Расчет тепловой схемы водогрейной котельной для закрытой системы теплоснабжения

Азарова.dwg

Тепловая схема котельной графики nтеплопотребления графики регулиро-nвания отпуска теплоты
Расчет тепловой схемы водогрейнойnкотельной для закрытой системы nтеплоснабжения
Тепловая схема водогрейной котельнойnдля закрытой системы теплоснабжения
котел водогрейныйn2 насос сатевойn3 насос рецеркуляционныйn4 насос сырой водыn5 насос подпиточной водыn6 бак подпиточной водыn7 подогреватель сырой водыn8 подогреватель хим.очищенной водыn9 охладитель деарированной водыn10 деараторn11 охладитель выпараnВ 1.1 трубопровод исходной водыnТ 3.4 трубопровод химочищеной водыnТ 11 трубопровод прямой сетевой водыnТ 22 трубопровод обратной сет. водыnТ 94 трубопровод подпиточной воды
Буквенно-nцифровыеnобозначения
График центрального качественного регулирования n отпуска теплоты по отопительной нагрузке
Графики теплопотребления
- отопительно-бытовой график

Автономные системы теплоснабжения (лекция) .doc

Основная литература Наличие в
Делягин Г.Н. и др. Теплогенерирующие установки. Учебник для
Теплоснабжение: учебное пособие для ВУЗов под ред. Ионина 71
А.А. – М.: Эколит 2011 336 с.
Теплофикация и тепловые сети: учебник для ВУЗов. Соколова Е.Я.49
– М.: Изд. МЭИ 2001-472 с.
Мазурова О.К. и др. Автономное теплоснабжение: учебное 100
пособие. –РостовнД; Рост. Гос. Строит. Ун-т 2011. – 108с.
Дополнительная литература
В.М. Полонский Г.И. Титов А.В. Полонский Автономное Б-ка
теплоснабжение: Учебное пособие.– М.: Издательство Ассоциации кафедры
Строительных вузов 2006.– 152 с.
Теплоснабжение и вентиляция. Учебное пособие по курсовому и Б-ка
дипломному проектированию – М.: 2007. – 726с. кафедры
Нормативная и справочная литература
СНиП 41-02-2003. Тепловые сети. Госстрой России. – М. 2004 – 2
СП 41-104-2000. Проектирование автономных источников Б-ка
теплоснабжения. –М.: Госстрой России 2001. кафедры
Комплект нормативной и справочной литературы на лазерном Б-ка
Современное состояние
систем теплоснабжения
Климатические условия в России предопределяют теплоснабжение как
наиболее социально значимый и в то же время наиболее топливоемкий сектор
экономики который потребляет примерно 40 % энергоресурсов используемых в
стране причем около половины этих ресурсов приходится на коммунально-
По данным [1] около 72 % тепловой энергии производится
централизованными источниками тепла (мощностью более 20 МВт) остальные 28
% – децентрализованными в том числе 18 % – автономными и индивидуальными
источниками тепла. При этом незначительная часть тепловой энергии
обеспечивается за счет утилизации сбросного тепла от технологических
установок и с использованием возобновляемых источников энергии.
В настоящее время состояние теплоснабжения нельзя признать
удовлетворительным. Многие централизованные источники тепла выработали свой
ресурс. Около 50 % объектов коммунального теплоснабжения и инженерных сетей
требуют замены не менее 15 % находятся в аварийном состоянии. На каждые
0 км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений.
Потери в тепловых сетях достигают 30 % а с учетом теплоносителя ежегодно
теряется более 025 км3 воды 82 % общей протяженности тепловых сетей
требуют капитального ремонта или замены [1].
Причинами такого неудовлетворительного состояния теплоснабжения можно
– высокий износ оборудования и тепловых сетей;
– предельно высокий уровень потерь тепла;
– слабое управление и неразграниченность полномочий и ответственности
в коммунальной энергетике;
– отсутствие перспективных схем развития теплоснабжения;
– дефицит финансовых средств в местных бюджетах на модернизацию систем
В соответствии с энергетической стратегией России на период до 2020
г. утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации №1234-р
от 28.08.2003 предусматривается значительное увеличение капитальных
вложений в теплоснабжение на период до 2020 г. (рис. 1.1) и прогнозируется
рост производства тепловой энергии к 2020 г. на 22 – 34 % больше чем в
00 г. (рис. 1.2) [1].
Всего за период 2001 – 2020 годов – 718 млрд дол.
Рис. 1.1. Капиталовложения в теплоснабжение (без ТЭЦ) в период до 2020 г.
Рис. 1.2. Производство тепловой энергии в период до 2020 г.
(умеренный и оптимистический варианты)
При этом предусматривается рост реального потребления тепловой энергии
в 14–15 раза за счет сокращения потерь и использования высокого
потенциала энергосбережения в теплоэнергетике.
На развитие теплоснабжения в России в перспективе могут повлиять
следующие основные факторы:
– проводимые в настоящее время реформы жилищно-коммунального
– темпы роста жилого фонда и промышленного производства в стране
(теплоемких отраслей);
– прогнозируемый рост цен на природный газ;
– резкий рост КПД теплоисточников;
– использование возобновляемых источников энергии.
Широкое использование автономного теплоснабжения поможет решить ряд
проблем и в первую очередь обеспечить надежное снабжение теплом населения и
предприятий при строительстве новых жилых районов не имеющих доступа к
тепловым сетям. Во-вторых автономное теплоснабжение дает возможность
потребителям самостоятельно регулировать количество тепла на отопление и
горячее водоснабжение что позволит уменьшить расходы теплоты и годовое
потребление топлива в котельных.
Классификация систем теплоснабжения
Система теплоснабжения – совокупность технических устройств агрегатов
и подсистем обеспечивающих приготовление теплоносителя его
транспортировку и распределение в соответствии со спросом на теплоту по
отдельным потребителям на отопление вентиляцию горячее водоснабжение и
технологическое теплоснабжение.
Все системы теплоснабжения можно объединить в группы по следующим
– по степени централизации;
– виду теплоносителя;
– способу подачи воды на горячее водоснабжение;
– количеству трубопроводов тепловой сети;
По степени централизации теплоснабжение бывает;
– централизованное – от тепловых электростанций (ТЭЦ);
– централизованное – от районных или квартальных котельных;
– местное – от групповых котельных (применяется для теплоснабжения
одного или группы зданий);
– автономное – от теплогенераторов предназначенных для теплоснабжения
одного здания или сооружения.
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 соединен внутренними
тепловыми сетями с нагревательным прибором потребителя. Внутренние тепловые
сети – это системы отопления вентиляции местные системы горячего
водоснабжения. Существуют также поквартирные системы отопления и системы
обеспечивающие отопление и горячее водоснабжение квартиры.
Перечисленные системы теплоснабжения характеризуются различными
показателями надежности работы и экономичности.
Решение по выбору типа системы теплоснабжения (централизованной или
децентрализованной) зависит в основном от величины и структуры населенного
пункта плотности тепловых нагрузок и размещения абонентов вида топлива.
К преимуществам централизованных систем теплоснабжения обычно относят
меньшие расходы топлива при выработке теплоты. Однако анализ результатов
сравнения энергетической эффективности систем теплоснабжения приведенных в
табл. 2.1 показывает что теплотехнические характеристики автономного
теплоснабжения превышают в целом показатели централизованных систем [2].
Автономные системы имеют ряд преимуществ:
– 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;
– установка крышных котельных позволяет освободить территорию
Наряду с этим автономное теплоснабжение имеет и недостатки. К ним
можно отнести увеличение установленной мощности котельного оборудования по
сравнению с необходимой и трудности обеспечения теплотой многоквартирных
Результаты сравнения энергетической эффективности
Показатель Тип системы
Централизованная Децентрализованная от
закрытая двухтрубная автономного
Твердое Природный Твердое Природный
топливо газ топливо газ
Эксплуатационный КПД котла 75 – 815 85 – 905 63 – 75 78 – 90
(теплогенератора) брутто
Эксплуатационный КПД 65 – 75 80 – 85 60 – 70 75 – 85
Расход электроэнергии:
– на собственные нужды 15 – 25 6 – 8 - -
котельной (с учетом сетевых
– в пересчете на 428 – 714 171 – 229- -
эквивалентную тепловую
– в пересчете на 43 – 71 17 – 23 - -
– принято в расчете % 5 2 - _
- в тепловых сетях с 3 3 - -
утечками теплоносителя
- в окружающую среду %4 7 7 - -
Теоретический КПД системы %50-60 68-73 63-75 78-90
Меньшее значение – при установке в котельной чугунных секционных
котлов большее – стальных водогрейных котлов серии КВ.
Для автономных теплогенераторов КПД увеличен на значения тепловых
потерь от внешнего охлаждения q5 = 3 – 5 % так как теплогенератор
устанавливается в пределах общей площади помещения.
КПД отпуска электроэнергии по теплоте принят 35 %.
Принято как среднее для систем 5 – 9 %.
По виду теплоносителя системы 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
паровые – в основном для обеспечения технологических нужд.
Расположение России в северной климатической зоне и стремление
защитить автономные сети от «размораживания» при аварийных отключениях или
при периодической работе инженерных систем часто являются причиной замены
воды используемой в качестве теплоносителя на «незамерзающий»
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
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.
Источники теплоты автономных систем теплоснабжения
Активное развитие систем децентрализованного теплоснабжения является
следствием значительных объемов нового коттеджного строительства в
пригородных и сельских зонах застройки а также реализации масштабных
объемов жилищного строительства и реконструкции старой застройки городов.
Расширению сферы применения децентрализованного теплоснабжения содействует
рост количества нетиповых объектов возводимых как в коттеджной так и в
городской застройке где часто встают проблемы получения лимитов на отпуск
тепловой энергии возникающие из-за нехватки имеющихся мощностей
централизованных источников и тепловых сетей.
Устойчивая тенденция роста числа крышных встроенных пристраиваемых и
отдельно стоящих автономных котельных обеспечивающих теплоснабжение
отдельных зданий (реже группы зданий) тепловой мощностью от 30 кВт до 35
МВт подтверждается на протяжении двух последних лет и может оцениваться
для различных регионов значением 20–80% от тепловых мощностей вводимых в
жилищно-коммунальном хозяйстве.
Современная система децентрализованного теплоснабжения представляет сложный
комплекс функционально взаимосвязанного оборудования включающего
автономную теплогенерирующую установку и инженерные системы здания (горячее
водоснабжение системы отопления различного назначения и вентиляции).
Требования предъявляемые потребителями теплоты современного здания к
параметрам и характеристикам теплоносителя условиям контроля и управления
режимами отпуска теплоты продолжительности функционирования ставят целый
комплекс теплотехнических задач перед теплогенерирующей установкой
существенно усложняя ее структуру.
Технические решения тепловых схем автономных источников должны учитывать
особенности исходных условий: по виду используемого топлива; типу
теплогенератора; качеству исходной воды; условиям потребления горячей воды;
по конструктивному исполнению систем отопления (центральные напольные
включая подогрев воды в бассейнах); по режимам работы систем вентиляции и
др. Эти технические решения требуют тщательного обоснования выбора
теплогидравлической схемы анализа условий работы обеспечения надежности
функционирования и защиты оборудования от нерасчетных режимов эксплуатации.
