают свое расположение от ГРП, обеспечивающих газоснабжение до вводов в здание. Ввод – это участок газопровода, проходящий от места присоединения к распределительному газопроводу до здания, включая отключающее устройство на вводе в здание.
Газопроводом-вводом следует считать газопровод от места присоединения к распределительному газопроводу до отключающего устройства на вводе. Вводы бывают уличные, внутриквартальные, дворовые, межцеховые и др. Таблица 30 – Классификация газопроводов, входящих в систему газоснабжения [18] Классификационный показатель Газопроводы Местоположение относительно планировки населенных пунктов Местоположение относительно поверхности земли Назначение в системе газоснабжения Давление газа Материал труб Вид транспортируемого газа Наружные (уличные, внутриквартальные, межцеховые) и внутренние (расположенные внутри зданий и помещений) Подземные подводные, надземные надводные, наземные Распределительные, газопроводы-вводы, продувочные, сбросные, импульсные, межпоселковые Высокого, среднего и низкого давления Металлические (стальные, медные и др) и неметаллические (полиэтиленовые и др) Природного газа, попутного газа и сжиженного углеводородного газа
Межпоселковыми газопроводами следует считать распределительные газопроводы, прокладываемые вне территории населенных пунктов. При проектировании газоснабжения городов и населенных пунктов используют следующие системы распределения газа подавлению одноступенчатая с подачей потребителям газа одного давления
– двухступенчатая с подачей потребителям газа по газопроводам двух давлений
– трехступенчатая с подачей потребителям газа по газопроводам трех давлений (рисунок 89). Связь между газопроводами, имеющими разное давление и входящими в систему газоснабжения, устанавливается через ГРП и газорегуляторные установки (ГРУ). Городское газовое хозяйство начинается с кольца высокого давления 1,2 МПа, которое питается от нескольких контрольно
269 регуляторных пунктов (рисунок 92). Затем через газорегуляторные пункты газ последовательно поступает в газопроводы с более низким давлением и, наконец, от сети низкого давления − в жилые дома, общественные здания и коммунальные бытовые предприятия. ГРС устанавливают наконечном участке магистрального газопровода на входе в город. После ГРС давление газа может снижаться до величины, необходимой городу. Рисунок 92 – Принципиальная многоступенчатая схема газоснабжения большого города
1 – магистральные газопроводы
2 – ГРС; 3 – КРП; 4 – газгольдерные станции
5 – сетевые ГРП;
6 – кольцо газопроводов высокого давления
7 – кольцо газопроводов среднего давления
8 – газопроводы высокого давления 0,6 МПа
9 – газопроводы низкого давления
10 – перемычка
11 – подземное хранилище газа Газопроводы могут прокладываться надземными подземным способами. Как правило, на территории города и населенных пунктов газопроводы прокладывают подземным способом. Исключение составляют территории промышленных предприятий, где их можно прокладывать по эстакадами различным переходам сверху проезжей части заводской автотрассы. Надземные газопроводы прокладывают с учетом компенсации температурных удлинений, которые зависят от расчетной температуры воздуха. Подземные газопроводы прокладывают, главным образом, по городским проездам, а также в зоне зеленых насаждений. Расположение стальных газопроводов по глубине должна быть болеем до верха газопровода или футляра, а при отсутствии транспорта вместе его прохождения возможно уменьшение дом. Расстояние по горизонтали между подземными газопроводами и другими сооружениями должно находиться в пределах от 1 дом в зависимости от вида коммуникаций и типа газопровода. По высоте установка газопровода в местах скопления людей
270 допускается от 2,2 м, в местах проезда автотранспорта − от 5 мА на территории полного отсутствия прохода людей и проезда автотранспорта позволяется размещение газопроводов на низких опорах от 0,35 м в высоту от земли до низа трубы. Газопроводы помещаются в футляр в местах входа и выхода из земли. Расстояния между опорами надземных газопроводов, возможность общей прокладки газопроводов с электрокабелями и проводами, прокладка газопроводов по железнодорожными автомобильным мостам в обязательном порядке принимаются проектной организацией строго в соответствии с действующими нормативными документами. Для отключения отдельных участков газопроводов или отключения потребителей устанавливается запорная арматура, размещаемая в колодцах.
СНБ 4.02.01−03. Оборудование вентиляционных систем, предназначенное для обработки воздуха, обычно располагают в специальных камерах
[44], к нему относятся следующие
− вентиляторы – механизмы, предназначенные для перемещения воздуха или других газов. По принципу действия различают вентиляторы осевые, радиальные центробежные) и диаметральные. Для перемещения необходимого количества воздуха выбирается производительность вентилятора по таблицам или характеристикам. Исходными данными для выбора вентилятора являются суммарный расход воздуха в сети L, мс суммарная потеря давления р, Паи температура воздуха в, С. Выбор вентилятора производится на расчетный расход с учетом подсосов или утечек
р = 1,1L. (90) Давление, создаваемое вентилятором, должно быть равно расчетному сопротивлению сети с 10 % запасом. Характеристики вентиляторов составлены при плотности воздуха
= 1,2 кг/м
3
, р
а
= 0,103 МПа, t = 20 С, = 50 %;
− вентиляционные установки по назначению различают приточные, вытяжные и приточно-вытяжные;
− вентиляторные агрегаты разделяются на канальные и крышные
− шумоглушители (пластинчатые, сотовые, трубчатые
− воздушные фильтры (тканевые, рулонные, сетчатые и др
203
− воздухонагреватели (электрические, водяные) ;
− воздуховоды металлические, металлопластиковые, неметаллические, гибкие) ;
− запорные и регулирующие устройства (воздушные клапаны, диафрагмы, обратные клапаны) ;
− воздухораспределители и регулирующие устройства воздухоудаления (решетки, диффузоры, плафоны, насадки с форсунками, щелевые воздухораспределительные устройства, перфорированные панели) ;
− воздушно-тепловые завесы
− тепловая изоляция. Классификация систем вентиляции http://www.mir-klimata.com / archive/zakaz/article/article03/
204 КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА
8.1 Классификация систем кондиционирования воздуха
ондиционирование воздуха – автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения) на определённом уровне с целью обеспечения, главным образом, оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей культуры. Кондиционирование воздуха согласно п СНБ 4.02.01−03 подразделяется натри класса
− I – для обеспечения параметров микроклимата, требуемых для технологического процесса, при экономическом обосновании или в соответствии с требованиями нормативных документов
− II – для обеспечения параметров микроклимата в пределах оптимальных норм или требуемых для технологических процессов допускается принимать скорость движения воздуха в обслуживаемой зоне, на постоянных и непостоянных рабочих местах, в пределах допустимых норм
− III – для обеспечения параметров микроклимата в пределах допустимых норм, если они не могут быть обеспечены вентиляцией в теплый период года без применения искусственного охлаждения воздуха, или оптимальных норм – при экономическом обосновании или на основании задания на проектирование. Оптимальные климатические параметры в помещениях общественного назначения применительно ко II климатическому поясу например, Минск, Гомель и др) составляют в холодный период года минус 20–22 °C при относительной влажности 30–40 % и скорости движения воздуха 0,2 мс в тёплый период года плюс 20–22 К
8
205
°C при относительной влажности 30–60 % и скорости движения воздуха
0,2 мс или 23–25 °C при той же влажности и скорости движения воздуха 0,3 мс. Кондиционирование воздуха подразделяется на комфортное и технологическое. Комфортные системы кондиционирования предназначены для создания и автоматического поддержания температуры, относительной влажности, чистоты и скорости движения воздуха, отвечающих оптимальным санитарно-гигиеническим требованиям. Технологические системы кондиционирования предназначены для обеспечения параметров воздуха, в максимальной степени отвечающих требованиям производства. В зависимости от расположения кондиционеров по отношению к обслуживаемым помещениям системы кондиционирования делятся на центральные и местные, а по типу кондиционеров – на автономные и неавтономные. Подавлению, создаваемому вентиляторами кондиционеров, системы кондиционирования делятся на системы низкого давления до 1000 Па, среднего давления от 1000 до 3000 Паи высокого давления (выше 3000 Па. Системы кондиционирования воздуха, как правило, снабжаются средствами для очистки воздуха от пыли, бактерий и запахов подогрева, увлажнения и осушения его перемещения, распределения и автоматического регулирования температуры воздуха, его относительной влажности, а иногда и средствами регулирования газового состава и ионосодержания воздуха, а также средствами дистанционного управления и контроля. В зависимости от назначения помещения – жилые или производственные – существует несколько типов кондиционеров. По конструктивному исполнению все кондиционеры делятся на два вида моноблочные, состоящие из одного блока, и сплит-системы от англ. split – разделять, состоящие из нескольких блоков. Если сплит-система состоит из трех или более блоков, то она называется мультисплит-системой.
