Температурный график для угольной котельной

Необходимость выполнения построений и расчетов

Температурный график необходимо разрабатывать для каждого населенного пункта. Он позволяет обеспечиться наиболее грамотную работу системы отопления, а именно:

  1. Привести в соответствие тепловые потери во время подачи горячей воды в дома со среднесуточной температурой наружного воздуха.
  2. Предотвратить недостаточный нагрев помещений.
  3. Обязать тепловые станции поставлять потребителям услуги, соответствующие технологическим условиям.

Такие вычисления необходимы, как для крупных отопительных станций, так и для котельных в небольших населенных пунктах. В этом случае результат расчетов и построений будет называться график котельной.

Пусть заявленная нагрузка системы отопления, созданной в последние десятилетия, равна . Эта нагрузка соответствует расчетной температуре наружного воздуха, актуальной в период строительства, принимаемой для определенности tн.о=-25 °С.

Ниже приводится оценка фактического снижения заявленной расчетной отопительной нагрузки, вызванная влиянием различных факторов.

Температурный график для угольной котельной

Повышение расчетной температуры наружного воздуха до -22 °С снижает расчетную нагрузку отопления до величины (18 22)/(18 25)х100%=93%.

Кроме того, следующие факторы приводят к снижению расчетной нагрузки отопления.

1. Замена оконных блоков на стеклопакеты, которая произошла практически повсеместно. Доля трансмиссионных потерь тепловой энергии через окна составляет около 20% от общей нагрузки отопления. Замена оконных блоков на стеклопакеты привела к увеличению термического сопротивления с 0,3 до 0,4 м2∙К/Вт, соответственно, тепловая мощность теплопотерь уменьшилась до величины: [1-0,2х(0,4-0,3)/0,3]х100%=93,3%.

[1-0,45х(1,0-0,35)/1,0]х100%=70,75%.

3. Вентиляционная нагрузка разными потребителями востребована случайным образом, поэтому, как и нагрузка ГВС для теплоисточника ее величина суммируется не аддитивно, а с учетом коэффициентов часовой неравномерности. Доля максимальной нагрузки вентиляции в составе заявленной нагрузки отопления составляет 0,45х0,5/1,0=0,225 (22,5%).

Температурный график для угольной котельной

Коэффициент часовой неравномерности оценочно примем таким же, как и для ГВС, равным Kчас.вент=2,4. Следовательно, общая нагрузка систем отопления для теплоисточника с учетом снижения вентиляционной максимальной нагрузки, замены оконных блоков на стеклопакеты и неодновременности востребования вентиляционной нагрузки составит величину 0,933х(0,55 0,225/2,4)х100%=60,1% от заявленной нагрузки.

4. Учет повышения расчетной температуры наружного воздуха приведет к еще большему падению расчетной нагрузки отопления.

5. Выполненные оценки показывают, что уточнение тепловой нагрузки систем отопления может привести к ее снижению на 30…40%. Такое снижение нагрузки отопления позволяет ожидать, что при сохранении проектного расхода сетевой воды расчетная температура воздуха в помещениях может быть обеспечена при реализации “срезки” температуры прямой воды при 115 °С для низких температур наружного воздуха (см. результаты 3.2).

Приведенные оценки носят иллюстративный характер, но из них следует, что, исходя из современных требований нормативной документации, можно ожидать как существенного снижения суммарной расчетной нагрузки отопления существующих потребителей для теплового источника, так и технически обоснованного режима работы со “срезкой” температурного графика регулирования сезонной нагрузки на уровне 115°С.

Следует иметь в виду, что качественное регулирование сезонной нагрузки не является устойчивым с точки зрения распределения тепловой мощности по приборам отопления для вертикальных однотрубных систем отопления. Поэтому во всех расчетах, приводимых выше, при обеспечении средней расчетной температуры воздуха в помещениях будет иметь место некоторое изменение температуры воздуха в помещениях по стояку в отопительный период при различной температуре наружного воздуха [5].

Способы регулирования температуры в системе отопления

ü качественный – изменением температуры сетевой воды при постоянном её расходе;

ü количественный – изменением расхода сетевой воды при постоянной её температуре;

ü качественно-количественное – одновременное изменение температуры и расхода сетевой воды.

Для большинства источников тепловой энергии (а для некоторых и единственным) основным видом тепловой нагрузки является отопление. Доля других видов тепловой нагрузки, ГВС (средняя) и вентиляции в период отопительного сезона существенно ниже отопительной и, как правило, не превышает 30%. Поэтому, в основу центрального регулирования закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха – график качественного регулирования тепловой нагрузки по отоплению.

Температурный график для угольной котельной

При наличии нагрузки ГВС в температурный график вводят ограничение минимального значения температуры воды в подающем трубопроводе для обеспечения необходимой температуры воды систем ГВС. Это ограничение называется «спрямление на ГВС». При включении подогревателей ГВС по последовательной схеме применяется график качественного регулирования по совмещённой нагрузке отопления и ГВС.

Предлагаем ознакомиться  Самые лучшие модели очистителей воздуха для квартиры 2020 года

Случаев применения количественного или качественно-количественного регулирования для теплоснабжения городов автору не известно.

По завершении расчетов необходимо добиться вычисленной степени нагрева теплоносителя. Достигнуть ее можно несколькими способами:

  • количественным;
  • качественным;
  • временным.

В первом случае изменяют расход воды, поступающей в отопительную сеть, во втором регулируют степень нагрева теплоносителя. Временный вариант предполагает дискретную подачу горячей жидкости в тепловую сеть. 

Для центральной системы теплоснабжения наиболее характерен качественный, способ при этом объем воды, поступающий в отопительный контур, остается неизменным.

Исходными данными в этом случае станут:

  • толщина наружных стен;
  • теплопроводность материала, из которого изготовлены ограждающие конструкции (в большинстве случаев указывается производителем, обозначается буквой λ);
  • площадь поверхности наружной стены;
  • климатический район строительства.

В первую очередь находят фактическое сопротивление стены теплопередаче. В упрощенном варианте можно его найти как частное толщины стены и ее теплопроводности. Если наружная конструкция состоит из нескольких слоев, по отдельности находят сопротивление каждого из них и складывают полученные значения.

Q = F*(1/R0)*(tвнутр. воздуха-tнаружн. воздуха)

Здесь Q – это тепловые потери в килокалориях, а F – площадь поверхности наружных стен. Для более точного значения необходимо учесть площадь остекления и его коэффициент теплопередачи.

Расчёт температурного графика качественного регулирования

Формулы расчёта температурного графика выводятся из совместного решения трёх уравнений теплопередачи.

Первое уравнение. Тепловой поток на компенсацию тепловых потерь зданием (теплопотери через ограждающие конструкции здания)

Q = (tвн – tн) ∙ ∑(ki ∙ Fi)зд, (1)

Температурный график для угольной котельной

где tвн – температура воздуха в отапливаемом здании, °С; tн– температура наружного воздуха, °С; ∑(ki ∙ Fi)зд– сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания на их поверхности.

где – относительная разность температур внутреннего и наружного воздуха.

Надстрочные индексы «р» здесь и далее обозначают значение при расчётной температуре наружного воздуха.

Второе уравнение. Тепловой поток, выделяемый нагревательными приборами

где t3 – температура теплоносителя на входе в отопительный прибор, °С; t2 – то же на выходе, °С; ∑(ki ∙ Fi)пр – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных нагревательных приборов на их поверхности.

, (5)

где А – постоянная, зависящая от типа прибора, места, способа установки и ряда других факторов; n – постоянная, также зависящая от типа нагревательного прибора. Для систем отопления, оборудованных наиболее распространёнными типами конвективно-излучающих нагревательных приборов, n = 0,25;

Температурный график для угольной котельной

. (10)

Q = c ∙ G ∙ (t1 – t2) (11)

Q = c ∙ G ∙ (1 – u) ∙ (t3 – t2), (12)

где с– теплоёмкость теплоносителя, Вт/(м3·°С); G– расход теплоносителя, м3;u – коэффициент смешения на тепловом узле; t1– температура теплоносителя до узла смешения, °С.

. (13)

, (15)

где g – относительный расход – параметр, характеризующий соответствие расхода теплоносителя при фактической температуре наружного воздуха расчётному значению. Для систем отопления с качественным регулированием значение параметра g = 1; – расчётный перепад температур тепловой сети: ; – расчётный перепад температур теплоносителя в нагревательных приборах: .

. (17)

. (18)

, (19)

, (20)

. (21)

, (22)

. (23)

Составление температурного графика

Распределение температуры в помещении

Распределение температуры в помещении

Температурный график работы системы отопления вычисляется по нескольким параметрам. От выбранного режима зависит не только степень нагрева помещений, но и расход теплоносителя. Это же влияет на текущие затраты по обслуживанию отопления.

Составленный график температурного режима отопления зависит от нескольких параметров. Главным из них является уровень нагрева воды в магистралях. Он же, в свою очередь, состоит из следующих характеристик:

  • Температура в подающем и обратном трубопроводе. Замеры выполняются в соответствующих патрубках котла;
  • Характеристики степени нагрева воздуха в помещении и на улице.

∆T=Tвх-Tоб

Где Tвх – температура воды в подающей магистрали, Tоб – степень нагрева воды в обратной трубе.

