55. Классификация систем теплоснабжения. Основные определения и параметры.

Теплоснабжение – это комплекс мероприятий для выработки тепла, его транспортировки и распределения по зданиям и сооружениям с целью обеспечения теплового комфорта потребителей, находящихся в них.

Система теплоснабжения — совокупность технических устройств, агрегатов и подсистем, обеспечивающих приготовление теплоносителя, его транспортировку и распределение в соответствии со спросом на теплоту по отдельным потребителям. Последними являются системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, а также технологические установки промышленных предприятий.

В состав любой системы теплоснабжения входят три основных элемента:

- теплоисточник. Это может быть ТЭЦ или котельная (централизованная система теплоснабжения), либо просто котел, расположенный в отдельном здании (местная система теплоснабжения).

- система трубопроводов, по которым происходит транспортировка тепловой энергии (тепловые сети).

- потребители тепла (радиаторы отопления и калориферы).

В зависимости от типа и мощности источника теплоснабжение бывает:

- централизованное от тепловых и атомных электростанций (ТЭЦ и АТЭЦ) - теплофикация;

- централизованное от районных или квартальных котельных (применяется как в больших жилых массивах, так и в отдельных жилых кварталах и поселках);

- местное от групповых котельных (применяется для теплоснабжения одного или группы зданий);

- автономное от теплогенераторов, устанавливаемых непосредственно в отапливаемых зданиях (предназначено для отопления, а иногда и горячего водоснабжения отдельных домов и помещений).

В централизованных системах теплоснабжения теплоисточником служит либо ТЭЦ, либо мощная котельная, которая поставляет нагретый теплоноситель для группы потребителей, будь то квартал, микрорайон или даже весь город. При такой системе горячая вода от теплоисточника транспортируется по магистральным тепловым сетям. От магистральных сетей горячая вода подается в центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуальные (ИТП). А уже от ЦТП тепло по квартальным сетям поступает непосредственно в здания и сооружения потребителей.

Для автономных систем теплоснабжения характерна малая протя­женность или даже полное отсутствие тепловых сетей от источника тепло­снабжения к потребителям тепловой энергии. Автономное теплоснабжение осуществляется от источников теплоснабжения малой мощности, автономных квартирных теплогенераторов и печей. Автономная (децентрализован­ная) система теплоснабжения состоит из источника теплоты, который совмещен с нагревательным прибором потребителя или соединен с ним внут­ренними тепловыми сетями. Большие здания имеют развитые внутренние тепловые сети, которые называютсясистемами отопления. Так как система теплоснабжения небольшой группы зданий мало отличается от системы отопления одного здания, в энергетике к децентрализованным относят сис­темы мощностью менее 58 МВт [24].

Автономные системы делятся на две группы:

- системы, у которых источник теплоснабжения соединен с приемни­ками (нагревательными приборами, калориферами, водоразборной армату­рой и пр.), внутренними тепловыми сетями (системы отопления, вентиля­ции, местные системы горячего водоснабжения);

- системы, у которых источник теплоснабжения и нагревательные по­верхности объединены в одном агрегате (отопительные печи, теплогенераторы).

Автономные (децентрализованные) системы первого типа находят применение в городах и сельской местности, второго типа - в малых насе­ленных пунктах.

При строительстве новых городов и населенных пунктов целесообразную систему теплоснабжения выбирают на основании технико-экономических расчетов, главными критериями при этом являются величина и концентрация тепловой нагрузки.

Решение по выбору типа системы теплоснабжения - централизованной или децентрализованной - зависит от величины и пространственной структуры населенного пункта, плотности тепловых нагрузок и размещения абонентов, вида поставляемого топлива, а также от уровня социальных и санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к условиям эксплуатации и функционирования системы.

К преимуществам централизованных систем теплоснабжения часто относят меньшие расходы топлива при выработке теплоты в котельных.

Проведенное сравнение показывает, что теплотехнические характеристики автономного теплоснабжения превышают в целом показатели централизованных систем.

Автономные системы, несмотря на ряд присущих им недостатков (значительные затраты времени и труда на обслуживание, более низкие санитарные условия в помещении, низкий КПД теплоемких отопительных печей и теплогенераторов, выпускаемых отечественной промышленностью, трудности обеспечения теплотой многоквартирных зданий), имеют и определенные достоинства:

- меньшие, чем при централизованных системах, единовременные капитальные вложения;

- возможность поэтапного ввода в работу оборудования, по мере завершения строительных работ;

-независимое обеспечение тепловой нагрузки объектов и возможность местного регулирования работы системы;

- возможность разработки полностью автономных систем, не требующих электропривода отдельных устройств системы (системы с естественной циркуляцией теплоносителя и теплогенераторы на естественной тяге);

- в случае применения крышных котельных достигается снижение занимаемой площади территории населенного пункта;

- привлечение средств населения (возможно, частичное) для сооружения системы.

