Теоретические основы проектирования систем теплоснабжения. 2 страница

(2.29)

Для построения повышенного графика отпуска теплоты по совмещенной нагрузке на отопление и горячее водоснабжение для открытых систем теплоснабжения необходимо вначале построить графики температур, , , t 30 для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления (см. формулы

(2.16),(2.17),(2.18)). Температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях для повышенного графика, соответственно t 1п и t 2п в течение отопительного периода определяют по следующим выражениям

(2.30)

(2.31)

где - относительный расход теплоты на отопление, определяемый по формуле

(2.32)

- относительный расход сетевой воды на отопление, определяемый из выражения

(2.33)

где (2.34)

Регулирование по повышенному графику в открытых системах осуществляется в диапазоне температур наружного воздуха +8 ^оС ¸ t _н^*. Температура наружного воздуха t _н^* соответствует началу периода, когда температура сетевой воды в обратном трубопроводе достигает значений t _h и весь водоразбор на горячее водоснабжение в диапазоне наружных температур t _н^*¸ t _o осуществляется только из обратного трубопровода.

2.5 Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию

По характеру изменения температуры и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона. В диапазоне I (от +8 ^оС до ) при переменной тепловой вентиляционной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе постоянна. В этом диапазоне осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды.

В диапазоне II (от до t _v) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура сетевой воды.

В диапазоне III (от t _v до t _о) возрастает температура сетевой воды и также тепловая нагрузка для большинства вентиляционных систем. Для систем вентиляции с рециркуляцией тепловая нагрузка в данном диапазоне поддерживается постоянной. В диапазонах II и III осуществляется центральное качественное регулирование для систем вентиляции без рециркуляции воздуха. Для систем с рециркуляцией в диапазоне III осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды и количества наружного и рециркуляционного воздуха. При построении графиков температур сетевой воды для систем вентиляции основной задачей является определение температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после калориферов t _2v для различных диапазонов отопительного периода. Для решения этой задачи используют следующие уравнения:

Для диапазона I (от +8 ^оС до )

(2.35)

для диапазона II (от до t _v)

(2.36)

для диапазона III (от t _v до t _o)

(2.37)

где D t _к - температурный напор в калорифере, определяемый при температуре t _н (D t _к^' - то же при температуре )

(2.38)

D t ^p_к - расчетный температурный напор в калорифере, определенный при температуре наружного воздуха, расчетной для систем вентиляции, t _v

(2.39)

t ₁, t _2v - значения температур сетевой воды соответственно в подающем трубопроводе перед калориферами и в обратном трубопроводе после калориферов при заданной температуре наружного воздуха t _н

; - то же, но для точки излома температурного графика t _н.

; - то же, но при расчетной температуре наружного воздуха для вентиляции, t _v.

Неизвестные значения температуры обратной воды после калориферов t _2v для I и III диапазонов определяют решением уравнений (2.35) и (2.37) методом последовательных приближений. Расчет температур сетевой воды для отопительных и повышенных графиков регулирования может быть выполнен с использованием таблиц и номограмм, приведенных в литературе [5, 6]. Расчет повышенных графиков регулирования для закрытых и открытых систем теплоснабжения может быть также выполнен на ЭВМ с использованием расчетных программ “RTGO” и “RTGS”, находящихся в папке Programm\Teplo\Gidravl\ сервера кафедры ТГВ. На рис 3.4 и 3.5 приведены повышенные графики соответственно для закрытых и открытых систем теплоснабжения.

2.6 Определение расходов сетевой воды.

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

а) на отопление

, (2.40)

б) на вентиляцию

, (2.41)

в) на горячее водоснабжение в открытых системах теплоснабжения:

среднечасовой

, (2.42)

максимальный

, (2.43)

г) на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения:

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

, (2.44)

максимальный, при параллельной схеме присоединении водоподогревателей

, (2.45)

среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

, (2.46)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

, (2.47)

В формулах (2.40 - 2.47) расчетные тепловые потоки приведены в Вт, теплоёмкость с принимается равной 4,198 кДж/(кг °С).

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле

(2.48)

Коэффициент k _3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице 2.1. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k ₃ принимается равным нулю.

Таблица 2.1 - Значения коэффициента k ₃

Система теплоснабжения	Значение коэффициента k 3
Открытая с тепловым потоком, МВт:
100 и более	0.6
менее 100	0.8
закрытая с тепловым потоком, МВт
100 и более	1.0
менее 100	1.2

ПРИМЕЧАНИЕ. Для закрытых систем теплоснабжения при регулировании по нагрузке отопления и тепловом потоке менее 100 МВт при наличии баков аккумуляторов у потребителей коэффициент k ₃ следует принимать равным единице.

Для потребителей при при отсутствии баков аккумуляторов, а также с тепловым потоком 10 МВт и менее суммарный расчетный расход воды следует определять по формуле

(2.49)

Расчетный расход воды, кг/ч, в двухтрубных водяных тепловых сетях в неотопительный период, , равный максимальному расходу воды на горячее водоснабжение, , следует определять по формуле

(2.50)

При этом максимальный расход воды на горячее водоснабжение, кг/ч, определяется для открытых систем теплоснабжения по формуле (2.43) при температуре холодной воды в неотопительный период, а для закрытых систем при всех схемах присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения - по формуле (2.45). Расход воды в обратном трубопроводе двухтрубных водяных тепловых сетей открытых систем теплоснабжения принимается равным в размере 10 % от расчетного расхода воды, определенного по формуле (2.43). Расчетный расход воды для определения диаметров подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения следует определять в соответствии со СНиП 2.04.01-85*.

2.7 Гидравлический расчет тепловых сетей.

Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. По результатам гидравлических расчетов разрабатывают гидравлические режимы систем теплоснабжения, подбирают сетевые и подпиточные насосы, авторегуляторы, дроссельные устройства, оборудование тепловых пунктов.

При движении теплоносителя по трубам полные потери давления D Р складываются из потерь давления на трение и потерь давления в местных сопротивлениях D Р _м

(2.51)

Потери давления на трение определяют по формуле

(2.52)

где R - удельные потери давления, Па/м, определяемые по формуле

, (2.53)

где l - коэффициент гидравлического трения;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

r - плотность теплоносителя, кг/м³;

w - скорость движения теплоносителя, м/c;

L - длина трубопровода, м.

Потери давления в местных сопротивлениях DР_м определяют по формуле

, (2.54)

где åx - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления в местных сопротивлениях могут быть также определены по следующей формуле

DР _м = R L _э, (2.55)

где L _э - эквивалентная длина местных сопротивлений, которую определяют по формуле

(2.56)

Перед выполнением гидравлического расчета разрабатывают расчетную схему тепловых сетей. На расчетной схеме проставляют номера участков (сначала по главной магистрали, а потом по ответвлениям), расходы теплоносителя в кг/с или в т/ч, длины участков в метрах. Здесь главной магистралью является наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя. При неизвестном располагаемом перепаде давления в начале теплотрассы, удельные потери давления R следует принимать:

а) на участках главной магистрали 20 - 40, но не более 80 Па/м;

б) на ответвлениях - по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.

Гидравлический расчет выполняют по таблицам и номограммам, представленным в литературе [5, 6, 7]. Сначала выполняют расчет главной магистрали. По известным расходам, ориентируясь на рекомендованные величины удельных потерь давления R, определяют диаметры трубопроводов d _н´ S; фактические удельные потери давления R, Па/м; а также скорость движения теплоносителя w, м/с. Условный проход труб, независимо от расчетного расхода теплоносителя должен приниматься в тепловых сетях не менее 32 мм. Скорость движения воды не должна быть более 3,5 м/с. Определив диаметры трубопроводов, находят количество компенсаторов на участках и другие виды местных сопротивлений. Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле (2.54), либо, по формуле (2.55). Затем определяют полные потери давления на участках главной магистрали и суммарные по всей ее длине. Далее выполняют гидравлический расчет ответвлений, увязывая потери давления в них с соответствующими частями главной магистрали (от точки деления потоков до концевых потребителей). Увязку потерь давления следует выполнять подбором диаметров трубопроводов ответвлений. Невязка не должна быть более 10 %. При невозможности полностью увязать диаметрами, излишний напор на ответвлениях должен быть погашен соплами элеваторов, дроссельными диафрагмами и авторегуляторами потребителей.