Для увеличения теплоотдачи системы отопления необходимо повысить первое значение. Для уменьшения расхода теплоносителя ∆t должна быть минимальной. Именно это и является основной сложностью, так как температурный график котельной отопления напрямую зависит от внешних факторов – тепловых потерь в здании, воздуха на улице.

Предлагаем ознакомиться  Подбор и характеристики водонагревателя на 50 литров умеренной стоимости

Построенная прямая линия зависит от следующих значений:

  • нормируемая температура воздуха в помещении;
  • температура наружного воздуха;
  • степень нагрева теплоносителя при поступлении в систему отопления;
  • степень нагрева теплоносителя на выходе из сетей здания;
  • степень теплоотдачи отопительных приборов;
  • теплопроводность наружных стен и общие тепловые потери здания.

Чтобы выполнить грамотный расчет, необходимо вычислить разницу между температурами воды в прямой и обратной трубе Δt. Чем выше значение в прямой трубе, тем лучше теплоотдача системы отопления и выше температура внутри помещений.

Чтобы рационально и экономно расходовать теплоноситель, необходимо добиться минимально возможного значения Δt. Это можно обеспечить, например, проведением работ по дополнительному утеплению наружных конструкций дома (стен, покрытий, перекрытий над холодным подвалом или техническим подпольем).

Выбор температурного графика

Сразу нужно сделать оговорку: в данном разделе не будет описания выбора температурного графика для вновь строящихся (проектируемых) систем теплоснабжения. Речь пойдёт о выборе оптимального температурного графика.

В последние 5-7 лет на различных конференциях, форумах, посвящённых теплоснабжению, а также при обсуждении схем теплоснабжения перед их утверждением, РСО все чаще поднимают вопрос о «правильности» действующего в ТСО температурного графика и регулярно высказываются предложения по его снижению, вплоть до уровня 95/70°С.

Оптимальный температурный график – это такой график, при котором обеспечивается минимум затрат РСО на «доставку» потребителям тепловой энергии, т.е. минимум совокупных затрат на производство и на транспорт тепловой энергии.

Затраты (удельные) на транспорт (передачу) тепловой энергии складываются из расхода тепла на компенсацию тепловых потерь и расхода электроэнергии на циркуляцию сетевой воды. Также в этой группе будем учитывать сетевые насосы источника теплоты. По этому показателю (удельно) очень удобно сравнивать эффективность работы систем теплоснабжения между собой.

Для целей определения оптимального температурного графика абсолютные значения расхода топлива (удельного) не имеют практического значения, важно лишь его изменение в зависимости от того, по какому температурному графику производится отпуск тепла с источника. Для котельных удельный расход топлива практически не зависит от выбранного температурного графика, а вот для ТЭЦ всё индивидуально и определяется составом основного оборудования.

Именно поэтому п. 7.2 Свода правил СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» требует проведения технико-экономических расчётов для выбора температурного графика.

Далее приведен расчёт расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ. В основу расчёта приняты усреднённые данные из утверждённых Схем теплоснабжения городов в Центре, Приволжье и на Урале.

Таблица 1. Исходные данные для расчёта расходов на транспорт (передачу) тепловой энергиидля среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ.

Показатель Размерность Значение
Расчётная температура наружного воздуха °С –32
Средняя продолжительность отопительного периода час 5 222
Средняя протяжённость тепловых сетей на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки в 2-х трубном исчислении (без учёта сетей ГВС) м

37 250

Средний по материальной характеристике диаметр трубопроводов тепловых сетей (без учёта сетей ГВС) м 0,251
Напор сетевых насосов ТЭЦ / насосной станции м. в.ст. 80/40
Величина расходов на топливо, отнесённых на 1 Гкал тепловой энергии, отпускаемой в виде воды от источника тепловой энергии руб./Гкал
без НДС
650
Тариф на электрическую энергию для собственных нужд ТЭЦ, без НДС руб./кВт∙ч 1,2
Тариф на электрическую энергию при покупке из сети руб./кВт∙ч
без НДС
4,7

1. Система теплоснабжения существующая: диаметры трубопроводов тепловых сетей приняты одинаковыми для всех температурных графиков;

2. Расчёт тепловых потерь выполнен по нормам плотности теплового потока для тепловой изоляции, спроектированной до 1989 г.;

3. При расчёте расхода электроэнергии на транспорт теплоносителя учтена одна насосная станция на одном из трубопроводов тепловой сети, через которую проходит половина от общего расхода сетевой воды;

4. Стоимость тепловых потерь определена по топливной составляющей тарифа;

5. Средние за отопительный период температуры теплоносителя определены для каждого температурного графика по фактическим среднесуточным температурам наружного воздуха за 2009-2017 гг.