8.2 Типы кондиционеров В зависимости от области применения все кондиционеры принято делить натри группы
– бытовые (RAC – Room Air Conditions);
206
– коммерческие (PAC – Packages Air Conditions);
– системы промышленной вентиляции и кондиционирования воздуха (Unitary). В каждую группу входят кондиционеры различных типов. Их особенности и области применения приведены в таблице 25. Таблица 25 – Особенности различных типов кондиционеров Характеристики Группа кондиционеров бытовые коммерческие промышленные системы Типы кондиционеров
Сплит-системы настенного типа. Моноблочные
− мобильные
− оконные
Сплит-системы:
− канальные
− кассетные
− потолочные
− колонные
− наборные со всеми типами внутренних блоков Центральные
− крышные
− шкафные
− прецизионные
− мультизональные
VRV и
VRF системы
− системы чиллер–
фанкойл Мощность охлаждения, кВт От 1,5–2 до 8 5 до 30 От 5–10 до 200–5000 Область применения Отдельные комнаты в квартирах, офисах и коттеджах, а также другие жилые и общественные помещения площадью от 10 дом Квартиры, офисы, коттеджи, торговые залы и другие помещения бытового, общественного и производственного назначения площадью от 50 дом Жилые и административные здания, торговые залы и спортивные комплексы площадью свыше
300 м, производственные и специализированные помещения Отличительные особенности Привлекательный дизайн внутреннего блока кондиционера, снижение уровня шума максимальное количество дополнительных функций, очистка воздуха. Ресурс кондиционеров составляет 7–12 лет Они могут иметь некоторые дополнительные функции для привлечения покупателей, при этом ресурс и надежность полупромышленного оборудования существенно выше, чем бытового Бесперебойное выполнение основных функций
– охлаждения обогрева) и вентиляции. Сложность эксплуатации, энергоэффективнос ть и удельная цена оборудования в расчете на 1 кВт мощности охлаждения. Ресурс – не менее
207 20–30 лет при круглогодичной эксплуатации Приведем краткое описание кондиционеров (таблица 26). Таблица 26 – Краткое описание некоторых видов кондиционеров Рисунок Описание Моноблочные кондиционеры Оконные – состоят из одного блока оконные, мобильные и крышные кондиционеры. В таких кондиционерах все элементы размещаются в едином корпусе, что позволяет упростить конструкцию кондиционера и снизить его стоимость Мобильный кондиционер или напольный кондиционер. Все части располагаются водном корпусе, а отвод тепла производится через гибкий воздуховод. У моноблока имеется два отверстия для забора воздуха и два для выброса. Через первое производится забор воздуха для нагрева через конденсатор и удаления его из помещения. Второе предназначено для охлаждения и очистки для этого воздух проходит через фильтр и испаритель
Сплит-системы
208 Состоят из двух блоков
– наружный и внутренний, которые соединены между собой электрическим кабелем и медными трубами, по которым циркулирует фреон. Благодаря такой конструкции наиболее шумная и громоздкая часть кондиционера, содержащая компрессор, вынесена наружу. Внутренний блок размещается в любом удобном месте квартиры или офиса
209 Продолжение таблицы 26 Рисунок Описание
Мультисплит-системы
К одному внешнему блоку подключается несколько внутренних блоков – обычно от 2 до 4–5 штук каждый внутренний блок управляется индивидуальным пультом управления. При этом внутренние блоки могут быть не только разной мощности (обычно от 2 до 5 кВт, но и разных типов Канальный кондиционер Устанавливаются за подвесным или подшивным потолком, который полностью скрывает внутренний блок кондиционера. Распределение охлажденного воздуха осуществляется по системе теплоизолированных воздуховодов, которые также размещаются в межпотолочном пространстве. Возможность подачи свежего воздуха Кассетный кондиционер Скрытая установка, возможность охлаждения больших помещений. Распределяет охлажденный воздух через нижнюю часть блока. Равномерное распределение воздушного потока по четырем направлениям
210 Продолжение таблицы 26 Рисунок Описание
Напольно-потолочный кондиционер Возможность установки как на потолке, таки внизу стены. Ненужен подвесной потолок. Не предназначен для скрытой установки. Колонный кондиционер Большая мощность. Ненужен подвесной потолок. Используется там, где требуется большая холодопроизводительность и нет жестких требований к дизайну помещения. Создает сильный поток охлажденного воздуха, который не позволяет находиться в непосредственной близости от кондиционера
Центральный кондиционер С рекуператором Является неавтономным, для работы необходим внешний источник холода или тепла – холодная вода от чиллера, фреон от внешнего компрессорно- конденсаторного блока, горячая вода от системы центрального отопления или бойлера. Выпускаются в виде набора стандартных модулей (секций охлаждения, нагрева, вентиляторная, шумоглушения, увлажнения, фильтрации, теплоутилизации. Обработанный воздух по системе воздуховодов распределяется по помещениям
211 Окончание таблицы 26 Рисунок Описание Система чиллер-фанкойл (chiller-fancoil) Централизованная (мультизо- нальная) система кондиционирования воздуха, в которой теплоносителем между центральной холодильной машиной (чилле- ром) и локальными теплообменниками (узлами охлаждения воздуха, фанкойлами) служит охла- ждённая жидкость, циркулирующая под относительно низким давлением — обыкновенная вода в тропическом климате) или водный раствор этиленгликоля (в умеренном и холодном климате. Кроме чиллера (чиллеров) и фанкойлов, в состав системы входит трубная разводка между ними, насосная станция (гидромодуль) и подсистема автоматического регулирования. Количество фанкойлов в системе не ограничено и зависит только от мощности чиллера. Для соединения чиллера с фанкойлами используются недорогие медные фреоновые коммуникации, а обычные водопроводные трубы. http://ru.wikipedia.org/wiki/
Система_чиллер-фанкойл
Крышные кондиционеры
212 Подача охлажденного воздуха и забор воздуха осуществляются через систему воздуховодов, оснащаемых приточными и вытяжными решетками. Благодаря этой системе добиваются оптимального воздухораспределения в помещении. Устанавливается на кровле здания и не требует прокладки медных фреонопроводов
8.3 Принцип действия кондиционера Устройство кондиционера сходно с устройством обычного бытового холодильника те же основные блоки выполняют сходные функции (рисунок 66). Независимо от конструктивного решения
(моноблок или сплит-система) в основу работу и холодильника, и кондиционера положено свойство жидкостей выделять тепло при переходе из газообразной фазы в жидкую (конденсация) и поглощать – при переходе из жидкой в газообразную (испарение. Наиболее распространенными и удобными для рассмотрения являются сплит-системы – приборы, в которых основные блоки разделены на внешний и внутренний. Рисунок 66 – Принципиальная схема работы кондиционера
(http://www.vozduhvdome.ru/how.html)
213 Теплоносителем в кондиционерах обычно является газ фреон благодаря его сильной зависимости температуры кипения испарения) от давления. В компрессор из испарителя подается газообразный фреон под относительно невысоким давлением 3−5 атмосфер и при температуре около 10−20 С. Компрессор повышает давление фреона до 15−25 атмосфер и направляет его в конденсатор (радиатор наружного блока. В результате сжатия фреон разогревается до температуры 70–90 С. Конденсатор обдувается вентилятором, охлаждая фреон. Фреон остывает, переходит в жидкую фазу и нагревает воздух. После выхода из конденсатора жидкий фреон под высоким давлением и при температуре выше окружающего воздуха на 10–20 С подается на терморегулирующий вентиль (ТРВ), который снижает температуру и давление фреона (при этом часть фреона может испариться. Выйдя из ТРВ, фреон поступает в испаритель, где испаряется с поглощением тепла. Холодный испаритель обдувается вентилятором внутреннего блока, охлаждая, тем самым, воздух в помещении. После выхода из испарителя фреон вновь поступает в компрессор, и весь цикл повторяется.
8.4 Подбор кондиционеров Оборудование систем кондиционирования воздуха подбирается для крайних расчетных режимов, какими являются состояние наружного воздуха в теплый и холодный периоды года с учетом внутренних параметров воздуха и количества выделяющихся в помещениях вредностей. К ним относятся вредные пары, газы, пыль и электрическое состояние воздушной среды. В процессе эксплуатации эти условия изменяются, на что система кондиционирования должна отвечать изменениями режима своей работы, осуществляемым системами автоматики. В технике кондиционирования воздуха применяют качественное и количественное регулирование при качественном изменяются параметры приточного воздуха при его неизменном расходе в системе, при количественном требуемое состояние воздушной среды в помещениях достигается изменением расхода воздуха при его неизменных параметрах. Возможности количественного регулирования ограничены,
214 поэтому широко применяют качественное регулирование или его сочетание с количественным (в многозональных системах. Более подробно о расчетах систем кондиционирования воздуха можно ознакомиться в источниках [31, 32].
8.5
Инверторный кондиционер В современных моделях кондиционеров широко стал применятся инвертор – электронный модуль, расположенный в наружном блоке, который позволяет плавно изменять частоту вращения компрессора за счет преобразования постоянного тока в переменный с необходимой частотой. Первый инверторный кондиционер появился в 1981 году в Японии. Сегодня инверторная технология используется практически у всех производителей климатического оборудования наравне с обычными кондиционерами. Сравним отличие инверторных кондиционеров от обычных моделей с практической точки зрения (рисунок 67). Рисунок 67 – Сравнение технических характеристик обычного и инверторного кондиционеров (http://www.rfclimat.ru/htm/con_ft.htm) При включении кондиционер с инвертором начинает работать с повышенной мощностью для того, чтобы быстрее достичь заданной температуры. После выхода на заданный температурный режим он не отключается, как обычный кондиционер. Снизив мощность, кондиционер с инвертором длительное время поддерживает нужную
215 температуру в помещении.
8.6 Расчет мощности кондиционера для внутренних помещений гражданских зданий Охлаждение внутренних помещений – это основная функция кондиционера, поэтому выбор кондиционера определяется прежде всего мощностью охлаждения. В свою очередь, необходимая мощность кондиционера напрямую зависит от размеров помещения, которое требуется охлаждать. Дадим определение основным технико-физическим характеристикам кондиционера.
Холодопроизводительность – количество теплоты, отнимаемое от охлаждаемого объекта в единицу времени с помощью холодильной машины измеряется в Вт (ккал/ч). Холодопроизводительность зависит от мощности основного оборудования холодильной машины, температурных условий её работы и используемого холодильного агента. Холодильный агент (хладагент) − рабочее вещество холодильной машины, которое при кипении ив процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации воде, воздуху и т. п. Хладагент является частным случаем теплоносителя. Важным отличием является использование теплоносителей водном и том же агрегатном состоянии, в то время как хладагенты обычно используют фазовый переход (кипение и конденсацию. В силу сложившихся традиций, кроме единиц системы СИ, для измерения мощности кондиционера (при работе на охлаждение или нагрев) используют также внесистемную единицу британская тепловая единица/час» (БТЕ/ч), 1000 БТЕ/час = 293 Вт или холодильную тонну (ХТ), которая представляет собой количество энергии, необходимое для поддержания одной тонны воды в замерзшем состоянии в течение 24 часов 1 ХТ = 12000 БТЕ/ч. Используемые в климатической технике единицы измерения мощности (производительности) связаны между собой соотношениями
1 Вт = 3,412 БТЕ/ч;
1 Вт = 1,163 ккал/ч;
1 БТЕ/ч = 0,293 Вт
1 ккал/ч = 3,968 БТЕ/ч.
216 Для удобства оценки энегоэффективности кондиционеров введена шкала коэффициентов энергоэффективности EER и COP, которая подразделяется на 7 категорий – от А до G. Наибольшему уровню эффективности соответствует категория А (ЕЕ 3,2; COP 3,6), а наименьшему – категория G (Е 2,2; СОР 2,4) . Коэффициент энергоэффективности EER (Energy Efficiency
Ratio) представляет собой отношение между хладопроизводительностью и потребляемой электроэнергией для ее достижения. Чем выше коэффициент
EER, тем выше энергоэффективность.
EER = Производительность (BTU)
1 ... 13 14 15 16 17 18 19 20 ... 24
/ Мощность потребляемой электроэнергии (Вт. Коэффициент
энергоэффективности СОР
(Coefficient of
Performance) представляет собой отношение между теплопроизводительностью и потребляемой электроэнергией для ее достижения. Чем выше коэффициент СОР, тем выше энергоэффективность. Под теплопроизводительностью понимается мощность обогрева агрегата (выраженная в кВт, работающего в режиме нагрева и при полной нагрузке
(http://www.ice- a.com/energy_efficiency.htm). Потребляемая мощность показывает, сколько электроэнергии необходимо прибору для работы. Мощность охлаждения является основной характеристикой любого кондиционера и определяет, сколько холода получится в результате потребления электроэнергии. Мощность охлаждения в несколько раз превышает мощность, потребляемую кондиционером. Например, кондиционер, потребляющий 700 Вт, имеет мощность охлаждения 2 кВт, и это не должно удивлять, поскольку кондиционер работает также, как холодильник, хладоноситель фреон) отбирает теплоту у воздуха в помещении и передаете на улицу через теплообменник (внешний блок кондиционера. Потребляемая мощность и мощность охлаждения обычно измеряются в соответствии со стандартом ISO 5151 (температура внутри помещения плюс 27 С, снаружи плюс 35 С. При изменении этих условий мощность и КПД кондиционера будут меньше (например, при температуре наружного воздуха, равной минус 20 С мощность кондиционера составит всего 30 % от номинала) (http://www.xiron.ru / content/view/30460/127/ ). Ориентировочный расчет мощности охлаждения Q (в киловаттах)
(холодопроизводительности) производят исходя из рассчитанной
217 величины теплоизбытков помещения, зная его объем
Q = Q
1
+ Q
2
+ Q
3
, (91) где Q
1
– теплопритоки в помещении,
Q
1
= V
n
q , (92)
q – коэффициент теплоотдачи в зависимости от ориентации оконных проёмов и степени их остекления q = 30 − для затененного помещения , q = 35 – при средней освещенности q = 40 – для помещений, ориентированных на юг
Q
2
– тепло людей, находящихся в обслуживаемом кондиционером помещении от 0,1 кВт – в спокойном состоянии, до 0,3 кВт – при физической нагрузке
Q
3
– тепловая энергия, выделяемая электроприборами различной мощности 0,3 кВт – от компьютера 0,2 кВт — от телевизора для других приборов − 30 % от максимальной потребляемой мощности. Мощность выбранного кондиционера должна быть в диапазоне от
–5 % до +15 % расчетной мощности Q. Необходимо отметить, что расчет кондиционера по этой методике является не слишком точными применим только для небольших помещений в капитальных зданиях квартиры, отдельные комнаты коттеджей, офисные помещения площадью до 50–70 м
2
После определения теплоизбытков помещений выбирается кондиционер с мощностями, близкими к стандартному (таблица 27). Таблица 27 – Соответствие модельных рядов и мощности кондиционера в BTU и кВт Холодильная мощность, кВт
1,5 2
2,5 3,5 5,5 7
9 10 14 15-17 Стандартные типоразмеры модели, тыс. BTU
5 7
9 12 18 24 30 36 48 60 Площадь помещения в усредненном случае, которое может обслужить кондиционер, м 16 20 26 35 52 70 80 Оконные кондиционеры
Мобильные кондиционеры и
218 сплит-системы Настенные кондиционеры
Кассетные кондиционеры
Канальные кондиционеры
Колонные кондиционеры
Напольно- потолочные кондиционеры
Сточки зрения потребительских возможностей, разница между кондиционерами различных производителей практически отсутствует, и они характеризуются следующими основными режимами и функциями
− охлаждение и обогрев
− вентиляция – используется для равномерного распределения воздуха по помещению
− автоматический режим для поддержания комфортной температуры
− осушение – уменьшает влажность воздуха
− очистка воздуха – перед теплообменником внутреннего блока устанавливают один или несколько фильтров
− системы защиты кондиционера – рестарт, контроль за фильтрами, утечки фреона, автоматическая разморозка, защита потоку и от низких температур.