По виду энергоносителя системы теплоснабжения делятся на паровые и водяные.

Водяные системы используются для обеспечения тепловой энергией объектов жилищно-коммунального хозяйства (отопление, вентиляция, кон­диционирование воздуха, горячее водоснабжение), а также с целью снабжения промышленных предприятий горячей водой на технологические ну­жды. В ряде случаев тепловые сети системы теплоснабжения могут вклю­чать, кроме трубопроводов жилищно-коммунального назначения, и трубо­проводы пароснабжения технологических потребителей паром низкого давления (до 1,4 МПа).

Расположение России в северной климатической зоне и стремление защитить автономные сети от размораживания при аварийных отключениях электроэнергии или при периодической работе инженерных систем часто являются причиной замены воды, используемой в качестве теплоносителя, на «незамерзающий» теплоноситель

В качестве «незамерзающего» теплоносителя часто используется ши­рокий спектр водных смесей на основе моноэтиленгликоля с комплексными присадками, обеспечивающими стабильность свойств, низкую коррозион­ную активность, антивспенивание, антиокислительные свойства и безнакипный режим работы системы

Необходимо, однако, отметить, что в ряде случаев возможность при­менения этого теплоносителя ограничена, а в случае использования необ­ходима его регулярная замена - не реже одного раза в два года - в связи со «старением» и снижением активности присадок.

Паровые системы теплоснабжения распространены на промышленных предприятиях, где пар используется в качестве энергоносителя в техноло­гических процессах, а также для нужд санитарно-технических систем в пределах этих предприятий.

Паровые системы теплоснабжения распространены на промышленных предприятиях, где пар используется в качестве энергоносителя в техноло­гических процессах, а также для нужд санитарно-технических систем в пределах этих предприятий.

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

В закрытых системах воду из тепловых сетей используют только в качестве энергоносителя в теплообменниках для подогрева холодной водо­проводной воды, поступающей в местную систему горячего водоснабже­ния.

В открытых системах вода непосредственно из тепловой сети забира­ется для приготовления и подачи ее в систему горячего водоснабжения по­требителя.

По количеству трубопроводов тепловой сети тепловые сети делятся на одно-, двух-, трех и четырехтрубные.

Наибольшее распространение получили двух- и четырехтрубные теп­ловые сети, однако, возможно применение одно- и трехтрубных тепловых сетей. Системы теплоснабжения большой и средней мощности с точки зре­ния экономичности предпочтительно выполнять двухтрубными - с общим подающим трубопроводом горячей воды для отопления, вентиляции и го­рячего водоснабжения и общим обратным трубопроводом.

Использование четырехтрубных тепловых сетей упрощает процессы подготовки теплоносителя для потребителей теплоты, так как сети вклю­чают два подающих трубопровода для подачи горячей воды на нужды ото­пления, вентиляции и горячего водоснабжения и два обратных трубопрово­да от потребителей (из систем отопления, вентиляции и циркуляционного трубопровода горячего водоснабжения).

Тепловые потребители могут присоединяться непосредственно к теп­ловым сетям через центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуаль­ные тепловые пункты (ИТП, абонентские вводы), в которых осуществляет­ся приготовление и подача горячей воды нужных параметров для отопле­ния, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей. ЦТП и ИТП в общем случае включают подогреватели, элеваторы, насосы, запорно-регулирующую арматуру и средства автоматического регулирования рас­хода и параметров теплоносителей и т.д.

Тепловые сети являются одним из наиболее трудоемких и дорогостоя­щих элементов систем теплоснабжения. Это сложные сооружения, состоя­щие из соединенных между собой труб, тепловой изоляции, компенсаторов линейных температурных деформаций, подвижных и неподвижных опор, запорной и регулирующей арматуры, строительных конструкций, узлов от­ветвлений трубопроводов (камер и колодцев), дренажных устройств. Тепло­вые сети дополняют насосные и дроссельные станции, тепловые пункты.

Водяные тепловые сети, как правило, выполняют двухтрубными с со­четанием подающих трубопроводов для подачи горячей воды от источников теплоснабжения (ИТ) до систем теплоиспользования и обратных тру­бопроводов для возврата охлажденной в этих системах воды к ИТ для по­вторного подогрева. Циркуляция воды в сетях поддерживается сетевыми насосами, устанавливаемыми в ИТ, а при больших дальностях транспорта воды - и на трассах сетей (насосные станции).

