Тема 4. Потребители тепловой энергии.

 

 

Вопросы темы:

 

1. Потребители тепла.

2. Классификация потребителей тепла.

3. Неравномерность потребления тепловой энергии.

 

 

На теплоснабжение зданий расходуется около 40 % всего добываемого в стране топлива. В жилых и общественных зданиях тепловая энергия затрачивается на обеспечение комфортных условий пребывания людей в помещениях, соответствующих современному уровню развития техники теплоснабжения, а также на коммунально-бытовые и санитарно-гигиенические цели. В промышленных зданиях тепловая энергия, кроме того, необходима по условиям технологии для обеспечения требуемого теплового режима при изготовлении отдельных видов продукции и проведения ряда производственных операций.

В зависимости от рода теплопотребления все потребители делятся на коммунально-бытовые и технологические. К ним относятся потребители тепловой энергии для целей отопления и вентиляции зданий, а также для подогрева воды на санитарно-гигиенические и бытовые цели. Инженерными устройствами, распределяющими тепловую энергию в зданиях, являются системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения и теплотехническое оборудование, необходимое по технологии производства продукции.

Система отопления обеспечивает заданный тепловой режим в помещениях в холодное время года путем компенсации теплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания.

Система вентиляции создает требуемую чистоту воздуха в рабочей зоне производственных зданий, необходимый воздушный и тепловой режим в общественных зданиях путем соответствующей организации воздухообмена в помещениях.

Система кондиционирования воздуха применяется для создания в помещениях микроклимата, удовлетворяющего повышенным санитарно-гигиеническим или технологическим требованиям, путем обеспечения строго заданных температуры, влажности, подвижности и чистоты воздуха в рабочей зоне.

Система горячего водоснабжения предназначена для подогрева и транспортирования воды к местам водоразбора на хозяйственно-бытовые или производственные нужды.

Технологическое теплотехническое оборудование является потребителем тепловой энергии в виде подогретой воды или водяного пара и включает как специальные теплопроводы, так и теплообменные аппараты, а иногда и электрокотлы.

Каждое устройство обеспечивает один из видов теплопотребления и имеет свой режим работы, который определяется расходом тепловой энергии в течение заданного промежутка времени, например, одного часа рабочей смены, суток, месяца, сезона или года.

По расходу тепловой энергии в течение часа все потребители делятся на равномерно потребляющие (отопление, вентиляция) и неравномерно потребляющие (подогрев воды, технологические нужды).

По продолжительности непрерывного использования тепловой энергии в течение определенного периода года все потребители объединяются в две основные группы: с сезонным потреблением (отопление, вентиляция) и с годовым потреблением (подогрев воды, технологические нужды). Режим работы сезонных потребителей зависит от климатических условий (наружной температуры t_н и влажности воздуха, скорости и направления ветра) и характеризуется неравномерностью теплопотребления как в течение отопительного сезона, так и в течение каждого месяца. У годовых потребителей при сравнительно постоянном расходе теплоты в течение сезона, месяца и недели режим работы резко изменяется не только по часам суток, но и по дням недели.

Совместное действие потребителей с различными режимами их работы предъявляет определенные требования к виду, количеству и потенциалу теплоносителя, циркулирующего в наружных теплопроводах. Выбор рационального варианта схемы теплоснабжения объекта производится по суммарной тепловой нагрузке отдельных инженерных устройств всех зданий и технологических потребителей. Тепловую нагрузку, или потребность в тепловой энергии, обычно рассчитывают в характерные промежутки времени: час, сутки, месяц, сезон или год, причем расчетным расходом теплоты является часовой.

По расчетному расходу выбирают тип источника тепловой энергии, мощность теплоподготовительного оборудования и диаметры трубопровода. В зависимости от изменения тепловой потребности в течение суток, месяца, сезона и года разрабатывают соответствующие режимы отпуска тепловой энергии – эксплуатационные режимы работы теплоснабжающих устройств. При этом учитывают концентрацию тепловых потребителей, удаленность потребителей от теплоисточников, геометрическую высоту зданий и рельеф местности.

Месячный, сезонный и годовой расходы тепловой энергии используют в технико-экономических расчетах при сравнении вариантов систем теплоснабжения. Расходы тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение принимают по типовым или индивидуальным проектам соответствующих зданий и сооружений. Расход тепловой энергии на производственные процессы учитывают по технологическим проектам данных производств. При отсутствии проектов расчетный расход теплоты определяется раздельно для каждого потребителя. Расчетный расход тепловой энергии здания квартала, города включает расход на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и на технологические нужды.

В зависимости от требований, предъявляемых к надежности и качеству теплоснабжения, а также к виду и параметрам теплоносителя, системы централизованного теплоснабжения подразделяются:

а) по виду транспортируемого теплоносителя – паровые, водяные и смешанные;

б) по числу параллельно проложенных теплопроводов – одно-, двух-, трех- и многотрубные;

в) по использованию теплоносителя в системах горячего водоснабжения и технологических потребителей – закрытые (замкнутые) и открытые (разомкнутые).

Водяные двух- и четырехтрубные системы применяют для теплоснабжения жилых и общественных зданий. Двухтрубные системы могут быть как закрытыми, так и открытыми, как правило, с местными тепловыми подстанциями. Четырехтрубные системы, как правило, закрытые, причем до центральной тепловой подстанции тепловые сети выполняют двухтрубными, после ЦТП до здания – четырехтрубными. Режим работы двухтрубных тепловых сетей устанавливается из условия обеспечения тепловой энергией всех потребителей. В четырехтрубных сетях к двум магистралям (подающей и обратной) подсоединяют системы отопления и к двум (подающей и циркуляционной) – системы горячего водоснабжения.

Для теплоснабжения промышленных предприятий применяются системы всех типов: паровые одно- и многотрубные, водяные, как правило, трехтрубные, в которых первый трубопровод – подающей для отопления и вентиляции, второй – подающий с постоянной температурой теплоносителя в течение года для горячего водоснабжения и производственных нужд, а третий – обратный общий.

В закрытой системе теплоснабжения система горячего водоснабжения и другие потребители присоединены к тепловым сетям через теплообменные аппараты, в которых подогревается водопроводная вода (или воздух), поступающая на водоразбор. Теплоноситель в этой системе отдает часть тепловой энергии и полностью возвращается к источнику.

В открытой системе теплоснабжения вода, предназначенная для горячего водоснабжения и технологических нужд, забирается непосредственно из тепловой сети. Таким образом, в этой системе используется не только тепловая энергия теплоносителя, но и собственно теплоноситель. Часть теплоносителя, не использованная у потребителей (в системах отопления и вентиляции), возвращается в котельную.

Однотрубные системы как водяные, так и паровые являются только открытыми. В них теплоноситель полностью используется у потребителя, удовлетворяя последовательно все тепловые нужды. При максимальных температуре воды или давлении пара теплоноситель отдает часть теплоты в системах отопления и вентиляции и, кроме того, используется для горячего водоснабжения и технологических нужд. При однотрубных системах требуются меньшие капитальные вложения на строительство тепловых сетей. С повышением потенциала теплоносителя, например, при давлении пара более 1,1 МПа и температуре воды до 180 – 200 ⁰С экономичность их возрастает.

Для теплоснабжения городов и жилых поселков наибольшее распространение получили водяные двухтрубные (открытые и закрытые) системы теплоснабжения.

В открытых системах значительно упрощаются узлы присоединения систем горячего водоснабжения к тепловым сетям, упрощается схема автоматизации, а главное обеспечивается длительная эксплуатационная надежность трубопроводов системы горячего водоснабжения. Поступление в них воды, прошедшей умягчение и дегазацию в котельной, исключает коррозию внутренней поверхности стенок труб. К недостаткам этой системы следует отнести возможную повышенную цветность воды, особенно при присоединении радиаторных систем отопления к тепловым сетям по зависимой схеме, а также в случае ремонта тепловых вводов.

В закрытых системах водопроводная вода, подогреваемая в теплообменных аппаратах и поступающая в систему горячего водоснабжения, как правило, не подвергается химической обработке, необходимо сложное и дорогостоящее оборудование, требующее высококвалифицированного обслуживания и занимающее много места. Поэтому трубопроводы системы горячего водоснабжения подвержены коррозии из-за наличия в водопроводной воде кислорода и углекислоты. В них часто появляются свищи, а в водоподогревателях на стенках труб, по которым проходит водопроводная вода, откладывается накипь, резко снижающая эффективность и приводящая к быстрому выходу их из строя. При водоснабжении объекта из артезианских скважин, когда вода имеет повышенное содержание солей жесткости по сравнению с водой из открытых водоемов, очистка водоподогревателей от накипи требуется через каждые четыре – шесть месяцев.

 

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Как классифицируются потребители тепла?

2. Назовите потребителей тепла.

3. В чем заключается неравномерность потребления тепловой энергии?

4. Как выбирается выбор варианта схемы теплоснабжения.

 

 

Список литературы:

 

1. И.И. Павлов, М.Н. Федоров «Котельные установки и тепловые сети», с. 150-165, 179-190.

2. Ю.Д. Сибикин “Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха”, М, 2004, стр. 8