8.7 Проект системы кондиционирования Если для установки простейшей климатической системы в квартиру обычно не требуется особых расчетов, то оснащение системой кондиционирования воздуха многочисленных офисных или промышленных помещений невозможно без предварительно составленного проекта кондиционирования. Особенности такого проектирования определяются следующими параметрами климатические условия параметры помещений их конфигурация назначение помещений особенности расположения воздухопроводов для канальных сплит-систем; индивидуальные потребности. Любой из проектов кондиционирования наделен уникальными чертами с учетом всех рассматриваемых аспектов. Обычно он включает
219 не только план размещения климатического оборудования, но и перечень всех деталей и узлов системы климат-контроля. Если система кондиционирования воздуха предназначена для жилых помещений, то ее основная задача – создание комфортного микроклимата для человека. Для промышленного цеха или научной лаборатории более эффективно прецизионное кондиционирование. Кроме оптимизации условий для здоровья людей, системы промышленного кондиционирования воздуха должны создавать наиболее благоприятные атмосферные режимы для работы оборудования и обеспечивать качественную очистку воздуха. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ
9.1 Общие сведения о видах топлива и его свойствах
опливо – горючие вещества, основной частью которых является углерод, применяемые с целью получения тепловой энергии, выделяемой при их сжигании. Классификация топлива в зависимости от агрегатного состояния и происхождения приведена в таблице 28. Таблица 28 – Классификация различных видов топлива Агрегатное состояние Происхождение естественное искусственное Твердое Дрова, торф, бурые и каменные угли, антрацит, горючие сланцы Древесный уголь, полукокс, кокс, термоантрацит, брикеты и др. Т
9
220 Жидкое Нефть Мазут, соляровое масло, дизельное и моторное топливо, керосин и др. Газообразное Газы природный и попутный Газы коксовый, доменный, сланцевый, генераторный и др. Топливо может быть природным (естественное) и искусственным, причем природное делится на органическое и неорганическое. В зависимости от характера использования топливо условно подразделяется на энергетическое и технологическое. Энергетическое топливо используется в теплоэнергетических установках для получения тепловой и электрической энергии, технологическое топливо – в плавильных и нагревательных печах, топках, сушилках и других установках, а также для химической переработки в различные искусственные виды топлива (кокс, полукокс, генераторный газ и др. С развитием атомной энергетики все более широко используется ядерное топливо,
238
U и Р. Ядра этих тяжелых элементов расщепляются под воздействием нейтронов и выделяют при этом значительную энергию в виде теплоты, используемой для производства пара в специальных устройствах – парогенераторах. Различают рабочий, сухой (без влаги) и горючий (включающий только горючие элементы) составы органического топлива (рисунок
68). Летучие вещества Кокс Водяной пар Горючие Горючий Негорючий
W
O+N
H С
S
к
S
с
A Органическая масса Горючая масса Сухое топливо Рабочее топливо Рисунок 68 – Общий химический состав твердого топлива Состав твердого и жидкого рабочих топлив характеризуется содержанием в нем отдельных химических элементов и веществ и указывается в весовых процентах по рабочей массе
С
р
+ Н
р
+ р + р +р + р + р 100 %,
(93) где С
р
, Н
р
, р, р, р, р, р – содержание соответственно
221 углерода, водорода, летучей серы, кислорода, азота, золы, влаги. Состав газообразного топлива обычно задается в объемных процентах. Ценность топлива определяется содержанием в нем горючих элементов, главным из которых являются углерод Си водород Н. Содержание углерода в каменных углях, %, достигает 40−70, мазуте – 84−87, антраците – до 90. Газообразное топливо (природный газ) почти целиком состоит из горючих компонентов метана СН
4
, углеводородов С
2
Н
6
, С
3
Н
8
, С
4
Н
10
, С
5
Н
12 этан, пропан, бутан и т.д). Важнейшей теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, те. количество теплоты, выделившееся при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м (при нормальных условиях) газообразного топлива. В большинстве практических случаев продукты сгорания топлива и содержащийся в них водяной пар уходят из установки с температурой, при которой парне конденсируется, и, следовательно, теплота его парообразования теряется. Поэтому различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива. Высшей теплотой сгорания
р в
Q
называют количество выделившейся теплоты, включая теплоту, затраченную на испарение влаги топлива. Низшая теплота
сгорания
р н
Q
не учитывает теплоту парообразования. Поэтому в расчетах используется не высшая, а низшая теплота сгорания топлива. Она определяется экспериментально, приближенно рассчитывается по формулами приводится в справочниках. Например, теплота сгорания каменных углей составляет 18–30, бурых углей 7–18, мазута 39–40 МДж/кг, природного газа 33–42 МДж/м
3
Для сравнения различных видов топлива введено понятие "условное топливо, низшая теплота сгорания которого составляет
29300 кДж/кг или кДж/м
3
. В соответствии с этим каждому топливу свойствен свой тепловой эквивалент Э
т
= р
н
Q
/29300.
9.2 Системы теплоснабжения и потребление тепловой энергии Под теплоснабжением понимают систему обеспечения тепловой энергией зданий и сооружений. Она состоит из трех основных элементов источника теплоты (ТЭЦ или котельной, трубопроводов тепловых сетей) и потребителей теплоты (гражданские и
222 промышленные здания и сооружения, системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. По источнику приготовления теплоты системы теплоснабжения разделяются
– на централизованные, состоящей из одного или нескольких источников теплоты (ТЭЦ, ТЭС, АЭС, районные котельные, тепловых сетей и потребителей теплоты. Централизованные системы характеризуются пониженными удельными расходами топлива на выработку тепловой энергии, возможностью использования низкосортного топлива, улучшения санитарного состояния населенных мест, уменьшения степени загрязнения воздушного бассейна
– децентрализованные, состоящей из одного или нескольких источников теплоты (автономных, отдельно стоящих, встроенных, пристроенных, крышных котельных, от квартирных теплогенераторов) и потребителей теплоты [50]. Теплофикация, те. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Для централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива. При этом сначала теплота рабочего тела – водяного пара – используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшаяся теплота отработанного пара − для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепловая энергия высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а теплота низкого потенциала – для теплоснабжения. В этом состоит энергетический смысл комбинированной выработки теплоты и электроэнергии (рисунок
69).
223 К теплофикационным паровым турбинам относятся турбины с противодавлением, с регулируемым отбором пара, а также с отбором и противодавлением. Рисунок 69 – Схема работы теплофикационной турбины
(http://manbw.ru/analitycs/steam-turbines.html) Пояснения к схеме работы теплофикационной турбины Перегретый (острый) пар из котельного агрегата (1) по паропроводу (2) направляется на рабочие лопатки цилиндра высокого давления (ЦВД) паровой турбины (3). При расширении кинетическая энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбины, который соединен с валом (4) электрического генератора (5). В процессе расширения пара из цилиндров среднего давления производятся теплофикационные отборы, и из них пар направляется в подогреватели (6) сетевой воды (7). Отработанный пар из последней ступени попадает в конденсатор, где и происходит его конденсация, а затем по трубопроводу (8) направляется обратно в котельный агрегат при помощи насоса (9). Часть теплоты, полученной в котле, используется для подогрева сетевой воды. При раздельной их выработке электроэнергию получают на конденсационных станциях (КЭС), а тепловую – в котельных.
224 Характеристикой теплосиловых установок ТЭЦ, вырабатывающих электрическую и тепловую энергию, служит коэффициент использования теплоты
q
= (э + q
2
) / q
1
,
(94) где э – работа цикла, используемая дополучения электрической энергии
q
2
– теплота, отпускаемая потребителю
q
1
– подведенная теплота от источника. Эффективность топлива, сжигаемого в паросиловой установке, можно повысить, если удаляемую теплоту использовать для отопления и горячего водоснабжения или для различных технологических процессов.
Породу теплоносителя различают паровые и водяные системы теплоснабжения. Паровые системы используются в основном на промышленных предприятиях, где требуется высокотемпературная нагрузка. Водяные системы применяются для теплоснабжения сезонных потребителей, в том числе для горячего водоснабжения круглогодично.
Похарактеру тепловых нагрузок различают сезонных и постоянных потребителей К сезонным относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, тепловые нагрузки которых изменяются в соответствии с температурой наружного воздуха. Они имеют постоянную нагрузку в течение суток и переменную во времени года. К постоянным потребителям относятся производственные, а также системы горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Они характеризуются переменностью суточной нагрузки. Примерное разделение потребителей теплоты представлено на рисунке 70.
225 Рисунок 70 – Основные потребители тепловой энергии Все виды тепловых нагрузок в большей или меньшей степени изменяются как в течение суток, таки в течение года. Эти изменения обусловлены следующими факторами
– изменениями температуры наружного воздуха
– бытовыми и производственными режимами потребителей. Схема теплоснабжения должна соответствовать требованиям технических нормативных правовых актов (ТНПА) Республики
Беларусь в части показателей энергоэффективности и обеспечивать нормативный уровень потребления тепловой энергии зданиями и сооружениями, соблюдение требований экологии, безопасность эксплуатации [15, 16, 17, 21].
9.3 Классификация тепловых сетей Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельной к потребителям (к жилым домам, общественным зданиями промышленным предприятиям) по специальным трубопроводам, называемым тепловыми сетями Трасса тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах. Тепловые сети в целом, особенно магистральные, являются серьезными ответственным сооружением [16]. Их стоимость по сравнению с затратами на строительство ТЭЦ составляет значительную часть. Тепловые сети классифицируются [34]:
− на магистральные, прокладываемые от тепловой станции в
226 направлениях к районам населенного пункта, распределительные – внутри квартала, микрорайона, и ответвления к отдельным зданиям
− числу труб однотрубные, двухтрубные и четырехтрубные;
− способу обеспечения горячим водоснабжением закрытые и открытые
− способу прокладки надземные и подземные
− способу регулирования качественное, количественное и
качественно-количественное. Схемы тепловых сетей применяют, как правило, лучевые рисунок 71). Во избежание перерывов в снабжении теплом потребителя предусматривают соединение отдельных магистральных сетей между собой, а также устройство перемычек между ответвлениями. Радиус действия тепловых сетей во многих городах достигает значительной величины (15 км и более. В больших городах при наличии нескольких крупных источников теплоты сооружают более сложные тепловые сети по кольцевой схеме (рисунок 72). Рисунок 71– Схема лучевой тепловой сети
1 – лучевые магистрали
2 – потребители тепла
3 – перемычки
4 – котельная Рисунок 72 – Схема кольцевой тепловой сети
1 – кольцевая магистраль
2 – котельная 3 – потребители тепла,
4 – центральный тепловой пункт (ЦТП);
5 – промышленные предприятия
227 В зависимости от вида теплоносителя тепловые сети делятся на водяные и паровые. Водяные сети разделяются на закрытые и открытые. В закрытых сетях вся вода возвращается к источнику теплоснабжения, в открытых вода разбирается потребителями на горячее водоснабжение. Качество воды в открытой тепловой сети должно отвечать требованиям СанПиН 10-13 РБ 99 Вода питьевая. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. Контроль качества [13]. Паровые сети устраивают преимущественно двухтрубными. Возврат конденсата осуществляется по отдельной трубе – конденсатопроводу. Пар от ТЭЦ по паропроводу со скоростью 40–50 мс и более идет к месту потребления. В тех случаях, когда пар используется в теплообменниках, конденсат его собирается в конденсационных баках, откуда насосами по конденсатопроводу возвращается к источнику теплоты.