В зависимости от принятой схемы присоединения к сетям систем горя­чего водоснабжения различают закрытые и открытые системы теплоснаб­жения.

Открытые системы применяются при обеспечении ИТ от городского водопровода достаточным количеством воды, удовлетворяющим требова­ниям ГОСТ «Вода питьевая». В противном случае применяется закрытая система с местным подогревом водопроводной воды у потребителей в водоводяных подогревателях. Немаловажным преимуществом независимой схемы присоединения сети отопления при теплоснабжении жилых микро­районов является возможность контроля за утечками во внутренних сетях отопления, что значительно увеличивает надежность и экономичность теп­лоснабжения. Схемы тепловых сетей, особенно коммунальные, проектиру­ются тупиковыми.

В отдельных случаях водяные тепловые сети выполняются трех- и да­же четырехтрубными. Эта схема облегчает регулирование отпуска теплоты в системы различного назначения, но вместе с тем приводит к значитель­ному увеличению капитальных вложений в сети.

В зависимости от назначения предусматривается подразделение тепло­вых сетей на три категории:

- магистральные (от ИТ до вводов в микрорайоны, кварталы или пред­приятия);

- распределительные (от магистральных сетей до сетей к отдельным зданиям);

- сети к отдельным зданиям в виде ответвлений от распределительных (или в отдельных случаях от магистральных) сетей до узлов присоединения к ним систем теплоиспользования отдельных зданий. Присоединение от­дельных потребителей непосредственно к магистральным теплопроводам диаметром 400 мм и выше не рекомендуется, за исключением крупных по­требителей.

Крупные тепловые районы с нагрузкой 348 МВт (300 Гкал/ч) и более рекомендуется снабжать теплотой от двух магистралей, соединенных рас­пределительными сетями (перемычками). В этом случае может быть созда­на объединенная кольцевая тепловая сеть с несколькими ИТ. Кольцевые тепловые сети являются самыми дорогостоящими, однако, по результатам некоторых исследований, дополнительные затраты на сооружение коль­цевых сетей, выполненных из труб постоянного диаметра, иногда компен­сируются снижением капитальных вложений на установку меньших сум­марных резервов мощностей ИТ.

Системы централизованного теплоснабжения характеризуются со­четанием трех основных звеньев: источников теплоснабжения ИТ, тепло­вых сетей и местных систем теплопотребления отдельных зданий или сооружений. В качестве ИТ могут выступать ТЭЦ, ГЭС, котельные, атомные станции теплоснабжения и т. п.

В системах централизованного теплоснабжения ИТ располагаются в отдельно стоящих зданиях, а транспорт теплоты от них осуществляется по трубопроводам тепловых сетей, к которым присоединены системы теплоиспользования отдельных зданий. В большинстве централизованных сис­тем теплоснабжения максимальная температура горячей воды принимается равной 150 °С.

Масштабы систем централизованного теплоснабжения могут изме­няться в широких пределах: от небольших, обслуживающих несколько со­седних зданий, до крупных, охватывающих ряд жилых или промышленных районов и даже город в целом.

В основу классификации систем теплоснабжения жилых массивов по их масштабу целесообразно положить принятое в нормах планировки и застройки городов членение территории селитебной зоны на группы соседних зданий (или кварталы в районах старой застройки), объединяемые в микрорайоны с численностью населения 4—6 тыс. чел. в малых городах (с населением до 50 тыс. чел.) и 12-20 тыс. чел. в 'городах остальных катего­рий. Предусматривается также формирование из нескольких микро­районов жилых районов с численностью населения 25-80 тыс. чел. Соот­ветствующие системы централизованного теплоснабжения можно охарак­теризовать как групповые (квартальные), микрорайонные и районные. ИТ, обслуживающие эти системы, по одному на каждую систему, могут быть отнесены соответственно к категории групповых (квартальных), микрорай­онных и районных котельных. В крупных и крупнейших городах (с числен­ностью населения соответственно 250—500 тыс. чел.) нормами предусмат­ривается объединение нескольких смежных жилых районов в планировоч­ные районы, ограниченные естественными или искусственными рубежами. В таких городах возможно появление наиболее крупных межрайонных сис­тем коммунального теплоснабжения.

Принятие решений о сооружении новых систем централизованного те­плоснабжения, а также расширении и реконструкции существующих сис­тем требует специальной проработки, исходя из перспектив развития соответствующих населенных пунктов на ближайший период (10-15 лет) и рас­четный срок эксплуатации(25-30 лет).

