Теплоснабжение сельскохозяйственных сооружений

В сельскохозяйственных объектах теплота используется на:

отопление жилых, коммунально – бытовых, хозяйственных и др. помещений;

горячее водоснабжение:

обеспечение технологических процессов при переработке сельскохозяйственной продукции;

обогрев сооружений защищенного грунта;

в системах вентиляции и кондиционирования.

Комплекс устройств и технологических процессов, обеспечивающих

энергией в форме теплоты объекты обитания, называют т е п л о-

с н а б ж е н и е м.

Подведенное к объекту количество теплоты в единицу времени есть не что иное, как тепловая мощность (часто называют тепловой нагрузкой), которая обозначается

Потребная тепловая мощность на отопление, вентиляцию, обогрев теплиц, технологические процессы (консервирование сельскохозяйственных продуктов, сушка зерна, фруктов и т.п.) переменна в течение сезона и ее называют с е з о н н о й.

Системы горячего водоснабжения и большинство технологических процессов сельскохозяйственного производства требуют постоянного теплоснабжения. Такие тепловые нагрузки считают к р у г л о г о д и ч н ы м и.

Системы теплоснабжения относят к ц е н т р а л и з о в а н н ы м, если от одного теплогенератора обеспечивается тепловой энергией комплекс различных объектов. Для одного или нескольких маломощных потребителей теплоты используют так называемые м е с т н ы е системы теплоснабжения. Централизованная система теплоснабжения по сравнению с местной дает значительную экономию топлива и трудозатрат на генерацию теплоты, но стоимость ее транспортировки до объекта потребления требует экономической оценки при выборе той или иной системы.

Особенностью сельскохозяйственных объектов как потребителей тепловой энергии является их малая тепловая мощность (до 10 МВт) и значительная рассредоточенность. Здесь преимущественно используются местные системы теплоснабжения.

Для транспортировки теплоты в тех и других системах теплоснабжения используются тепловые сети.

 

 

Глава 5

Тепловые сети и тепловые пункты

Тепловые сети

Тепловая сеть– это совокупность трубопроводов и устройств, обеспе-

чивающих по­средством теплоносителя (горячей воды или пара) транспортировку теплоты от источника теплоснабжения к потребителям.

Конструкционно тепловая сеть включает трубопроводы с теплоизоляцией и компенсаторами, устройства для укладки и закрепления трубопроводов, а так же запорную или регулирующую арматуру.

Выбор теплоносителя определяется анализом его положительных и отрицательных свойств. Основные преимущества водяной системы теплоснабжения: высокая аккумулирующая способность воды; возможность транспортировки на большие расстояния; по сравнению с паром меньшие потери тепла при транспортировке; возможность регулирования тепловой нагрузки путем изменения температуры или гидравлического режима. Основной недостаток водяных систем – это большой расход энергии на перемещение теплоносителя в системе. Кроме того, использование воды в качестве теплоносителя, возникает необходимость в специальной ее подготовке. При подготовке в ней нормируются показатели карбонатной жесткости, содержание кислорода, содержание железа и pH. Водяные тепловые сети обычно применяются для удовлетворения отопительно – вентиляционной нагрузки, нагрузки горячего водоснабжения и технологической нагрузки малого потенциала (температура ниже 100 ⁰С).

Преимущества пара как теплоносителя следующие: малые потери энергии при движении в каналах; интенсивная теплоотдача при конденсации в тепловых приборах; в высокопотенциальных технологических нагрузках пар можно использовать с высокими температурой и давлением. Недостаток: эксплуатация паровых систем теплоснабжения требует соблюдения особых мер безопасности.

Схема тепловой сети определяется следующими факторами: размеще­нием источника теплоснабжения по отношению к району теплового потреб­ления, характером тепловой нагрузки потребителей, видом теплоносителя и принципом его использования.

Тепловые сети подразделяются на:

магистральные,прокладываемые по главным направлениям объектов теплопотребления;

распределительные,которые расположены между магистральными тепловыми сетями и узлами ответвления;

ответвления тепловых сетей к отдельным потребителям (зданиям).