Автономные системы горячего водоснабжения в жилищно-коммунальном секторе
имеют длительную историю развития как в малоэтажной застройке так и в
многоэтажных зданиях. Первыми теплогенераторами были водогрейные колонки.
Однако уже в самом начале их использования они имели различную конструкцию
в зависимости от вида используемого топлива (дровяные и газовые). Газовые
водогрейные колонки – термоблоки – как элемент единой системы
теплоснабжения (при централизованном отоплении) в настоящее время широко
используются в газифицированных районах городской застройки. Развитие
социальной сферы расширяет область применения и увеличивает мощность
автономных источников в системах горячего водоснабжения объектов питания
гостиниц спортивных сооружений предприятий автосервиса и др.
Разделение автономной системы теплоснабжения на две функциональные
структуры – систему горячего водоснабжения и систему отопления зданий –
может быть рациональным только при использовании в качестве энергоносителя
газообразного (природный и сжиженный газ) или жидкого топлива (в данном
обзоре не рассматривается электроэнергия) которые позволяют полностью
автоматизировать работу теплогенераторов что при использовании твердого
топлива в автономных теплогенераторах представляется весьма дорогостоящим и
проблематичным в комплексе технически наиболее сложных и трудоемких
процессов топливоподачи и золоудаления с учетом необходимости обслуживания
нескольких очагов горения.
Существенное влияние на технические решения и режимы работы автономной
системы горячего водоснабжения оказывает тип теплогенераторов которые
можно классифицировать как проточные и емкостные.
Системы теплоснабжения от автономных теплогенераторов
Автономные системы отопления наибольшее распространение получили в
малоэтажной застройке и в хронологии развития базируются на водяных
системах с естественной циркуляцией теплоносителя. Такие системы отопления
просты в эксплуатации устойчивы к перебоям в подаче электроэнергии однако
имеют жесткие конструктивные требования значительную металлоемкость
требуют сравнительно большого объема монтажных работ имеют ограниченный
диапазон устойчивого регулирования теплогидравлического режима.
Современные эксплуатационные конструктивные и технические требования к
системам отопления и в частности к их гидравлической устойчивости при
местном регулировании тепловой мощности малой материалоемкости
автоматизации всех процессов управления работой теплогенератора и системы в
целом а также внедрение пластиковых металлопластиковых труб и на их
основе низкотемпературных систем панельно-лучистого отопления (монтируемых
в конструкции пола с пониженными параметрами теплоносителя) расширение
специфических функций возлагаемых на систему отопления (например подогрев
воды в бассейне поддержание теплового режима оранжереи зимнего сада
гаража и др.) – все это обусловило широкое внедрение в автономные системы
отопления искусственного насосного побуждения движения теплоносителя.
Системы безопасности и автоматического регулирования газогорелочные
топочные устройства и циркуляционные насосы а следовательно и система
отопления в целом не могут функционировать без системы бесперебойного
При учете особенностей архитектурно-планировочных решений и требований
технического задания на тепловую схему автономного источника теплоты
возлагается сложная проблема теплогидравлической увязки нескольких (иногда
и более) параллельно функционирующих имеющих гидравлическую и тепловую
взаимозависимость систем отопления различного конструктивного исполнения с
различными параметрами работы (часто в комплекс задач отопления входит и
система приточной вентиляции). Нагрузка на систему отопления определяется
наружными условиями и практически линейно зависит от температуры наружного
воздуха что обусловило применение достаточно простого и эффективного
метода качественного регулирования мощности системы за счет изменения
температуры теплоносителя подаваемого в систему отопления при его
постоянном расходе. Расчетные параметры теплоносителя при максимальной
нагрузке в различных странах нормируются значениями tпод–tобр: 95–70;
–70; 80–60°C. Однако все шире используются в системах отопления элементы
количественного метода например регулирование расхода теплоносителя через
отдельные отопительные приборы с помощью термостатических клапанов что
позволяет независимо задавать температуру воздуха в каждом помещении в
соответствии с требованиями потребителя.
Принципиально важно при малых нагрузках и пониженных параметрах
теплоносителя (периоды с частичной нагрузкой) особенно при использовании
низкотемпературных систем панельно-лучистого отопления обеспечить защиту
теплогенератора от недопустимо низких температур теплоносителя на входе в
него и от режимов работы с расходами теплоносителя ниже минимально
допустимых заводом-изготовителем для предотвращения опасности локальных
перегревов конструкции. Гидравлическая схема автономной системы
теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение) еще в большей степени
подвержена внешним воздействиям пиков потребления теплоты на цели горячего
водоснабжения и вследствие этого она должна быть тщательно проработана и
защищена от «нештатных» гидравлических режимов. Перечисленное объясняет
внедрение новых гидравлических схем автономных систем теплоснабжения
(отопления) использующих принцип зонирования и разделяющих гидравлическую
схему на две части с условно независимой организацией циркуляции
теплоносителя в контурах теплогенератора и потребителей теплоты связанных
общим балансирующим элементом для гидравлической увязки в переменных
режимах – коллектором малых перепадов давления (часто называемым
«гидравлический распределитель» «гидравлическая стрелка»).
Принципиальные тепловые схемы автономных источников теплоснабжения
Высокая эффективность использования тепловой энергии в системах
теплоснабжения на базе автономных источников теплоты (АИТ) на газообразном
и жидком топливе (твердое топливо в рамках настоящей публикации не
рассматривается) может быть достигнута не только за счет применения
высокоэффективных котлов (включая конденсационные) но и за счет применения
рациональной тепловой схемы АИТ обеспечивающей надлежащие
теплогидравлические режимы работы основного и вспомогательного оборудования
при всех нагрузках а не только в режимах максимального и минимального
Последнее положение исключительно важно как с позиций экономии тепловой
энергии в случаях технологически обусловленного неправильного регулирования
отпуска теплоты – «перетопов» так и с позиций обеспечения защиты
оборудования котельной от нерациональных режимов эксплуатации приводящих к
интенсификации низкотемпературной коррозии недопустимому снижению расхода
теплоносителя в котлах неоправданному перерасходу электроэнергии потерям
теплоносителя отложениям накипи и другим факторам существенно снижающим
эксплуатационные показатели надежность и долговечность работы оборудования
АИТ и местных систем теплопотребления.
На объектах реконструкции и нового строительства в ЖКХ России наибольший
«удельный вес» имеют автономные газовые котельные мощностью 05–25 МВт. В
большинстве случаев – пристроенные или встроенные реже крышные
выполненные как в виде транспортабельных агрегато-блочных компоновок так и
в стационарных зданиях и помещениях.
Наиболее простые технические решения при разработке АИТ имеют место для
технологических нагрузок в большинстве случаев отличающихся постоянством
теплопотребления и стабильностью параметров теплоносителя (как сезонной
Иначе обстоит дело при обеспечении теплом смешанных потребителей
технологических и жилищно-коммунальных или только потребителей ЖКХ для
которых характерны сезонные и суточные изменения нагрузок отопления и
вентиляции значительные часовые колебания теплопотреблений на цели ГВС (с
коэффициентом неравномерности для малых нагрузок доходящих до 4–5) а
также большого количества специфических потребителей: системы подогрева
воды в бассейнах отопление и вентиляции гаражей зимних садов «теплые
Отсутствие протяженных внешних тепловых сетей в АИТ рассматриваемого
мощностного ряда и практически полное внутреннее размещение трубопроводов
запорно-регулирующей арматуры и оборудования исключает утечку больших
объемов теплоносителя и ухудшение его качества что позволяет в подавляющем
большинстве случаев использовать зависимое подключение отопительно-
вентиляционной нагрузки. В противном случае используются независимые схемы
через разделяющие теплообменники.
Необходимость независимого подключения нагрузки может быть обусловлена
большими значениями гидростатического давления для оборудования АИТ при его
монтаже например на нижних отметках в зонах многоэтажной застройки.
В общем случае использование независимых схем гидравлически полностью
разделяет внешних потребителей от тепловой схемы АИТ и позволяет технически
обеспечить стабильные гидравлические условия работы котлов во всех режимах
теплопотребления что может быть весьма важным учитывая все более широкое
внедрение методов количественного регулирования отпуска теплоты у местных
потребителей систем отопления и вентиляции.
На цели горячего водоснабжения отпуск теплоты от автономного источника по
ряду очевидных причин возможен практически только по независимой схеме с
установкой не менее двух проточных водонагревателей на максимум потребления
ГВС со 100-процентным резервированием мощности теплообменников.
Следует отметить что использование независимых схем тепло-снабжения
существенно увеличивает стоимость источника теплоты. Таким образом при
разработке унифицированного ряда принципиальных тепловых схем АИТ для
коммунально-бытовых потребителей мощностью 05–25 МВт как базовая
принимается тепловая схема с зависимым подключением нагрузок отопления и
вентиляции и независимым подключением нагрузки горячего водоснабжения.
Важнейшим моментом при обосновании выбора тепловой схемы АИТ для
обеспечения гидравлической стабильности в контуре котлов являются принятые
условия управления на базе качественного или количественного регулирования
При качественном («погодозависимом») регулировании управление отпуском
теплоты на отопление и вентиляцию осуществляется изменением температуры
теплоносителя по температурному графику при постоянном расходе
теплоносителя. Однако при наличии нагрузки ГВС для обеспечения параметров
горячей воды Gга= 60 °С в теплообменниках ГВС требуется греющий
теплоноситель с температурой не ниже tт= 65 °С. Этим обусловлено наличие
«излома» (срезки) температурного графика (на значении tт= 65 °С) при
температурах наружного воздуха выше температуры «точки излома» поэтому в
этих режимах происходит «перетоп» в отапливаемых помещениях с которым
приходится бороться используя «пропуски» (перерывы в работе систем
отопления) или существенным снижением расхода теплоносителя местными
регуляторами например термостатическими клапанами на радиаторах что
следует отнести к количественному регулированию.
Примерная структура нагрузок в зданиях с различным числом
Отопление и вентиляция %
Горячее водоснабжение (максимальное) %
При количественном (термостатическом) регулировании температура
теплоносителя подаваемого к потребителю (на выходе из теплогенератора)
остается постоянной (в «чистом виде» при количественном регулировании) и
обратная вода также имеет постоянную температуру а расход теплоносителя
изменяется пропорционально нагрузке.
Таким образом количественное регулирование приводит к переменным расходам
теплоносителя через котлы что должно рассматриваться как недопустимый
режим их эксплуатации.
Перечисленные причины не позволяют рекомендовать к использованию в «чистом
виде» ни «погодозависимое» ни термостатическое регулирование отпуска
Наиболее стабильные гидравлические условия работы котлов при обеспечении
требуемых тепловых режимов в местных системах может обеспечить
термостатическое регулирование температуры теплоносителя только в подающей
магистрали котлов (например tн= 90 °С в отопительный период и tн= 70 °С
– в «летний» период) при переменных температурах в обратной магистрали
котлов (соответствующей текущему значению нагрузок) и сохранении
постоянного расхода теплоносителя через котлы.
В то же время теплогидравлические режимы в отдельных местных системах ОВ и
ГВС обеспечиваются за счет работы местных смесительно-регулирующих узлов.