Температурный график тепловой сети

Результаты расчёта стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединенной тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках представлены в табл. 2 и на рисунке.

Таблица 2. Расчёт стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках

Предлагаем ознакомиться  Установка котельной в частном доме
Составляющая расчёта Температурный график
95 105 115 125 130 135 140 145 150 155 160 170 180
Расход сетевой воды, т/ч 4 340 3 182 2 538 2 128 1 975 1 845 1 733 1 637 1 552 1 478 1 411 1 299 1 207
Средняя за ОЗП температура сетевой воды в подающем трубопроводе, °С 70,1 71,3 73,3 75,5 77,0 78,5 79,9 81,4 82,9 84,3 85,8 89,0 92,3
Средняя за ОЗП температура сетевой воды в обратном трубопроводе, °С 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1 47,1
Потребление ЭЭ сетевыми насосами ТЭЦ, млн. кВт∙ч 8,61 6,31 5,04 4,22 3,92 3,66 3,44 3,25 3,08 2,93 2,80 2,58 2,39
Потребление ЭЭ насосами насосной станции, млн. кВт∙ч 2,15 1,58 1,26 1,06 0,98 0,92 0,86 0,81 0,77 0,73 0,70 0,64 0,60
Стоимость ЭЭ,
млн руб. без НДС
20,5 15,0 12,0 10,0 9,3 8,7 8,2 7,7 7,3 7,0 6,7 6,1 5,7
Тепловые потери за ОЗП, тыс. Гкал 24,6 24,9 25,3 25,9 26,2 26,5 26,9 27,2 27,5 27,9 28,2 29,0 29,7
Стоимость ТП,
млн руб. без НДС
16,0 16,2 16,5 16,8 17,0 17,2 17,5 17,7 17,9 18,1 18,3 18,8 19,3
Всего стоимость,
млн руб. без НДС
36,46 31,18 28,43 26,84 26,33 25,94 25,63 25,40 25,22 25,08 24,99 24,94 25,00

Рисунок. Себестоимость транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки.

Как видно из представленного графика совокупная стоимость транспорта тепловой энергии с ростом температурного графика снижается. При этом повышение температурного графика выше чем 150/70°С практически не влияет на стоимость транспорта.

Стоимость тепловых потерь (ТП) мало зависит от температурного графика вне зависимости от состояния и года проектирования тепловой изоляции. Наибольшее же влияние оказывает расход электроэнергии (ЭЭ) на перекачку теплоносителя.

Из результатов расчёта следует, что оптимальным температурным графиком регулирования тепловой нагрузки в большинстве случаев является график 150/70°С.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001. 472 с.: ил.

2. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник. 3-е изд., М.: Стройиздат, 1988. 432 с.: ил.

3. Утвержденные схемы теплоснабжения городов Владимир, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Казань, Киров, Москва, Нижний Новгород, Орёл, Оренбург, Пенза, Пермь, Самара, Саранск, Саратов, Тамбов, Тюмень, Челябинск.

4. Решения РСТ о утверждении тарифов на отпуск тепловой энергии с коллекторов источников тепловой энергии на 2018 год для ПАО «Квадра», ПАО «Мосэнерго», ПАО «Т Плюс», ПАО «Фортум».

Расчет температуры теплоносителя

На основе полученных значений подбирается температурный режим отопления и строится прямая теплоотдачи. По одной оси наносятся значения степени нагрева подаваемой в систему отопления воды, а по другой температура наружного воздуха. Все величины принимаются в градусах Цельсия. Результаты расчета сводятся в таблицу, в которой указаны узловые точки трубопровода.

Проводить вычисления по методике достаточно сложно. Для выполнения грамотного расчета лучше всего воспользоваться специальными программами.

Для каждого здания такой расчет выполняется в индивидуальном порядке управляющей компанией. Для примерного определения воды на входе в систему можно воспользоваться существующими таблицами.

  1. Для крупных поставщиков тепловой энергии используют параметры теплоносителя 150-70ᵒС, 130-70ᵒС, 115-70ᵒС.
  2. Для небольших систем на несколько многоквартирных домов применяются параметры 90-70ᵒС (до 10 этажей), 105-70ᵒС (свыше 10 этажей). Может также быть принят график 80-60ᵒС.
  3. При обустройстве автономной системы отопления для индивидуального дома достаточно контроля над степенью нагрева с помощью датчиков, график можно не строить.

Выполненные мероприятия позволяют определять параметры теплоносителя в системе в определенный момент времени. Анализируя совпадение параметров с графиком можно проверять эффективность отопительной системы. В таблице температурного графика указывается также степень нагрузки на систему отопления.

Супер отопление
Adblock detector