Схемы тепловых сетей применяют, как правило, лучевые, рис. 5.1. От ТЭЦ или котельной 4 по лучевым магистралям 1 теплоноситель поступает к потребителю теплоты 2. С целью резервного обеспечения теплотой потре бителей лучевые магистрали соединяются перемычками 3.

Радиус действия водяных сетей теплоснабжения достигает

12 км. При небольших протяженностях магистралей, что характерно для сельских тепловых сетей, применяют радиальную схему с постоянным уменьшением диаметра труб по мере удаления от источника теплоснабжения.

Укладка тепловых сетей может быть надземной (воздушной) и подземной.

Надземная укладка труб (на

отдельно стоящих мачтах или эстакадах, на бетонных блоках и применяется на территориях предприятий, при сооружении тепловых сетей вне черты города при пересечении оврагов и т.д.

В сельских населенных пунктах наземная прокладка может быть на низких опорах и опорах средней высоты. Этот способ при- меним при температуре тепло-

носителя не более 115⁰С. Подземная прокладка наиболее распространена. Различают канальную и бесканальную прокладку. На рис. 5.2 изображена канальная прокладка. При канальной прокладке, изоляционная конст­рукция трубопроводов разгружена от внешних нагрузок засыпки. При беска­нальной прокладке (см. рис. 5.3) трубопроводы 2 укладывают на опоры 3 (гравийные

или песчаные подушки, деревян- ные бруски и другое).

Засыпка 1, в качестве которой используют: гравий, крупнозернистый песок, фрезерный торф, керамзит и т.п., служит защитой от внешних повреждений и одновременно снижает теплопотери. При канальной прокладке температура теплоносителя может достигать 180 °С. Для тепловых сетей, чаще всего используют стальные трубы диаметром от 25 до 400 мм. С целью предотвращения разрушения металлических труб вследствие температурной деформации по длине всего трубопровода через определенные расстояния устанавливаются к о м п е н с а т о р ы.

Различные конструктивные выполнения компенсаторов приведены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Компенсаторы:

а – П-образный; б – лирообразный; в – сальниковый; г – линзовый

Компенсаторы вида а (П-образный) и б (лирообразный) называют радиальными. В них изменение длины трубы компенсируется деформацией материала в изгибах. В сальниковых компенсаторах в возможно скольжение трубы в трубе. Втаких компенсаторах возникает потребность в надежной конструкции уплотнения. Компенсатор г – линзового типа выбирает изменение длины за счет пружинящего действия линз. Большие перспективы у с и л ь ф о н н ы х компенсаторов. Сильфон – тонкостенная гофрированная оболочка, позволяющая воспринимать различные перемещения в осевом, поперечном и угловом направлениях, снижать уровень вибраций и компенсировать несоосность.

Трубы укладываются на специальные опора двух типов: свободные и неподвижные. Свободные опоры обеспечивают перемещение труб при температурных деформациях. Неподвижные опоры фиксируют положение труб на определенных участках. Расстояние между неподвижными опорами зависит от диаметра трубы, так, например, при D = 100 мм L= 65 м; при D = 200 мм L = 95 м. Между неподвижных опор под трубы с компенсаторами устанавливают 2…3 подвижных опоры.

В настоящее время вместо металлических труб, требующих серьезной защиты от коррозии, начали широко внедряться пластиковые трубы. Промышленность многих стран выпускает большой ассортимент труб из поли-мерных материалов (полипропилена, полиолефена); труб металлопластиковых; труб, изготовленных намоткой нити из графита, базальта, стекла.

На магистральных и распределительных тепловых сетях укладывают трубы с теплоизоляцией, нанесенной индустриальным способом. Для теплоизоляции пластиковых труб предпочтительнее использовать полимеризующиеся материалы: пенополиуретан, пенополистерол и др. Для металлических труб используют битумоперлитовую или фенольнопоропластовую изоляцию.

