Теплоснабжение Архангельской области.

Теплоснабжение городов Архангельска и Северодвинска осуществляется от ТЭЦ ОАО «Архэнерго», кроме того г. Архангельск отапливают более 50 муниципальных и 16 ведомственных котельных. В области всего насчитывается 1086 котельных, из них 66 работают на природном газе, 485 – на каменном угле, 51 – на жидком топливе, 274 – на дровах и 181- на смешанных видах топлива. Суммарная установленная тепловая мощность всех котельных составляет 10500 Гкал/час. В области 12 ТЭЦ и блок-станций обеспечивают выработку 37% тепловой энергии. Установленная электрическая мощность ТЭЦ ОАО «Архэнерго» 1057,8 МВт, блок-станций – 641 Мвт.

По предприятиям ЖКХ области в декабре 2000г. среднесуточный расход угля составлял: 1340 т, мазута – 66т. По ОАО «Архэнерго» в тот же период расход угля был 2673 т/сут. мазута– 3547 т/сут.

По области структура потребления тепловой энергии следующая: коммунально-бытовые потребители – 44,5%, производственные потребители – 36,5 %, бюджетная сфера – 8%, другие потребители – 11%.

       В Архангельской области протяженность магистральных тепловых сетей к 2003г. составляет 2206 км в двухтрубном исчислении. Около 70% из них требуют капитального ремонта. Тепловые потери в сетях превышают нормативные, в отдельных сельских районах достигают 40-50%. Ежегодная замена изношенных участков сетей должна составлять 2-5% от их протяженности, в зависимости от материала трубопроводов. Фактически она составляет 0,3-0,8%, что ведет к увеличению аварийных ситуаций и снижению надежности.

 

Основные причины отказов и аварий в тепловых сетях:

- наружная коррозия из-за высокого уровня грунтовых вод и неисправностей в дренажной системе;

- внутренняя коррозия из-за несоблюдения водно-химического режима почти во всех системах водоснабжения. В результате средний срок службы составляет в среднем 10 лет, вместо 30 лет по нормам.

Тепловые сети, как правило, имеют завышенные диаметры трубопровода (якобы для улучшения циркуляции); умышленно устанавливаются насосы с увеличенной производительностью, что приводит к повышенному расходу электроэнергии.

       Регулировка и наладка гидравлических режимов тепловых сетей в большинстве сетей не производится, что приводит к неравномерному прогреву отдельных частей систем и зданий. Значительные утечки теплоносителя приводят к подпитке сетей неподготовленной водой, что ускоряет внутреннюю коррозию труб и вызывает рост отложений на поверхностях нагрева в теплообменниках и водогрейных котлах.

Тепловое потребление

Виды тепловых нагрузок

Различают две основные категории потребления тепла.

1. Для создания комфортных условий труда и быта (коммунально-бытовая нагрузка). Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование.

2.  Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

       По уровню температуры тепло подразделяется на:

- низкопотенциальное, с температурой до 150 ⁰С;

- среднепотенциальное, с температурой от 150 ⁰С до 400 ⁰С;

- высокопотенциальное, с температурой выше 400 ⁰С.

Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам.

Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 ⁰С (в прямом трубопроводе), максимальная – 70 ⁰С (в обратном).

       Для покрытия технологической нагрузки, как правило, применяется водяной пар с давлением до 1.4 МПа.

       В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной. (новая вставка)

    В системах централизованного теплоснабжения тепловая энергия расходуется на отопление зданий, нагрев приточного воздуха в установках вентиляции и кондиционирования, горячее водоснабжение, а также в технологических процессах промышленных предприятий. По характеру протекания во времени различают сезонную и круглогодовую нагрузки. Сезонные нагрузки зависят от климатических условий (температуры наружного воздуха, направления и скорости ветра, солнечного излучения, влажности воздуха). Основную роль играет температура наружного воздуха. К сезонной нагрузке относятся отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха. Эта нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный и переменный годовой временные графики. Круглогодовыми являются технологическая нагрузка и горячее водоснабжение (ГВС). График технологической нагрузки зависит от профиля предприятия и режима его работы. График нагрузки ГВС определяется уровнем благоустройства жилых и общественных зданий и демографическими факторами. Он имеет неравномерный характер, как в течение суток, так и в течение недели.