9.4 Способы прокладки тепловых сетей Надземная прокладка труб (на отдельно стоящих мачтах или эстакадах, на кронштейнах, заделываемых в стены здания) применяется на территориях промышленных предприятий, при сооружении тепловых сетей вне черты города, при пересечении оврагов и т.д. Надземная прокладка тепловых сетей осуществляется в основном в пригородных застройках. Преобладающим способом прокладки труб тепловых сетей является подземная прокладка в проходных каналах и коллекторах совместно с другими коммуникациями, в полупроходных и непроходных каналах, бесканальная (в защитных оболочках различной формы и с засыпкой теплоизоляцией. Прокладка нескольких теплопроводов больших диаметров по техническому обоснованию производится в проходных каналах. Бесканальный способ прокладки тепловых сетей широко применяют в настоящее время при реконструкции старых и строительстве новых тепловых сетей с использованием
1 ... 14 15 16 17 18 19 20 21 ... 24
предызолированных труб.
228 Потери теплоты в системах централизованного теплоснабжения на пространстве СНГ достигают 20−40 % из-за высокой степени изношенности существующих на сегодня теплотрасс, которые превысили свой нормативный срок службы. Наиболее эффективным решением проблем является широкое внедрение в практику строительства тепловых сетей предварительно изолированных (ПИ) труб. Они представляют собой цельную, с улучшенными тепло- и гидроизоляционными свойствами конструкцию, состоящую из внутренней стальной или полимерной трубы, наружной полиэтиленовой или оцинкованной и заполняющим пространство между ними пенополиуретаном [7]. Сегодня во многих сферах топливно-энергетического комплекса
Беларуси от сетей теплоснабжения и систем подачи- транспортировки горячей воды до технологических трубопроводов) они вытесняют собой популярные в прошлом трубомагистрали с минеральной ватой в качестве теплоизоляционного материала.
ТКП 45-4.02-182−2009 (02250) Тепловые сети. Строительные нормы и правила устанавливает основные правила проектирования тепловых сетей в части их взаимодействия в едином технологическом процессе производства, распределения, транспортирования и потребления теплоты. Документ узаконил все наработки и нововведения, которые появились в отрасли за последние годы. Стандартный метод строительства теплотрассы – канальная прокладка. При использовании этого способа для строительства теплотрассы труба укладывается в предварительно установленный в земле железобетонный канал. Канал теплотрассы может быть лотковый или монолитный (рисунок 73, а. В настоящее время все чаще используется бесканальная прокладка трубопровода теплотрассы (теплосети. Этот способ не требует строительства железобетонного канала [15, 17]. В данном случае труба укладывается в траншею, выровненную песком. Этот метод возможен при использовании предызолированных труб, покрытых пенополиуретаном (ППУ) в ПЭ (полиэтиленовая оболочка) изоляции по ТКП (рисунок 73 , б) [6]. При бесканальной прокладке труб в ППУ изоляции необходимо грамотно произвести изоляцию стыков труб, желательно с использованием термоусаживающихся муфт, термоклея и жидких
229 компонентов ППУ. Также при необходимости следует установить все элементы системы оперативного дистанционного контроля
(СОДК) для отслеживания исправности трубопровода и контроля протечек. Трубы в ППУ изоляции существуют и для надземной прокладки и имеют оболочку изоляции из оцинкованной стали (рисунок 73, в. Для бесканальной прокладки кроме труб в ППУ изоляции применяют трубы типа Изопрофлекс, Касафлекс и др. (рисунок 73, г. При прокладке в непроходных каналах ПИ трубы укладывают на скользящие опоры, при этом расчет теплотрасс производится аналогично расчетам теплопроводов, изолированных минеральной ватой или другими теплоизоляционными материалами. При прокладке труб в траншее необходимо выдерживать минимальное расстояние между ними (рисунок 74) [47]. Прокладка ПИ труб осуществляется подготовленными специалистами с соблюдениями всех норм и рекомендаций, с полной герметизаций изоляционного слоя на стыках труби на присоединениях к фасонным изделиям. а) б) http://teplotehniku.ru/teplovie-seti/vidi- teplovich-setey.html http://www.stscom.ru/sts/product/?id_product=197 в) г)
230 http://dion-11.ru/teploseti
Рисунок 73 – Варианты различной прокладки теплопроводов
а – в железобетонном канале б, г – бесканальная в – надземная Рисунок 74 – Расположение труб в траншее
1 – ПИ труба 2 – песчаная подушка 3 – засыпка песком
4 − засыпка песчано-грунтовая; 5 – окружающий грунт Таблица 29 – Краткое описание предызолированных труб, используемых для прокладки тепловых сетей Изображение трубы Вид прокладки, максимальная рабочая температура и давление в сети
231 Трубы стальные (черные или оцинкованные, предварительно термоизолированные жестким пенополиуретаном (далее — ПИ трубы) в полиэтиленовой трубе-оболочке, оснащенные системой оперативного дистанционного контроля (далее — СОДК) Подземная. Т до 150 С р – до 1,6 МПа http://www.trubarm.com/trubippuiz Окончание таблицы 29 Изображение трубы Вид прокладки максимальная рабочая температура и давление в сети ПИ трубы в оцинкованной трубе-оболочке, оснащенные СОДК Надземная. Т до 150 С р – до 1,6 МПа Гибкие трубы из нержавеющей стали, предварительно термоизолированные пенополиуретаном в полиэтиленовой оболочке (далее – ГСИ трубы, оснащенные СОДК теплоизоляция из пенополиуретана сигнальный провод системы оперативного дистанционного контроля (ОДК)
стальная труба защитная оболочка из полиэтилена
232
1 – напорная гофрированная труба
2 – сигнальные проводники
3 – теплоизоляция из пенополиуретана;
4 – защитная гофрированная оболочка из полиэтилена
Подземная. Т до 120 –150 С р – до 1,0 МПа http://betp.by/index.php?menu=3&sub1=
29&lan=ru. БелЕвроТрубПласт
Гибкие полимерные трубы, предварительно термоизолированные пенополиуретаном в полиэтиленовой оболочке (далее — ГПИ трубы, без СОДК
1 – напорная труба из сшитого полиэтилена "ДЖИ-ПЕКС", армированная кевларовой нитью
2 – теплоизоляция
3 – защитная оболочка из полиэтилена
Подземная. Т до 95 С р – до 1,0 МПа http://betp.by/index.php?menu=3&sub1=
=29&lan=ru. БелЕвроТрубПласт Трубы ИЗОПРОФЛЕКС В качестве защитной наружной оболочки для подземной прокладки применяется полиэтиленовая труба, изготовленная из полиэтилена низкого давления (высокой плотности) плотностью не менее 944 кг/м
3
, с коэффициентом теплопроводности не более 0,3 Вт/(м°С); для воздушной надземной прокладки – оболочка из оцинкованной стали толщиной 0,55−1,0 мм поверх полиэтиленовой трубы, которая выполняет функцию гидрозащиты от грунтовых водили атмосферной влаги. Защитная оболочка позволяет исключить наружную коррозию трубопроводов. В качестве теплоизолирующего материала используется вспененный пенополиуретан (ППУ) плотностью не менее 60 кг/м
3
с коэффициентом теплопроводности 0,033 Вт/(м°С). ППУ изоляция на стальные трубы наносится в заводских условиях с
233 помощью специальных заливочных машин. Места стыков труб изолируются термоусаживающими манжетами с заливкой в них компонентов ППУ на месте монтажа [15]. ПИ теплопроводы оборудуются электронной системой аварийной сигнализации или системой оперативного дистанционного контроля
(СОДК), которая позволяет с точностью до 1 метра обнаруживать места с повышенной влажностью изоляции нарушение герметичности) и утечек теплоносителя и при необходимости принимать меры по своевременному устранению неисправностей и повреждений. ПИ трубы производятся диаметром от 25 до 1020 мм с полной комплектацией фасонными частями. Для удобства сварки стальных труби последующей герметизации гидрозащитной оболочки концы труб имеют неизолированные участки длиной 150 мм (до диаметра
219 мм) или 250 мм для остальных диаметров. При установке на предызолированных трубопроводах шаровых кранов устройство камер для их обслуживания не требуется. Управление шаровыми кранами (клапанами) осуществляется через коверы съемным механизмом (ключом. Производство ПИ труб обеспечивает надежное сцепление между наружной поверхностью металлической трубы с пенополиуретановой изоляцией и внутренней поверхностью наружной полиэтиленовой оболочки, которые при изменении температуры теплоносителя перемещаются совместно. При бесканальной прокладке теплотрассы значительная часть возникающих при этом усилий погашается за счет трения между наружной оболочкой трубы и грунтом.
9.5 Строительные работы, выполняемые при прокладке тепловых сетей При строительстве новых и реконструкции действующих тепловых сетей следует руководствоваться порядком, предусмотренным ТКП 45-4.02-89−2007, СНиП 3.01.01, СНиП
3.05.03 и СНиП 3.05.05 и требованиями других действующих технических нормативных правовых актов в области архитектуры и строительства. Монтаж тепловых сетей включает следующие основные этапы
− разбивку трассы
234
− транспортирование ПИ труби их хранение
− земляные работы
− раскладку ПИ труб
− сборку и сварку стальных труби деталей
− устройство неподвижных опор
− монтаж компенсационных устройств
− устройство соединительных швов
− монтаж запорной арматуры трубопровода
− монтаж СОДК;
− контроль качества выполненных работ
− предварительный нагрев трубопровода
− подачу теплоносителя, комплексное опробование и приемку сети. Строительные работы должны осуществляться в соответствии с технологическими картами с использованием типовой документации) на выполнение видов работ с включением схем операционного контроля качества, описанием методов производства работ, с указанием трудозатрат и потребности в материалах, машинах, оснастке, приспособлениях и средствах защиты работающих.
9.6 Присоединение потребителей к тепловым сетям Присоединение новых потребителей тепловой энергии к тепловым сетям энергоснабжающей организации, подключение реконструируемых и ранее отключенных объектов, теплопроводов и систем теплопотребления, изменение количества потребляемой тепловой энергии или параметров теплоносителей допускаются только с разрешения энергоснабжающей организации после выполнения технических условий и заключения договора на пользование тепловой энергией или внесения в него соответствующих изменений.
Энергоснабжающей организаций в Республике Беларусь является Министерство топлива и энергетики, имеющее на своем балансе источники теплоты и тепловые сети и осуществляющее снабжение потребителей тепловой энергией. К ним относятся юридические лица, теплоустановки и тепловые сети которых присоединены к системе теплоснабжения энергоснабжающей организации.
Теплоустановка – комплекс устройств, использующих тепловую
235 энергию для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических нужд. Все потребители тепловой энергии для коммерческих расчетов с энергоснабжающей организацией должны быть обеспечены приборами учета, установленными на узлах учета. Узел учета – комплект приборов и устройств, обеспечивающих учет тепловой энергии, контроль и регистрацию параметров теплоносителя. Коммерческий прибор учета тепловой энергии – прибор учета, на основании показаний которого определяется расход тепловой энергии абонентом, подлежащий оплате. Узлы учета тепловой энергии оборудуются приборами, зарегистрированными в Государственном реестре средств измерений Республики Беларусь, прошедшими метрологическую аттестацию и установленными в соответствии с требованиями Правил учета отпуска тепловой энергии и действующей нормативно-технической документацией. В 2012 году в Республике Беларусь принят нормативный документ в виде технического кодекса установившейся практики
ТКП 411−2012 (02230) Правила учета тепловой энергии и теплоносителя. Он устанавливает правила учета и регистрации отпуска и потребления тепловой энергии и теплоносителя и распространяется на теплоисточники (ТЭЦ, котельные и др, энергоснабжающие организации, потребителей тепловой энергии и теплоносителя. Требования технического кодекса обязательны для применения организациями всех форм собственности и подчиненности, индивидуальными предпринимателями и физическими лицами при коммерческих расчетах за произведенную и потребленную тепловую энергию и теплоноситель независимо от установленной мощности теплоисточника и присоединенной тепловой нагрузки потребителя. Подключение к тепловым сетям энергоснабжающей организации потребителей, не имеющих приборов учета для расчетов за тепловую энергию, запрещается.