Таким образом можно сформулировать совокупность основных требований к
оборудованию АИТ которые могут рассматриваться как базовые при разработке
универсальной принципиальной тепловой схемы:
Тепловая схема должна разрабатываться для структуры нагрузок основной
массы коммунально-бытовых потребителей характерной для умеренной
климатической зоны России.
Структура нагрузок на цели отопления вентиляции ГВС и возможная
технологическая нагрузка по горячей воде должны соответствовать группе
потребителей суммарной мощностью 05–25 МВт.
АИТ крышная пристроенная или стоящая отдельно имеют малопротяженные
тепловые сети (или не имеет тепловых сетей) гидравлический режим в
которых обеспечивается циркуляционными насосами предусмотренными в
тепловой схеме котельной.
Гидравлический режим работы котлов должен обеспечивать номинальный
(«паспортный») расход теплоносителя через котлы во всех режимах
теплопотребления и не должен зависеть от гидравлических и тепловых режимов
работы потребителей.
Регулирование отпуска теплоты должно осуществляться для всех систем
теплопотребления системами регулирования АИТ.
Расчет режимов работы типовых тепловых схем АИТ для принятого
мощностного ряда и структуры нагрузок должен осуществляться по пяти
основным расчетным режимам:
средний за холодный месяц;
средний за отопительный период;
конец отопительного периода;
Тепловой режим работы котлов (не конденсационного типа) при всех
условиях эксплуатации (нагрузках) должен обеспечиваться оборудованием
тепловой схемы таким образом чтобы минимальная температура воды на входе в
котел исключала конденсацию водяных паров из продуктов сгорания
(низкотемпературная коррозия) и негативное воздействие «холодной обратки»
на конструкцию котла (например для природного газа не ниже 55 °С).
Монтажная схема должна предполагать компактное размещение оборудования с
использованием для монтажа всех ограждающих конструкций в том числе и для
блочных АИТ (транспортабельных) полной заводской готовности.
Монтажная схема должна учитывать возможность монтажа газоходов от котлов
для верхнего или заднего отвода дымовых газов как на индивидуальные так и
на групповые дымовые трубы включая отдельно стоящие.
Водоподготовка организуется для минимальных расходов подпиточной воды
не более 025 % от объема воды в системе.
Тепловая схема АИТ должна иметь по возможности простую структуру не
содержать дорого-стоящего оборудования по гидрав-лической балансировке
элементов схемы быть гидравлически устойчивой при переходных режимах
(частичных нагрузках) обеспечивать все режимы работы системы
теплоснабжения и источника тепла с использованием наиболее простых и
доступных средств автоматизации управления и безопасности эксплуатации АИТ.
Разрабатываемая типовая тепловая схема АИТ должна оставлять возможность
малыми техническими средствами трансформировать ее в схемы с независимым
подключением нагрузок.
Разрабатывая типоряд АИТ в диапазоне мощностей 05–25 МВт с учетом
примерной структуры нагрузок для средней климатической зоны России (табл.
) и опыта проектирования и на основании расчетов тепло-гидравлических
режимов тепловых схем АИТ можно рекомендовать параметрический ряд из трех
группа – с рабочим диапазоном номинальной мощности 05–085 МВт;
группа – с рабочим диапазоном номинальной мощности 086–146 МВт;
группа – с рабочим диапазоном номинальной мощности 147–25 МВт.
Обоснованием такого выбора может служить соотношение внутри группы
максимальной расчетной мощности к минимальной расчетной принятое m = 17
что позволяет оборудование трубопроводы запорную и регулирующую арматуру
тепловой схемы (в том числе и короткозамкнутые коллекторы и гидравлический
регулятор) устанав-ливать (подбирать) по величине максимальной расчетной
мощности внутри группы в параметрическом ряду с фактическим превышением
определяющего размера (диаметра) по отношению к минимальной расчетной
мощности внутри группы в параметрическом ряду в √m раз т. е. в 13 раза.
Таким образом если при максимальной расчетной мощности АИТ внутри группы
типоряда будет обеспечена требуемая скорость движения теплоносителя
например в короткозамкнутом коллектореmaxк≤ 06 мс а в
трубопроводахmaxт≤ 175 мс то скорости при минимальной расчетной
мощности АИТ внутри группы принятого параметрического ряда соответственно
составят:mink= 046 мсminт= 135 мс то же справедливо и для
других элементов тепловой схемы АИТ.
При обосновании гидравлических режимов тепловых схем АИТ с использованием
участков с малым перепадом давления (короткозамкнутыми коллекторами или
гидравлическими регуляторами) необходимо для всех режимов работы в
рассматриваемых узлах рассчитать рециркуляционные потоки теплоносителя
котлового контура для обеспечения защиты котла от низкой температуры
Наиболее простым способом для этого является расчет расхода теплоносителя
по мощности АИТ (во всех режимах работы) для перепада температур
теплоносителя в котловом контуре Фtк меньшем чем во внешнем Фtв.
Например во внешнем контуре используется температурный график
качественного регулирования 9570 °С сΔtрв= 25 °С а в котловом контуре –
термостатическое регулирование по температуре подаваемой воды 9575 °С
сΔtрк= 20 °С в этом случае расход воды через котел Gткбудет всегда
больше чем во внешних потребителях Gтс и часть воды по замыкающему
участку (рис. 1 2) будет рециркулировать Gрв обратную линию котлового
контура Gр= Gтк– Gтс повышая температуру обратной воды.
При такой организации движения потоков и соответствующем обосновании
расчетов тепловой схемы для пяти режимов можно отказаться от применения
узлов рециркуляции поз. 4 рис. 2.
В АИТ оборудование размещается компактно и контур котлов имеет весьма малое
гидравлическое сопротивление поэтому желательно для выравнивания
гидравлических потерь в контурах котлов организовать «гидравлическую
Рассматривая структуру потребителей теплоты ЖКХ в принятом диапазоне
нагрузок АИТ 05–25 МВт можно констатировать что основным фактором
влияющим на соотношение нагрузок отопления вентиляции и горячего
водоснабжения будет число квартир в характерном здании т. е. число
потребителей (табл. 1).
Использование возобновляемых источников тепла для автономных систем
Установки солнечного горячего водоснабжения
Теплоснабжение и в частности горячее водоснабжение от возобновляемых
источников энергии (ВИЭ) с каждым годом приобретает всё большую
актуальность. Особенно перспективно использование солнечной энергии.
Солнце выделяет огромную энергию. Поток её составляет 37·1026 Вт. Из
этого количества энергии на землю попадает только 12·1017 Вт тепловой
энергии. При прохождении через слой атмосферы часть солнечного излучения
поглощается и рассеивается. Плотность потока солнечного излучения на
широтах близких к экватору равна 1 кВтм2 [23].
Средняя плотность потока солнечного излучения в большинстве регионов
мира составляет 200 – 250 Втм2.
К наиболее благоприятным южным регионам России для использования
солнечной энергии относятся Нижнее Поволжье Северный Кавказ побережье
Азовского и Черноморского бассейнов. В этих регионах продолжительность
солнечного излучения составляет от 2000 до 3000 ч в год а годовой приход
солнечной энергии на горизонтальную поверхность – от 1280 до 1870 кВтм2. В
летнее время количество энергии приходящейся на 1 м2 горизонтальной
поверхности составляет в этих регионах в среднем от 64 до 75 кВт·ч в
На территории России энергия солнца может обеспечить в среднем за год
от 50 до 60 % (в средней полосе) и до 80 % (в южных регионах) потребности в
энергии на горячее водоснабжение отдельного дома. Количество солнечной
энергии сильно зависит от времени года и региона поэтому использовать
Солнце как единственный источник энергии для подогрева воды нельзя.
При применении солнечных коллекторов для подогрева воды в баке-
аккумуляторе обязательно должен быть резервный источник тепловой энергии.
Этим источником может служить второй теплообменник связанный с резервным
котлом или электронагревателем (рис.4.8).
Солнечная энергия трансформируется в тепловую в солнечном коллекторе
и циркулирующий в коллекторе теплоноситель нагревается. Циркуляционным
насосом (который включается при достижении определенной температуры) он
подается в нижний теплообменник бака-накопителя и передает теплоту
нагреваемой воде. Контролер работы солнечной панели управляет насосом и
обеспечивает расход воды в зависимости от ее температуры. Нагретая вода
подаётся в систему горячего водоснабжения. Дополнительный нагрев воды в
баке может обеспечиваться при помощи котла или ТЭНа.
Солнечные коллекторы в основном делятся на 2 группы: трубчатые
(вакуумные) и плоские. Трубчатый вакуумный коллектор «ОКР-1020» (рис. 4.9)
фирмы «Oventrop» состоит из вакуумных трубок со встроенным элементом «Heat-
Pipe» в котором осуществляется постоянный перенос тепла. Конструкция
коллектора позволяет установить его на скатных плоских крышах или фасадах
под углом от 15о до 75о. Высокий уровень поглощения солнечной энергии
достигается за счет высокоселективной абсорбирующей поверхности. Вакуум в
трубах способствует максимальной изоляции. Принцип действия трубчатого
коллектора со встроенным элементом «Heat-Pipe»:
Рис. 4.8. Принципиальная схема гелиоустановки с резервным котлом
и электронагревателем: 1 – солнечный коллектор; 2 – датчик температуры
поглощающей панели; 3 – бак-накопитель; 4 – гидравлическая группа; 5 –
контролер работы солнечной панели; 6 – уровень разбора горячей воды; 7 –
котел; 8 – расширенный бак мембранного типа; 9 – ТЭН
– солнечное излучение абсорбируется и преобразуется в тепло;
– тепло через абсорбирующую пластину передаётся Heat-Pipe
находящейся внутри стеклянной трубки;
– жидкость внутри Heat-P пар поступает в
– тепло через теплообменник типа «труба в трубе» в который
вставлен конденсатор передается протекающему
– в конденсаторе в процессе теплоотдачи жидкость
конденсируется возвращается в Heat-Pipe и процесс
Плоский коллектор «ОКF-CK22» (рис. 4.10) фирмы «Oventrop» имеет
высокую эффективность за счет сваренной лазерной сваркой алюминиевого
абсорбера и гелиостекла с антирефлектирующей поверхностью что позволяет
увеличить трансмиссию на 5 % по сравнению со стандартным гелиостеклом.
Для проектирования строящихся и реконструируемых установок солнечного
горячего водоснабжения с плоскими солнечными коллекторами для хозяйственно-
бытовых нужд жилых и общественных зданий были разработаны нормы
проектирования [25].
Рис. 4.9. Трубчатый вакуумный коллектор «ОКР-1020»
Рис. 4.10. Плоский коллектор OKF-CK22
При проектировании рекомендуется установки солнечного горячего
водоснабжения применять в районах расположенных южнее 50 0С с.ш. Для жилых
зданий с автономным теплоснабжением установки солнечного горячего
водоснабжения должны иметь дублирование от автономного источника тепла
(теплогенератора на органическом топливе или электрокотла). Оптимальной
ориентацией солнечных коллекторов считается юг с возможными отклонениями на
восток до 200 на запад – до 300.
Угол наклона солнечных коллекторов к горизонту следует принимать для
установки работающий круглый год равным широте местности; в летний период
– широте местности минус 150; в отопительный период – широте местности плюс
Все типы установок с дублирующим источниками рассчитывают по данным
месяца с наибольшей сумой солнечной радиации за период работы а системы
без дублирующего источника – с наименьшей.
Площадь солнцепоглощающей поверхности установок с дублером А м2
определяют по формуле
где G – суточный расход горячей воды в системе горячего водоснабжения
кгсут принимают по [6] ;
tw2 – требуемая температура горячей воды 0С;
tw1 – температура холодной воды 0С;
– коэффициент полезного действия установки солнечного горячего
gj – интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора
Втм2 определяется по прил. 3 [25] в интервале от 8 до 17 ч для солнечных
коллекторов южной ориентации. При отклонении от юга к востоку или западу на
каждые 150 интервал времени начинается раньше или позже на 1ч.
Коэффициент полезного действия установки определяется по формуле:
где – приведенная оптическая характеристика коллектора. При отсутствии
паспортных данных может быть принята равной 073 для одностекольных
коллекторов и 063 – для двустекольных;
U – приведенный коэффициент теплопотерь солнечного коллектора
Вт(м2К) в случае отсутствия паспортных данных может быть принят 8
Вт(м2К) для одностекольных коллекторов и 5 Вт(м2К) – для двустекольных;
t1 t2 – температура теплоносителя на входе и выходе солнечного
t1 = tw1+5 0С ; t2 = tw2+5 0C ;
te – средняя дневная температура наружного воздуха 0С.
Если максимальная часовая теплопроизводительность установки солнечного
горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией выше чем требуется по
графику водоразбора то в установках предусматривают баки – аккумуляторы.
Объем бака-аккумулятора определяют по суточным графикам подогрева воды
в установке и водопотребления а при их отсутствии – по формуле
V = (006 – 008)A м3 .
Расчет экономии топлива за счет использования солнечной энергии В
где Q – суммарное количество теплоты ГДжгод выработанное установкой
солнечного горячего водоснабжения за сезон (год) определяют по прил. 4
пот – коэффициент полезного действия замещаемого источника теплоты.
При автономном теплоснабжении здания особенно при сооружении крышной
котельной создаются наиболее благоприятные условия использования гелио-
коллекторов для горячего водоснабжения [12]. Годовой расход топлива на
теплоснабжение может быть уменьшен примерно ещё на 20 – 25 % так как летом
около 80 % нагрузки на горячее водоснабжение способна обеспечить
Гелиоколлекторы располагают на кровле здания рядом с крышными
котельными без ущерба для окружающей среды (без омертвления земли под
солнечными коллекторами). Для крышной котельной целесообразно использовать
в дополнение к гелиоустановке теплообменники работающие от сетевой воды
теплогенераторов. Принципиальная схема автономного теплоснабжения от
крышной котельной с гелиоустановкой изображена на рис.4.11 [12].
Особенность данной схемы (рис. 4.11) состоит в том что горячая вода
для нужд горячего водоснабжения (ГВС) здания может нагреваться как в
водонагревателе 4 греющая вода к которому поступает от теплогенераторов
через клапан 6 регулятора температуры 12 с датчиком 17 так и в
гелиоустановке состоящей из первичного контура – гелиоприемников 24
циркуляционного насоса 26 бака – аккумулятора 25 с теплообменником и
вторичного контура с распределительным клапаном 27. Выбор режима работы
комплекса гелиоустановки водонагревателя ГВС осуществляется с помощью
задвижки 29 и клапана 27.
При достаточной интенсивности солнечной радиации когда температура
воды в системе ГВС tr равна или больше требуемой распределительный клапан
открыт в направлении «а» и вся вода на ГВС проходит через бак-
аккумулятор 25 (задвижка 29 закрыта). Водоподогреватель 4 ГВС по
нагреваемой и греющей воде отключен клапан 6 регулятора 12 закрыт
(благодаря электрической блокировке с клапаном 27).При снижении
интенсивности солнечной радиации когда температура [pic] становится ниже
требуемой клапан 27 с помощью переключателя 28 переключается в положение
«б» и разблокирует клапан 6. Нагреваемая вода проходит последовательно
через бак 25 и водонагреватель 4 и регулятор 12 открывает клапан 6
настолько чтобы обеспечить температуру воды на выходе водонагревателя
[pic] на требуемом уровне. При этом блокируется клапан 27 (в положение
«б»). При новом повышении интенсивности солнечной радиации когда
температура на выходе водонагревателя 4 [pic] стремится к увеличению
регулятор 12 полностью закрывается и разблокирует клапан 27 который
переходит в положение «а». Вновь тепловая нагрузка ГВС удовлетворяется
только за счет солнечной энергии. В периоды повышенной интенсивности
радиации когда в баке 25 температура воды выше требуемой [pic] по импульсу
от датчика температуры воды в баке (на рис. 4.11 не показан) отключается
насос 26 что обеспечит экономичный режим работы гелиоустановки.
При работе солнечных коллекторов в периоды с отрицательной
температурой наружного воздуха необходимо либо использовать в качестве
теплоносителя антифриз либо каким-то способом избегать замерзания
теплоносителя (своевременным сливом воды нагревом ее утеплением
солнечного коллектора). Наиболее широкое распространение в качестве
антифризов в гелиоустановках получили водные растворы этиленгликоля
C2H4(OH)2. Могут использоваться также водные растворы хлористого кальция
CaCl2 хлористого натрия NaCl и этилового спирта C2H5OH.
Автономное теплоснабжение
с применением тепловых насосов
Одним из методов полезного использования рассеянного
низкотемпературного природного тепла (грунта грунтовых вод поверхностных
вод воздуха) или сбросного промышленного тепла является применение
тепловых насосов для теплоснабжения. Они нашли широкое применение за
рубежом активно внедряются и в России.
Создано и эксплуатируется большое число тепловых насосных установок
отличающихся по тепловым схемам рабочим телам и по используемому
Тепловой насос например может представлять собой парокомпрессионную
установку которая включает следующие основные компоненты: испаритель
компрессор конденсатор и расширительный вентиль (рис. 4.12).
Рис. 4.12. Принципиальная схема теплового насоса [26]: 1 – испаритель;
– компрессор; 3 – конденсатор; 4 – расширительный вентиль (детандер);
– электропривод; TL – температура подвода тепла TH – температура
Принцип действия теплового насоса (ТН) основан на работах Карно и
заключается в способе переноса тепловой энергии от менее нагретого
источника (нижнего) к верхнему источнику с помощью затраты работы (в
соответствии со вторым законом термодинамики). Для этого как и в
холодильных установках применяются рабочие вещества (хладагенты) которые
при давлениях близких к атмосферному кипят при низкой температуре. В
испаритель теплового насоса подводят низкопотенциальное тепло из окружающей
среды хладагент кипит и превращается в пар. Из испарителя образовавшиеся
пары хладагента забираются компрессором сжимаются до более высокого
давления температура паров при этом увеличивается. Далее парообразный
хладагент попадает в конденсатор в котором он охлаждается передавая свое
тепло воздуху или воде и конденсируется – переходит в жидкое состояние.
При этом пар охлаждаясь отдает не только энергию полученную в испарителе
от нижнего источника но и энергию эквивалентную работе сжатия
затраченной компрессором. К потребителю следовательно с нагретым потоком
охладителя подается сумма энергий испарения и работы сжатия т.е.
коэффициент преобразования энергии в ТН превышает единицу. Далее на пути
жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль понижающий
давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый
гидравлический контур на 2 части: сторону высокого давления и сторону
низкого давления. Проходя через расширительный вентиль часть жидкости
испаряется и температура потока понижается. Далее этот поток поступает в
теплообменник (испаритель) связанный с окружающей средой (например
воздухом или грунтом). При низком давлении жидкость испаряется при
температуре ниже чем температура наружного воздуха и грунта. Газообразный
хладагент вновь поступает в компрессор.
Можно сказать что работа компрессора идет не столько на «производство
теплоты» сколько на её перемещение. Тепловой насос можно использовать и
для охлаждения воздуха в помещении летом.
Системы теплоснабжения основанные на применении теплового насоса
отличаются экологической чистотой так как работают без сжигания топлива и
не производят вредных выбросов в атмосферу. Кроме того они характеризуются
экономичностью: например при подводе к тепловому насосу 1кВт
электроэнергии в зависимости от режима работы и условий эксплуатации можно
получить до 3 – 5 кВт тепловой энергии. Причем одна теплонасосная
установка одновременно способна обеспечить тепловые нагрузки на отопление и
горячее водоснабжение. Системы отопления бывают моновалентные и
бивалентные. Различие между двумя видами состоит в том что моновалентные
системы имеют один источник тепла который полностью покрывает потребность
в отоплении. Бивалентные системы имеют в своем составе два источника тепла
для расширения диапазона рабочих температур. Например к тепловому насосу в
Выбор схемы включения теплового насоса зависит от таких основных
– уровня необходимых температур для потребителя (традиционное
отопление напольное или панельное отопление горячее водоснабжение);
– источника низкотемпературного тепла (грунт грунтовые воды
поверхностные воды воздух);
– соотношения цен на топливо и электроэнергию.
При традиционном отоплении максимальная температура теплоносителя
должна быть в пределах 90 – 95 0С напольном или панельном – 35 – 45 0С на
горячее водоснабжение вода должна поступать с температурой 60 0С.
Предельная температура подачи воды в системах со стандартными моделями
тепловых насосов составляет 60 0С. Это означает что в ряде случаев воду
необходимо догревать с помощью резервного котла или электро-нагревателя.
Общедоступным источником низкопотенциальной теплоты является
атмосферный воздух который широко используется для малых теплонасосных
установок. Однако низкие значения температуры воздуха малая теплоемкость и
коэффициент теплоотдачи не позволяют достичь приемлемых показателей
энергетической эффективности установок.
Источником низкопотенциальной теплоты может служить грунт. Температура
грунта на глубине ниже 20 м практически постоянна (порядка 5 – 10 0С). С
помощью погружных зондов тепловой насос собирает низкотемпературное тепло
из этого источника который не зависит от времени года и региона. Грунтовые
теплообменники в вертикальных скважинах в последние 10 – 15 лет широко
применяются в качестве низкотемпературного источника для систем отопления и
горячего водоснабжения с использованием ТН.
В качестве источника низкопотенциальной теплоты могут служить
слабоминерализованные геотермальные или поверхностные воды.
Вместе с другими источниками тепла для тепловых насосов широко
применяют плоские коллекторы размещенные на крышах. Солнечные коллекторы
могут использоваться самостоятельно в теплонасосных схемах а также в
схемах с аккумуляторами тепла (как источник тепла для тепловых насосов в
облачные дни или ночью) [26].
Подавая тепло в испаритель при температуре более высокой чем
окружающий воздух грунт или вода солнечные коллекторы повышают
характеристики теплового насоса (рис. 4.12).
Обычно промежуточный теплоноситель – вода передает тепло от коллектора
к испарителю. Но может быть и полное совмещение коллектора с испарителем
когда хладагент испаряется непосредственно внутри трубок солнечного
Часто тепло от солнечного коллектора подается в жидкостный тепловой
аккумулятор куда погружены трубки испарителя. Тепловой аккумулятор играет
существенную роль в любой солнечной теплонасосной системе. В доме фирмы
«Филипс» например солнечный коллектор (20 м2) собирает в год 36 – 44 ГДж
тепла (при среднем КПД 50 %) сохраняемого в баке 40 м3 при температуре до
0С. Была предложена схема дома с минимальным потреблением энергии
использующим три тепловых насоса: один для передачи тепла с повышением
температуры от солнечного коллектора к аккумулятору второй – от
аккумулятора к системе отопления и третий – от аккумулятора к системе
горячего водоснабжения.
На рис. 4.13 показана схема включения теплового насоса и солнечного
коллектора в автономную систему теплоснабжения [27]. Тепловой насос
снабжает теплом отопительный контур. В переходный период в зависимости от
интенсивности солнечного излучения отопительный контур может
обеспечиваться теплом только с помощью солнечного коллектора. Тепловой
насос включается если количества тепла подаваемого солнечным коллектором
При высокой интенсивности солнечного излучения нагрев воды для
горячего водоснабжения осуществляют исключительно с помощью солнечного
коллектора. При отсутствии солнечного излучения для приготовления горячей
воды включается тепловой насос. Таким образом данная схема может работать
без резервного котла на органическом топливе. При необходимости
дополнительного нагрева воды до требуемого уровня температур включается
система электрообогрева в емкостном водоподогревателе.
Новосибирск) завод «Компрессор» (г. Москва) группа компаний «Инсор»
– фирма «ЭКИП» (г. Москва).
Рис.4.13. Схема теплонасосной установки с солнечным коллектором:
A – тепловой насос; B – вторичный насос; C – трехходовой переключающий
клапан: отопление – ГВС; D – в систему отопления; E – теплообменник; F –
циркуляционный насос греющего контура емкостного водонагревателя; G –
емкостной водонагреватель; H – датчик температуры емкостного
водонагревателя; K – ограничитель объемного расхода; L – двухходовой
клапан; M – датчик температуры емкостного водонагревателя; N –
циркуляционный насос контура солнечной установки; O – датчик температуры
солнечного коллектора; P – солнечный коллектор; R – датчик наружной
температуры; Z – грунтовой зонд. Условные обозначения трубопроводов:Т1 –
прямой трубопровод (ТНУ); Т2 – обратный трубопровод (ТНУ); Т3 – прямой
трубопровод (солнечный коллектор); Т4 – обратный трубопровод (солнечный
коллектор); ХВ – трубопровод холодной воды; ГВ – трубопровод горячей воды
Европейские производители – такие фирмы как «Viessmann» (Германия)
«NIBE» (Швеция) «Evronom» (Швеция) и др. – поставляют на российский рынок
широкий модельный ряд тепловых насосов.
Известно что производительность тепловых насосов использующих для
обогрева помещений низкопотенциальное тепло наружного воздуха уменьшается
при снижении его температуры. Например при температуре – 20 0С
теплопроизводительность ТН на 40 % меньше номинального значения
измеренного при [pic]. Поэтому большой интерес для потребителей в России
могут представлять разработанные в Японии фирмой «Mitsubishi Electric» ТН
нового поколения серии «Zubadan Inverter» которые обеспечивают стабильную
теплопроизводительность при понижении температуры наружного воздуха до –
0С. Технические характеристики некоторых типов тепловых насосов приведены
к рабочей программе по дисциплине «Автономные системы теплоснабжения»
для магистров по направлению 270800 «Строительство» профиль
«Теплогазоснабжение и вентиляция»
Раскрытие сложной лекционной темы
«Использование возобновляемых источников тепла для автономных систем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение учреждение
высшего профессионального образования высшего профессионального образования
РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра ТГС Кафедра ТГС
Дисциплина Автономные системы теплоснабжения Дисциплина Автономные системы теплоснабжения
Экзаменационный билет № 1. Экзаменационный билет № 2.
Основные типы автономных котельных. Преимущества и недостатки автономного теплоснабжения.
Тепловые схемы автономных котельных с коллекторами малых Особенности монтажа гидравлического регулятора.
перепадов давления.
Зав. кафедрой Тгс [pic] Иванов В.В.
Экзаменационный билет № 3. Экзаменационный билет № 4.
Основные типы котлов для автономных котельных. Классификация систем по мощности.
Возможности упрощения тепловой схемы автономного Основные требования к оборудованию автономных источников
источника тепла. тепла.
Экзаменационный билет № 5. Экзаменационный билет № 6.
Классификация котлов по рабочим параметрам. Низкотемпературные и конденсационные котлы. Особенности
Классификация систем солнечного теплоснабжения. конструкции.
Основные типы коллекторов и способы размещения
Экзаменационный билет № 7. Экзаменационный билет № 8.
Классификация гидравлических схем водогрейных Выбор сетевого насоса. Расчет производительности.
низкотемпературных котельных. Принципы расчета гелиоустановки с плоскими солнечными
Схема включения солнечных коллекторов в систему горячего коллекторами.
Дисциплина Автономные системы теплоснабжения. Дисциплина Автономные системы теплоснабжения
Экзаменационный билет № 9. Экзаменационный билет № 10.
Принцип работы гидравлического разделителя. Основные Системы горячего водоснабжения от автономных
схемы включения в схему котельной. теплогенераторов.
Основные схемы включения тепловых насосов в систему Бивалентные схемы работы тепловых насосов.
Экзаменационный билет № 11. Экзаменационный билет № 12.
Особенности работы проточных автономных теплогенераторов.Особенности использования емкостных теплогенераторов в
Бивалентно-параллельные режимы работы ТН с водогрейными системах горячего водоснабжения.
котлами. Бивалентно-альтернативные режимы работы ТН с водогрейными
Зав. кафедрой Тгс [pic] Иванов В.В. Зав. кафедрой Тгс [pic] Иванов В.В.
Экзаменационный билет № 13. Экзаменационный билет № 14.
Обеспечение гидравлической и тепловой взаимосвязи систем Принципиальные тепловые схемы без использования
отопления. коллекторов малых перепадов давления.
Комплексная схема теплоснабжения с тепловыми насосами и Комплексная схема для теплоэнергоснабжения с солнечными
гелиоколлекторами. коллекторами и тепловыми насосами.
Экзаменационный билет № 15. Экзаменационный билет № 16.
Выбор циркуляционного насоса первичного контура
теплогенератора. Устройства гидравлической балансировки схем.
Методы расчета экономической эффективности автономного Методы повышения эффективности систем автономного
теплоснабжения. теплоснабжения.

Титульный лист и задание Азарова.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Ростовский государственный строительный университет»
Кафедра «Теплогазоснабжения»
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
по дисциплине «Автономные системы теплоснабжения»
Тема: РАСЧЕТ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ ВОДОГРЕЙНОЙ КОТЕЛЬНОЙ ДЛЯ ЗАКРЫТОЙ СИСТЕМЫ
(фамилия имя отчество)
Руководитель проекта доцент кандидат технических наук
(уч. звание уч. степень должность)
Мазурова Ольга Константиновна
(дата роспись руководитель)
Проект защищен с оценкой
к.т.н. доц. Тихомиров С.А.
ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
Студенту группы ЗМТВ-201
Тема проекта (работы) «Расчет тепловой схемы водогрейной котельной
для закрытой системы теплоснабжения».
Срок сдачи проекта (работы)
Исходные данные к проекту (работе): состав природного газа
климатические данные тепловые нагрузки система теплоснабжения -
закрытая расчетный перепад температур в тепловой сети.
Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих
разработке вопросов): теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания
расчет тепловой схемы водогрейной котельной графики теплопотребления
регулирование отпуска тепла.
Перечень графического материала (с точным указанием обязательных
чертежей): тепловая схемы водогрейной котельной для закрытой системы
теплоснабжения графики теплопотребления график центрального
качественного регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке.
Руководитель проекта (работы): Мазурова Ольга Константиновна
Задание получил обучающийся Азарова Т.Д.

МУ.doc

1. Исходные данные для проектирования
содержание и объем курсового проекта
В курсовом проекте разрабатывается тепловая схема водогрейной
котельной для закрытой системы теплоснабжения графики теплопотребления и
график качественного регулирования отпуска теплоты по отопительной
Исходными данными для проектирования являются: район строительства
система теплоснабжения (закрытая) расчетные температуры теплоносителя
тепловые нагрузки на отопление вентиляцию и горячее водоснабжение состав
природного газа в зависимости от месторождения.
Для заданного города принимают следующие климатологические данные:
расчетную температуру наружного воздуха для проектирования отопления t0
[p среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период tот
[p продолжительность отопительного периода z сут. Исходные данные для
проектирования следует принимать по прил.1 и прил.2 с выбором варианта
задания по последней и предпоследней цифре зачетной книжки. Дополнительно
из прил.3 следует принять продолжительность стояния температур наружного
воздуха с интервалом 5 [pic] в течение отопительного периода в часах.
Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки объемом 20-
страниц формата А-4 и графической части включающей в себя 1 лист
Расчетно-пояснительная записка должна содержать следующие разделы:
а) содержание исходные данные описание основных технических
б) расчет процессов горения;
в) построение графиков теплопотребления;
г) построение графика качественного регулирования отпуска теплоты
по отопительной нагрузке;
д) расчет тепловой схемы котельной.
Все расчеты в записке должны сопровождаться соответствующими
пояснениями ссылками на источники и проводиться в единицах СИ. Ссылки на
литературу помещаются в тексте в квадратные скобки формулы нумеруются а
схемы графики и таблицы кроме нумерации должны иметь и названия. В конце
пояснительной записки должен быть приведен в алфавитном порядке список
используемой литературы норм каталогов типовых проектов альбомов с
точным указанием авторов названия издания места издания года издания и
В графическую часть проекта входят следующие чертежи:
тепловая схема водогрейной котельной для закрытой системы
графики теплопотребления;
график качественного регулирования отпуска теплоты по
отопительной нагрузке.
РАСЧЕТ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
Определить теоретический и действительный объемы воздуха и количество
продуктов сгорания при сжигании природного газа.
Теоретический расход сухого воздуха необходимого для сжигания 1
где СН4 С2Н6 и т.д. - объемное содержание газов в смеси %
Действительный расход воздуха м3м3 вследствие несовершенства
смешения горючего газа и окислителя в процессе горения принимается
несколько больше теоретического
где VТ - теоретический расход сухого воздуха м3м3
( - коэффициент избытка воздуха ( = 11
Теоретический объем азота м3м3
Теоретический объем трехатомных газов м3м3
Теоретический объем водяных паров м3м3
ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ
Для построения часовых графиков расходов теплоты на отопление и
вентиляцию достаточно использовать два значения тепловых потоков:
максимальные QОВ и определенные при температуре наружного воздуха tн= +8
оС. При определении тепловых потоков на отопление и вентиляцию для любых
температур наружного воздуха tн используют следующие зависимости:
где ti =18(C– нормируемая температура внутреннего воздуха отапливаемых
Отложив на графике значения QОВ при tн= +8 0С а также значения QОВ
при t0 и соединив их прямой получим графики QОВ = f (tн).
Для построения часового графика расхода теплоты на горячее
водоснабжение определим используя формулу пересчета среднечасовой расход
теплоты на горячее водоснабжение для неотопительного периода
где [pic]температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период
tc – температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период
( – коэффициент учитывающий изменение среднего расхода воды на
горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному
График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не
зависит от температуры наружного воздуха и будет представлять собой
прямую параллельную оси абсцисс с ординатой QГВ для отопительного периода
и с ординатой QГВs – для неотопительного.
Для построения годового графика теплоты по продолжительности тепловой
нагрузки необходимо знать продолжительность стояния температур наружного
воздуха в часах с интервалом 50C и продолжительность отопительного периода.
График по продолжительности тепловой нагрузки строится на основании
суммарного часового графика [pic]. Для этого из точек на оси температур
(+8 0 -5 -10 -15 to) восстанавливаем перпендикуляры до
пересечения с линией суммарного часового графика и из точек пересечения
проводим горизонтальные прямые до пересечения с перпендикулярами
восстановленными из точек на оси продолжительности соответствующих данным
температурам (прил.3). Соединив найденные точки плавной кривой получим
график по продолжительности тепловой нагрузки за отопительный период.
Пример построения графиков теплопотребления.
Город строительства: Москва;
t0= -25°C; n0 =205 сут. = 4920 ч.
Тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях при
расчетном режиме следующие:
- на отопление и вентиляцию Qо.в = 523 МВт;
- на горячее водоснабжение Qг.в = 174 МВт.
Тепловые потоки на отопление и вентиляцию:
Отложив на графике значения Qov при tн= +8 0С а также значения
Qovmax при t0 и соединив их прямой получим графики Qov = f (tн).
Среднечасовой расход теплоты на горячее водоснабжение для
неотопительного периода
прямую параллельную оси абсцисс с ординатой Qhm для отопительного периода
и с ординатой [pic] – для неотопительного.
ГРАФИКИ КАЧЕСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ОТПУСКА
ТЕПЛОТЫ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
При качественном регулировании задача состоит в определении
температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход воды остается
постоянным в течение всего отопительного сезона.
Температура воды в подающей и обратной магистралях в течение
отопительного периода т.е. в диапазоне температур +8(С - t0 (С
рассчитывается по формуле:
Подающая магистраль -
Обратная магистраль –
[pic] температурный напор нагревательного прибора (С:
[pic]расчетная температура в обратной магистрали ([pic]).
[pic]относительный расход тепла на отопление:
[pic]расчетная разность температур сетевой воды (С:
[pic] расчетный перепад температур в системе отопления (С:
Задаваясь различными значениями температур наружного воздуха tН в
пределах +8(С ( t0 (С определяем (01(02
Все результаты вычислений сводим в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Температура сетевой воды в подающей и обратной магистрали
в зависимости от температуры наружного воздуха.
В1.1 Трубопровод исходной воды
Т3.4 Трубопровод химочищенной воды
Т11 Трубопровод прямой сетевой воды
Т22 Трубопровод обратной сетевой воды
Т81 Трубопровод конденсата с производства
Т86 Трубопровод конденсата дымовых газов
Т91 Трубопровод питательной воды
Т94 Трубопровод подпиточной воды
Т95 Трубопровод дренажный напорный
Т96 Трубопровод дренажный безнапорный
Т97 Трубопровод атмосферный
Т98 Трубопровод паровоздушной смеси
Буквенно-цифровые обозначения трубопроводов при изображении их на
схеме указывают на полках линий-выносок или над линией трубопровода либо -
в разрывах линий труб.
2. Принципиальная тепловая схема котельной.
На рисунке 5.1. показана принципиальная схема отопительной котельной с
водогрейными котлами работающей на закрытую систему теплоснабжения.
Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м
вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же от подпиточных насосов 5
подводится вода компенсирующая утечки теплоносителей в тепловых сетях. К
насосам подается и горячая сетевая вода теплота которой частично
использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой
Для обеспечения температуры воды перед котлами заданной по условиям
предупреждения коррозии в трубопровод за сетевым насосом 2 подают
необходимое количество горячей воды вышедшей из водогрейных котлов 1.
Линию по которой подают горячую воду называют рециркуляционной. Вода
подается рециркуляционным насосом 3 перекачивающим нагретую воду. При всех
режимах работы тепловой сети кроме максимального зимнего часть воды из
обратной линии после сетевых насосов 2 минуя котлы подают в количестве
Gnep по линии перепуска в подающую магистраль. Здесь обратная вода
смешиваясь с горячей водой из котлов обеспечивает заданную расчетную
температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавляемая в трубы
химически очищенная вода подогревается в теплообменниках 8 9 11 и
освобождается от растворенных газов в деаэраторе 10. Для подпитки тепловых
сетей из бака 6 подпиточный насос 5 подает воду в обратную линию
теплотрассы. Недостатком закрытых систем является некоторое удорожание
оборудования абонентских узлов горячего водоснабжения.
Рис.5.1. Тепловая схема водогрейной котельной для закрытой системы
- котел водогрейный; 2 - насос сетевой воды; 3 - насос
- насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак подпиточной воды;
- подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химически очищенной воды;
- охладитель подпиточной воды; 10 - деаэратор; 11- охладитель выпара:
Для сокращения расхода воды на рециркуляцию ее температура на выходе
из котлов поддерживается как правило выше температуры воды в подающей
линии тепловых сетей. Только при расчетном максимально зимнем режиме
температуры воды на выходе из котлов и в подающей линии тепловых сетей
будут одинаковы. Для обеспечения требуемой расчетной температуры воды в
тепловых сетях к выходящей из котлов воде подмешивается вода из обратного
трубопровода. Для этого между подающим и обратным трубопроводами монтируют
линию перепуска воды.
Наличие подмешивания и рециркуляции воды приводит к режимам работы
стальных водогрейных котлов отличающимся от режима тепловых сетей.
Водогрейные котлы надежно работают лишь при условии поддержания постоянства
количества воды проходящей через них. Расход воды должен поддерживаться в
заданных пределах независимо от колебаний тепловых нагрузок. Поэтому
регулирование отпуска тепловой энергии в сеть необходимо осуществлять путем
изменения температуры воды на выходе из котлов.
Для уменьшения наружной коррозии труб водогрейных котлов необходимо
поддерживать температуру воды на входе в котлы выше температуры точки росы
дымовых газов. Рекомендуются следующие минимально допустимые температуры
воды на входе в котлы: при работе на природном газе - 60°С; при работе на
малосернистом мазуте - 70°С; при работе на высокосернистом мазуте -
В связи с тем что температура воды в обратных линиях тепловых сетей
почти всегда ниже 60°С в тепловых схемах водогрейных котельных
предусматривают рециркуляционные насосы и соответствующие трубопроводы. Для
определения необходимой температуры воды за стальными водогрейными котлами
должны быть известны режимы работы тепловых сетей которые отличаются от
графиков или режимных карт котельных агрегатов.
На основе расчета принципиальной тепловой схемы и после выбора
единичных производительностей основного и вспомогательного оборудования
котельной составляется полная развернутая тепловая схема с несколькими
водогрейными котлами. Для каждой технологической части котельной обычно
составляются раздельные развернутые схемы т. е. для оборудования
собственно котельной системы химводоочистки и мазутного хозяйства.
3. Цели и задачи расчета тепловых схем.
Главной целью расчета тепловой схемы котельной является:
- определение общих тепловых нагрузок состоящих из внешних нагрузок и
расходов теплоты на собственные нужды и распределение этих нагрузок в
отдельных частях котельной для обоснования выбора основного оборудования;
- нахождение тепловых и массовых потоков необходимых для выбора
вспомогательного оборудования вычисление диаметров трубопроводов и
- определение исходных данных для дальнейших технико-экономических
расчетов (годовых выработок теплоты годовых расходов топлива и др.).
Основными исходными данными для расчета тепловой схемы водогрейной
котельной при закрытой системе теплоснабжения являются:
- расчетная температура наружного воздуха tн °С;
- максимальная температура воды в подающем трубопроводе 1 °C;
- максимальная температура воды в обратном трубопроводе 2 °C;
- температура сырой воды на входе в котельную [p
- температура нагрева воды горячего водоснабжения [p
- температура деаэрированной воды после деаэратора [p
- отпуск теплоты на отопление и вентиляцию Qо.в МВт ;
- отпуск теплоты на горячее водоснабжение Qг.в МВт ;
- коэффициент сохранения тепла подогревателей воды [p
Выбор отмеченных и других необходимых исходных данных описан по мере
Расчет тепловой схемы позволяет определить суммарную тепло-
производительность котельной установки при нескольких характерных режимах
ее работы. По известным суммарным расходам пара и горячей воды производится
выбор типа количества и производительности котельных агрегатов. После
выбора котлов производится подбор необходимого для их работы
вспомогательного оборудования т.е. различных теплообменных аппаратов
аппаратуры водоподготовки насосов баков и пр. Все выбранное
оборудование и трубопроводы для различного вида теплоносителей наносятся на
тепловую схему. Для удобства обозначения и чтения тепловых схем
целесообразен следующий порядок размещения условных обозначений
оборудования на схеме: в верхнем ряду наносят обозначения котельных
агрегатов и деаэраторов ниже - теплообменников затем - насосов различных
емкостей или баков а под ними - дренажных продувочных и прочих колодцев
отводящих и подводящих трубопроводов пара воды конденсата.
Повышенная сложность тепловых схем современных котельных установок
приводит к расчету их методом последовательных приближений. Для каждого из
элементов тепловой схемы составляется уравнение теплового и материального
баланса решение которого позволяет определить неизвестные расходы и
энтальпии. Общая увязка этих уравнений число которых зависит от параметров
теплоносителей системы горячего водоснабжения и ряда других условий
осуществляется составлением материального и теплового баланса деаэратора
куда сходятся основные потоки рабочего тела. Ряд величин необходимых для
увязки тепловой схемы получают из расчета элементов и устройств связанных
При отсутствии всех необходимых сведений на основе опыта
проектирования рядом величин можно предварительно задаваться. Например для
определения расхода горячей воды на собственные нужды котельной ГПИ
«Сантехпроект» рекомендует предварительно принимать следующие величины
-на деаэрацию питательной воды и подогрев сырой и химически очищенной
воды при закрытой системе теплоснабжения от 1 до 10 % суммарного отпуска
тепловой энергии внешним потребителям;
-на потери теплоты внутри котельной 2 - 3 % той же величины.
Общие расходы теплоты на собственные нужды котельной целесообразно
определять исходя из отопительных и вентиляционных нагрузок здания
котельной потерь теплоты поверхностью изоляции трубопроводов оборудования
и теплообменных аппаратов потерь тепловой энергии с выбрасываемой в
канализацию водой (собственные нужды водоподготовки) затрат теплоты на
мазутоснабжение. Следует учитывать и другие статьи (выпар из деаэраторов
отбор проб утечки через неплотности горячее водоснабжение душевых)
которые условно оцениваются в размере 02 % установленной
теплопроизводительности котлов.
На основе анализа выпущенных проектов составлены упрощенные
эмпирические формулы для определения перечисленных выше расходов теплоты на
собственные нужды котельной. Потребности тепловой энергии внешних
потребителей как правило определяются схемами теплоснабжения промышленных
предприятий или жилых районов городов.
При расчетах тепловых схем задаются температурой воды идущей на
химводоочистку в пределах 20 - 30 °С исходной воды поступающей в
котельную зимой - 5 °С летом - 15 °С. Потери воды в тепловых сетях с
закрытой системой горячего водоснабжения принимаются равными 05 % объема
воды в сетях а при отсутствии данных об объеме равными 15 - 20 %
часового расхода воды в сети. Приняв предварительно указанные величины
можно выполнить первое приближение расчета тепловой схемы. При отличии
расчетных величин от ранее принятых более трех процентов нужно повторить
расчет принимая в качестве исходных полученные значения. Это второе
приближение как правило обеспечивает необходимую сходимость вычислений.
В качестве примера используя методику [1] рассмотрим алгоритм
расчета тепловой схемы отопительной водогрейной котельной для закрытой
системы теплоснабжения изображенной на рисунке. Вычисления даются в
международной системе единиц измерения СИ.
4. Методика расчета тепловой схемы водогрейной котельной.
Расчет выполняется для приведенной на рисунке принципиальной тепловой
схемы котельной. Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых
и общественных зданий для нужд отопления вентиляции и горячего
водоснабжения. Тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях
при расчетном зимнем режиме следующие: на отопление и вентиляцию - Qо.b
МВт; на горячее водоснабжение - Qг.в МВт.
Расчет выполняется для максимального зимнего режима работы системы
теплоснабжения и для двух температур воды на входе и выходе из котлов.
Температура воды на входе в котлы поддерживается постоянной - [pic]=70°С
на выходе из котлов [pic] = 150°С. При отпуске теплоты на отопление и
вентиляцию Qо.b МВт и на горячее водоснабжение Qг.в МВт общая
теплопроизводительность котельной составляет Qк = Qо.b+ Qг.в МВт.
Расчетный расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции
где [pic]и [pic]- температуры воды подающей и обратной линий тепловых
Расчетный расход воды для нужд потребителей горячего водоснабжения
[pic]= [pic]=[pic] кгс.[pic]
Здесь и далее при выполнении расчетов энтальпия воды [pic] в
различных участках х тепловой схемы котельной определяется произведением
теплоемкости этой воды св = 419 кДжкг на ее температуру [pic] т.е.
При применении смешанной схемы подогрева воды для горячего
водоснабжения используется теплота обратной сетевой воды после систем
отопления и вентиляции [1]. В этом случае температура обратной сетевой воды
после местных теплообменников горячего водоснабжения определяется по
[pic]= [pic]= [pic] ºC.
Суммарный расчетный расход сетевой воды
G = Gо.в + Gг.в кгс.
Расход воды на подпитку тепловых сетей при потерях 2% от расхода
сетевой воды для нужд отопления и вентиляции
Gподп = [pic]Gо.в кгс.
Расход сырой воды на химводоочистку при собственных нуждах последней
% от ее производительности
Gс.в= [pic]Gподп кгс.
Температура химически очищенной воды после охладителя подпиточной воды
где [pic] кгс - предварительно принятый расход химически очищенной воды.
Задаваясь расходом греющей воды [pic] кгс и температурой на выходе из
подогревателя следующей ступени подогрева химически очищенной воды [pic]
°С определяем температуру воды поступающей в деаэратор:
С учетом подсчитанных величин температура сырой воды перед
Расход греющей воды на деаэраторную установку определяется из
уравнения теплового баланса:
Подставляя в это уравнение теплового баланса известные значения
физических величин находят искомый расход греющей воды на деаэраторную
установку [pic] кгс.
При составлении баланса количества воды в котельной установке величину
[pic] следует учитывать при определении расхода воды на подпитку тепловых
сетей. В этом случае расход химически очищенной воды на подпитку определяют
Потери воды в охладителе выпара незначительны. Поэтому при составлении
уравнения баланса этими потерями можно пренебречь без ущерба для точности
При принятой температуре воды на входе в котлы [pic]=70 °С
температура воды на выходе из котлов составляет [pic]=150 °С. Тогда
соответствующий расход воды через котлы находят по формуле:
При температуре обратной воды [pic]°С (температура обратной сетевой
воды в точке излома температурного графика) для получения температуры воды
на входе в котлы 70 ºС нужен следующий расход воды на рециркуляцию:
Для основного расчетного режима котельной соответствующего
максимальной зимней теплопроизводительности котлов расход воды в
перепускную линию отсутствует т.е.
Для проверки правильности выполненного расчета тепловой схемы нужно
составить баланс количества воды для всей котельной установки.
Расход сетевой воды через обратный трубопровод определяют по формуле
Gобр = G ( Gподп кгс
а расчетный расход воды через котлы будет равен
Поскольку часть воды после котлов идет на подогреватели в деаэратор и
на рециркуляцию расход сетевой воды на выходе из котельной составит:
Если разница между найденным ранее и уточненным расходом воды через
котлы незначительна (менее 05 %) то выполненный расчет принципиальной
тепловой схемы котельной можно считать законченным. В случае расхождения
величин G и [pic] более чем на 3 % необходимо произвести пересчет расходов
горячей воды на собственные нужды при той же теплопроизводительности
В данном примере расчета тепловой схемы котельной повышение
температуры воды перед сетевыми насосами за счет тепла вносимого с
подпиточной водой и охлажденной водой от подогревателя сырой воды не
учитывалось вследствие их малой величины (меньше 2 %). Для других режимов
работы котельной расчет тепловой схемы производится аналогично.
В тех случаях когда данные о расходе сетевой воды для нужд горячего
водоснабжения и подогрева воды у абонентов отсутствуют можно принять
следующий порядок определения этого расхода.
При известном расходе воды на горячее водоснабжение [pic]тепловая
нагрузка подогревателя первой ступени (на обратной линии сетевой воды)
может быть определена из уравнения
Здесь Δtв - минимальная разность температур подогреваемой и греющей
воды принимаемая равной 10 °С.
Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени где вода нагревается
прямой сетевой водой составит:
При известной величине тепловой нагрузки подогревателя второй ступени
расход сетевой воды на него определяют по формуле
Количество теплоты кВт необходимое для подогрева сырой воды перед
химводоочисткой определяется ее конечной и начальной энтальпией [pic]
расходом воды Gсв КПД теплообменника (под=098 составляет
Количество теплоты необходимое для подогрева химочищенной воды до
энтальпии соответствующей давлению в деаэраторе кВт
где iд – энтальпия воды в деаэраторе кДжкг
(i – снижение энтальпии химически очищенной воды кДжкг.
Упрощая в формуле можно пренебречь величиной (i без ущерба для
точности расчетов тогда получим
Суммарное количество теплоты кВт которое необходимо получить в
полный расход воды через них кгс
что при числе агрегатов n дает возможность найти расход воды через один
т.е. произвести определение единичной теплопроизводительности водогрейного
Пользуясь каталогами справочниками и указаниями СНиП II-35-76 от
98 г. подобрать соответствующий агрегат соблюдая условие что
Затем следует сопоставить расход воды через агрегат (Gкn с расходом
установленным заводом-изготовителем.
Если (Gкn(G завода изготовителя расчет можно считать законченным.
5. Пример расчета тепловой схемы водогрейной котельной для закрытой
системы теплоснабжения.
Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых и
общественных зданий для нужд отопления вентиляции и горячего
Тепловые сети работают по температурному графику 150(70°С. Для
горячего водоснабжения используется двухступенчатая последовательная схема
присоединения теплообменников для подогрева воды у абонентов.
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления
Подогрев сетевой воды перед химводоочисткой принят до 20°С ( от 5°С
зимой и 15°С летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при
атмосферном давлении.
теплоснабжения и для двух температур воды на входе и выхода из котлов.
Расчеты проводятся на основе годового графика нагрузки котельной с
учетом данных о продолжительности стояния температур наружного воздуха.
Температура воды на входе в котлы поддерживается постоянной -
[pic]=70°С на выходе из котлов [pic] = 150°С.
При отпуске теплоты на отопление и вентиляцию Qо.в = 523 МВт и на
горячее водоснабжение Qг.в = 174 МВт общая теплопроизводительность
котельной составляет Qк = 697 МВт.
[pic]и [pic]- температуры воды подающей и обратной линий тепловых
св ( теплоемкость воды кДж(кг°C);
(т.с ( коэффициент учитывающий потери в тепловых сетях.
Здесь и далее при выполнении расчетов энтальпии воды могут быть определены
как произведение теплоемкости воды св на ее температуру tв т.е. [pic]
Если св = 419 кДж(кг°C) то
Расчетом проверяется температура обратной сетевой воды после
местных теплообменников.
G = 156 + 0 = 156 кгс
Потери воды в закрытой системе теплоснабжения составляют до 2% от
расхода поэтому расход воды на подпитку тепловых сетей составит
Gподп = [pic]Gо.в кгс
Gподп = 002156 = 312 кгс
Расходы на собственные нужды химводоочистки могут составлять до 25-
% количества подпиточной воды тепловых сетей.
Поэтому расход сырой воды на ХВО (при 25% добавке) можно определить
Gс.в= 125 312 = 39 кгс
Химочищенная вода подогревается по разным схемам.
Определяем температуру химически очищенной воды после теплообменника
( охладителем подпиточной воды 9 установленного после деаэратора 10.
Составим уравнение теплового баланса
Выразим из этого уравнения [pic]
Примем предварительно расход химочищенной воды [pic]= 26 кгс в этом
Далее определяем температуру воды поступающей в деаэратор после
Задаемся расходом греющей воды [pic]=16 кгс и температурой на выходе из
подогревателя следующей ступени подогрева химически очищенной воды
С учетом подсчитанных величин определяем температуру сырой воды
перед химводоочисткой после подогревателя 7.
Задаемся расходом греющей воды [pic]
уравнения теплового баланса
При составлении баланса количества воды в котельной установке
величину Gгрд следует учитывать при определении расхода воды на подпитку
тепловых сетей. Расход химически очищенной воды на подпитку определяют по
[pic]= 312(072=24кгс.
Потери воды в охладителе выпара незначительны и при составлении
баланса ими можно пренебречь.
Расход воды через котлы при принятой температуре воды на входе в
котлы [pic]=70 °С на выходе из них [pic]=150 °С составит:
При температуре обратной воды [pic]=428 °С для получения
температуры воды на входе в котлы 70 ºС нужен следующий расход воды на
Для режима с максимальной теплопроизводительностью расход воды в
перепускную линию отсутствует
Для проверки правильности выполненного расчета тепловой схемы
нужно составить баланс количества воды для всей котельной установки.
Расход через обратный трубопровод сетевой воды
Gобр = G ( Gподп = 156 ( 312=15288 кгс
Расчетный расход воды через котлы будет
=15288+312+16+528 = 2104 кгс
Поскольку часть горячей воды после котлов идет на подогреватели в
деаэратор и на рециркуляцию расход сетевой воды на выходе из котельной
=2104 (072(16(528=1553 кгс
Разница между найденным ранее и уточненным расходом воды через котлы
незначительна (менее 05 %) поэтому выполненный расчет можно считать
Количество теплоты кВт необходимое для подогрева сырой воды
перед химводоочисткой
при (под=098 и [pic]= [pic]=17°С
Количество теплоты необходимое для подогрева химочищенной воды
при (под=098 и [pic]= [pic]=17°С Gхов = 24 кгс
Суммарное количество теплоты МВт которое необходимо получить в
Полный расчетный расход воды через котлы кгс
что при числе котлов n=4 дает возможность найти расход воды через один
Выбираем по табл. для установки в котельной котел КВ-ГМ-20 с
расходом воды Gк =687 кгс.