Расход теплоты на отопление

    Основная задача отопления состоит в поддержании внутренней температуры помещений на заданном уровне, что достигается путем сохранения равновесия между теплопритоком и тепловыми потерями здания. Тепловые потери здания возникают из-за теплопередачи через наружные ограждения, инфильтрации за счет проникновения холодного воздуха через неплотности наружных ограждений и др. причин. Теплоприток в здание складывается из подвода теплоты через отопительную систему и внутренних тепловыделений. Источником внутренних тепловыделений являются люди, приборы для приготовления пищи, осветительные приборы и др. Эти тепловыделения носят случайный характер и не поддаются регулированию по времени.

       Для определения тепловых нагрузок систем отопления используют несколько методик в зависимости от целей расчета, требуемой точности и объема исходных данных. Наиболее точным является детальный расчет тепловых потерь всех помещений здания. Он обычно производится при проектировании системы отопления здания. Для этого необходимо знать подробные характеристики объекта: материал наружных ограждений, ориентацию по сторонам света, планы помещений и разрезы здания. Требуется большой объем вычислений.

Наиболее распространенные методы расчета тепловых нагрузок при проектировании тепловых сетей основаны на укрупненных показателях. В этих случаях необходимо ограниченное число исходных данных.

       При проектировании тепловых сетей часто отсутствуют данные по конкретным зданиям. В этом случае расчет производится в соответствии со СНиП 2.04.07-86  (41-02-2003) «Тепловые сети».

Максимальный тепловой поток на отопление жилых и общественных зданий согласно СНиП определяется по формуле:

,             (1.1)

где q_o – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади, Вт/м²;

       А – общая площадь жилых зданий, м²;

       К₁ – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных                зданий (при отсутствии данных принимается К₁=0,25).

Значения q_o  принимаются по приложению 2 СНиП 2.04.07-86 в зависимости от расчетной температуры наружного воздуха, этажности здания, времени постройки (до 1985г. или после), с учетом проведения энергосберегающих мероприятий. Например, в городе Архангельске для типовых зданий постройки после 1985г. и числе этажей 5 и более q_o =87 Вт/м².

     Если известны некоторые данные по зданиям, например, объем здания, назначение, материал стен, то максимальная расчетная тепловая нагрузка на отопление определяется по формуле:

,           (1.2)

где q_ov – удельная тепловая характеристика зданий (отопительная характеристика) –показывает тепловые потери через наружные ограждения единицы объема здания при разности внутренней и наружной температур Δ t= 1 ºС;

       V – объем здания по наружному обмеру, м³;

       t _{в p} – усредненная температура внутреннего воздуха в отапливаемом помещении;

       t _но – расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления;

       β – поправочный коэффициент на температуру наружного воздуха отличную от  -30ºС (поправка вводится только для жилых зданий); приведенная ниже формула может использоваться только при t_{в p} =18⁰С, в остальных случаях поправка берется по таблице.

.                  (1.3)

       Определение расхода теплоты на отопление проводят не по минимальному значению наружной температуры, а  по расчетному значению t_но, равному средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50- летний период (расчетный параметр Б). Следует учесть, что значения наружной температуры приведены в СП 131.13330.2012 (Актуализированная версия СНиП 23-01-99 «Строительная климатология») в двух вариантах, соответствующих различной обеспеченности, а именно 0,92 и 0,98. За исключением особо ответственных объектов при проектировании следует использовать только значения, соответствующие обеспеченности 0,92.