5.2. Тепловые пункты

Тепловой пункт – это комплекс устройств, расположенных в обособленном помещении, состоящих из теплообменных аппаратов и элементов теплотехнического оборудования.

Тепловые пункты обеспечивают присоединения теплопотребляющих объектов к тепловой сети. Основной задачей ТП является:

– трансформация тепловой энергии;

– распределение теплоносителя по системам теплопотребления;

– контроль и регулирование параметров теплоносителя;

– учета расходов теплоносителей и теплоты;

– отключение систем теплопотребления;

– защита систем теплопотребления от аварийного повышения параметров теплоносителя.

Тепловые пункты подразделяются по наличию тепловых сетей после них на: центральные тепловые пункты (ЦТП) и индивидуальные тепловые пункты (ИТП). К ЦТП присоединяются два и более объекта теплопотребления. ИТП подсоединяет тепловую сеть к одному объекту или его части. По размещению тепловые пункты могут быть отдельно стоящие, пристроенные к зданиям и сооружениям и встроенные в здания и сооружения.

На рис. 5.5 приведена типичная схема систем ИТП, обеспечивающего отопление и горячее водоснабжение отдельного объекта.

Из тепловой сети к запорным кранам теплового пункта подведены две трубы: п о д а ю щ а я (поступает высокотемпературный теплоноситель) и

о б р а т н а я (отводится охлажденный теплоноситель). Параметры теплоносителя в подающем трубопроводе: для воды (давление до 2,5 МПа, температура – не выше 200 ⁰ С), для пара (р t ⁰ C). Внутри теплового пункта установлены как минимум два теплообменных аппарата рекуперативного типа (кожухотрубные или пластинчатые). Один обеспечивает трансформацию теплоты в систему отопления объекта, другой – в систему горячего водоснабжения. Как в ту, так и в другую системы перед теплообменниками вмонтированы приборы контроля и регулирования параметров и подачи теплоносителя, что позволяет вести автоматический учет потребляемой теплоты. Для системы отопления вода в теплообменнике нагревается максимум до 95 ⁰С и циркуляционным насосом прокачивается через нагревательные приборы. Циркуляционные насосы (один рабочий, другой резервный) устанавливаются на обратном трубопроводе. Для горячего водоснаб-

жения вода, прокачиваемая через теплообменник циркуляционным насосом, нагревается до 60 ⁰С и подается потребителю. Расход воды компенсируется в теплообменник из системы холодного водоснабжения. Для учета теплоты, затраченной на нагрев воды, и ее расхода устанавливаются соответствующие датчики и регистрирующие приборы.

Глава 6

Отопление и горячее водоснабжение

Системы отопления

6.1.1. Общие сведения о системах отопления

Отопление – искусственный обогрев помещений с целью возме-

щения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей комфортному значению для человека или других живых организмов.

Тепловые потери возникают при условии, если температура среды, окружающей объект обитания, становится ниже температуры воздуха внутри объекта. Для жилых помещений такие условия имеют место в зимний и части осенне-весеннего периода времени. Для большинства регионов России отопительный сезон начинается в осенний период при устойчивой среднесуточной температуре наружного воздуха 8 ⁰С в течение 3…5 суток, а заканчивается в весенний период при среднесуточной температуре выше 8 ⁰С в течение 5 суток.

Системы отопления делят на централизованные и местные. При централизованной системе от котельной установки теплоноситель с высоким энергетическим потенциалом по тепловым сетям поступает в тепловые пункты к теплообменным аппаратам. Здесь тепловая энергия трансформируется и передается другому теплоносителю, который и используется для отопления.

Однако централизованные системы отопления экономически оправданы для общественно-коммунальной застройки и многоквартирных жилых домов. При рассосредоточенном расположении объектов целесообразны местные системы отопления от индивидуальных водонагревательных котлов, теплогенераторов, печей и т.п.

В зависимости от источника поступления теплоты в помещение различают следующие системы отопления: водяную, паровую, воздушную, лучистую, печную. Для жилых сооружений наиболее распространено водяное отопление, для производственных зданий, технологических процессов – также и паровое отопление.

 

6.1.2. Потребная тепловая мощность систем отопления

Тепловую мощность системы отопления для конкретного сооружения определяют в процессе проектировочных работ, которые выполняют в соответствие со СНиП В основе расчетов положено уравнение теплового баланса. С целью поддержания в помещении заданного значения температуры должно выполняться условие баланса теплоты: количество тепловых потерь должно быть равно количеству поступающей в помещение теплоты , т.е.

. (6.1)

К тепловым потерям относят отвод теплоты из помещения теплопередачей через ограждения и теплоту, потребную на нагрев воздуха поступающего в помещение при приточной вентиляции и инфильтрации через окна, двери и т.п. Отсюда

. (6.2)

Тепловые потери через ограждения зависят от:

– температуры и относительной влажности воздуха, скорости его перемещения как с одной, так и с другой сторон поверхности ограждения, солнечного излучения;

– объемно – планировочных решений сооружения (этажности, конфи-

гурации, размещения, ориентации по странам света);

– качества теплозащиты ограждения;

– состояния и степени автоматизации индивидуального теплового пункта;

– уровня эксплуатации системы отопления;

– наличия системы индивидуального коммерческого учета тепловой

мощности.

Расчет потерь через ограждения трудоемок, к тому же недостаточно точен, .

Расчет теплоты, затраченной на нагрев воздуха при вентиляции и инфильтрации, в некоторой степени является тоже приближенным (в основном из-за сложности определения массы воздуха при инфильтрации).

Тепловая мощность, потребная для поддержания комфортной температуры в сооружении, определяется, прежде всего, предназначением объекта. В самом общем случае

, (6.3)

где тепловая мощность отопительных приборов (батарей, конвекторов, калориферов, тепловентиляторов и т. п.);

лучистый поток солнечной энергии, попадающий внутрь объекта;

мощность освещения;

теплота, выделяемая в единицу времени живыми организмами (людьми, животными, птицами, продуктами сельхозпроизводства);

суммарная мощность всех электроустановок (станков, электроплит, компьютеров и т.п.).

Как правило, при организации отопления объекта искомой является мощность отопительных приборов. Используя уравнение теплового баланса из (6.2) и (6.3) получим

– (6.4)

Полученная величина позволяет определить поверхность теплопередачи выбранных тепловых приборов. Примеры расчетов по определению тепловой мощности систем отопления некоторых объектов обитания приведены в

В централизованных водяных системах отопления удобнее использовать понятие ч а с о в о й т е п л о в о й н а г р у з к и, которая обозначается и измеряется в . Тогда мощность отопительных приборов через часовую тепловую нагрузку отопления как / 3600.

При отсутствии проектной информации часовую тепловую нагрузку отопления отдельного сооружения можно ориентировочно оценить по рекомендуемому в

, (6.5)

где удельная отопительная характеристика здания, кДж/м³ ч К;

V объем здания по наружному обмеру, м³;

t _вн, и t _нар температура внутреннего и наружного воздуха, соответственно, ⁰ С;

поправочный коэффициент, учитывающий отличие температуры наружного воздуха от расчетной, принятой при определении за – 30 ⁰ С.

Значения и определяются из табл. 6.1 и 6.2. заимствованных из

Таблица 6.1 –Зависимость удельной отопительной характеристики от объема объекта

V – наружный строительный объем, м^3	характеристика, кДж/м^3 ч К	V – наружный строительный объем, м^3	характеристика, кДж/м^3 ч К
	3,85		1,97
	3,43		1,93
	3,27		1,88
	3,10		1,80
	2,97		1,76
	2,89		1,72
	2,85		1,67
	2,80		1,63
	2,76		1,59
	2,72		1,57
	2,60		1,55
	2,51		1,55
	2,47		1,55
	2,43		1,55
	2,39		1,53
	2,30		1,51
	2,22		1,48
	2,18		1,46
	2,09		1,44
	2,01		1,42