Нормами предусматривается разработка специального предпроектного документа, а именно схемы теплоснабжения данного населенного пункта. Согласно этим нормам, должны прорабатываться несколько вариантов технических решений систем теплоснабжения, и на основе технико-экономического сопоставления обосновывается выбор предлагаемого ре­шения. Последующая разработка проектов ИТ и тепловых сетей должна производиться только на основе решений, принятых в утвержденной схеме теплоснабжения данного населенного пункта. Технико-экономическому выбору вариантов должно предшествовать приведение их в сопоставимый вид, а именно: приведение к одинаковому производственному (энергетическому) эффекту; принятие оптимальных решений для ка­ждого из сравниваемых вариантов; учет взаимосвязей, имеющихся в народ­ном хозяйстве, при определении экономических показателей вариантов; учет фактора времени при определении технико-экономических показате­лей; обеспечение тождественности учета социальных характеристик срав­ниваемых вариантов; обеспечение тождественности методик количествен­ной оценки отдельных показателей.

Определение категорий тепловых сетей, данное в п. 3.2, целесообразно уточнить применительно к принятой в п. 3.1 классификации систем центра­лизованного теплоснабжения по их масштабу и контингенту обслуживае­мых потребителей. Если в небольших системах от одного ИТ осуществля­ется подвод теплоты лишь к группе жилых и общественных зданий в пре­делах микрорайона или производственных зданий одного предприятия, то необходимость в магистральных тепловых сетях отпадает, и все сети от таких ИТ следует рассматривать как распределительные. Такое положение характерно для использования в качестве теплоисточников групповых (квартальных) и микрорайонных котельных, а также промышленных, об­служивающих одно предприятие. При переходе от таких небольших систем к районным, а тем более к межрайонным, появляется категория магист­ральных тепловых сетей, к которым присоединяются распределительные сети отдельных микрорайонов или предприятий одного промышленного района. Присоединение отдельных зданий непосредственно к магистраль­ным сетям, помимо распределительных, по ряду причин крайне нежела­тельно, а потому применяется очень редко.

Крупные ИТ районных и межрайонных систем централизованного те­плоснабжения должны размещаться за пределами селитебной территории в целях сокращения влияния их выбросов на состояние воздушного бассейна этой зоны, а также упрощения систем подачи к ним топлива.

В таких случаях появляются начальные (головные) участки магист­ральных сетей значительной протяженности, в пределах которых отсутст­вуют узлы присоединения распределительных сетей (транзитные участки). Наличие транзитных участков сетей существенно ухудшает технико-экономические показатели транспорта теплоносителя, особенно при протя­женности этих сетей 5-10 км и более.

Деление тепловых сетей на магистральные и распределительные явля­ется вполне четким и однозначным только в тех случаях, когда магистраль­ные сети имеют более высокие расчетные параметры, чем принятые для присоединенных к ним распределительных сетей. Другим признаком маги­стральных тепловых сетей является транзит теплоты в них. Однако оба эти признака в тепловых сетях выражены гораздо слабее, чем, например, в газовых сетях.

Общее направление трассы магистральных тепловых сетей следует принимать с учетом ее минимальной протяженности и прокладки в районах с наиболее плотной тепловой нагрузкой. Теплоноситель поступает из магистральных тепловых сетей в распределительные сети, по которым подается через центральные тепловые ЦТП или индивидуальные тепловые пункты (ИТП) к теплопотребляющим установкам абонентов (рис. 3.1). Считается, что оптимальным является отпуск теплоты от центральных тепловых пунк­тов в пределах 4—10 МВт.

Схема тепловой сети от ТЭЦ с индивидуальными и центральными тепловыми пунктами: 1 - ТЭЦ; 2 - ЦТП; 3 - ИТП; 4 - насосные подстанции

Подавляющее большинство систем отопления жилых зданий в на­стоящее время присоединено и продолжает присоединяться к тепловым сетям по зависимой схеме с элеватором (рис. 3.2). Преимуществом этой схемы является ее низкая стоимость и высокая степень надежности элева­тора как смесительного устройства, так как элеватор позволяет поддержи­вать практически постоянным коэффициент смешения, независимо от ко­лебаний перепада давлений перед ним. (В целях упрощения на рис. 3.1 за­порная арматура, контрольно-измерительные приборы и системы отопле­ния не показаны).

Значительно большие возможности по регулированию систем отопле­ния создает применение для смешения теплоносителя центробежных насо­сов (рис. 3.3). В концевых участках тепловой сети применяют схемы при­соединения со смесительными насосами на обратной линии, так как в таких случаях часто имеют место повышенные давления в обратных линиях.

При теплоснабжении высотных зданий (14 этажей и выше) целесооб­разной является схема с насосом на подающей линии, либо применяет­ся независимая схема присоединения отопительных систем. Для этой цели разработаны бесфундаментные насосы, характеризующиеся компактно­стью, надежностью и малошумностью (бесшумностью) работы.

Рисунок 3.2. Схема присоединения системы отопления с элеватором

Рисунок 3.3. Схемы присоединения системы отопления с насосом: а - насос на перемычке; б - насос на падающей линии; в - насос на обратной линии

Выбор схемы присоединения систем горячего водоснабжения опреде­ляется принятой при проектировании ИТ системы теплоснабжения, ее тем­пературным режимом. При закрытой системе теплоснабжения установки горячего водоснабжения присоединяются через поверхностные подогрева­тели. Для жилых домов эти схемы можно проектировать без баков-аккумуляторов. В этом случае подогреватели и тепловая сеть рассчитыва­ются на максимум горячего водоснабжения.

Циркуляция в системах горячего водоснабжения при индивидуальном присоединении зданий к распределительным тепловым сетям может осу­ществляться насосом, который располагается в помещении теплового пунк­та (групповые системы горячего водоснабжения). При работе тепловой сети по отопительному графику выбор схемы присоединения следует произво­дить на основе технико-экономического расчета путем сравнения парал­лельной и смешанной схем. При коротких тепловых сетях от котельных результаты технико-экономического сравнения могут быть в пользу парал­лельной схемы. По данным различных авторов обе схемы - смешанная и параллельная - равноэкономичны.

В зданиях с числом этажей 16 и более системы горячего водоснабже­ния выполняются двухзонными (рис. 3.4). Каждая зона представляет собой самостоятельную систему со своими подогревателями и насосами.

Схема двухзонной системы: а, б - при высоком и низком давлениях в подающих линиях; 1 - подающий трубопровод; 2 - водозаборные стояки; 3 - главные стояки зон; 4 - догребающий теплообменник; 5 - регулятор давления; 6 - повысительный насос

Чем больше мощность ИТ и радиус действия тепловых сетей, тем принципиально более сложными должны становиться схемы центральных тепловых пунктов, поскольку возрастают абсолютные давления, усложня­ется гидравлический режим, начинает сказываться транспортное запазды­вание. В схемах появляется необходимость применения подкачивающих насосов, средств защиты и сложной аппаратуры авторегулирования. Все это не только удорожает сооружение центральных тепловых пунктов, но и усложняет их обслуживание. Наиболее рациональным признано [14, 56] сооружение центральных тепловых пунктов для группы зданий. Этот спо­соб наиболее применим в жилых микрорайонах с однотипными характери­стиками систем отопления и горячего водоснабжения, а, следовательно, однотипными схемами центральных тепловых пунктов.

Разработан ряд типовых проектов ЦТП в отдельно стоящих зданиях. Главными элементами такого пункта являются: общий подогреватель для групповой системы горячего водоснабжения с циркуляционными насосами, подкачивающие насосы водопровода, общий узел контроля и учета тепло­ты. Значительную долю в общих затратах по теплоснабжению жилого мик­рорайона составляет стоимость сооружения здания ЦТП, не зависящая от мощности ЦТП. Сооружение более крупных ЦТП снижает удельные капи­тальные вложения в здания, дает возможность применения более совер­шенных схем контроля и регулирования, а также снижает затраты на авто­матизацию работы систем теплоснабжения в целом. Тепловая мощность ЦТП должна соответствовать тепловой нагрузке жилого микрорайона. При тепловой мощности ЦТП 30-50 МВт радиус действия распределительных сетей составляет 600-800 м. Однако разрозненность и долговременность застройки микрорайонов заставляет искать альтернативный вариант.

Принципиально возможные варианты размещения ЦТП показаны на рис. 3.6. Схема сетей отопления и горячего водоснабжения в секцио­нированном жилом здании показана.

Здания, имеющие 14 и более этажей, должны присоединяться по неза­висимой схеме [14] через подогреватели. Основной признак децентрализо­ванной системы теплоснабжения - отсутствие (или совсем малая протя­женность) внешних тепловых сетей. Децентрализованная система тепло­снабжения обеспечивает теплотой помещение, квартиру или здание.

