Теплоснабжение жилого района в г.Актобе

Введение 

    Теплоснабжение  является крупной отраслью народного  хозяйства. В условиях ограниченных топливных ресурсов рациональное и  экономичное расходование их представляет задачу большой государственной  важности. Значительная роль в решении  этой задачи отводится централизованному теплоснабжению и теплофикации, которые тесно связаны с электрификацией и энергетикой.

    Централизованное  теплоснабжение базируется на использовании  крупных районных котельных РК, характеризующихся  значительно большими КПД, чем мелкие отопительные установки. Теплофикация, т.е. централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепла и электроэнергии, является высшей формой централизованного теплоснабжения. Она позволяет сократить расход топлива на 20-25%. Кроме экономии топлива централизация теплоснабжения имеет большое социальное значение, способствуя повышению производительности труда, вытесняя малоквалифицированные профессии, улучшая условия труда и повышая культуру производства.

    Для централизованного теплоснабжения используются два типа источников тепла: теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и районные котельные (РК).

    На  ТЭЦ осуществляется комбинированная  выработка тепла и электроэнергии, обеспечивающая существенное снижение удельных расходов топлива при получении  электроэнергии. При этом тепло рабочего тела - водяного пара – используется для получения электроэнергии при расширении пара в турбинах, а затем оставшееся тепло отработанного пара используется для нагрева воды в теплообменниках, которые составляют теплофикационное оборудование ТЭЦ. Горячая вода применяется для теплоснабжения. Таким образом, на ТЭЦ тепло высокого потенциала используется для выработки электроэнергии, а тепло низкого потенциала – для низкого потенциала – для теплоснабжения. В этом состоит энергетический смысл комбинированной выработки тепла и электроэнергетики. При раздельной их выработке электроэнергию получают на конденсационных станциях (КЭС), а тепло – в котельных. В конденсаторах паровых турбин на КЭС поддерживается глубокий вакуум, которому соответствуют низкие температуры (15-200С), и охлаждающую воды не используют. В результате на теплоснабжение расходуют дополнительное топливо.

    Преимущества  теплофикации и централизованного  теплоснабжения наиболее ярко проявляются  при концентрации тепловых нагрузок, что характерно для современных развивающихся городов.

    Отечественная теплофикация базируется на районных ТЭЦ общего пользования и на промышленных ТЭЦ в составе предприятий, от которых теплота отпускается  как промышленным предприятиям, так  и расположенным поблизости городам и населенным пунктам. Для удовлетворения отопительно-вентиляционной и бытовой нагрузок жилых и общественных зданий, а также промышленных предприятий используется главным образом горячая вода.

    Применение  горячей воды в качестве теплоносителя позволяет использовать для теплоснабжения теплоту отработавшего пара низкого давления, что повышает эффективность теплофикации благодаря увеличению удельной выработки электрической энергии на базе теплового потребления. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.1 Характеристика объекта теплоснабжения

    В данной дипломной работе объектом теплоснабжения является жилой район г. Актобе, количество кварталов в котором 19. 

Таблица 1. Средняя этажность застроек жилого района 

    Для расчета системы теплоснабжения жилого района г.Актобе необходимы следующие  данные:

    1) Расчетная температура наружного  воздуха для проектирования систем  отопления: ;

    2) Расчетная температура наружного  воздуха для проектирования систем  отопления:  ;

    3) Продолжительность отопительного  периода – 4872 часов. 
 
 
 
 
 

1.2 Описание системы теплоснабжения

    Централизованные  системы теплоснабжения обеспечивают потребителей теплом низкого и среднего потенциала (до 350⁰), на выработку которого затрачивается около 25% всего добываемого в стране топлива.

    Тепло, как известно, является одним из видов энергии, поэтому при решении  основных вопросов энергосбережения отдельных объектов и территориальных районов теплоснабжения должно рассматриваться совместно с другими энергообеспечивающими системами – электроснабжением и газоснабжением.

    Система теплоснабжения состоит из следующих  основных элементов: источника тепла, тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем теплопотребления.

    В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используются вода и водяной пар, в связи с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

    Вода  как теплоноситель имеет ряд  преимуществ перед паром; некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла от ТЭЦ. К последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери её энергетического потенциала, то есть её температуры. Энергетический потенциал пара – его давление – уменьшается при транспортировании более значительно. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть очень низким (0,06-0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1-1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

    К другим достоинствам воды как теплоносителя относятся: меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, при открытых системах ещё и местных систем горячего водоснабжения; возможность центрального регулирования отпуска тепла потребителя изменением температуры воды; простота эксплуатации – отсутствие у потребителей неизбежных при паре конденстатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

    По  способу подачи воды на горячее водоснабжение  водяные системы делятся на закрытые и открытые.

    В закрытых водяных системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют только как греющую среду для нагревания в подогревателях поверхностного типа водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения.

    По  количеству трубопроводов различают  однотрубные, двухтрубные и многотрубные системы теплоснабжения. Наиболее экономичные однотрубные (разомкнутые) системы целесообразны только тогда, когда среднечасовой расход сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, совпадает со среднечасовым расходом воды, потребляемой для горячего водоснабжения. Но для большинства районов нашей страны, кроме самых южных, расчетные расходы сетевой воды, подаваемой на нужды отопления и вентиляции, оказываются больше расхода воды, потребляемой для горячего водоснабжения. При таком дебалансе указанных расходов неиспользованную для горячего водоснабжения воду приходится отправлять в дренаж, что является очень неэкономичным. В связи с этим наибольшее распространение получили двухтрубные системы теплоснабжения. Преимущественное применение в городах двухтрубных систем объясняется тем, что эти системы по сравнению с многотрубными требуют меньших начальных вложений и дешевле в эксплуатации. Двухтрубные системы применимы в тех случаях, когда всем потребителям района требуется теплота примерно одного потенциала.

    Двухтрубные водяные системы бывают закрытыми  и открытыми. Различаются эти  системы технологией приготовления  воды для местных систем горячего водоснабжения. В закрытых системах для горячего водоснабжения используется водопроводная вода, которая подогревается в поверхностных теплообменниках водой из тепловой сети. В открытых системах воду для горячего водоснабжения берут непосредственно из тепловой сети.

    В закрытых системах теплоснабжения сам  теплоноситель нигде не расходуется, а лишь циркулирует между источником тепла и местными системами теплопотребления. Для закрытых систем теоретически справедливо равенство , т.е. количество уходящей от источника и приходящей к нему воды одинаково. В реальных же системах всегда . Часть воды теряется из системы через имеющиеся в ней неплотности: через сальники насосов, компенсаторов, арматуры и т.п. Эти утечки воды из системы невелики и при хорошей эксплуатации не превышают 0,5% объема воды в системе. Практическая неизбежность утечек позволяет исключить из оборудования водяных систем теплоснабжения расширительные сосуды, так как утечки воды из системы всегда превышают возможное приращение объема воды при повышении ее температуры в течение отопительного периода. Пополнение системы водой для компенсации утечек происходит у источника тепла.

    Для открытых систем даже при отсутствии утечек характерно неравенство  . Количество подпиточной воды в открытых системах значительно больше, чем в закрытых. Если в закрытых системах подпиточная вода покрывает только утечки воды из системы, то в открытых системах она должна компенсировать еще и предусмотренный отбор воды.

    Отсутствие  на абонентских вводах открытых систем теплоснабжения поверхностных теплообменников горячего водоснабжения и замена их дешевыми смесительными устройствами является основным преимуществом открытых систем перед закрытыми. Основной же недостаток открытых систем заключается в необходимости иметь у источника тепла более мощную, чем в закрытых системах, установку по обработке подпиточной воды во избежание появления коррозии и накипи в нагревательных установках и тепловых сетях.

    В зависимости от характера тепловых нагрузок абонента и режима работы тепловой сети выбираются схемы присоединения абонентских установок к тепловой сети.

    На  практике находят применение две  принципиально различные схемы  присоединения теплопотребляющих  установок абонентов к тепловой сети – зависимая и независимая. По первой схеме присоединения вода из тепловой сети поступает непосредственно в приборы абонентской установки, по второй  - проходит через теплообменник, в котором нагревает вторичный теплоноситель, используемый в абонентской установке.

    В дипломной работе рассматривается  централизованная водяная двухтрубная закрытая система теплоснабжения. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3 Расчет тепловых нагрузок 

    Потребителями тепла системы централизованного  теплоснабжения являются:

      А) теплоиспользующие санитарно-технические  системы зданий (системы отопления,  вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения);

      Б) различного рода технологические  установки, использующие тепло  низкого потенциала (до  ).

    По  режиму потребления тепла в течение  года различают две группы потребителей:

    1) сезонные потребители, нуждающиеся в тепле только в холодный период года, с зависимостью расхода тепла в основном от температуры наружного воздуха;

    2) круглогодовые потребители, нуждающиеся  в тепле весь год, со слабо  выраженной в большинстве случаев  зависимостью расхода тепла от температуры наружного воздуха.

    К первой группе относятся системы  отопления, вентиляции и кондиционирования  воздуха, ко второй – системы горячего водоснабжения и технологические  установки. Если для систем кондиционирования  воздуха искусственный холод в теплый период года вырабатывается на основе использовании тепловой энергии абсорбционным или эжекторным методами, то такие системы входят во вторую группу.

    Потребителей, получающих тепло от централизованной системы теплоснабжения, называют абонентами этой системы, а расходуемое абонентами тепло – тепловой нагрузкой источника тепла.

    В зависимости от соотношения и  режимов отдельных видов потребления  различают три характерные группы абонентов: жилые здания, общественные здания, промышленные здания. В последнюю группу входят также сельскохозяйственные производственные здания и комплексы. Для жилых зданий характерны сезонные расходы тепла на отопление вентиляцию и круглогодовой расход тепла на горячее водоснабжение. В жилых зданиях не устраивают специальной приточной вентиляции – свежий воздух поступает в помещения через форточки окон и неплотности в наружных ограждениях. Подогрев вентиляционного воздуха в этом случае возлагается на систему отопления. Для большинства общественных зданий основное значение имеют сезонные расходы тепла на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха. У промышленных объектов, в том числе сельскохозяйственного направления, обычно имеются все виды теплопотребления, количественное соотношение между которыми определяется видом основного производства.

    В данной дипломной работе расчеты  ведутся на район города Актобе с  жилыми и общественными зданиями.

    Потребность абонентов в тепле не остается постоянной. Расходы тепла на отопление  и вентиляцию изменяются в зависимости  от температуры наружного воздуха, на горячее водоснабжение – в зависимости от режима потребления горячей воды населением (при отсутствии у абонентов аккумуляторов горячей воды).

    Определяющими для проектирования и расчета  централизованного теплоснабжения являются максимальные часовые (расчетные) расходы тепла по отдельным видам теплопотребления и суммарные часовые расходы тепла по абоненту в целом.

    Для определения потребности в тепле  абонентов системы централизованного  теплоснабжения используют приближенные методы, в основе которых лежат укрупненные показатели. 
 

    Максимальный  часовой расход теплоты на отопление  жилых и общественных зданий при  (кВт) определяется по формуле:

     ,                                                                               (1)     

    где - расход теплоты на отопление жилых зданий (кВт), определяемый по формуле:

     ,                                                                                       (2)

     -  расход теплоты на отопление  общественных зданий (кВт), определяемый  по формуле:

                                                                                          (3)          

     - укрупненный показатель максимального  часового расхода теплоты на  отопление жилых зданий, .

    Укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление  жилых зданий равен:

    - для кварталов со средней этажностью 4 этажа согласно укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий при температуре находится в пределах:

    Укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление  жилых зданий при температуре определяется интерполяцией:

    - для кварталов со средней этажностью 5 и более этажей укрупненный показатель максимального часового расхода теплоты на отопление жилых зданий при температуре равен ;

- жилая площадь в  ;

    Отапливаемая  площадь определяется, используя  значение плотности жилого фонда, общей площади на 1 га территории микрорайона при застройке жилыми зданиями. Таким образом, плотность жилого фонда, на 1 га общей площади кварталов составляет: 

    Табл. 2        Плотность жилого фонда кварталов  жилого района 

    Общая площадь кварталов определяется по генеральному плану района города, выданному в задании.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                Табл. 3       Площади  кварталов жилого района 

     - коэффициент, учитывающий расход  теплоты на отопление общественных  зданий, .

    Максимальный  часовой расход теплоты (кВт) на вентиляцию общественных зданий при  определяется по формуле:

     ,                                                                                   (4)

где - коэффициент, учитывающий расход теплоты на вентиляцию общественных зданий,  .

    Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение  жилых и общественных зданий определяется по формуле:

     ,                                                                                   (5)

    где - укрупненный показатель среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение на одного человека (с учетом общественных зданий района);

     - количество человек.

    Расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение всего  района города (МВт) определяются суммированием  расходов теплоты по всем кварталам  по отдельным видам теплопотребления. 
 
 

    Расчет тепловых нагрузок квартала 1

    Определяется  расход теплоты на отопление жилых  зданий (кВт) по формуле (2):

    Определяется  расход теплоты на отопление общественных зданий (кВт) по формуле (3):

    Определяется  максимальный часовой расход теплоты  на отопление жилых и общественных зданий при  (кВт) по формуле (1):

     ,                                                                                                                                                                                       

    Определяется  максимальный часовой расход теплоты (кВт) на вентиляцию общественных зданий при  по формуле (4):

    Определяется  количество жителей квартала из учета, что на одного человека приходится жилой площади.

    Определяется среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий по формуле (5):

    Расчет  тепловых нагрузок остальных кварталов производен аналогично.

    Расчет  теплопотребления в кварталов сведен в табл. 4.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Табл. 4         Расчет тепловых нагрузок кварталов