Удельные тепловые потери жилых и общественных зданий с наружным объемом более V >3000 м³, сооруженных по новым проектам после 1985, а также более утепленных зданий, сооруженных ранее, в районах с наружной температурой t_но = –30 ^оС могут быть определены ориентировочно по формуле:

,                            (1.4)

где а= 1,85 Дж/(м^2,5∙с∙К) = 1,72 ккал/(м^2,5∙ч∙К).

       Для районов с другой расчетной наружной температурой для систем отопления, в формулу (1.4) вводятся следующие поправочные коэффициенты:

       t_но, ^о С……….– 10 – 20  – 30  – 40 – 50

       β ……………... 1,3 1,1  1,0 0,9 0,85

       При определении тепловой нагрузки вновь застраиваемых районов и отсутствии данных о типе и размерах намечаемых к сооружению общественных зданий можно ориентировочно принять расчетный расход теплоты на отопление общественных зданий равным 25% от расчетного расхода теплоты на отопление жилых зданий района.

       Значения q_ov промышленных зданий различного объема и назначения приведены в приложении 4 [1]. Ими можно пользоваться при ориентировочных расчетах по укрупненным показателям во всех климатических районах, т. е. поправка β не вводится.

       Рассмотрим влияние величины удельной тепловой характеристики на общие тепловые потери зданий:

1) усиление теплоизоляции стен незначительно понижает q_ov, но ее уменьшение приводит к резкому росту q_ov;

2) дополнительная теплозащита оконных проемов заметно снижает q_ov, поэтому целесообразно увеличивать сопротивление теплопередаче окон, то есть утеплять их;

3) большое влияние на q_ov оказывает форма здания, а именно ширина. Чем площадь здания ближе к квадрату, тем меньше q_ov.

 

При расчете нагрузки на отопление промышленных зданий следует учитывать ряд дополнительных факторов, влияющих на величину тепловых потерь. Особенностями производственных помещений является: уменьшение толщины стен, очень развитые поверхности окон, наличие световых и вентиляционных фонарей и особенности работы оборудования (внутренние тепловыделения). Большие поверхности остекления приводят к проникновению значительного количества наружного воздуха через неплотности оконных рам и переплетов, а также через щели в воротах и дверях. Инфильтрацией называется проникновение воздуха через щели и неплотности оконных рам, ворот и т.д.

Теплопотери инфильтрацией учитываются коэффициентом инфильтрации:

,

       Q_и – потери теплоты инфильтрацией;

       Q_т – общие тепловые потери через наружное ограждение.

       Для определения коэффициента инфильтрации можно пользоваться формулой

,

где h – свободная высота здания, м;

       Т_н и Т_в – наружная и внутренняя температура воздуха, К;

       в – постоянная инфильтрации, представляет собой долю увеличения  теплопотерь зданий на 1м/с скорости инфильтрации, с/м;

,

       Постоянная инфильтрации в прямопропорциональна площади сечения неплотностей, приходящаяся на 1м³ здания F/ V, и обратнопропорциональна удельной тепловой характеристике здания q_ov. Для ориентировочных расчетов можно принимать:

для отдельно стоящих промышленных зданий с большими световыми проемами:

в=(35÷40)^.10^-3 с/м;

для общественных зданий с двойным остеклением при сплошной застройке кварталов:

в=(8÷10)^.10^-3 с/м.

Тогда расчетные тепловые потери промышленных зданий с учетом инфильтрации будут определяться по формуле

.

       Для экономного использования топлива большое значение имеет выбор начала и конца отопительного периода. Обычно он регламентируется местными органами власти.

По СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» продолжительность отопительного периода определяется по числу дней с устойчивой среднесуточной температурой +8^оС и ниже. Переход к рыночной экономике снимает какие-либо ограничения в назначении продолжительности отопительного периода. Эту продолжительность определяет потребитель тепловой энергии. В то же время для энергоснабжающей организации важно знать продолжительность периода, в течение которого будет иметь место спрос на теплоту. Нормы СНиП должны применяться при решении проектных, а не эксплуатационных задач.