Для водяных тепловых сетей с тепловой мощностью до 5,8 МВт (5 Гкал) допускается применение расчетной температуры горячей воды в по­дающей линии тепловой сети +95° С.

Децентрализованное (местное) горячее водоснабжение применяют в тех случаях, когда экономически нецелесообразным является сооружение централизованной системы горячего водоснабжения, например, при не­большой плотности тепловых нагрузок (коттеджная застройка, малые горо­да, сельские населенные пункты и т. п.). Для такой системы водоснабжения характерно размещение установок по приготовлению горячей воды в непо­средственной близости от мест ее потребления.

Рисунок 3.6.Схема групповых тепловых пунктов в жилом микрорайоне с четырех-трубными сетями: 1 - задвижка с электроприводом; 2 - грязевики; 3 - измеритель­ная диафрагма к расходомеру; 4 - то же к ограничителю-расходомеру максимально­го расхода воды; 5 - регуляторы температуры воды; 6 - регулятор давления; 7 -смесительные насосы; 8 - обратные клапаны; 9 - счетчики воды; 10 - подогреватели горячего водоснабжения; 11 - подогреватель отопления; 12 - элеватор; 13 - разрывная мембрана

Достоинствами децентрализованного горячего водоснабжения являются:

- меньшие единовременные капитальные вложения;

- возможность вводить в работу оборудование по мере роста потребле­ния теплоты.

К недостаткам такой системы можно отнести невозможность исполь­зования низкопотенциальной теплоты.

Схема сетей отопления и горячего водоснабжения в секционированном жилом здании

При устройстве децентрализованного горячего водоснабжения можно использовать единый ИТ для систем отопления и горячего водоснабжения. Однако такое решение не является обязательным. Иногда [9] совместное использование одного ИТ имеет определенные неудобства. Это объясняет­ся тем, что режим теплопотребления систем отопления и горячего водо­снабжения существенно различается. Системы отопления в течение дня имеют стабильное теплопотребление, в то время как горячее водоснабжение характеризуется неравномерностью нагрузки с резко выраженными «пиками» в утренние и вечерние часы.

Согласно тепловым расчетам и практическим данным, пиковое по­требление теплоты системой горячего водоснабжения превышает отопи­тельную нагрузку. Поэтому при использовании одного ИТ в период макси­мального водоразбора горячей воды систему отопления приходится отклю­чать, и ИТ работает лишь для целей горячего водоснабжения. Если устано­вить в доме теплоисточник на суммарную тепловую нагрузку отопления и горячего водоснабжения, то его установленная мощность окажется завы­шенной, и ИТ будет работать с пониженной экономичностью. Поэтому за­служивают внимания системы с раздельными источниками теплоснабже­ния, где для горячего водоснабжения предлагается использовать емкостные электроводонагреватели с режимом потребления электроэнергии в ночное время по льготному тарифу.

Принципы построения схем тепловых сетей. В комплексной систе­ме централизованного теплоснабжения тепловая сеть является не только соединительным звеном между ИТ и абонентом-потребителем, но и средст­вом, определяющим надежность теплоснабжения, режим работы и показа­тели всей системы теплоснабжения в целом.

В настоящее время требованиям надежности теплоснабжения могут удовлетворять лишь сети небольшой протяженности с ограниченным чис­лом потребителей, т. е. тепловые сети от котельных небольшой тепловой мощности. Отмечается целесообразность устройства групповых тепловых пунктов с точки зрения технико-экономических и местных градостроитель­ных условий. Это объясняется тем, что тепловая устойчивость и точность распределения циркулирующей сетевой воды определяется гидравлической устойчивостью тепловой сети, что зависит, в конечном счете, от соотноше­ния давлений теплоносителя в конце и начале сети. Создать такую устой­чивость в магистральных сетях [24] можно лишь для радиуса действия не более 600-800 м. Надежное теплоснабжение потребителей первой катего­рии, к которым относятся и жилые микрорайоны, обеспечивается только при наличии резервируемых магистралей или резервирующих перемычек между магистралями. Соотношения между продолжительностью отключе­ния тепловой сети в результате аварии, диаметром поврежденного тепло­провода, расчетной температурой воздуха и тяжестью последствий приве­дены в табл. 3.2 и 3.3.

Зависимость продолжительности отключения и количества жителей района от диаметра трубопровода теплосети

Наименование	Условный диаметр трубопровода, мм
Расчетная тепловая нагрузка, МВт	25-30	100-120	190-220	400-440
Расчетная продолжительность отключения, ч
Количество жителей в отключенных зданиях, тыс. чел.	12-15	50-60	95-100	200-220

Выбор распределительной сети, снабжаемой через центральные (групповые) тепловые пункты, должен осуществляться на основе технико-экономических сравнений вариантов при полном учете местных условий: количества и дислокации тепловых пунктов, их тепловой нагрузки.