Таблица 6.2 – Влияние наружной температуры на коэффициент

Температура наруж- ного воздуха, ^0 С		-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45
	2,05	1,67	1,45	1,29	1,17	1,08	1,00	0,95	0,90	0,85

 

Удельную отопительную характеристику при отсутствии в табл. 6.1 соответствующего строительного объема можно определить по формуле

При отоплении конкретного объекта опорной величиной часовой тепловой нагрузки для поставщика теплоносителя является , вычисленной при так называемой расчетной температуре наружного воздуха, t _нар.р. За расчетную температуру в каждой местности принимается средняя температура наружного воздуха, равная средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период

наблюдений. Такие значения t _{нар. р} определены для большинства регионов

страны и приведены в СНиП. Определенная таким образом является максимальной, она гарантирует надежное отопление объекта. С повышением температуры наружного воздуха часовая тепловая нагрузка снижется и достигает нулевого значения при прекращении отопительного сезона.

С целью планово-экономической работы теплоснабжающих предприятий и снижения стоимости оплаты полученной теплоты потребителями, получили распространение графики расхода теплоты по месяцам года. Такой график для одного из объектов представлен на рис. 6.1.

 

Рис. 6.1. Помесячный график потребления теплоты

 

В течение месяца часовая тепловая нагрузка непостоянна, она изменяется с изменением температуры наружного воздуха. На графике указывается суммарное количество теплоты за месяц, переданное с ИТП на отопление объекта.

С целью анализа возможности реализации теплоты по графику, запишем уравнения тепловой мощности теплоносителей

где «1» – индекс относится к теплоносителю, подводимому к теплообмен-

ному аппарату из тепловых сетей;

«2» индекс относится к теплоносителю, подводимому к теплообмен-

ному аппарату из объекта отопления;

– секундные массовые подачи теплоносителей;

– теплоемкости теплоносителей;

– температуры теплоносителей на входе в теплообменник;

– температуры теплоносителей на выходе из теплообменника.

Для теплообменного аппарата в общем случае .

Регулирование тепловой мощность первого теплоносителя возможно за счет массовой подачи (называют количественным регулированием) и температуры (качественное регулирование). Регулирование потребляемой мощности объектом отопления возможно лишь массовой подачей теплоносителя . В настоящее время широко внедряются автоматические системы регистрации теплой мощности и ее регулирования при изменениях температуры наружного воздуха.

 

6.1.3. Системы водяного отопления

В зависимости от удаления источника тепловой энергии различают централизованные системы отопления (от районной котельной или ТЭЦ) и индивидуальные системы (для каждого объекта свой преобразователь энергии). В этих системах подача теплоносителя к нагревательным приборам может осуществляться как естественной, так и вынужденной циркуляцией.

При централизованной системе отопления теплоноситель для обогрева объекта поступает с теплового пункта. Конструктивное выполнение подвода теплоносителя к отопительным приборам выполняется по различным схемам. Независимо от того, как в системе осуществляется циркуляция теплоносителя – естественным или искусственным путем, используются следующие схемы:

системы с верхней и нижней разводкой (в зависимости от уровня прокладки трубы, подающей горячую воду, по отношению расположения нагревательных приборов;

однотрубные и двухтрубные системы (по способу присоединения

нагревательных приборов к подающим стоякам);

– системы с вертикальными и горизонтальными стояками (по расположению стояков);

– системы с тупиковой схемой и с попутным движением воды в трубопроводах (по схеме прокладки магистрали).

При верхней разводке горячая вода поднимается по главному стояку в магистральный трубопровод верхней разводки, расположенный обычно в чердачном помещении, и направляется через стояки к нагревательным приборам (радиаторам), см. рис. 6.2.

Рис. 6.2. Схема однотрубной вертикальной системы с верхней разводкой: