Потери теплоты в системах централизованного теплоснабжения

 

,    (3.1)

 

где –суммарные расчетные тепловые нагрузки соответственно на отопление и вентиляцию зданий промпредприятия и жилого района, у которых строительные конструкции используются в качестве аккумуляторов теплоты, Вт.

 

 

 

 

 

Рисунок 3.2 Профиль тепловой сети с  ответвлениями; и линиями максимально и минимально допустимых напоров

 

В последующих магистральных участках ТС расход сетевой воды постепенно уменьшают на величину расхода, поступающего в очередную распределительную  линию,

 

 

где – расходы сетевой воды соответственно в последующем и предыдущем участках магистральной линии, I =I,…, IV (рисунок 3.1);

 – расход сетевой воды, поступающей  в J-ую распределительную линию, предшествующую I+1-ому участку магистральной линии, J=V,…,VII (рисунок 3.1);

 – тепловые нагрузки на  отопление и вентиляцию в ЦТП J-ой распределительной линии.

 

3.2.1 Принцип оптимизации  в гидравлическом расчете 
водяной тепловой сети

 

Основные параметры водяной  тепловой сети такие, как диаметры участков ТС, потери напора на этих участках, располагаемый  напор на коллекторах станции  и вытекающие отсюда годовые затраты  в системе централизованного  теплоснабжения, зависят от величины среднего удельного линейного падения  давления по длине магистральной  линии  , Па/м. Поэтому в гидравлическом расчете водяной тепловой сети вводят принцип оптимизации, согласно которому оптимальную величину устанавливают путем минимизации удельных годовых затрат по тепловой сети z, руб/ГДж.

Определение минимальной  величины удельных затрат в тепловые сети производят методом одномерного поиска по величине путем последовательного сужения интервала неопределенности с использованим чисел Фибоначчи [11] (таблица 3.1). В курсовом проекте начальный интервал неопределенности принят от до 500 Па/м.

Первоначально устанавливают порядок  максимального значения числа Фибоначчи  из условия

,     (3.2)

где – порядок максимального значения числа Фибоначчи;

 – точность вычисления  .

 

Таблица 3.1. Числа Фибоначчи

i	1	2	3	4	5	6	7
Fi	1	2	3	5	8	13	21
i	8	9	10	11	12	13	14
Fi	34	55	89	144	233	377	610
i	15	16	17	18	19	20	21
Fi	987	1597	2584	4181	6765	10946	17711

 

В курсовом проекте –  , условию (3.2) удовлетворяют 19-е и 20-е числа Фибоначчи и , т.е. n=20.

Минимальный шаг поиска и число пробных точек определяют как

 

.   (3.3)

 

    (3.4)

 

Как отмечалось выше, до момента, пока не выполнится условие (3.4), для всех промежуточных точек поиска (3.3), начиная с нулевой точки, производят гидравлический расчет и расчет удельных годовых затрат .

Гидравлический расчет водяной  ТС, как и при расчете паровой  ТС, делится на два этапа: предварительный  и проверочный.

Предварительный этап. На первом участке магистральной линии ТС устанавливают удельное линейное падение давления, приравняв его среднему по магистрали,

 

     (3.5)

Па/м

Определяют на этом участке диаметр  трубопровода в предположении развитого  турбулентного течения

,    (3.6)

где – эмпирический коэффициент для определения диаметра трубопровода при теплоносителе воде, =0,117.

кг/с

м

Проверочный расчет проводят по той  же методике, что и для паровой  сети, т.е. по ГОСТу подбирают ближайшее  к вычисленному значению диаметра (3.6) стандартное значение диаметра трубопровода –  , переопределяют удельное падение давления на участке – по формуле вида (3.5), исключив из внимания плотность воды и приняв вместо   =13,62·10^-6, а именно

,     (3.7)

Определяют число компенсаторов, разделив длину паропровода на предельное расстояние между неподвижными опорами  , устанавливаемое по величине средних значений температуры и давления пара,

 

шт,      (3.8)

 

округляя полученное до целого.

Вычисляют тепловое удлинение трубопровода за счет его нагрева от температуры  монтажа  до расчетной температуры сетевой воды :

 

,    (3.9)

м

где – коэффициент теплового линейного расширения для стали, = =11,7·10 ^–6 1/К.

Устанавливают тип компенсатора в  зависимости от диаметра трубопровода: осевые при  мм и П-образные при мм. В случае выбора П-образных компенсаторов определяют общую длину их вылетов

 

Определяют эквивалентную длину  паропровода, предварительно установив  виды местных сопротивлений (секционирующих задвижек, компенсаторов, отводов и  т. д.) и их количество

 

,    (3.10)

м

где, – эмпирический коэффициент для определения эквивалентной длины, =76,4;

 – сумма коэффициентов местных  сопротивлений;

 – сумма коэффициентов сопротивлений  задвижек;

=2 – число задвижек на паропроводе  (в начале и конце);

 – сумма коэффициентов сопротивлений  компенсаторов;

 – коэффициенты сопротивлений  других видов.

Суммируя величины, вычисленные  по (3.9)…(3.11), с длиной паропровода, определяют его расчетную длину

 

.    (3.12)

м

Произведя вычисления по формулам (3.7) и (3.12), определяют полное падение давления, МПа, в паропроводе

 

     (3.13)

МПа

После определения полного падения  давления по формуле вида (3.13) вычисляют потери напора на первом участке магистрали:

 

.      (3.14)

м

где – удельный вес воды, н/м³.

Затем переходят к расчету второго  участка магистральной линии, третьего и т. д., каждый раз принимая на стадии предварительного этапа за величину удельного сопротивления нового участка  среднее удельное сопротивление всей магистрали.

Расчет распределительных линий  проводят либо без резервирования, либо с резервированием их пропускной способности с учетом возможного увеличения числа потребителей, а, следовательно, тепловой нагрузки.

 

3.2.2 Построение пьезометрического  графика 
для водяной тепловой сети

 

По результатам гидравлического  расчета основного варианта водяной  тепловой сети¹ с оптимальным значением строят пьезометрический график динамического режима для варианта, когда по подающему и обратному трубопроводам протекают одинаковые расходы сетевой воды (рисунок 3.3).

Построение  пьезометрического графика начинают с установления полного напора на обратном коллекторе станции  , являющегося одновременно наименьшим из полных напоров для обратного трубопровода магистральной линии,

,

 

где – геометрический напор на коллекторе станции, м;

 – напор, создаваемый подпиточным  насосом (рисунок 3.3) из условия  предотвращения подсоса воздуха  на входном патрубке основных  сетевых насосов,  м. При этом предполагают, что оси насосов совпадают с поверхностью земли.

Далее находят  полный напор в конце первого  участка обратного трубопровода магистрали, т. е. в точке О1

 

,

 

где – потери напора на первом участке обратного трубопровода магистрали, м.

Аналогично  находят полные напоры в последующих  точках обратного трубопровода магистрали. Например, в конце четвертого участка  обратного трубопровода магистрали, т. е. в точке О4

 

,

 

где – соответственно полный напор в 3-ой точке и потери напора на IV-ом участке обратного трубопровода магистрали, м.

Далее переходят  к построению пьезометрической линии  подающего трубопровода. К полному  напору в конце четвертого участка  обратного трубопровода прибавляют располагаемый напор в ЦТП 4 ,

 определяя  тем самым полный напор в  конце четвертого участка подающего  трубопровода  (рисунок 3.3): .

 

Рисунок 3.3 Пьезометрический график для динамического режима основного варианта тепловой сети.

 

Полные напоры в последующих i-х точках подающего трубопровода магистрали П3,…, П0 находят путем суммирования полных напоров в точках i+1 и потерь напора на I+1 участках подающего трубопровода магистрали. Например, в выходном коллекторе станции в точке П0 полный напор определяют как

 

.

 

Величину  располагаемого напора на коллекторах  станции определяют по формуле:

 

.

 

На пьезометрическом графике следует нанести потери напора на станционных подогревателях (20…25) м (рисунок 3.3).

Построенный таким образом пьезометрический график накладывают на график допустимых напоров (рисунок 3.2). Если первый из графиков не вписывается в график допустимых напоров, то устанавливают причину  несогласованности графиков. Несогласованность  устраняют либо путем размещения по трассе ТС насосных и дросселирующих подстанций, либо присоединением абонентских  систем к ТС по независисмым схемам.

 

Для предотвращения пересечения линий максмального допустимого напора из условия прочности отопительных приборов в обратном трубопроводе устанавливаетм насосную подстанцию, с насосом Д3200-33, создающего напор 23 метра, и Д2000-21, создающего напор 15 метров.

 

4. Потери  теплоты в системах централизованного  теплоснабжения

 

4.1. Потери теплоты через изоляционные  конструкции

 

Для снижения тепловых потерь из теплопроводов в  окружающую среду до допустимых норм, величина которых устанавливается  в соответствии с условиями работы этих теплопроводов при надземной  и подземной прокладке, на трубопроводах  тепловой сети устанавливают тепловую изоляцию.

В курсовом проекте первый и второй участки  трубопроводов магистральной линии, а также седьмой участок распределительной  линии приняты в виде теплопроводов  надземной прокладки, остальные  участки трубопроводов, проходящих в черте города, – подземной  прокладки в непроходных каналах. Далее в курсовом проекте принято, что в летний период горячее водоснабжение  осуществляют по однотрубной схеме  без циркуляции, поэтому удельные потери теплоты из изолированных  трубопроводов определяют отдельно для отопительного и летнего периодов времени с соответсвующими разностями значений температуры теплоносителя и окружающей среды.

В тепловом расчете трубопроводов необходимо выполнить следующее:

1. выбрать материалы и изделия для основного и покровного слоев теплоизоляционной конструкции теплопроводов;
2. определить толщину основного изоляционного слоя, удельные и суммарные потери теплоты из теплопровода заданной длины;
3. установить эффективность тепловой изоляции.

Расчет  теплопроводов надземной прокладки. Поток теплоты из изолированного трубопровода единичной длины Вт/м, за наблюдаемый период времени, определяют как

 

,    (4.1)

 

где – коэффициент, учитывающий дополнительные потери теплоты, обусловленные наличием опор и крепежных деталей (для трубопроводов диаметром более 150 мм 1,15 [3, 4]);

 – средняя температура  теплоносителя в отопительном (или  летнем) сезонах, ºС;

 – средняя температура  наружного воздуха за этот  период, ºС;

 – суммарное термическое  сопротивление цепи последовательно  соединенных сопротивлений поверхностей  и слоев цилиндрической формы  изолированного теплопровода, м·ºС/Вт;

 – термическое сопротивление  теплоотдаче на внутренней поверхности  трубопровода, м·ºС/Вт;

 – суммарное термическое  сопротивление кондуктивному переносу  всех слоев в направлении от  внутренней поверхности трубы  до поверхности изоляционной  конструкции, м·ºС/Вт;

 – термическое сопротивление  теплоотдаче на наружной поверхности  покровного слоя, м·ºС/Вт.