Время восстановления трубопровода тепловой сети, ч, при подземной прокладке в зависимости от диаметра.

Этап работы	Время выполнения этапа при диаметре трубы, мм
100-200	250-400	500-700	800-900	1000-1400
Отключение участка сети
Вызов представителей, под­воз механизмов
Разрытие шурфов для обна­ружения места аварии
Спуск воды из трубы
Вскрытие канала, откачка воды из трассы, вырезка поврежденной трубы
Подгонка новой трубы (за­платы) одним-двумя свар­щиками
Наполнение участка сети
Включение и восстановле­ние теплоснабжения
Всего

Данные табл. 3.2 приведены для средних условий эксплуатации. Кри­тическая длина магистрали, свыше которой резервирование становится не­обходимым, может быть в первом приближении принята равной 1,5-2,0 км.

Проведенные расчеты по резервированию магистральных сетей пока­зывают, что наименьшее их удорожание достигается при симметричных схемах: одинаковая тепловая нагрузка и параллельное прохождение маги­стралей. Значительное удорожание магистральных сетей имеет место в том случае, если схемы сетей несимметричны или резервирование потребите­лей осуществляется от источников теплоты, работающих навстречу друг другу. В начальный период строительства сетей теплоснабжения микрорайонов магистральные сети предлагается делать тупиковыми, а впоследст­вии - резервировать перемычками.

Мелентьевым Л.А. была обоснована целесообразность параллельной работы ИТ с точки зрения надежности и экономичности теплоснабжения. Им была рекомендована для теплоснабжения система регулирования, пре­дусматривающая разделение всей тепловой сети на магистральную с пере­менным расходом теплоносителя и распределительную с постоянным рас­ходом теплоносителя. Центрально-групповое регулирование дает возмож­ность поддерживать в сетях гидравлический режим, обеспечивающий па­раллельную работу на общий температурный график нескольких теплогенерирующих и теплоутилизационных установок. В работах В.Я. Хасилева были проанализированы гидравлические режимы для различных схем па­раллельной работы, связи гидравлических режимов с режимами работы оборудования ИТ, вопросы энергетической и экономической эффективно­сти совместной работы крупных районных котельных. Рассматривались четыре возможных схемы параллельной работы ИТ:

- схема с независимым присоединением абонентов;

- схема с элеваторным присоединением абонентов и регуляторами рас­хода на вводах в здания;

- схема со смесительными насосными станциями (схемы Л.А. Мелентьева, и С.Ф. Копьева);

- схема с централизованным смешением потоков теплоносителя.

При этом было доказано, что полностью экономические преимущества параллельной работы можно использовать в случае применения схем со смесительными насосными и централизованным смешением потоков.

Дунаевским Н.И. [22] была выдвинута идея об использовании для по­крытия пиковых нагрузок водогрейных котлов.

Соколовым Е.Я. [52] проанализированы возможные режимы совмест­ной работы районных котельных и даны рекомендации по их применению.

По мнению Б.М. Кагановича, методика технико-экономических расче­тов распределительных тепловых сетей должна быть разработана таким образом, чтобы она имела возможность легко учитывать динамику разви­тия системы теплоснабжения во времени, которая сама по себе является предпосылкой к объединению нескольких, возникающих на разных этапах развития системы, ИТ.

Если вначале сооружена достаточно крупная котельная или ТЭЦ, а по­том проектируются в параллельную работу к ней еще несколько мелких котельных, то при этом в отдельных узлах системы может возникнуть не­равномерный рост тепловых нагрузок, что вызовет необоснованное омерт­вление капитальных вложений. В таких сложных случаях развития и эксплуатации систем теплоснабжения при решении вопросов оптимизации тепловых сетей необходимо применять дискретные, а не аналитические методы расчета. Дискретные методы достаточно просто реализуются на ЭВМ. Одновременно дискретная методика позволяет в самом процессе ав­томатизированного проектирования решать многие другие вопросы с уче­том местных условий, которые при существующей практике проектирова­ния решаются проектировщиком с учетом универсальных нормативов (СНиП, РУ, СН и др.) и их индивидуального и коллективного опыта. По­лезность системной комплексной оптимизации тепловых сетей обусловли­вается одновременным удовлетворением не только общеэкономических, но и эксплуатационных требований. При выборе проектного варианта должна быть предусмотрена возможность обеспечения минимума допускаемых расходов теплоносителей у всех потребителей. Выбранный вариант должен также соответствовать минимуму денежных затрат по сравнению с другими вариантами, удовлетворяющими эксплуатационным требованиям.

