Классификация систем теплоснабжения

 

Системой теплоснабжения называется комплекс устройств по выработке, транспорту и использованию теплоты.

Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, на технологические, процессы и горячее водоснабжение зданий) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. В соответствии с этим каждая система теплоснабжения состоит из трех звеньев: источника теплоты, трубопроводов и систем теплопотребления с нагревательными приборами.

Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: по мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя. По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местными называют системы теплоснабжения, в которых три основных звена объединены и находятся или в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Примером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях. Централизованными системы теплоснабжения называются в том случае, когда от одного источника теплоты полается теплота для многих помещений или зданий. Простейшей формой централизованного теплоснабжения является система снабжения теплотой одного здания любого объема от одного источника теплоты. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих теплоту от котельного агрегата, установленного в подвале здания. От этого котельного агрегата может подаваться теплота для систем вентиляции и горячего водоснабжения этого здания.

По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При районном теплоснабжении источником теплоты служит районная котельная, а при теплофикации — ТЭЦ (теплоэлектроцентраль).

Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты. Теплофикация от районного теплоснабжения отличается не только видом источника теплоты, но и самим характером производства тепловой энергии. Она может быть охарактеризована как централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

Кроме источника теплоты, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикация одинаковы. Однако, как правило, охват централизованным теплоснабжением, т, е. количество снабжаемых теплотой абонентов, при теплофикации значительно выше, чем при районном теплоснабжении.

Теплоносителем называется среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляция и горячего водоснабжения.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы — на водяные и паровые системы теплоснабжения. Из названия ясно, что в водяных системах теплоснабжения основным теплоносителем служит вода, а в паровых — пар. В нашей стране для городов, и жилых районов в качестве теплоносителя используют воду.

На промышленных площадках в промышленных районах для систем теплоснабжения применяют воду и пар. Пар в основном применяется для технологических потребностей. В последнее время имеется тенденция применения и на промышленных объектах единого теплоносителя - воды, которая используется и при технологических процессах. Применение единого теплоносителя упрощает схему теплоснабжения, ведет к уменьшению капитальных затрат и способствует качественной и дешевой эксплуатации. Эффект передачи теплоты при применении воды заключается в том, что непрерывно двигающаяся от источника теплоты по трубопроводам и нагревательным приборам вода в последних за счет соприкосновения с относительно холодной их поверхностью охлаждается (снижает температуру) и тем самым передает часть переносимой с ней теплоты воздуху помещения в системах отопления. В системах вентиляции горячая вода отдает теплоту нагреваемому наружному воздуху, а в системах горячего водоснабжения — водопроводной воде. Следовательно, до систем теплопотребления (нагревательных приборов) вода имеет более высокую температуру, чем после них. Количество воды, проходящей в единицу времени через нагревательный прибор, остается, как правило, неизменным, меняется только ее температура.

Эффект передачи теплоты воздуху помещений (наружному воздуху или водопроводной воде) при применении пара состоит в передаче через стенки нагревательного прибора теплоты, равной количественно скрытой теплоте парообразования.

В системах теплоснабжения применяется только насыщенный пар, так как перегретый пар сразу теряет свой перегрев при соприкосновении с относительно холодными поверхностями нагревательных приборов. Перед транспортировкой пара по паропроводам его в ряде случаев перегревают, чтобы к потребителям из-за попутного охлаждения он был доставлен уже в состоянии насыщенного пара.

К теплоносителям, применяемым в системах централизованного теплоснабжения, предъявляются санитарно-гигиенические, технико-экономические и эксплуатационные требования. Главное санитарно-гигиеническое требование заключается в том, что любой теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях санитарных условий для находящихся в них людей. С этой точки зрения теплоноситель не должен обладать высокой температурой, так как это может вести к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов, вызывать разложение пыли органического происхождения и неприятно воздействовать на человеческий организм. Средняя температура поверхности нагревательных приборов не должна быть выше 70—80°С в жилых и общественных зданиях. В промышленных зданиях допускается более 100°С.

Технико-экономические требования к теплоносителю сводятся к тому, чтобы при применении того или иного теплоносителя стоимость трубопроводов, по которым транспортируется теплоноситель, была наименьшей, а также малой была масса нагревательных приборов и обеспечен наименьший расход топлива для нагрева помещений, вентиляционного воздуха и водопроводной воды.

С эксплуатационной точки зрения теплоноситель должен обладать качествами, позволяющими проводить центральную (из одного места, например, котельной)регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изменять расходы теплоты в системах отопления и вентиляции вызвана переменными температурами наружного воздуха.

Эксплуатационным показателем теплоносителя считается также срок службы отопительно-вентиляционных систем при применении того или иного теплоносителя.