При известном располагаемом давлении D Р _р для всей сети, а также для ответвлений, предварительно определяют ориентировочные средние удельные потери давления R _m, Па/м:

, (2.57)

где å L - суммарная протяженность расчетной ветви (ответвления) на потери давления в которой используется величина D Р _р;

a - коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях, принимаемый по приложению 6 учебного пособия.

Таблицы и номограммы гидравлического расчета, приведенные в литературе [5,6,7], составлены для эквивалентной шероховатости труб К _э = 0.5 мм. При расчете трубопроводов с другой шероховатостью к значениям удельных потерь давления R следует принимать поправочный коэффициент b [6 табл. 4.14]. Диаметры подающего и обратного трубопроводов двухтрубных водяных тепловых сетей при совместной подаче теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение должны приниматься, как правило, одинаковыми.

2.8 Гидравлические режимы водяных тепловых сетей

Гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики) следует разрабатывать для отопительного и неотопительного периодов. Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети; с учетом рельефа местности, располагаемого напора и высоты зданий выбрать схемы присоединения потребителей; подобрать авторегуляторы, сопла элеваторов, дроссельные устройства для местных систем теплопотребления; подобрать сетевые и подпиточные насосы. Пьезометрические графики строятся для магистральных и квартальных тепловых сетей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М_г 1:10000; вертикальный М_в 1:1000; для квартальных тепловых сетей: М_г 1:1000, М_в 1:500.

Пьезометрические графики строятся для статического и динамического режимов системы теплоснабжения. За начало координат в магистральных сетях принимают местоположение ТЭЦ. В принятых масштабах строят профиль трассы и высоты присоединенных потребителей (приняв 9-ти этажную застройку). За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают обычно отметку низшей точки теплотрассы или отметку сетевых насосов. Строят линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 метров, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время не должна превышать максимальный рабочий напор для местных систем. Величина максимального рабочего напора составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 метров; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 метров; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 метров. Затем приступают к построению графиков напоров для динамического режима. На оси ординат откладывают требуемый напор у всасывающих патрубков сетевых насосов (30 - 35 метров) в зависимости от марки насоса. Затем, используя результаты гидравлического расчета, строят линию потерь напора обратной магистрали. Величина напоров в обратной магистрали должна соответствовать требованиям указанным выше при построении линии статического напора. Далее строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения расчетного квартала. Величина располагаемого напора в точке подключения квартальных сетей принимается не менее 40 м. Затем строится линия потерь напора подающего трубопровода, а так же линия потерь напора в коммуникациях источника теплоты (ТЭЦ). При отсутствии данных потери напора в коммуникациях ТЭЦ могут быть приняты равными 25 - 30 м. Напор во всех точках подающего трубопровода исходя из условия его механической прочности не должен превышать 160 м. Пьезометрический график может быть перемещен параллельно себе вверх или вниз если возникает опасность «оголения» или «раздавливания» местных систем теплоснабжения. При этом необходимо учитывать, чтобы напор на всасывающем патрубке не превысил предельного значения для принятой марки насоса. Под пьезометрическим графиком располагают спрямленную однолинейную схему теплотрассы с ответвлениями, указывают номера и длины участков, диаметры трубопроводов, расходы теплоносителя, располагаемые напоры в узловых точках. На пьезометрическом графике главной магистрали строится график расчетного ответвления. Для построения пьезометрических графиков для неотопительного периода необходимо определить потери давления в главной магистрали при пропуске максимального расхода сетевой воды на горячее водоснабжение G _hmax. В открытых системах потери давления в обратной магистрали определяют при пропуске расхода равного 10% G _hmax. Потери напора в коммуникациях источника, а также располагаемый напор перед расчетным кварталом принимают такими же, как и для отопительного периода. При построении пьезометрического графика для квартальных сетей следует учитывать, что квартальные сети являются продолжением магистральных сетей. Располагаемый напор в начале квартальных сетей (40 м.) должен быть использован на потери напора в местных системах теплопотребления зданий кварталов и на потери напора в подающей и обратной магистралях квартальных сетей. Следует учитывать, что линии напоров пьезометрического графика квартальных сетей и при статическом и при динамическом режимах будут продолжением соответствующих линий пьезометрического графика магистральных тепловых сетей.

2.9 Подбор сетевых и подпиточных насосов

Напор сетевых насосов следует определять для отопительного и неотопительного периодов и принимать равным сумме потерь напора в установках на источнике теплоты , в подающем и обратном трубопроводах, а также в местной системе теплопотребления .

(2.58)

Потери напора в коммуникациях источника, при отсутствии более точных данных, могут быть приняты равными 30 м. Потери напора в местной системе теплопотребления, (в данном случае располагаемый напор перед квартальной системой теплоснабжения), следует принимать не менее 40 м. Потери напора в подающем и обратном трубопроводах для отопительного периода принимают по результатам гидравлического расчета при пропуске суммарных расчетных расходов воды. Для неотопительного периода потери напора в подающих трубопроводах могут быть определены по следующей формуле

(2.59)

Потери напора в обратном трубопроводе открытых систем теплоснабжения в неотопительный период могут быть определены по формуле

(2.60)

где - суммарный расход сетевой воды на головном участке системы теплоснабжения в отопительный период;

максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение в неотопительный период, определяемый по формуле (2.50) учебного пособия.

Подачу (производительность) рабочих насосов следует принимать:

а) сетевых насосов для закрытых систем теплоснабжения в отопительный период - по суммарному расчетному расходу воды, определяемому по формуле (2.48) учебного пособия;

б) сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения в отопительный период - по суммарному расчетному расходу воды, определяемому при k ₄ =1,4 по формуле

(2.61)

в) сетевых насосов для закрытых и открытых систем теплоснабжения в неотопительный период - по максимальному расходу воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (формула (2.50)) учебного пособия.

Число сетевых насосов следует принимать не менее двух, один из которых - резервный; при пяти рабочих сетевых насосах, соединённых параллельно в одной группе, допускается резервный насос не устанавливать. Напор подпиточных насосов H _пн должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического напора Н _ст и преодоления потерь напора в подпиточной линии D H _пл, величина которых, при отсутствии более точных данных, принимается равной 10-20 м.

(2.62)

В формуле (2.62) z – разность отметок уровня воды в подпиточном баке и оси подпиточных насосов. Подачу подпиточных насосов в закрытых системах теплоснабжения следует принимать равной расчетному расходу воды на компенсацию утечки из тепловой сети (см. формулу (2.63)), а в открытых системах - равной сумме максимального расхода воды на горячее водоснабжение и расчетного расхода воды на компенсацию утечки (см. формулу (2.64))

(2.63)

(2.64)

Расчетный расход воды на компенсацию утечки , принимается в размере 0,75% от объема воды в системе теплоснабжения, аварийный расход на компенсацию утечки принимается в размере 2% от объема воды в системе теплоснабжения. Объем воды в системе теплоснабжения допускается принимать равным 65 м³ на 1 МВт расчетного теплового потока при закрытой системе теплоснабжения и 70 м³ на 1 МВт - при открытой системе теплоснабжения.

Число параллельно включенных подпиточных насосов следует принимать: в закрытых системах теплоснабжения не менее двух, один из которых является резервным; в открытых системах не менее трех, один из которых также является резервным. Технические данные насосов для систем теплоснабжения приведены в литературе [5, 6, 8]. При подборе насосов следует учитывать требования по максимальной температуре воды, по величине допускаемых напоров на всасывающем патрубке насоса. Из условий экономии потребления электроэнергии величина КПД насоса , не должна быть менее 90% от величины максимального КПД . Примеры подбора насосов приведены на стр. 61-62 учебного пособия. Данные по насосам рекомендуемым для использования в системах теплоснабжения приведены в приложении 20 учебного пособия.

2.10 Расчет толщины тепловой изоляции

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов d _к по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле

, (2.65)

где d - наружный диаметр трубопровода, м;

В - отношение наружного диаметра изоляционного слоя к диаметру трубопровода d. ();

Величину В определяют по формуле:

, (2.66)

где е - основание натурального логарифма;

l _к - теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·°С), определяемая по пп 2.7 и 3.11 [4]

R _к - термическое сопротивление слоя изоляции, м ·°С/Вт, величину которого определяют из следующего выражения