По мнению А. П. Меренкова и других исследователей, с учетом поло­гого характера изменения величины общих расчетных затрат при прибли­жении к минимуму, расчет тепловых сетей должен производиться не по оптимальной точке, соответствующей этому минимуму, а по некоторой «зоне» вокруг нее. С помощью ЭВМ можно в пределах этой «зоны» обес­печить варьирование оптимальными параметрами сети с целью удовлетво­рения как экономическим, так и эксплуатационным требованиям. В этом состоит идея системного комплексного подхода к выбору экономически эффективного варианта системы теплоснабжения. Выбор оптимальной сте­пени централизации системы теплоснабжения может служить инструмен­том формирования такой схемы теплоснабжения, которая может учитывать интересы всех участников инвестиционного проекта и условий практиче­ской эксплуатации выбранного проектного решения.

В местных системах теплоснабжения теплоисточник и потребители находятся в одном здании. Например, в отдельном жилом доме находится автономная котельная, которая нагревает воду только для удовлетворения нужд жителей данного дома в отоплении и горячей воде.

Основным недостатком централизованных систем теплоснабжения является большая протяженность тепловых сетей, а, следовательно, и громадные потери тепла при транспортировке. Именно поэтому сейчас все больше потребителей отказываются от централизованных систем в пользу местных. Все большую популярность набирают автономные котельные, которые, к тому же, намного экономичнее своих крупных аналогов.

Системы теплоснабжения классифицируют также по способу подключения системы отопления. Они подразделяются на следующие виды:

• зависимая прямоточная. Допускается в том случае, если температура горячей воды в системе отопления равна температуре в тепловой сети. Регулирование такой системы отопления определяется регулированием наружной тепловой сети.

1 – стояк, 2 – воздушник, 3 – нагревательные приборы.

• зависимая со смешением воды. Применяется в том случае, когда температура горячей воды в системе отопления должна быть меньше, чем в тепловой сети. Требуемая температура горячей воды в системе отопления достигается путем смешивания обратной воды с горячей водой тепловой сети. Смешение осуществляется с помощью смесительного насоса, который устанавливается на перемычке между прямой и обратной линиями.

1 - подающая магистраль, 2 - подмес воды из обратной

магистрали, 3 - нагревательные приборы, 4 – воздушник.

• независимая. Отличие данной схемы в том, что в ней вместо водогрейного котла используется теплообменник, обогреваемый так называемой первичной водой из тепловой сети. Нагреваемый теплоноситель циркулирует по маршруту «теплообменник-нагревательные приборы-теплообменник», греющая вода же после прохождения через теплообменник охлаждается и уходит в обратный трубопровод наружных тепловых сетей.

1 - теплообменник в ЦТП, 2 - циркуляционный насос, 3 - нагревательные приборы, 4 - воздушник

Так как среди потребителей сейчас идет все больший отказ от больших мощностей и централизованного теплоснабжения, то нужно рассмотреть и случай с индивидуальной котельной. В индивидуальной отопительной котельной для одного здания вода с помощью насоса циркулирует по контуру, который состоит из водогрейного котла, трубопроводов прямой сетевой воды, нагревательных приборов и трубопроводов обратной воды. В схему включается расширительный бак, который служит для поддержки в системе определенного статического давления, для компенсации объема воды при изменении температуры, а также и для удаления воздуха из системы.

1 - водогрейный котел, 2 - циркуляционный насос, 3 - расширительный бак, 4 - нагревательные приборы

Системы теплоснабжения также классифицируют и по способу присоединения системы горячего водоснабжения. Они подразделяются на два вида:

- закрытые;

- открытые.

В закрытых системах холодная питьевая вода из водопровода нагревается прямой сетевой водой от теплоисточника, а только потом поступает к потребителю. Нагревающий теплоноситель и горячая вода разделены между собой. То есть можно сказать так: горячая вода из крана будет соответствовать по качеству холодной воде из водопровода.

В открытых же системах потребитель использует горячую воду, которая поступает непосредственно из централизованной системы теплоснабжения. То есть получается, что горячая вода из крана будет такого же качества, что и вода внутри радиаторов. Открытой данная схема называется потому, что к потребителю вода поступает через открытые краны тепловой сети. В многоквартирных жилых домах используется именно открытая схема ГВС.