Если сравнить по перечисленным основным показателям воду и пар, можно отметить следующие преимущества их друг перед другом.

Преимущества воды: 1) сравнительно низкая температура воды, а следовательно, температура поверхности нагревательных приборов; 2) возможность транспортирования воды на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала; 3) возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления; 4} возможность ступенчатого подогрева воды на ТЭЦ с использованием низких давлений пара и увеличения таким образом выработки электрической энергии на тепловом потреблении; 5) простота присоединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; 6) сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ или в районных котельных; 7) большой срок службы систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара: 1) возможность применения пара не только для тепловых потребителей, по также для силовых и технологических нужд; 2) быстрый прогрев и быстрое остывание систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещений с периодическим обогревом;

3) пар низкого давления (обычно применяемый в системах отопления зданий) имеет малую объемную массу (примерно в 1650 раз меньше объемной массы воды); это обстоятельство в паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и создает возможность применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы теплоснабжения по тем же соображениям могут применяться при самом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого района; 4) более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов; 5) простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара; 6) отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара можно отнести дополнительно: 1) повышенные потери теплоты паропроводами из-за более высокой температуры пара; 2) срок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов. Принимая во внимание сказанное, несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, последний применяется для систем теплоснабжения и отопительных систем значительно реже воды и то лишь для тех помещений, где нет долговременного пребывания людей. Строительными нормами и правилами паровое отопление разрешается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в промышленных зданиях. В жилых зданиях паровые системы не применяются.

В системах воздушного отопления и вентиляции любых зданий разрешается применение пара в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя. Применять его также можно для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения.

Параметрами теплоносителей называют температуру и давление. Вместо давления в практике эксплуатации широко пользуются другой единицей — напором.

Напор и давление связаны зависимостью:

(1)

где Н — напор, м; Р — давление, Па; р — плотность теплоносителя, кг/м³; g —ускорение свободного падения, м/с².

Вода как теплоноситель характеризуется различными температурами до системы теплопотребления (нагревательного прибора) и после системы теплопотребления.

Мощность теплового потока, кВт, отдаваемого водой, Q характеризуется формулой:

(2)

где G — количество воды, проходящей через систему теплопотребления, кг/с; с — удельная теплоемкость воды, равная 4, 19 кДж/(кг^.°С); t₁ — температура воды до системы теплопотребления (после источника теплоты), °С;

t₂ — температура воды после системы теплопотребления (до источника теп­лоты), °С.

В современных системах теплоснабжения применяют следующие значения температур воды:

а) t₁ = 105°С (95°С); k = 70°С

в системах отопления жилых и общественных зданий;

б) t₁ = 150°С; t₂ = 70°С.

В системах централизованного теплоснабжения от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промышленных зданий. Температура воды в системах теплоснабжения должна соответствовать давлению, при котором не будет вскипания (например, вода при температуре 150°С должна иметь давление не ниже 0, 4 МПа).

Повышение температуры воды в источнике теплоснабжения (у генератора теплоты) ведет к снижению количества перекачиваемой воды, уменьшению диаметров труб и расходов энергии на перекачку.

Сказанное будет ясно, если формулу (2) решить относительно расхода воды, кг/с,

(3)

 

Для передачи того же количества теплоты Q тем меньше потребуется воды G, чей больше разность температур (t₁-t₂).

Для перехода от массы перекачиваемой воды к ее объему V, м³/с, используют формулу:

 

(4)

 

где G — расходы воды, кг/с; р — плотность воды, кг/м³,

В системах теплоснабжения применяется пар различных давлений, МПа:

В системах парового отопления низкого давления - 0, 005 - 0, 07

В системах парового отопления высокого давления - > 0, 07

 

Для технологии применяется пар с различными более высокими давлениями. Мощность тепловой отдачи пара, кВт, в системе теплопотребления Q и количество пара G для передачи этого же количества теплоты определяются по формулам (5) — (7):

(5)

 

где G — количество пара, кг/с;

i — энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг;

t_нас — температура насыщения пара, °С.

Теплоемкость конденсата с_к, как и воды, равна 4, 19 кДж/(кг^.°С), поэтому энтальпия конденсата t_нас с_к равна 4, 19 t_нас.

Для пара низкого давления формула может быть упрощена

 

(6)

 

где r — скрытая теплота парообразования, равная 2260 кДж/кг. Расход пара (и конденсата), кг/с,

(7)

(8)

 

где r — скрытая теплота парообразования, равная 2260 кДж/кг. Расход пара (и конденсата), кг/с,

 

Лкция №4

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: