Рассмотрены режимы работы центрального теплового пункта одного из микрорайонов г. Новосибирска. Определен тепловой режим помещений для зданий, в индивидуальных тепловых пунктах которых осуществляется «связанная» и «не связанная» подача теплоты. Расчёты проводились при различных наружных температурах и переменном водопотреблении в системе горячего водоснабжения, с учётом тепловой аккумуляции зданий.
Ключевые слова теплоснабжение, тепловая сеть, тепловой пункт, отопление, горячее водоснабжение, тепловой режим помещений, тепловая аккумуляция
Для теплоснабжения г. Новосибирска принят проектный температурный график центрального регулирования тепловой нагрузки для всех ТЭЦ 150/70 °С. Однако график имеет две срезки. Верхняя срезка на 114 °С для ТЭЦ-4 и ТЭЦ-5 применяется в связи с изношенностью тепловых сетей, оборудования, нехваткой топлива, остановкой пиковых районных котельных.
Нижняя срезка температурного графика связана с необходимостью нагрева воды на горячее водоснабжение. Ранее она составляла 70 °С, в соответствии с СП 41–101–95. «Правила по проектированию и строительству тепловых пунктов». Но в 2009 году были введены новые санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.2496–09 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества». Это было связано с обнаружением в трубопроводах горячего водоснабжения высоко контагиозных инфекционных возбудителей вирусного и бактериального происхождения, которые могут размножаться при температуре ниже 60 °С. Было установлено, что температура горячей воды в местах водоразбора независимо от применяемой системы теплоснабжения должна быть не ниже 60 °С и не выше 75 °С в соответствии с СанПиН 2.1.4.2496–09, п. 2.4.
Для соответствия новым санитарным нормам и правилам были разработаны новые строительные нормы и правила СП 30.13330.2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий», которые совместно с СанПиН 2.1.4.2496–09 регламентируют температуру горячего водоснабжения.
Поэтому была поднята нижняя срезка температурного графика до 78 °С. Наличие срезок повлияло на тепловой и гидравлический режим жилых микрорайонов.
В качестве примера были рассчитаны режимы работы теплового пункта ЦТП кл20/32 по ул. Народной в Калининском районе г. Новосибирска, обслуживаемого ТЭЦ-4. Расчётные тепловые нагрузки на отопление 5,219 МВт, на СГВ 3,294 МВт.
Схема теплосетей жилого микрорайона показана на рис. 1.
Рис. 1. Схема тепловых сетей от ЦТП кл20/32
Особенностью ЦТП кл20/32 (рис. 2) является то, что жилые дома по ул. Народной 26/1, 28, 28/1, 30/1 имеют ИТП, где находятся смесительные насосы для систем отопления. Поэтому туда подводится вода из теплосети. Обратная вода после систем отопления поступает в ЦТП кл20/32 на I ступень теплообменников горячего водоснабжения, где смешивается с обратной водой после теплообменников II ступени СГВ и после систем отопления зданий 24, 26.
В ЦТП подводится вода из теплосети, обеспечивающая тепловую нагрузку II ступени СГВ всего микрорайона и отопления жилых домов 24 и 26.
Квартальные тепловые сети к жилым домам 26/1, 28, 28/1, 30/1 четырёхтрубные: обратная магистраль системы отопления, подающая и циркуляционная СГВ и холодный водопровод. Квартальные тепловые сети к жилым домам 24 и 26 пятитрубные: подающая и обратная магистрали системы отопления, подающая и циркуляционная СГВ и холодный водопровод.
Таким образом, в жилых домах 26/1, 28, 28/1, 30/1 осуществляется несвязанная подача теплоты в системы отопления, т. е. нагрузка СГВ не влияет на тепловую мощность системы отопления.
В жилых домах 24 и 26 осуществляется связанная подача теплоты: водопотребление в СГВ влияет на тепловую мощность системы отопления.
Схема теплового пункта показана на рис. 2.
Рис. 2. Схема трубопроводов ЦТП кл20/32
Рассмотрим особенности режимов работы этого ЦТП.
Расчёт производился в программе MathCad [1, 2].
На рис. 3 показан график температур сетевой воды. τ1пр — проектная температура в подающей магистрали теплосети; τ1факт — фактическая расчётная температура в подающей магистрали теплосети с учётом срезок температурного графика; τг2 — температура сетевой воды после подогревателя СГВ II ступени; τс2 — температура смешанной воды после систем отопления и подогревателя СГВ II ступени; τо2 — температура воды после системы отопления; τ2 — температура обратной воды, возвращаемой в тепловую сеть.
Рис. 3. График температур воды в ЦТП
На рис. 4 показан график расходов сетевой воды. Поскольку применяется верхняя срезка температурного графика, при низких наружных температурах возможно увеличить расход воды из теплосети до расчётного значения, определяемого в точке излома температурного графика (Qomax+1,2Qhm). На рисунке Gd — суммарный расход сетевой воды; GdhII — расход сетевой воды на II ступень СГВ; Gdо — расход воды в отопительной сети домов 26/1, 28, 28/1, 30/1; Gdод — расход воды в отопительной сети домов 24 и 26, где осуществляется связанная подача теплоты.
Рис. 4. Расходы сетевой воды
По графикам температур и расходов была определена тепловая мощность системы теплоснабжения микрорайона, рис. 5а, 5б.
|
|
|
|
Рис. 5а. Тепловая мощность системы теплоснабжения для домов 24 и 26 |
Рис. 5б. Тепловая мощность системы теплоснабжения для домов 26/1, 28, 28/1, 30/1 |
На рисунках: Qdoтр — требуемая тепловая мощность системы отопления, при которой температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий будет соответствовать tвр. При максимальном водопотреблении в СГВ тепловая мощность системы отопления Qdoд минимальна. QhII — тепловая мощность СГВ II ступени. Эту тепловую мощность (или её часть) можно направить в систему отопления при водопотреблении ниже среднего; Qdoрасп — располагаемая тепловая мощность, равная сумме Qdoд и QhII.
Для домов 26/1, 28, 28/1, 30/1 действительная тепловая мощность системы отопления в течение почти всего отопительного периода соответствует расчётной (за счёт увеличения расхода воды при верхней срезке). При низких наружных температурах она несколько ниже, поскольку требуемый расход сетевой воды выше расчётного (рис. 4).
Определим температуру внутреннего воздуха помещений при различных температурах наружного воздуха и с учётом переменного водопотребления в СГВ для домов 24 и 26.
Действительную температуру внутреннего воздуха tвд при изменяющейся тепловой нагрузке и текущее температуре наружного воздуха tн за каждый час z, можно определить по формуле:
,(1)
где — коэффициент тепловой аккумуляции зданий, ч, определяется по формуле
.(2)
Коэффициенты тепловой аккумуляции: для здания с кирпичными стенами β=73,3 ч; для здания с панельными стенами β=36,9 ч.
Неравномерность водопотребления в СГВ учитывалась при задании суточных графиков относительной тепловой нагрузки II ступени подогревателя СГВ, рис.6.
|
|
|
|
|
Рис. 6. Суточные графики относительной нагрузки II ступени СГВ в зависимости от водопотребления а), б) в рабочие дни; в) в выходные и праздничные дни |
||
Действительная тепловая мощность системы отопления определялась по графикам, рис. 5, 6, с учётом дополнительной тепловой мощности, которую можно направить в систему отопления при водопотреблении в СГВ, отличном от максимального:
.(4б)
Для различных интервалов температур наружного воздуха в г. Новосибирске по данным Всемирной метеорологической организации (рис. 7) (и при переменном водопотреблении было определено изменение температуры внутреннего воздуха отапливаемых зданий за периоды времени в 1 неделю (168 ч), рис. 8.
Рис. 7. Температура наружного воздуха за периоды времени: 1–29.11.2014–05.12.2014; 2–22.01.2015–28.01.2015; 3–06.03.2015–12.03.2015
Рис. 8. Температура внутреннего воздуха помещений: а — для домов 24 и 26; б — для домов 26/1, 28, 28/1, 30/1
По графикам можно сделать следующие выводы:
- Температурный график центрального регулирования рассчитан на температуру внутреннего воздуха 18 °С, поэтому при несвязанной подаче теплоты температура внутреннего воздуха помещений не превысит 18 °С. При низких температурах она может оказаться ниже (кривая 2б).
- При связанной подаче теплоты располагаемая тепловая мощность системы теплоснабжения выше (за счёт нагрузки СГВ), поэтому температура внутреннего воздуха может достигать оптимальных значений (21–23 °С), однако наблюдаются колебания температуры воздуха помещений в зависимости от водоразбора в СГВ.
- В переходном периоде (вблизи точки излома температурного графика) и при низких наружных температурах, температура внутреннего воздуха при связанной подаче теплоты может опуститься ниже 16 °С, что допускается на период до 54 ч в соответствии с СТО НОСТРОЙ «Устройство систем теплоснабжения».
Литература:
- Рафальская, Т. А. Особенности совместной работы систем отопления и горячего водоснабжения в условиях значительного снижения температур наружного воздуха / Т. А. Рафальская // Известия вузов. Строительство, 2010. — № 11–12. — С. 62–72.
- Рафальская, Т. А. Моделирование и компьютеризация тепловых и гидравлических режимов систем теплоснабжения / Т. А. Рафальская, А. С. Басин // Энергетика: экология, надежность, безопасность: Материалы докладов седьмой всероссийской научно-технической конференции. — Томск: Изд-во ТПУ, 2001. Т. 1. — С.133–136.
