Особенности схем тепловых пунктов систем теплоснабжения



Проведён анализ основных особенностей существующих схем, автоматизации, степени централизации тепловых пунктов систем централизованного теплоснабжения.

Ключевые слова: система централизованного теплоснабжения, тепловая сеть, тепловой пункт

Тепловой пункт — это промежуточное звено между тепловой сетью и потребителями теплоты, которое обеспечивает связь между тепловой сетью и местными системами отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, включая управление ими. Тепловые пункты (ТП) подразделяются на центральные — ЦТП, от которых снабжаются одновременно несколько зданий-потребителей теплоты, и индивидуальные — ИТП, к которым присоединяются системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологические теплоиспользующие установки одного здания [1]. Устройство ИТП обязательно для каждого здания независимо от наличия ЦТП, при этом в ИТП предусматриваются только те функции, которые необходимы для присоединения систем потребления теплоты данного здания, но не предусмотренные в ЦТП [1, п. 1.5]. Как показано в работах [2, 3, 4, 5, 6], существует оптимальная степень централизации ТП. В настоящее время в связи с появлением малогабаритных бесшумных насосов (которые можно устанавливать на трубопроводах непосредственно в подвалах зданий), компактных теплообменников и бесшумных регулирующих клапанов преимущество отдаётся схемам с ИТП [4], поскольку в этом случае производится индивидуальное регулирование систем теплопотребления каждого здания и сокращается металлоёмкость квартальной тепловой сети (тепловая сеть двухтрубная). Однако, в [2] отмечается, что при устройстве ЦТП распределение теплоносителя производится проще, быстрее и точнее из-за наличия меньшего количества точек распределения, что увеличивает гидравлическую устойчивость и, следовательно, надёжность тепловой сети. Кроме того, заметным преимуществом ЦТП является значительное снижение количества необходимых авторегуляторов. Иногда высказывалось мнение [4, 7, 8], что вариант с ЦТП обязательно приводит к перерасходу теплоты за счет увеличения тепловых потерь в разводящих сетях после ЦТП (четырёхтрубные квартальные сети), а также вследствие того, что каждый городской микрорайон кроме жилых имеет общественные здания, режим потребления тепла в которых заметно отличается от режима потребления в жилых. Однако, как отмечается в [2], наличие общего для квартала режима отопления, не исключает возможности дополнительного местного регулирования на вводе в здания, а наоборот, облегчает схемы и конструкции авторегуляторов. Устройство ИТП в каждом здании позволяет применять пофасадные системы отопления в жилых зданиях или, что более эффективно, индивидуальные регуляторы у отопительных приборов, за счет чего может быть получена экономия теплоты. Разделение режима магистральных и распределительных сетей возможно при устройстве контрольно-распределительных пунктов (КРП), которые могут быть районными (РТП) или групповыми (ГТП) [5]. Основным назначением КРП является поддержание гидравлического режима и защиты распределительных тепловых сетей.

В [3] произведено экономическое сравнение эксплуатационных расходов вариантов схем, имеющих и не имеющих ЦТП и сделан вывод о целесообразности сооружения одного ЦТП на квартал с нагрузкой 15–25 Гкал/час (20–30 МВт) и совмещение его с КРП, что повышает надёжность и маневренность системы теплоснабжения. Система теплоснабжения, имеющая несколько меньших ЦТП на квартал менее экономична за счет увеличения суммарной стоимости ЦТП. Сооружение более крупных ЦТП нецелесообразно, поскольку резко возрастает стоимость прокладки трубопроводов ГВС из-за появления распределительных сетей диаметром до 300–350 мм.

Таким образом, необходимость выбора системы с ЦТП или ИТП должна решаться в каждом случае индивидуально, в зависимости от мощности системы теплоснабжения, рельефа местности и соответственно, гидравлического режима работы тепловой сети, наличия общественных и производственных зданий, имеющихся приборов и средств авторегулирования.

Цель автоматизации ТП состоит в наиболее эффективном решении задачи теплоснабжения — подачи потребителям теплоты (воды) необходимого качества и количества без непосредственного вмешательства человека.

Задачи автоматизации ТП в соответствии с [1] состоят в следующем:

– регулирование отпуска теплоты на отопление и вентиляцию в зависимости от температуры наружного воздуха;

– обеспечение заданной температуры воды в системе горячего водоснабжения;

– автоматическое снижение давления на входе в ТП;

– рассечка сети на две гидравлически изолированные зоны в статических условиях при остановке подкачивающих насосов, в случае недопустимых статических условий, поддержание гидравлического режима в сетях за ЦТП;

– снижение давления на всасывающем патрубке смесительно-подкачивающих насосов;

– включение резервного насоса при остановке одного из работающих;

– при водоразборе автоматическое включение сетевого насоса горячего водоснабжения и отключение циркуляционного насоса;

– при отсутствии водоразбора отключение насоса горячей воды и включение циркуляционного насоса;

– отключение подкачивающих насосов системы отопления при падении давления в подающем трубопроводе;

– прекращение подачи воды в баки-аккумуляторы при достижении верхнего уровня воды в баках; при достижении нижнего уровня — отключение насосов горячей воды;

– регулирование подпитки систем отопления — в ЦТП с независимым присоединением систем отопления;

– измерение параметров теплоносителя и учет расхода теплоты.

Выводы.

Указанные особенности работы современных систем автоматизации ТП позволяют сформулировать общие выводы по рассмотренным системам группового и местного авторегулирования отопительной нагрузки.

1. Регулирование отпуска теплоты на отопление может производиться по:

– усреднённой температуре наружного воздуха за сравнительно длительный период времени 6–12 ч;

– усреднённой внутренней температуре представительных помещений;

– внутренней температуре устройства, моделирующего тепловой режим зданий;

Выбор каждого из указанных параметров имеет свои достоинства и недостатки. Регулирование параметров теплоносителя только по наружной температуре t_н упрощает систему регулирования, но не позволяет учитывать бытовые тепловыделения в зданиях Q_быт, что, однако учитывается при расчете системы отопления и определении её тепловой мощности Q_о в соответствии с СП 7.13130.2013 Отопление, вентиляция и кондиционирование. Регулирование Q_о только по температуре внутреннего воздуха t_в значительно усложняет систему автоматизации из-за необходимости большого количества датчиков и линий связи, а кроме того, как отмечается в [6], может привести к перерасходу теплоты — при отоплении с открытыми форточками. Оптимальными являются системы комбинированного регулирования с поддержанием заданного графика температуры воды в системе отопления с коррекцией по температуре внутреннего воздуха.

2. В схемах с ограничением расхода сетевой воды, особенно при повышенном температурном графике необходимо местное количественное регулирование отпуска теплоты в систему отопления.
3. У абонентов с нагрузкой отопления и горячего водоснабжения система автоматического регулирования (САР) не должна допускать увеличения суммарного расхода сетевой воды выше заданной величины. В противном случае может быть нарушен гидравлический режим сети, вследствие чего удалённые абоненты не будут получать теплоту. Должна быть исключена возможность компенсации недоотпуска теплоты на отопление за счет дополнительного (сверх расчетного) расхода сетевой воды на ТП при максимальной нагрузке горячего водоснабжения при температуре сетевой воды не соответствующей требуемой температуре по графику центрального регулирования. Как показали результаты моделирования режимов ТП [9, 10], необходимо отключать подогреватель II ступени при наружной температуре ниже расчётной, или ограничивать расход воды на вторую ступень подогревателя горячего водоснабжения.

Литература:

1. СП 41–101–95. Правила по проектированию и строительству тепловых пунктов / Минстрой России. — М.:ГУП ЦПП, 1997. — 78 с.
2. Громов Н. К. Какие тепловые пункты строить — центральные или индивидуальные / Н. К. Громов // Водоснабжение и санитарная техника.  1974.  № 12.  С. 17–22.
3. Громов Н. К. Технико-экономические основы применения контрольно-распределительных пунктов в крупных тепловых сетях при закрытой системе теплоснабжения / Н. К. Громов // Теплоэнергетика.  1980.  № 2.  С. 18–22.
4. Ливчак В. И. За оптимальное сочетание автоматизации регулирования подачи и учета тепла / В. И. Ливчак // АВОК.  1998.  № 4.  С. 44–50.
5. Ливчак В. И. Оптимальная степень централизации тепловых пунктов в закрытых системах централизованного теплоснабжения / В. И. Ливчак // Водоснабжение и санитарная техника.  1975.  № 8.  С. 26–31.
6. Соколов Е. Я. О схемах автоматизации абонентских установок крупных городских систем централизованного теплоснабжения / Е. Я. Соколов, Н. М. Зингер // Водоснабжение и санитарная техника.  1980.  № 10.  С. 17–18.
7. Ливчак В. И. Улучшение работы ЦТП — реальный путь повышения качества и экономичности теплоснабжения жилых микрорайонов / В. И. Ливчак, Н. Н. Чистяков // Водоснабжение и санитарная техника.  1976.  № 4.  С. 20–25.
8. Математическое обеспечение оптимального выбора оборудования тепловых пунктов // Новости теплоснабжения.  2001.  № 12.  С. 46–48.
9. 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.
10. Рафальская Т. А. Тепловые и гидравлические режимы систем централизованного теплоснабжения / Т. А. Рафальская // Актуальные вопросы технических наук: теоретический и практический аспекты: коллективная монография [под. ред. И. А. Григорьева]. — Уфа: Аэтерна, 2016. — С. 116–171.