9.7 Регулирование расхода теплоты в системах отопления Отопление жилых зданий следует проектировать, обеспечивая регулирование и учет расхода теплоты на отопление каждой квартирой, группами помещений общественного и другого назначения,
236 расположенными в доме, а также зданием в целом. Для определения расхода теплоты каждой квартирой [41] (с учетом показаний общего счетчика) в жилых зданиях следует предусматривать
– установку счетчика расхода теплоты для каждой квартиры при устройстве поквартирных систем отопления с горизонтальной (лучевой) разводкой труб
– устройство поквартирного учета теплоты индикаторами расхода теплоты на каждом отопительном приборе в системе отопления с общими стояками для нескольких квартир, в том числе в системе поквартирного отопления
– установку общего счетчика расхода теплоты для здания в целом с организацией поквартирного учета теплоты пропорционально отапливаемой площади квартир или другим показателям. Одним из эффективных энергосберегающих мероприятий является регулирование температуры воды, подаваемой в системы отопления, в соответствии с температурой наружного воздуха. Выбор оптимального температурного графика водяной тепловой сети осуществляется при проектировании системы теплоснабжения на основании технико-экономических расчетов. Температура воды в системе отопления должна поддерживаться в зависимости от фактической температуры наружного воздуха по температурному графику, который разрабатывается специалистами- теплотехниками проектных и энергоснабжающих организаций по специальной методике для каждого источника теплоснабжения с учетом конкретных местных условий. Эти графики должны разрабатываться исходя из требования, чтобы в холодный период года в жилых комнатах поддерживалась оптимальная температура, равная 20–22 С. При расчетах графика учитываются потери теплоты (температуры воды) на участке от источника теплоснабжения до жилых домов. Температурные графики должны быть составлены как для теплосети на выходе из источника теплоснабжения (котельной, ТЭЦ, таки для трубопроводов после тепловых пунктов жилых домов (групп домов, те. непосредственно на входе в систему отопления дома.
237 Например, электронный регулятор расхода тепла «Рацион-
Комфорт» предназначен для автоматического регулирования расхода теплоты в системах отопления по заданному отопительному графику в зависимости от температуры н, автоматического поддержания температуры воды в системах горячего водоснабжения и температуры воздуха в системах вентиляции. Регулятор может работать автономно или в составе многоуровневых систем управления с использованием внутренней шины связи ECL485 (рисунок 75). Регулятор рассчитан на эксплуатацию в закрытых взрывобезопасных помещениях с температурой окружающей среды от +0 до +50 С, относительная влажность воздуха не должна превышать 80 % при температуре +35 С. Регулятор состоит из микропроцессорного блока управления производства фирмы «Danfoss» (Дания, датчиков температуры производства фирмы «Danfoss» (Дания) или НПО
«Энергоприбор» (РБ), а также одного или двух клапанов регулирующих седельных (У
15, 20, 25, 32, 40, 50, 80) производства ПО «Термоблок». В зависимости от количества автоматизируемых систем регулятор может быть одно- или двухконтурным. Рисунок 75 – Общий вид регулятора «Рацион-Комфорт» 2 для отопления и горячего водоснабжения (ТУ РБ 100897042.018-2000):
1 – блок управления регулятором 2 – клапан регулирующий седельный с электроприводом
3 – датчик температуры погружной; 4 – датчик температуры наружного воздуха
5 – гильза защитная
(http://stroyenergo.by/ru/regulyator-rashoda-tepla-ratsion-komfort-/obschaya- informatsiya.html) Строительный холдинг «Стройэнерго» ПО Термоблок»)
238 Маркировка регулятора зависит от его назначения, цифры «1» или
«2» указывают на количество контуров, буква Н − на наличие функции управления насосами, буквы О, Вили «ГВ» − на сокращенное название систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения для каждого контура. Регулятор должен иметь Сертификат соответствия Госстандарта
РБ и удостоверение о государственной гигиенической регистрации. Принцип работы регулятора для контура отопления заключается в следующем. Блок управления с помощью датчиков температуры определяет температуру теплоносителя, поступающего в систему отопления, и температуру наружного воздуха (рисунок 76).
-30 10
-20 20
-10 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,2
0,6
1,0
1,4
1,8
2,2
2,6 3,0
3,4
Тс.о., С
Тн.в., С
На основании выбранного графика зависимости температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления г, от температуры наружного воздуха н блок управления определяет требуемое значение температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления (рисунок 77). Блок управления 1 формирует управляющий сигнал на открытие регулирующего клапана М, когда значение температуры теплоносителя S3, поступающего в систему отопления, ниже Рисунок 76 – График зависимости температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, от температуры наружного воздуха г, С н, С
239 требуемого значения. Блок управления формирует управляющий сигнал на закрытие регулирующего клапана, когда значение температуры теплоносителя, поступающего в систему отопления, выше требуемого значения. Блок управления имеет возможность чередовать режимы поддержания комфортной и пониженной температуры теплоносителя в системе отопления по заранее установленной недельной программе. Рисунок 77 – Схема установки регулятора "Рацион – Комфорт" О для одной системы отопления с независимым присоединением к тепловой сети через пластинчатый теплообменник
1 – блок управления S1 и S2 – датчики температуры наружного и внутреннего воздуха соответственно S3 и S4 – датчики температуры горячего (для отопления) и охлажденного сетевого) теплоносителей соответственно М – регулирующий клапан Р – циркуляционный насос Принцип работы регулятора для системы вентиляции заключается в следующем. Блок управления с помощью датчика температуры определяет температуру воздуха в помещении или воздуховоде и сравнивает ее с заданным значением. Блок управления формирует управляющий сигнал на открытие регулирующего клапана, когда значение температуры воздуха ниже требуемого значения. Блок управления формирует управляющий сигнал на закрытие регулирующего клапана, когда значение температуры воздуха выше требуемого значения. Блок управления имеет возможность чередовать режимы поддержания комфортной и
1 ... 16 17 18 19 20 21 22 23 24
"Рацион-Комфорт" 1. О
S2*
S1
М1
S3
S4
Р1
1
240 пониженной температуры воздуха в помещении по заранее установленной недельной программе.
9.8 Тепловой пункт системы водяного отопления Тепловой пункт согласно ТКП 45-4.02-183-2009 – это комплекс трубопроводов, запорной арматуры, оборудования и приборов, обеспечивающий присоединение систем теплопотребления к тепловым сетям. Наиболее популярной схемой присоединения систем отопления жилых зданий к тепловым сетям является схема через центральный тепловой пункт (ЦТП), который обслуживает группу жилых и общественных зданий. В последнее время получило распространение подсоединение жилых зданий к теплосетям через индивидуальный тепловой пункт
(ИТП) [31] для одного здания или его части. В ИТП вода на нужды отопления и горячего водоснабжения приготавливается в пластинчатых теплообменниках (рисунок 78), установленных непосредственно в здании. Теплообменники пластинчатые предназначены для осуществления процессов теплообмена в системах отопления и горячего водоснабжения жилых, административных и промышленных зданий, а также могут быть использованы в различных технологических процессах [35, 36]. Теплообменники собираются из унифицированных узлов и деталей и по компоновке пластин (секций) могут быть следующих исполнений: х – одноходовой; х – двухходовой 3хЦ – трехходовой для ГВС с циркуляционной линией 2хБГВ – двухходовой для ГВС, подсоединенной к тепловой сети по двухступенчатой смешанной схеме. Разрез ТО и ход теплоносителя
241 Рисунок 78 – Сборка пластинчатого теплообменника Блочные тепловые пункты
(БТП) предназначены для присоединения к тепловым сетям систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий различного назначения. БТП представляют собой комплекс, состоящий из оборудования, трубопроводов, контрольно-измерительных приборов, арматуры, средств автоматизации и электротехнических изделий. БТП поставляются в полностью законченном виде укрупненными монтажными узлами, которые могут быть собраны на месте монтажа в течение одной-двух рабочих смен (рисунок 79). Рисунок 79 – Общий вид блочного индивидуального теплового пункта
[http://stroyenergo.by/ru/blochnyie-teplovyie-punktyi/tehnicheskie- harakteristiki.html]. завод промстройиндустрия) В комплект поставки
БТП входит сопроводительная документация, необходимая для монтажа, наладки и сдачи теплового Отдельные пластины различной конфигурации Отдельные пластины различной конфигурации Пластинчатый теплообменник
242 пункта. Состав и функциональные возможности БТП:
− Узел учёта и регулирования тепловой энергии. Учитывает фактический расход теплоносителя и тепла, регулирует (снижает) расход теплоносителя в соответствии с заданной программой поддержания температуры в системах отопления и горячего водоснабжения или в обратном трубопроводе.
− Узел отопления. Регулирует расход тепловой энергии в соответствии с расчётными данными, учитывающими погодные условия, время суток, дни недели и др. Поддерживает нормальный режим отопления при недостаточной подаче теплоносителя от тепловой сети (малых перепадах давления и низких температурах.
− Узел горячего водоснабжения. Поддерживает температуру в системе горячего водоснабжения в соответствии с заданной (55−60 С. Работает с максимальным отбором тепловой энергии из тепловой сети.
− Узел вентиляции. Регулирует расход тепловой энергии в соответствии с погодными условиями и времени суток. Эффективность применения
− оптимизация теплопотребления в производственных, административных, общественных и жилых зданиях за счёт учёта фактической температуры наружного воздуха и пониженного режима отопления в ночное время
− автоматическое перекрытие подачи горячей воды и прекращение учёта расхода при возникновении аварийных ситуаций
− встроенный узел учёта и регулирования тепловой энергии. Методика и примеры теплотехнического расчета пластинчатых теплообменников, которые используются в блочном тепловом пункте, подробно описаны в [36]. Для обеспечения циркуляции воды в системах отопления и горячего водоснабжения в настоящее время используют циркуляционные насосы, которые при независимой системе теплоснабжения устанавливают на обратном трубопроводе перед теплообменником. Существует два типа циркуляционных насосов – насосы с сухим ротором и насосы с мокрым ротором. Насосы с сухим ротором представляют собой одноступенчатый насос с осевым расположением всасывающего и напорного
243 патрубков, которые можно монтировать вразрез трубы. Чаще всего они применяются в промышленных системах отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования и практически не используются в системах домов коттеджного типа. Отличаются повышенным уровнем шума. Имеют коэффициент полезного действия до 80 %. Насосы с мокрым ротором применяются как в промышленных системах отопления и горячего водоснабжения, таки в системах домов коттеджного типа. У насосов с мокрым ротором ротор погружен в перекачиваемую жидкость, этой жидкостью смазываются подшипники скольжения и отводится тепло от двигателя. Поэтому электродвигатель такого насоса не имеет вентилятора, что в совокупности с конструкцией насоса значительно уменьшает уровень шума. Их КПД достигает только 50−60 %. Согласно принятому в Европейском союзе постановлению к 2013 году все используемые циркуляционные насосы по шкале энергоэффективности должны соответствовать классу А – наивысшему классу энергосбережения. Смесительные насосы для системы отопления устанавливаются а) на перемычке между подающими обратным трубопроводами при располагаемом напоре перед узлом смешения, достаточным для преодоления гидравлического сопротивления СО и тепловых сетей после ЦТП, и при давлении в обратном трубопроводе тепловой сети после теплового пункта не менее чем на 0,05 МПа выше статического давления в СО б) обратном трубопроводе перед узлом смешения для понижения давления в обратном трубопроводе в) подающем трубопроводе для повышения давления в системе отопления.
Грязевики в тепловых пунктах следует предусматривать на подающем трубопроводе при вводе в тепловой пункт непосредственно после первой запорной арматуры и на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами, насосами, приборами учета расхода воды. Средства автоматизации и контроля должны обеспечивать работу тепловых пунктов без постоянного обслуживающего персонала и выполнять следующие функции
− поддерживать заданную температуру воды, поступающую в
244 систему отопления и систему горячего водоснабжения
− регулировать подачу теплоты в систему отопления в зависимости от изменения параметров наружного воздуха с целью поддержания заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях
− поддерживать требуемый перепад давлений воды в подающем и обратном трубопроводах тепловых сетей на вводе ЦТП и ИТП при превышении фактического перепада давлений над требуемым более чем на 200 кПа;
− поддерживать минимальное заданное давление в обратном трубопроводе системы отопления при возможном снижении давления
− включать и выключать подпиточные устройства для поддержания статического давления в системах теплопотребления при их независимом присоединении
− защищать систему отопления от опорожнения. Системы централизованного теплоснабжения от ТЭЦ в крупных городах в некоторых случаях стали нецелесообразными большая протяженность сетей приводит к значительным потерям теплоты, увеличению расхода на транспортировку теплоносителя, запаздываниям по температурному графику (теплоноситель доходит к потребителю через несколько часов после приготовления, аза это время может значительно измениться температура наружного воздуха. Кроме того, крупные ТЭЦ своими выбросами ухудшают экологию районов, в которых они расположены. Теплосети требуют проведения плановых ремонтов. При проектировании нового строительства следует также учитывать, что в некоторых случаях прокладка теплосети с устройством прокола под транспортной магистралью может стоить дороже строительства индивидуальной (автономной) котельной, предназначенной для теплоснабжения одного здания или сооружения. Поэтому в последние годы все чаще строят индивидуальные крышные котельные, располагаемые на покрытии здания непосредственно, на специально устроенном основании на покрытии или в верхнем техническом этаже (чердачном помещении) строящегося здания с легким малошумным полностью автоматизированным экологическим оборудованием. Они, в отличие от индивидуальных котельных, расположенных в подвалах, не
245 нуждаются в высоких трубах, уродующих архитектурный облик города. Крышные котельные установки предназначены для выработки горячей воды, используемой в качестве теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения отдельных жилых домов, административных и промышленных зданий. Котельная работает без постоянного присутствия обслуживающего персонала. Тепловая мощность котельной не должна превышать потребности в теплоте того здания, для теплоснабжения которого она предназначена. Проектирование и строительство здания и котельной одностадийное. Все технологическое оборудование монтируется на раме. Вспомогательное оборудование установлено в подвальном помещении. Котельная укомплектована коммерческими узлами учета электроэнергии, газа, холодной и горячей воды, вырабатываемого тепла, в ней предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которого осуществляется
− изменение и контроль параметров теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения
− регулирование расхода теплоносителя и распределение его по системам потребления теплоты
− отключение систем потребления теплоты
− защита местных систем при аварийном повышении параметров теплоносителя
− соблюдение норм пожарной безопасности Республики Беларусь при устройстве крышных котельных (НПБ РБ 2-97).
9.9 Схемы присоединения систем водяного отопления к сетям централизованного теплоснабжения Система теплопотребления представляет собой комплекс теплоиспользующих установок с подводящими от индивидуальных тепловых пунктов трубопроводами системы отопления, теплоснабжения, установок систем вентиляции и кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения и теплоиспользующих технологических потребителей.
Существует несколько распространенных схем присоединения
246 систем теплопотребления к тепловым сетям
− зависимая − теплоноситель из тепловой сети поступает непосредственно в систему теплопотребления;
− независимая схема присоединения системы отопления или теплоснабжения установок систем вентиляции и кондиционирования воздуха к тепловой сети через поверхностный подогреватель, при которой давление в системе обеспечивается подпиточным устройством, а циркуляция теплоносителя осуществляется циркуляционным насосом
− закрытаяводяная система теплоснабжения вода, циркулирующая в тепловой сети, не отбирается из системы потребителями теплоты
− открытая водяная система теплоснабжения − вода, циркулирующая в тепловой сети, отбирается из системы потребителями теплоты на цели горячего водоснабжения или технологические цели. Следует правильно выбирать вид присоединения систем отопления к тепловой сети, чтобы обеспечить надежную их работу
(http://santechnik.org.ua/stati/otoplenie/prisoedinenie-sis-otopleniya-k-teploseti). Независимая схема присоединения систем отопления (рисунок 80) применяется в следующих случаях
– для подключения высоких зданий (более 12 этажей, когда давления в тепловой сети недостаточно для заполнения отопительных приборов на верхних этажах
– для зданий, требующих повышенной надежности работы систем отопления (музеи, архивы, библиотеки, больницы
– для зданий, имеющих помещения, куда нежелателен доступ постороннего обслуживающего персонала
– если давление в обратном трубопроводе тепловой сети выше допустимого давления для систем отопления (больше 0,6 МПа.
247 Рисунок 80 – Независимая схема присоединения систем отопления к тепловым сетям
РС – расширительный сосуд, РД – регулятор давления, РТ – регулятор температуры ОК – обратный клапан Сетевая вода из подающей линии поступает в теплообменники нагревает воду местной отопительной системы. Циркуляция в системе отопления осуществляется циркуляционным насосом, который обеспечивает постоянный расход воды через нагревательные приборы. Система отопления может иметь расширительный сосуд, в котором содержится запас воды для восполнения утечек из системы. Он обычно устанавливается в верхней точке и подключается к обратной линии на всасывающей линии циркуляционного насоса. При нормальной работе системы отопления утечки незначительны, что дает возможность заполнять расширительный бак разв неделю. Подпитка производится из обратной линии по перемычке, выполняемой для надежности с двумя кранами и сливом между ними, или с помощью подпиточного насоса, если давления в обратной линии недостаточно для заполнения расширительного сосуда. Расходомер на линии подпитки позволяет учитывать водоразбор из тепловой сети и правильно производить оплату. Наличие подогревателя позволяет осуществлять наиболее рациональный режим регулирования. Это особенно эффективно при плюсовых температурах наружного воздуха и при центральном качественном регулировании в зоне излома температурного графика см. рисунок 76). Зависимые схемы присоединения систем отопления работают под давлением, близким к давлению в обратном трубопроводе тепловой сети. Циркуляция обеспечивается за счет перепада давлений в подающем и обратном трубопроводах. Этот перепад р должен быть достаточен для преодоления сопротивления системы отопления и теплового узла. Если давление в подающем трубопроводе превышает необходимое, то оно должно быть снижено регулятором давления или дроссельной шайбой. Достоинства зависимых схем по сравнению с независимыми
− проще и дешевле оборудование абонентского ввода
− может быть получен больший перепад температур в системе отопления
248
− сокращен расход теплоносителя
− меньше диаметры трубопроводов
− снижаются эксплуатационные расходы. Недостатки зависимых схем
− жесткая гидравлическая связь тепловой сети и систем отопления и, как следствие, пониженная надежность
− повышенная сложность эксплуатации. Различают следующие схемы зависимого подключения
− непосредственного присоединения
− с элеватором
− с насосом на перемычке
− с насосом на обратной линии
− с насосом на подающей линии
− с насосом и элеватором. Схема непосредственного присоединения систем отопления рисунок 81) является простейшей и применяется, когда температура и давление теплоносителя совпадают с параметрами системы отопления. Для присоединения жилых зданий на абонентском вводе должна быть температура сетевой воды не более 95 С, для производственных зданий – не более 150 С. Эта схема может применяться для подключения промышленных зданий и жилого сектора к котельным с чугунными водогрейными котлами, работающими с максимальными температурами 95–105 С или после ЦТП. Рисунок 81 – Схема непосредственного присоединения СО к ТС Здания присоединяются непосредственно, без смешения. Достаточно иметь задвижки на подающем и обратном трубопроводах системы отопления и необходимые КИП. Давление в тепловой сети в точке
249 присоединения должно быть меньше допустимого. Наименьшей прочностью обладают чугунные радиаторы, для которых постоянное давление не должно превышать 0,6 МПа. Иногда устанавливают регуляторы расхода. Схема с элеватором (водоструйный насос) (рисунок 82) применяется, когда требуется снизить температуру теплоносителя для систем отопления по санитарно-гигиеническим показателям например, со 130 до 90 С. Кроме того, элеватор является побудителем циркуляции. По этой схеме присоединяется большинство жилых и общественных зданий. Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и, что особенно важно, высокая степень надежности элеватора. Рисунок 82 – Схема присоединения СО к ТС через элеватор РДДС – регулятор давления до себя СПТ – теплосчетчик, состоящий из расходомера, двух термометров сопротивления и электронного вычислительного блока Достоинства элеватора
− простота и надежность работы
− нет движущихся частей
− не требуется постоянное наблюдение
− производительность легко регулируется подбором диаметра сменного сопла
− большой срок службы
− постоянный коэффициент смешения при колебаниях перепада давления в тепловой сети (в определенных пределах
− вследствие большого сопротивления элеватора повышается гидравлическая устойчивость тепловой сети.
СПТ Из тепловой сети В тепловую сеть
250 Недостатки элеватора
− низкий КПД, равный 0,25−0,3, поэтому для создания перепада давления в системе отопления надо иметь до элеватора располагаемый напор враз больший
− постоянство коэффициента смешения элеватора, что приводит к перегреву помещений в теплый период отопительного сезона, так как нельзя изменить соотношение между количеством сетевой воды и подмешиваемой
− зависимость давлений в системе отопления от давлений в тепловой сети
− при аварийном отключении тепловой сети прекращается циркуляция воды в отопительной установке, в результате чего создается опасность замерзания воды в системе отопления. Принцип действия элеватора заключается в следующем перегретая вода из подающей магистрали поступает в конусное съемное сопло, где скорость движения воды резко возрастает, в результате чего струя воды, выходящая из сопла в камеру смешивания, подсасывает охлажденную воду из обратного трубопровода через перемычку во внутреннюю полость элеватора рисунок 83). При этом в элеваторе происходит смешение перегретой и охлажденной воды, поступающей из системы отопления. Таким образом, вода требуемой температуры поступает в нагревательные приборы системы отопления. Чтобы защитить элеватор от попадания крупных частиц в конус, что может частично или полностью прекратить его работу, перед элеватором обязательно устанавливают грязевик.
251 Рисунок 83 – Принцип действия элеватора
1 – сопло 2 – камера всасывания 3 – камера смешения 4 – диффузор
(http://santechnik.org.ua/stati/otoplenie/elevatornij-uzel ) Сетевая вода поступает в суживающееся сопло и на выходе приобретает значительную скорость благодаря срабатыванию перепада давления в сопле от Р до Р. В результате давление в камере всасывания становится ниже Р, и рабочая струя захватывает пассивные массы окружающей воды, передавая им часть своей энергии. Таким образом, происходит подсос воды из обратной линии. В камере смешения скорость потока выравнивается с некоторым возрастанием давления к концу камеры (примем это давление условно постоянным из-за незначительности его повышения. В диффузоре поток тормозится, скорость снижается, а давление возрастает до Р
3
Основной характеристикой элеватора является коэффициент смешения (эжекции) – отношение количества эжектируемой воды к количеству воды, поступающей из тепловой сети G
1
:
U = G
2
/ G
1
. (95) Чаще применяется другое соотношение, выводимое из уравнения теплового баланса элеватора
G
1
c
1
t
1
+ G
2
c
2
t
2
= G
3
c
3
t
3
(96) При условии, что G
3
= G
2
+ G
1
,
U = (t
1
– t
3
) / (t
3
– t
2
).
