Теплоснабжение города Омска

СОДЕРЖАНИЕ

1. Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения

2. Расход теплоты производственно-технологическими потребителями

3. Расход теплоты на отопление

4. Расход теплоты на вентиляцию

5. Расход теплоты на горячее водоснабжение

6. Расходы теплоты на переменных режимах

7. Годовые расходы теплоты и топлива. Построение графика продолжительности тепловой нагрузки

8. Обоснование выбора и краткая характеристика источника теплоснабжения

9. Выбор способа регулирования тепловой нагрузки

10. Схема присоединения абонентских установок

11. Расчёт и построение температурного графика сетевой воды.                                                    

12. Регулирование отпуска теплоты по температурным зонам

13. Определение расходов теплоносителей

14. Гидравлический расчёт тепловых сетей.

15. Построение пьезометрического графика и разработка гидравлических режимов водяных тепловых сетей

16. Выбор схем присоединения абонентских отопительных установок

17. Выбор основного теплофикационного и насосного оборудования

17.1 Выбор типа и числа турбоагрегатов в котельной

2. Выбор насосов для тепловых сетей и баков-аккумуляторов

18. Обоснование способов прокладки теплопроводов, выбор оборудования и строительных конструкций тепловых сетей

18.1 Способ прокладки  тепловых сетей

18.2 Конструкции трубопроводов

3. Строительные конструкции

19. Прочностные расчёты трубопроводов и опор тепловых сетей

19.1 Определение  напряжений в трубопроводах и  пролёта между опорами

2. Определение нагрузок на опоры

20. Расчёт самокомпенсации тепловых деформаций трубопроводов, выбор и расчёт компенсаторов

21.Тепловой расчёт  теплопроводов. Выбор теплоизоляционных  материалов конструкции

21.1 Выбор теплоизоляционных  материалов и конструкций

2. Определение толщины тепловой изоляции

22. Защита трубопроводов от наружной коррозии

23. Экономическое обоснование проекта

23.1 Стоимость  тепловых сетей

23.2 Определение  себестоимости выработки теплоты

23.3 Стоимость  тепловых потерь

4. Затраты на перекачку сетевой воды

24. Выводы по проекту

25. Литература

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Населённый пункт: г. Красноярск

1. Объекты:

Промышленные  цехи:

Кузнечный  –       V - 200 тыс м³, Высота-отметка от оси СН = 26 м, ДС-12, l участка – 140 м.

Чугунолитейный –V - 170 тыс м³, Высота-отметка от оси СН = 28 м, ДС-10, l участка – 60 м.

Механический –      V - 120 тыс м³, Высота-отметка от оси СН = 24 м, ДС-8, l участка – 85 м.

Жилищно-коммунальные:

Предприятие общественного  питания – Количество – 3, V - 16 тыс м³, Высота-отметка от оси СН = 31 м, Жителей-2400, l участка – 1100 м.

Дом жилой: Кол-во - 11, V - 28 тыс м³, отметка от оси СН = 38 м, Ж-4000, l участка – 450 м.

Дом жилой: Кол-во - 16, V - 32 тыс м³, отметка от оси СН = 30 м, Ж-5150, l участка – 300 м.

Ясли-сад: Кол-во – 2, V - 15 тыс м³, отметка от оси СН = 33 м, ДС-8, l участка – 180 м.

Дом жилой: Кол-во - 8, V - 20 тыс м³, отметка от оси СН = 27 м, Ж-2500, l участка – 310 м.

Дом жилой: Кол-во - 12, V - 24 тыс м³, отметка от оси СН = 30 м, Ж-3800, l участка – 250 м.

Дом жилой: Кол-во - 10, V - 18 тыс м³, отметка от оси СН = 35м, Ж-2900, l участка – 600 м.

2 Климатологические данные.     

2.1 Расчётная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления: -40°С.

2.2 Расчётная температура зимняя вентиляционная: - 22 °С.

2.3   Отопительный период: 

         . продолжительность:  235 суток,

         . средняя температура наружного  воздуха: -7,1 °С.

2.4 Грунт сильный; уровень грунтовых вод низкий

1. Выбор теплоносителя и системы теплоснабжения

      Тепловая нагрузка района состоит из отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

       Основные преимущества воды как теплоносителя по сравнению с паром:

1. Возможность центрального регулирования однородной тепловой нагрузки или определенного сочетания двух разных видов нагрузки при одинаковом отношении расчетных величин этих нагрузок у абонентов.
2. Повышенная аккумулирующая способность водяной системы.
3. При работе водяных систем в помещениях отсутствуют специфический запах горячей пыли и неприятные металлические шумы, свойственные работе паровых систем при движении пароконденсатной смеси по трубопроводам. Таким образом, водяные системы улучшают санитарно-гигиенические условия и способствуют созданию в помещениях более здоровой и комфортной обстановки.
4. Возможный радиус действия водяной системы (30—60 км от источника тепла до потребителя) значительно превышает возможный радиус действия паровой системы (до 6—15 км). Благодаря этому важному преимуществу теплоснабжение при теплоносителе — горячей воде может осуществляться от источника тепла, расположенного далеко от потребителей, даже за чертой города.
5. При теплоносителе — воде отпадает трудная задача по сбору и возврату конденсата в источник тепла.
6. Для подачи тепла в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха предпочтение отдается горячей воде, при которой поступление тепла поддается центральному качественному регулированию.

      Выбираем двухтрубную водяную систему.

По энергетическим и экономическим показателям современные  двухтрубные открытые и закрытые системы теплоснабжения являются в среднем равноценными.

Основные преимущества открытых систем теплоснабжения по сравнению с закрытыми:

1. Возможность использования для ГВС низкопотенциального тепла.
2. Упрощение и удешевление абонентских вводов (подстанций) и повышение долговечности местных установок ГВС.
3. При открытой схеме источник тепла обеспечивает всех потребителей района необходимым им количеством воды для нужд горячего водоснабжения. Вода умягчается, деаэрируется и накапливается в баках-аккумуляторах для выравнивания суточных колебаний потребления горячей воды в районе.
4. Тепловые пункты при открытых схемах уменьшаются в размерах (до 1,5X5 м) и по сравнению с закрытыми намного проще и дешевле в строительстве и эксплуатации. Они не нуждаются в водо-водяных подогревателях и установках для деаэрации и умягчения воды.
5. Системы теплоснабжения при открытой схеме в большой степени (до 40%) разгружают городские сети холодной питьевой воды, что может дать их некоторое удешевление на последующих этапах роста города.

      Открытые системы теплоснабжения допускается предусматривать при обеспечении источника тепла исходной водой для подпитки тепловой сети из системы хозяйственно-питьевого водопровода. Качество воды для подпитки водяных тепловых сетей должно удовлетворять требованиям норм СНиП 36-73, п.4.8 Тепловые сети (табл.3П [3]). При мягкой природной воде с карбонатной жесткостью ≤ 2 мг-экв/л рекомендуется, как правило, открытая система теплоснабжения; учитывая достаточную «мягкость» сетевой и водопроводной воды в городе Красноярске, 1,3 мг-экв/л,  выбираем открытую систему теплоснабжения, с отбором воды на вентиляцию и горячее водоснабжение потребителей из тепловой сети. Расчётную температуру сетевой воды в подающем трубопроводе принимаем равной 150 ºС, а в обратном – равной 70 ºС.

2. Расход теплоты производственно-технологическими потребителями

       Расчётную производственно-технологическую нагрузку, покрываемую водяным теплоносителем Q_пр(вод) задаём Q_пр(вод) =  0,6 МВт  = 2,16 ГДж/ч

Расчётную сантехническую нагрузку определяем по уравнению

Q_стр = γ_ст ·  Q_пр = 0,08 ·  0,6 = 0,048МВт = 0,173 ГДж/ч                               (1)

3. Расход теплоты на отопление

         Задачей отопления является поддержание внутренней температуры помещений на заданном уровне, что достигается путем сохранения равновесия между теплопритоком и тепловыми потерями здания.

            Тепловые потери зданий возникают из-за теплопередачи через наружные ограждения, Q_огр, инфильтрации за счет проникновения холодного воздуха через неплотности наружных ограждений, Q_инф, за счет нагревания поступающих извне материалов, естественного испарения влаги с открытых поверхностей и других причин.

Потеря тепла теплопередачей через наружные ограждения зависит от конструкции здания, его наружного объема, этажности, коэффициентов теплопередачи наружных ограждений, степени остекленности стен.

Теплоприток в здание складывается из подвода тепла через отопительную систему Q_o   и внутренних тепловыделений Q_тв. Источником внутренних тепловыделений  в жилых зданиях являются обычно люди, приборы для приготовления пищи (газовые, электрические и другие плиты), осветительные приборы. Эти тепловыделения носят в значительной мере случайный характер и не поддаются регулированию по времени. Кроме того, они не распределяются равномерно по зданию.

   Источником  внутренних  тепловыделений  в промышленных зданиях являются различного рода тепловые и силовые установки и механизмы (печи, сушила, двигатели и др.) [19]  .

 Таким образом, нагрузку системы отопления определяем по уравнению:

                                                                                     Q_о = Q_огр + Q_инф - Qтв                                                                                        (2)

         Для определения тепловых нагрузок системы отопления используем метод, основанный на использовании понятия удельной теплопотери здания.

Удельная теплопотеря здания q₀, представляет собой часовые потери тепла через наружные ограждения при разности внутренней и наружной температур в I градус, отнесенные к I м³ объема здания по наружному обмеру. Значения  удельных теплопотерь приводятся в табличной форме для t_но = -30 ºС При значении отличном от данной температуры наружного воздуха, используем коэффициент  β, взятый из табл.7.5[6] c. 94. Для t_но = -40 ºС, β=0,9. Значение q₀ определяем q_{0 =}  β · q

Расчетный расход теплоты на отопление определяем по уравнению теплового баланса отапливаемого здания, Вт

Q_ор = (1 + M) · q₀ · V · (t_вр – t_но) - Q_твр,                              (3)

где М - коэффициент инфильтрации, представляющий собой отношение теплопотерь от инфильтрации к теплопотерям от теплопередачи через наружные ограждения_,    М=Q_инф/Q_огр; q₀ – выбираем по табл. 3.4П [3], Вт/(м³К) ; поправочный коэффициент β выбираем по табл. З.ЗП [3]; V – объём отапливаемого здания по наружному обмеру

(указан в задании на проектирование ), м³ ; t_вр - выбираем по табл. 3.5П [3];

t_но – выбираем по климатологической табл. 3.6П [3]; G_твр - расчетное значение внутренних тепловыделений; его величину выбираем по табл. 3.7П [3]

Для жилых и общественных зданий максимальное значение инфильтрации в большинстве случаев не превосходит.3 - 6%, что лежит в пределах погрешности расчета теплопотерь; кроме того величина внутренних тепловыделений также составляет 3 - 6%, от теплопотерь и имеет противоположный знак. Поэтому с целью упрощения, для жилых и общественных зданий принимаем М = 0 и не учитываем величину внутренних тепловыделений:

Теплопотери инфильтрацией промышленных зданий составляют заметную величину, нередко достигающую 25 - 30 % теплопотерь через наружные ограждения, учитываем её при расчете, принимаем М  = 0,25.

Расчётный расход теплоты на отопление. 

                                                                 Таблица 1

4. Расход теплоты на вентиляцию

Основным назначением вентиляции является поддержание в здании нормального состояния воздушной среды путем нагнетания в него чистого атмосферного воздуха и удаления из помещений вредных выделений производства, излишних внутренних тепловыделений и влаги. При этом в помещении должна поддерживаться внутренняя расчетная температура. Расход теплоты на вентиляцию общественных зданий составляет значительную долю от  суммарного теплопотребления объекта, а для производственных предприятий может превышать расход теплоты на отопление. В жилых зданиях, общежитиях, система вентиляции, как правило, не применяется.

Для определения тепловых нагрузок системы вентиляции используем метод, основанный на использовании понятия удельной вентиляционной характеристики здания.

Удельный расход теплоты на вентиляцию q_в представляет собой расход теплоты за единицу времени при разности внутренней и наружной температур в 1 градус, отнесенные к I м³ объёма здания по наружному обмеру.

Расчетную температуру наружного воздуха для проектирования систем вентиляции и воздушного душирования жилых, общественных, административно-бытовых и производственных помещений принимаем соответствующей параметрам А для теплого и параметрам Б для холодного периодов года (п 2.14 [13])

Расчетный расход теплоты на вентиляцию определяем по формуле, Вт:

Q_вр = q_в · V · (t_вр – t_нв),                              (4)

Где q_в (Вт/м³К) – выбираем по т.3.4П [3], t_нв – выбираем по табл. 3.6П [3].

Расчётный расход теплоты на вентиляцию.       

                                                     Таблица 2

5. Расход теплоты на горячее водоснабжение

ГВС имеет неравномерный характер, как по часам суток, так и по дням недели. Определим тепловые нагрузки ГВС

При известных нормах расхода горячей воды для различных конкретных потребителей     средний (средненедельный) часовой расход теплоты на бытовое ГВС отдельных жилых, общественных и промышленных зданий определяем по формуле, Вт ;

Q_г^ср.н = (Q_um^h ·  m  · c · (t_г – t_хв)                                   (5)

3.6 · n_c

где   Q_um^h - норма суточного расхода горячей воды в средние сутки с температурой

t_г = 55°C на одного потребителя или единицу измерения; определяем по табл. 3.9П [3];

m - количество единиц измерения, указано в задании на проектирование; С - теплоёмкость воды, С = 4,19 кДж/(кгК);  t_г, t_хв - температуры соответственно горячей и холодной воды; для ясли-сада  t_г =37°С. В зимний период   t_хв = 5°С, в летний период   t_хв = 15°С; n_с   - расчетная длительность подачи тепла на ГВС. Для жилых домов n_с  = 24  ч/сутки.  Детских яслей-садов принимаем   n_с  =12 ч/сутки, для промышленных предприятии n_с = 24 ч/сутки,  для предприятий  общественного питания - n_с  = 12  ч/сутки

Согласно п.3.10 [12]   при проектировании системы ГВС при непосредственном водоразборе температуру горячей воды поддерживаем равной  t_г = 65 °С, а нормы расхода горячей воды выбранные по табл. 3.9П [3], принимаем с коэффициентом 0,85.

При расчете теплопотребления душевыми сетками в бытовых помещениях промышленных предприятий среднюю нагрузку ГВС не определяем. Для этих потребителей рассчитываем расход теплоты в сутки наибольшего водопотребления и в час наибольшего водопотребления, полагая, что душевые сетки промпредприятия используются в режиме наибольшего водопотребления в течении I часа после каждой смены. Принимаем работу промпредприятий в 3 смены.

Средний часовой расход теплоты на бытовое ГВС за сутки наибольшего водопотребления определяем по формуле, Вт:

Q_г^ср.с = К_сут · Q_г^ср.н                                      (6)

где К_сут  - коэффициент суточной неравномерности расхода теплоты; выбираем по

табл. 3.9П [3].

При известных нормах суточного расхода горячей воды в сутки наибольшего водопотребления   Q_u^h, средний часовой расход теплоты в этом режиме определяем по формуле (4), подставляя вместо   Q_um^h  значение   Q_u^h.  Максимальный часовой расход теплоты на бытовое ГВС, Вт,  определяем по формуле:

Q_г^max = К_сут · К_ч · Q_г^ср,                                  (7)

где  К_ч - коэффициент часовой неравномерности расхода теплоты за сутки наибольшего водопотребления; определяем по табл. 3.9П [3]. 

При известных нормах часового расхода воды на ГВС промышленных предприятий в час наибольшего водопотребления Q_nч.u^h = 270 л//(ч единица), максимальный часовой расход теплоты определяем по формуле, Вт :

Q_г^max = (Q_nч.u^h) · m c (t_г – t_х)                          (8)

3.6

Расчётный расход теплоты на горячее водоснабжение.          

                                                                                                                                   Таблица 3

Расход теплоты в летнее время определяем по формуле, Вт

Qг ср.л = Q_г ^ср · 55 - t_х.л  · β,                       (9)

                     55 – t_х.з

где β – коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на ГВС в

неотопительный период по отношению к отопительному периоду. Для жилищно-коммунального сектора принимаем β = 0,8, для предприятий β = 1.

Горячая вода, подаваемая потребителям, должна соответствовать ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая".

Расчётная нагрузка коммунально-бытовых потребителей составляет, Вт

         Q_кбр = Q_ор + Q_вр +Q_г^ср = 28749925,3 + 1683360 + 4916870,1 = 35350155,4                (10)

6. Расходы теплоты на переменных режимах

Полученные расчетные расходы для каждого потребителя суммируем по отдельным видам теплопотребления (отопление, вентиляция, ГВС) по всем потребителям:

       Определяем изменение суммарных тепловых нагрузок в зависимости от температуры наружного воздуха для характерных режимов:

- максимально-зимнего – выполняем при температуре t_н =  t_но = -40; на основании расчёта определяем максимальную производительность основных и пиковых котлов;

-  контрольно- расчетного - выполняем при средней температуре наиболее холодного       месяца  t_н =  t_ср^х.м = -17,1; на основании расчета проверяем обеспеченность электрических и   тепловых нагрузок  принятому основному и резервному оборудованию, в этом режиме допускается использование пиковых теплоэнергоисточников;

• среднеотопительного (среднезимнего) – выполняем при средней температуре наружного воздуха за отопительный период t_н =  t_ср.от = -7,1
• переходного - выполняем при наружной температуре  t_н = +8 °С и относительной влажности воздуха φ = 70 %;
• среднелетнего - выполняем при отсутствии отопительной нагрузки при параметрах А для теплого периода года, t_н = +17 °С

Указанные характерные температуры наружного воздуха выбираем по табл. 3.6П [3] и СНиП 2.04.05-91 табл.1[13]

 Летнюю технологическую нагрузку принимаем 55% от зимней.

Закономерности изменения суммарной коммунально-бытовой и сантехнической нагрузок в течение года полагаем совпадающими.

Для указанных режимов, за исключением летнего, расход теплоты на отопление определяем по формуле, Вт:

                                                                    Q_о = У_о · Q_ср = Q_о · Q_ср,                            (11)

где У_о - коэффициент расхода теплоты на отопление, равный относительной отопительной нагрузке  Q_о

                       (12)

При определении   У_о (а также У_в) температуру t_вр принимаем по большинству потребителей, т.к. основными потребителями теплоты являются жилые дома, то принимаем  t_вр = 18 °С.

Расход теплоты на вентиляцию, определяем по формуле, Вт:

Q_в =  У_в · Q_вр,                        (12)

где   У_в - коэффициент расхода теплоты на вентиляцию,

У_в = t_вр – t_н                        (13)

                                                              t_вр – t_нв

   В интервале температур наружного воздуха от   t_нв до t_но  расход теплоты на вентиляцию у потребителей без выделения вредных выбросов имеет постоянное максимальное значение, равное Q_вр, при наличии вредных выделений у промышленных предприятий принимаем t_нв  = t_но и поэтому расход теплоты на их вентиляцию будет линейно зависеть от  t_н      в течение всего отопительного сезона.