(97) Если тепловая сеть работает по графику 150–70 С, а система отопления по графику 95–70 Сто коэффициент смешения элеватора должен быть
U = (150 – 95)/(95 – 70) = 2,2. (98) Это означает, что на каждую единицу массы высокотемпературной сетевой воды должно приходиться при смешении 2,2 массы охлажденной обратной воды после системы отопления. Схемы с элеватором уже не в полной мере отвечают возросшим условиям надежности, качества и повышения экономичности систем теплоснабжения в целом. Кроме того, ограничивается возможность
252 автоматического регулирования систем отопления. Однако в настоящее время стали широко применяться элеваторы с регулируемым соплом (рисунок 84), у которых коэффициент смешения может меняться в диапазоне от 2 до 5. Их применение позволяет в общественных и производственных зданиях понижать температуру в отапливаемых помещениях в ночное время ив выходные дни, что может обеспечить до 20−25 % экономии расходов тепловой энергии на отопление. Регулирующий элеватор может быть установлен при реконструкции местных и центральных тепловых пунктов в системах теплоснабжения. Он осуществляет качественно-количественное регулирование смешения теплоносителя с регулируемым расходом рабочего потока и коэффициентом рабочего сопла. Рисунок 84 – Установка регулирующего гидроэлеватора в систему
(http://br-gomel.by/index.php/regulating-armature/el/179-rg-xxx ) Если для надежной работы элеватора перепад давлений между подающей и обратной линиями на абонентском вводе недостаточен, то применяют смесительные насосы. Они снизят температуру воды, подаваемой в систему отопления, и обеспечат циркуляцию. Схема с циркуляционным насосом на перемычке (рисунок 85) применяется при недостаточном перепаде давлений на абонентском вводе, а также в том случае, когда требуемая мощность теплового узла велика (более 0,8 МВт) и выходит за пределы мощности выпускаемых
253 элеваторов. При аварийном отключении тепловой сети насос осуществляет циркуляцию воды в отопительной установке, что предотвращает ее размораживание в течение относительно длительного периода (8 – 12 ч. Рисунок 85 – Схема присоединения СО к ТС с насосом на перемычке Такая схема установки насоса обеспечивает наименьший расход электроэнергии на перекачку, так как насос подбирается по расходу подмешиваемой воды. Замена элеваторов насосами является прогрессивным решением, потому что позволяет примерно на 10 % снизить расход сетевой воды и уменьшить диаметр трубопроводов. Применяется для ЦТП. Схема с насосом на подающей линии (рисунок 86) применяется при недостаточном давлении в подающей магистрали (в зданиях повышенной этажности. Рисунок 86 – Схема присоединения СО к ТС с насосом на подающей линии Расчетный напор насоса должен соответствовать недостающему Из тепловой сети В тепловую сеть В систему отопления Из системы отопления
ДК
ОК
РД Из тепловой сети В тепловую сеть В систему отопления Из системы отопления
254 напору, а производительность выбирается равной полному расходу воды в отопительной установке. При нестабильном гидравлическом режиме тепловой сети обратный клапан на подающей линии заменяют регулятором давления после себя (РДПС), на который подается импульс приостановке подкачивающих насосов. Схема с насосом на обратной линии (рисунок 87) применяется при недопустимо высоком давлении в обратной линии. Насосы работают в режиме «подмешивание-подкачка», при этом снижается давление в обратной линии и увеличивается перепад между подающими обратным трубопроводами. Регулятор подпора на обратной линии необходим при статическом режиме, когда насосы работают в качестве циркуляционных. В этом случае регуляторы давления на подающей и обратной линиях принудительно закрываются, и происходит отсечка абонентского ввода от тепловой сети. Для регулирования сниженного давления в обратной линии на перемычке устанавливается дроссельный регулировочный клапан
(ДК), с помощью которого регулируется коэффициент подмешивания. Рисунок 87 – Схема присоединения СО к ТС с насосом на обратной линии При использовании насосного смешения на тепловых пунктах наряду с рабочим насосом необходимо устанавливать резервный. Кроме того, требуется повышенная надежность в электроснабжении, так как отключение насоса приводит к поступлению перегретой воды из тепловой сети в местную отопительную систему, что может привести к ее повреждению. В случае аварии в тепловой сети, чтобы сохранить воду в местной Из тепловой сети В тепловую сеть В систему отопления Из системы отопления
255 системе отопления, дополнительно устанавливаются обратный клапан на подающей линии и регулятор давления на обратном трубопроводе. Схемы с насосом и элеватором. Отмеченные недостатки устраняются в схемах с элеватором и центробежным насосом. В этом случае выход из строя центробежного насоса приводит к снижению коэффициента смешения элеватора, ноне снизит его до нуля, как при чисто насосном смешении. Эти схемы применимы, если разность напоров перед элеватором не может обеспечить необходимого коэффициента смешения, те. она меньшем вод. ст, но большем вод. ст. В действующих тепловых сетях такие зоны обширны. Схемы позволяют вести ступенчатое температурное регулирование в зоне высоких температур наружного воздуха. Установка центробежного насоса с нормально работающим элеватором при включении насоса позволяет увеличить коэффициент смешения и снизить температуру воды, подаваемой в систему отопления.
256 Возможны 3 схемы включения насоса по отношению к элеватору Схема Описание Схема 1 Схема 1 применяется, если потери напора в остановленном насосе невелики и не могут заметно снизить коэффициент смешения элеватора Схема 2 Если это условие не выполняется, применяют схему 2 Схема 3 При малых перепадах давления необходимо прикрывать задвижку 1 в схеме 3
1 ... 16 17 18 19 20 21 22 23 24
9.10 Теплоснабжение строительных площадок Временное теплоснабжение на строительной площадке осуществляется в следующих целях обеспечение тепловой энергией технологических процессов (подогрев воды и заполнителей на бетонно-растворных узлах, отопление тепляков, прогрев бетона, оттаивание грунта и пр отопление и сушка строящихся объектов отопление, вентиляция и горячее водоснабжение временных санитарно-бытовых и административно-хозяйственных строений раздевалок, столовых, душевых и т.п.). Источниками временного теплоснабжения строительной площадки могут быть существующие или проектируемые теплосети, калориферы и воздухонагреватели различных типов и мощностей,
ТЭНы, газобаллонные установки, передвижные теплогенераторы, мобильные котельные (рисунок 88). Системы временного теплоснабжения, как правило, рассчитаны только на период строительства и подлежат демонтажу по окончании строительства.
257 Определение потребителей и их потребностей Расчет потребности в теплоте инвентарных и постоянных зданий Расчет потребности в теплоте технологических процессов Выбор теплоносителя (вода, пар, воздух) Выбор источников теплоснабжения существующие или проектируемые теплосети, калориферы и воздухонагреватели, ТЭНы, газобаллонные установки и др) Составление рабочей схемы теплоснабжения строительной площадки Рисунок 88 – Блок-схема теплоснабжения строительной площадки Проектирование временного теплоснабжения выполняют в следующем порядке
− рассчитывают потребность в тепловой энергии по отдельным потребителями суммарный расход по объекту в целом
− определяют источники снабжения теплотой и подсчитывают потребность в топливе
− рассчитывают и проектируют трассы теплопроводов
− подбирают локальные агрегаты и приборы для отопления, сушки, подогрева, подачи пара и т.п. Уточнение и детализацию проекта производят при разработке
ППР. Потребность теплоты для технологических процессов определяется теплотехническим расчетом или берется из справочников. Общая потребность в тепле определяется как сумма теплопотребностей на производственные и технологические нужды. Расчет потребности в тепловой энергии на технологические нужды для выполнения работ в зимних условиях производят по действующим нормам принятой технологии производства работ. Общую потребность в теплоте Q
общ
(Вт) определяют
258 суммированием расхода по отдельным потребителям с введением повышающих коэффициентов k
1
– на неучтенные расходы теплоты и
k
2
– потери (ориентировочно принимают k
2
= 1,15):
общ = (от + техн + суш k
1
k
2
, (100) где от – количество тепла на отопление зданий и тепляков
техн – тоже на технологические нужды
суш – тоже на сушку зданий. Объемы работ подбирают по рабочей документации. Обеспечение производственных предприятий рассчитывают с учетом их эксплуатационной характеристики интенсивности работы. Расход теплоты для отопления зданий от (Вт) рассчитывают в ППР. Определение количества теплоты и воздуха для зданий требует специальных расчетов, учитывающих необходимое количество теплоты для испарения влаги из материалов и нагревания подаваемого в помещение воздуха. Температуру воздуха внутри здания следует принимать в соответствии с СНБ. Определение вида теплоносителя вода, пар, воздух) производится в зависимости от наличия постоянных теплопроводов, производственной необходимости и затратна эксплуатацию источников. В городских условиях, как правило, оптимальным вариантом подачи тепловой энергии является использования наружных сетей постоянных теплотрасс. Если они неготовы, следует использовать временные теплосети. Расчет диаметров трубопроводов производят на период максимальной подачи теплоты. Временные теплосети выполняют, как правило, тупиковыми, реже по кольцевой схеме, бесканально в траншеях с засыпкой изоляцией из шлака, керамзитогравия и т.п. или с применением скорлупной изоляции. В этом случае ставится блочный автоматизированный тепловой пункт (БАТП), который временно снабжает теплотой и горячей водой строящееся здание (рисунок 89). БАТП обеспечивает учет потреблений тепловой энергии, качественную регулировку теплоносителя даже в том случае, если используются тепловые пушки, а при их отключении нет завышения температуры обратной воды.
259 Рисунок 89 – Схема временного обеспечения вновь строящегося здания от теплотрассы с использованием БАТП При отсутствии такой возможности рекомендуется применять различные инвентарные котельные, котлы и электробойлерные. Для сушки помещений могут быть использованы газовые горелки инфракрасного излучения, воздушно-отопительные агрегаты.
9.11 Нетрадиционные способы теплоснабжения жилых зданий Основным путем экономии энергии в строительстве является возведение зданий с эффективным использованием энергии, в котором предусмотрены оптимальные на перспективу инженерные методы и средства по эффективному использованию и экономии энергии, применению нетрадиционных теплоисточников. Для рационального использования энергии при положительной технико-экономической оценке предлагаются проектировать системы отопления зданий с применением низкотемпературного, солнечного, геотермального источников, а также сбросной теплоты
[22]. Наиболее актуальны такие системы теплоснабжения для усадебных жилых домов [11]. Источником теплоты для тепловых насосов является окружающая среда, энергетический уровень которой различен в зависимости от места расположения объекта и времени суток и года. Так, температура грунта в течение года постоянна и имеет значение около
10 Св качестве возможного источника энергии можно использовать грунтовые воды, температура которых не ниже 8 С. Поэтому низкотемпературные системы отопления являются
260 особенно подходящими объектами для использования тепловой насосной установки. Воздушный тепловой насос представляет собой устройство, отвечающее за поглощение низкопотенциальной теплоты окружающего воздуха и её дальнейшую передачу в систему теплоснабжения в виде нагретого воздуха или воды (рисунок 90). Рисунок 90 – Схема работы воздушного теплового насоса
(http://www.ecogroup.com.ua/spravochnik/vse-o-teplovykh-nasosakh/vozdushnyi- teplovoi-nasos) Эффективность работы тепловых насосов увеличивается с понижением температуры воды в подающем трубопроводе, поэтому наиболее приемлемыми для них являются низкотемпературные системы теплоснабжения, в том числе системы подогрева пола. Тепловые насосы различаются, главным образом, по среде, с которой осуществляется теплообмен воздух, вода, грунт. Например, в ТКП 45-4.02-74-2007 приведены такие схемы [14]:
− "грунт−вода" с теплообменником в земле в виде скважины
− "вода−вода" с подъемными приемным колодцами
− "воздух−воздух" с теплообменником-воздухоохладителем. В системах солнечного отопления используется гелиосистема, которая позволяет улавливать солнечную радиацию и
261 преобразовывать ее в тепловую энергию (рисунок 91). Рисунок 91 – Комбинированная система теплоснабжения 1 – солнечный коллектор 2 – рабочая станция (циркуляционный насос, индикатор давления, защитный клапан, измеритель потока и пр 3 – бак-аккумулятор; 4 – контроллер управления системой водонагревания и отопления 5 – расширительный бак
6 – отопительный котел 7 − тепловой насос (воздух−вода)
(http://termostar.ru/pages/view_page/53 ) В качестве теплоисточника низкотемпературных систем отопления может использоваться теплота подземных нагретых вод. Такое отопления называют геотермальным. Однако в Беларуси из-за отсутствия геотермальных источников такой вид отопления не находит применения. Системы отопления с использованием природных и вторичных энергоресурсов например, сбросной теплоты) требуют капитальных вложений и оригинальных решений по утилизации теплоты, отводимой в настоящее время в атмосферу или водоемы от различных технологических установок. Использование этого колоссального количества теплоты экономически выгодно, так как затраты на утилизацию значительно меньше, чем на выработку такого же количества теплоты.
262
9.12 Энергосбережение в теплоснабжении зданий и сооружений Значительные затраты на эксплуатацию современных систем отопления, вентиляции и кондиционирования заставляют искать новые пути экономии средств и совершенствования процессов производства, передачи и потребления тепловой энергии в зданиях. Так, энергосбережение в тепловых сетях касается вопросов повышения качества воды для систем теплоснабжения, использования современных теплообменников на тепловых пунктах, установки приборов расхода воды и учета теплоты, применения современных технологий тепловой изоляции, замены элеваторных узлов на смесительные установки сдатчиками температуры и расхода. В настоящее время следует экономически обосновать и договориться между производителями и потребителями тепловой энергии, администрациями и предприятиями о том, при какой тепловой мощности потребителей экономичнее применять централизованную или децентрализованную систему теплоснабжения. Энергосбережение в зданиях и сооружениях включает в себя различные устройства вентилируемых наружных стен, вентилируемых окон, трехслойного или теплоотражающего (в инфракрасном излучении) остекления, дополнительного утепления наружных ограждений, теплоизоляции стен за отопительным прибором, застекленных лоджий. Кроме того, для энергосбережения в зданиях и сооружениях возможно применение воздушного отопления от гелиоустановок, а также с использованием теплонасосных установок и энергии низкого потенциала (конденсата, воды, воздуха. В промышленных зданиях и сооружениях в дополнении к этому возможно применение газовых инфракрасных излучателей, периодического режима отопления, локального обогрева рабочих площадок теплотой рециркуляционного воздуха из верхней зоны помещения, прямого испарительного охлаждения воздуха, вращающихся регенеративных воздуховоздушных утилизаторов теплоты (рекуператоров. Энергосбережение за счет использования альтернативных нетрадиционных и возобновляемых) источников энергии опирается
263 на применение солнечных коллекторов и электростанций, тепловых насосов, гелиоустановок, фотоэлектрических и ветроэнергетических установок. Энергосбережение за счет использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) включает утилизацию теплоты уходящих топочных газов и воздуха, установку контактных теплообменников, использование холодильных установок в качестве нагревателей воды, использование теплоты сепараторов пара и пара вторичного вскипания конденсата, рециркуляцию сушильного агента. Также немаловажную роль в энергосбережении играет нормирование расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) – это установление плановой нормы их рационального потребления. Основная задача нормирования – это разработка и применение в планировании, производстве и эксплуатации технически и экономически обоснованных и прогрессивных норм расхода в целях осуществления режима экономии ТЭР, оптимального распределения и наиболее эффективного их использования. Прогрессивность и экономичность норм расхода ТЭР заключается в обязательном учете планируемых энергосберегающих мероприятий на основе внедрения новых технологий, материалов и оборудования, создания оптимальных режимов потребления ТЭР за счет автоматизации технологических процессов, модернизации систем выработки, транспорта и потребления ТЭР. Под нормой расхода тепловой энергии или топлива понимается их максимально-допустимое количество, расходуемое за определенный период (месяц, квартал, сезон, годна принятую единицу измерения на отдельные виды потребления технически исправными системами, устройствами и оборудованием, эксплуатируемыми с соблюдением действующих правили инструкций, обеспечением нормативных режимов работы, параметров теплоносителей и воздуха в помещениях. Нормирование расхода тепловой энергии и топлива производится применительно к наиболее распространенным конструкциям зданий и сооружений наследующие направления отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилищного фонда. Разработка технически обоснованных норм расхода должна производиться в соответствии с требованиями Положения о нормировании расхода топлива, тепловой и электрической энергии в Республике Беларусь. Корректировка норм не допускается, если перерасход ТЭР
264 обусловлен нарушением правил эксплуатации и неисправностью оборудования.
265 ГАЗОСНАБЖЕНИЕ Свойства газа
риродные газы, добываемые из недр земли, представляют собой смесь, состоящую из горючих газов, балластных газов и примесей. Горючие газы состоят из метана (СН
4
), предельных (С
n
Н
2n+2
) и непредельных (С
n
Н
2n
) углеводородов. В сумме предельные и непредельные углеводороды называются тяжелыми углеводородами. Водород (Ни оксид углерода (СО) в природных газах отсутствуют. Балластные газы состоят из азота N
2
, углекислого газа СО и кислорода О
2
.Примеси, входящие в состав природных газов, состоят в основном из водяных паров (НО, сероводорода (Ни пыли. Природные газы лишены цвета, запаха, вкуса. Горючий газ в своем составе имеет горючие и негорючие вещества. Углекислый газ, кислород, азот и водяной пар относят к негорючим газам, а углеводороды, водород, сероводород – к горючим. При добыче газа из него извлекают токсичный газ – сероводород с концентрацией не более 0,02 г/м
3
Горючие газы, которые используются в качестве топлива, имеют ряд показателей, к которым можно отнести состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и давление при взрыве. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, поэтому его свойства практически полностью определяют свойства природных газов. Метан – бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. Высшая теплота сгорания метана в = 39,8 МДж/м
3
, низшая – н = = 35,8 МДж/м
3
. Плотность природного газа полностью зависит от его состава и находится в пределах от 0,73 до 0,85 кг/м
3
По сравнению с твердыми жидким топливом природный газ выигрывает благодаря своим особенностям П
10
266
– легкий способ добывания и транспортировки, относительная дешевизна
– высокая теплота сгорания
– облегчаются условия автоматизации рабочих процессов
– не требуется подготовки топлива к сжиганию
– облегчается труд обслуживающих работников и улучшаются санитарно-гигиенические условия его работы
– отсутствие золы и выноса твердых частичек в атмосферу. Использование природного газа требует особой внимательности и осторожности по причине возможных утечек в местах присоединения арматуры и через неплотности в соединениях газопровода. Важно знать, что наличие в помещении более 20 % газа приводит к удушью, а при его скоплении в закрытом объеме от 5 до
15 % может вызвать взрыв газовоздушной смеси. Неполное сгорание газообразного топлива несет за собой образование токсичного угарного газа СО, который даже при небольших концентрациях приводит к удушению. Поэтому для своевременного обнаружения утечек газа ему искусственно придают специфический запах (одоризируют) путем ввода в него специальных компонентов (одоранты. Они должны отвечать ряду требованиям, среди которых резкий, специфический, стойкий, медленно исчезающий запах, физиологическая безвредность, отсутствие агрессии на металл и некоторые др. Указанным требованиям в большей степени удовлетворяют некоторые сернистые соединения этилмеркаптан, сульфан, метилмеркаптан и др. Например, этилмеркаптан – прозрачная бесцветная жидкость с резким запахом и относительной плотностью
0,83 кг/м
3
Газ одоризируют на головных сооружениях на барботажных одоризационных установках по принципу насыщения отведенного потока газа парами одоранта в барботажной камере и затем смешения его с основным потоком в газопроводе.
10.2 Устройство газовых сетей Система газоснабжения природным газом включает в себя газовый промысел, магистральный газопровод (МГ, компрессорные станции
(КС), газораспределительные станции (ГРС) и газопроводы города
267 высокого давления (ГВД), среднего давления (ГСД) и низкого давления
(ГНД), а также газораспределительные пункты [18, 30, 48]. Газопровод – инженерное сооружение, предназначенное для доставки природного газа потребителям с помощью трубопроводного транспорта. Магистральные газопроводы предназначены для транспортировки газа на большие расстояния ив зависимости от рабочего давления делятся на два класса первый − при рот до 10 МПа, второй – от 1,2 до 2,5 МПа. Через определённые интервалы на магистрали установлены газокомпрессорные станции для преодоления трения и местных сопротивлений в газопроводе и поддержания давления в трубопроводе на заданном уровне. Для проведения ремонтных работ на магистральных газопроводах устанавливают запорную арматуру. На подходе к городу сооружают газораспределительные станции
(ГРС), из которых газ после замера его количества и снижения давления подается в распределительные сети города. ГРС – конечный участок магистрального газопровода и является границей между городскими и магистральными газопроводами. Газопроводы распределительных сетей предназначены для доставки газа от газораспределительных станций к конечному потребителю. В зависимости от рабочего давления транспортируемого газа используются газопроводы
− высокого давления I категории − 0,6 р 1,2 МПа
− высокого давления II категории − 0,3 р 0,6 МПа
− среднего давления − 0,005 МПа р 0,3 МПа
− низкого давления − р до 0,005 МПа включительно. Газопроводы низкого давления используются для газоснабжения жилых домов, общественных зданий и мелких коммунально-бытовых предприятий. Газопроводы среднего и высокого давления служат для снабжения газом средних промышленных предприятий, коммунально-бытовых предприятий (бани, механические прачечные, хлебозаводы и др. Газопроводы высокого давления I категории снабжают газом в основном ТЭЦ, ГРЭС, крупные промышленные предприятия. Полная классификация газопроводов, входящих в систему газоснабжения, приведена в таблице 30. Распределительными следует считать наружные газопроводы,
268 которые начинают свое расположение от ГРП, обеспечивающих газоснабжение до вводов в здание. Ввод – это участок газопровода, проходящий от места присоединения к распределительному газопроводу до здания, включая отключающее устройство на вводе в здание.
Газопроводом-вводом следует считать газопровод от места присоединения к распределительному газопроводу до отключающего устройства на вводе. Вводы бывают уличные, внутриквартальные, дворовые, межцеховые и др. Таблица 30 – Классификация газопроводов, входящих в систему газоснабжения [18] Классификационный показатель Газопроводы Местоположение относительно планировки населенных пунктов Местоположение относительно поверхности земли Назначение в системе газоснабжения Давление газа Материал труб Вид транспортируемого газа Наружные (уличные, внутриквартальные, межцеховые) и внутренние (расположенные внутри зданий и помещений) Подземные подводные, надземные надводные, наземные Распределительные, газопроводы-вводы, продувочные, сбросные, импульсные, межпоселковые Высокого, среднего и низкого давления Металлические (стальные, медные и др) и неметаллические (полиэтиленовые и др) Природного газа, попутного газа и сжиженного углеводородного газа
Межпоселковыми газопроводами следует считать распределительные газопроводы, прокладываемые вне территории населенных пунктов. При проектировании газоснабжения городов и населенных пунктов используют следующие системы распределения газа подавлению одноступенчатая с подачей потребителям газа одного давления
– двухступенчатая с подачей потребителям газа по газопроводам двух давлений
– трехступенчатая с подачей потребителям газа по газопроводам трех давлений (рисунок 89). Связь между газопроводами, имеющими разное давление и входящими в систему газоснабжения, устанавливается через ГРП и газорегуляторные установки (ГРУ). Городское газовое хозяйство начинается с кольца высокого давления 1,2 МПа, которое питается от нескольких контрольно
269 регуляторных пунктов (рисунок 92). Затем через газорегуляторные пункты газ последовательно поступает в газопроводы с более низким давлением и, наконец, от сети низкого давления − в жилые дома, общественные здания и коммунальные бытовые предприятия. ГРС устанавливают наконечном участке магистрального газопровода на входе в город. После ГРС давление газа может снижаться до величины, необходимой городу. Рисунок 92 – Принципиальная многоступенчатая схема газоснабжения большого города
1 – магистральные газопроводы
2 – ГРС; 3 – КРП; 4 – газгольдерные станции
5 – сетевые ГРП;
6 – кольцо газопроводов высокого давления
7 – кольцо газопроводов среднего давления
8 – газопроводы высокого давления 0,6 МПа
9 – газопроводы низкого давления
10 – перемычка
11 – подземное хранилище газа Газопроводы могут прокладываться надземными подземным способами. Как правило, на территории города и населенных пунктов газопроводы прокладывают подземным способом. Исключение составляют территории промышленных предприятий, где их можно прокладывать по эстакадами различным переходам сверху проезжей части заводской автотрассы. Надземные газопроводы прокладывают с учетом компенсации температурных удлинений, которые зависят от расчетной температуры воздуха. Подземные газопроводы прокладывают, главным образом, по городским проездам, а также в зоне зеленых насаждений. Расположение стальных газопроводов по глубине должна быть болеем до верха газопровода или футляра, а при отсутствии транспорта вместе его прохождения возможно уменьшение дом. Расстояние по горизонтали между подземными газопроводами и другими сооружениями должно находиться в пределах от 1 дом в зависимости от вида коммуникаций и типа газопровода. По высоте установка газопровода в местах скопления людей
270 допускается от 2,2 м, в местах проезда автотранспорта − от 5 мА на территории полного отсутствия прохода людей и проезда автотранспорта позволяется размещение газопроводов на низких опорах от 0,35 м в высоту от земли до низа трубы. Газопроводы помещаются в футляр в местах входа и выхода из земли. Расстояния между опорами надземных газопроводов, возможность общей прокладки газопроводов с электрокабелями и проводами, прокладка газопроводов по железнодорожными автомобильным мостам в обязательном порядке принимаются проектной организацией строго в соответствии с действующими нормативными документами. Для отключения отдельных участков газопроводов или отключения потребителей устанавливается запорная арматура, размещаемая в колодцах.
1 ... 16 17 18 19 20 21 22 23 24