Тепловая мощность этого котла удовлетворяет условию [pic] т.е 20МВт
> 708 МВт и условию (G4(G т.е. 687>528 кгс.
Принимаем к установке 4 водогрейных котла КВ-ГМ-20.
Бузников Е.Ф. Роддатис К.Ф. Берзиньш Э.Я. Производственные и
отопительные котельные. - М.: Энергоатомиздат 1984.
Делягин Г.Н. Лебедев В.И. Пермяков Б.А. Хаванов П.А.
Теплогенерирующие установки. Учебник для вузов. - 2-е изд.
Сидельковский Л. Н. Юренев В. Н. Котельные установки промышленных
ГОСТ 21.205-93. Условные обозначения элементов санитарно-
технических систем. СПДС. Межгосударственный стандарт.- М. 1994.
ГОСТ 21.206-93. Условные обозначения трубопроводов. СДПС.
Межгосударственный стандарт. - М. 1994.
ГОСТ 21.606-95 (2003). Правила выполнения рабочей документации
тепломеханических решений котельных. Межгосударственный
стандарт. - М. 2003.
СНиП 23-01-99 (2000). Строительная климатология. - М. 2000.
ГОСТ 10617-83 (1999). Котлы отопительные. Общие технические
условия. Межгосударственный стандарт. - М. 1999.
Рис.4.2. Графики качественного регулирования
по отопительной нагрузке
Рис.2.2. Графики теплопотребления
Рис.2.1. Графики теплопотребления
Рис.4.1. Графики качественного регулирования

Азарова.doc

Газопровод Средняя Азия – Центр.
СН4 –938 % С4Н10 – 02 %
С2Н6 – 36 % С5Н12– 04 %
С3Н8 – 07% N2 – 07 %
QНС = 3756 МДжм3 (8970 ккалм3)
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОБЪЕМЫ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
1 Теоретический расход сухого воздуха необходимого для сжигания 1
где СН4 С2Н6 и т.д. - объемное содержание газов в смеси %
V0Н = 00476 ( (0 + 0 + 2 ( 938 + 35 ( 36 + 5 ( 07 + 65 ( 02 + 8 (
2. Действительный расход воздуха м3м3 вследствие несовершенства
смешения горючего газа и окислителя в процессе горения принимается
несколько больше теоретического
где VТ - теоретический расход сухого воздуха м3м3
( - коэффициент избытка воздуха ( = 11
VД =11 ( 991 = 109 м3м3
3. Теоретический объем азота
[pic]=[pic]=079991+00107=784 м3м3
4. Теоретический объем трехатомных газов
= 001(06+0+0+938+236+307+402+504)=106 м3м3
5. Теоретический объем водяных паров
= 001(0+0+2938+336+407+502+604+012410)+
РАСЧЕТ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ТЕПЛОВОЙ СХЕМЫ
ВОДОГРЕЙНОЙ КОТЕЛЬНОЙ ДЛЯ ЗАКРЫТОЙ СИСТЕМЫ
Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых и
общественных зданий для нужд отопления вентиляции и горячего
Тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях при
расчетном режиме следующие:
- на отопление и вентиляцию Qо.в = 16 МВт;
- на горячее водоснабжение Qг.в = 6 МВт.
Тепловые сети работают по температурному графику 150(70°С. Для
горячего водоснабжения используется двухступенчатая последовательная схема
присоединения теплообменников для подогрева воды у абонентов.
Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления
Подогрев сетевой воды перед химводоочисткой принят до 20°С ( от 5°С
зимой и 15°С летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при
атмосферном давлении.
Расчет выполняется для пяти характерных режимов работы системы
теплоснабжения и для двух температур воды на входе и выхода из котлов.
Расчеты отдельных режимов проводятся на основе годового графика
нагрузки котельной с учетом данных о продолжительности стояния температур
Температура воды на входе в котлы поддерживается постоянной -
[pic]=70°С на выходе из котлов [pic] = 150°С.
Основной расчет ведется на максимальный зимний режим.
При отпуске теплоты на отопление и вентиляцию Qо.в = 16 МВт и на
горячее водоснабжение Qг.в = 6 МВт общая теплопроизводительность котельной
составляет Qк = 22 МВт.
Расчетный расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции
[pic]и [pic]- температуры воды подающей и обратной линий
св ( теплоемкость воды кДж(кг°C);
(т.с ( коэффициент учитывающий потери в тепловых сетях.
Здесь и далее при выполнении расчетов энтальпии воды могут быть
определены как произведение теплоемкости воды св на ее температуру tв т.е.
Если св = 419 кДж(кг°C) то
Расчетный расход воды для нужд потребителей горячего водоснабжения
Расчетом проверяется температура обратной сетевой воды после
местных теплообменников.
[pic]= [pic]= [pic] ºC.
Суммарный расчетный расход сетевой воды
G = 477 + 0 = 477 кгс
Потери воды в закрытой системе теплоснабжения составляют до 2% от
расхода поэтому расход воды на подпитку тепловых сетей составит
Gподп = [pic]Gо.в кгс
Gподп = 002477 = 095 кгс
Расходы на собственные нужды химводоочистки могут составлять до 25-
% количества подпиточной воды тепловых сетей.
Поэтому расход сырой воды на ХВО (при 25% добавке) можно определить
Gс.в= [pic]Gподп кгс.
Gс.в= 125 095 = 119 кгс
Химочищенная вода подогревается по разным схемам.
Определяем температуру химически очищенной воды после теплообменника
( охладителем подпиточной воды 9 установленного после деаэратора 10.
Составим уравнение теплового баланса
Выразим из этого уравнения [pic]
Примем предварительно расход химочищенной воды [pic]= 08 кгс в этом
Далее определяем температуру воды поступающей в деаэратор после
Задаемся расходом греющей воды [pic]=048 кгс и температурой на
выходе из подогревателя следующей ступени подогрева химически очищенной
С учетом подсчитанных величин определяем температуру сырой воды
перед химводоочисткой после подогревателя 7.
Расход греющей воды на деаэраторную установку определяется из
уравнения теплового баланса
При составлении баланса количества воды в котельной установке
величину Gгрд следует учитывать при определении расхода воды на подпитку
тепловых сетей. Расход химически очищенной воды на подпитку определяют по
[pic]= 095(022=073кгс.
Потери воды в охладителе выпара незначительны и при составлении
баланса ими можно пренебречь.
Расход воды через котлы при принятой температуре воды на входе в котлы
[pic]=70 °С на выходе из них [pic]=150 °С составит:
При температуре обратной воды [pic]=428 °С для получения
температуры воды на входе в котлы 70 ºС нужен следующий расход воды на
Для режима с максимальной теплопроизводительностью расход воды в
перепускную линию отсутствует
Для проверки правильности выполненного расчета тепловой схемы
нужно составить баланс количества воды для всей котельной установки.
Расход через обратный трубопровод сетевой воды
Gобр = G ( Gподп = 477 ( 095=4675 кгс
Расчетный расход воды через котлы будет
=4675+095+048+167 =6488 кгс
Поскольку часть горячей воды после котлов идет на подогреватели в
деаэратор и на рециркуляцию расход сетевой воды на выходе из котельной
=6488 (022(048(167=4748 кгс
Разница между найденным ранее и уточненным расходом воды через котлы
незначительна (менее 05 %) поэтому выполненный расчет можно считать
Суммарное количество теплоты которое необходимо получить в котлах
Принципиальная тепловая схема котельной
На рис. 2.1. показана принципиальная схема отопительной котельной с
водогрейными котлами работающей на закрытую систему теплоснабжения.
Вода из обратной линии тепловых сетей с небольшим напором (20 - 40 м
вод. ст.) поступает к сетевым насосам 2. Туда же от подпиточных насосов 5
подводится вода компенсирующая утечки теплоносителей в тепловых сетях. К
насосам подается и горячая сетевая вода теплота которой частично
использована в теплообменниках для подогрева химически очищенной 8 и сырой
Для обеспечения температуры воды перед котлами заданной по условиям
предупреждения коррозии в трубопровод за сетевым насосом 2 подают
необходимое количество горячей воды вышедшей из водогрейных котлов 1.
Линию по которой подают горячую воду называют рециркуляционной. Вода
подается рециркуляционным насосом 3 перекачивающим нагретую воду. При всех
режимах работы тепловой сети кроме максимального зимнего часть воды из
обратной линии после сетевых насосов 2 минуя котлы подают в количестве
Gnep по линии перепуска в подающую магистраль. Здесь обратная вода
смешиваясь с горячей водой из котлов обеспечивает заданную расчетную
температуру в подающей магистрали тепловых сетей. Добавляемая в трубы
химически очищенная вода подогревается в теплообменниках 8 9 11 и
освобождается от растворенных газов в деаэраторе 10. Для подпитки тепловых
сетей из бака 6 подпиточный насос 5 подает воду в обратную линию
Принципиальная тепловая схема котельной с водогрейными котлами:
- котел водогрейный; 2 - насос сетевой воды; 3 - насос
рециркуляционный; 4 - насос сырой воды; 5 - насос подпиточной воды; 6 - бак
подпиточной воды; 7 - подогреватель сырой воды; 8 - подогреватель химически
очищенной воды; 9 - охладитель подпиточной воды; 10 - деаэратор;
Графики теплового потребления
Для построения часовых графиков расходов теплоты на отопление и
вентиляцию достаточно использовать два значения тепловых потоков:
максимальные Qovmax и определенные при температуре наружного воздуха tн= +8
оС. При определении тепловых потоков на отопление и вентиляцию для любых
температур наружного воздуха tн используют следующие зависимости:
где ti =18(C– нормируемая температура внутреннего воздуха отапливаемых
Отложив на графике значения Qov при tн= +8 0С а также значения
Qovmax при t0 и соединив их прямой получим графики Qov = f (tн).
Для построения часового графика расхода теплоты на горячее
водоснабжение определим используя формулу пересчета среднечасовой расход
теплоты на горячее водоснабжение для неотопительного периода
где [pic]температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный
tc – температура холодной (водопроводной) воды в отопительный
( – коэффициент учитывающий изменение среднего расхода воды
на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к
отопительному (( = 08).
График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не
зависит от температуры наружного воздуха и будет представлять собой
прямую параллельную оси абсцисс с ординатой Qhm для отопительного периода
и с ординатой [pic] – для неотопительного.
Для построения годового графика теплоты по продолжительности тепловой
нагрузки необходимо знать продолжительность стояния температур наружного
воздуха в часах с интервалом 50C и продолжительность отопительного периода.
График по продолжительности тепловой нагрузки строится на основании
суммарного часового графика [pic]. Для этого из точек на оси температур
(+8 0 -5 -10 -15 to) восстанавливаем перпендикуляры до
пересечения с линией суммарного часового графика и из точек пересечения
проводим горизонтальные прямые до пересечения с перпендикулярами
восстановленными из точек на оси продолжительности соответствующих данным
температурам. Соединив найденные точки плавной кривой получим график по
продолжительности тепловой нагрузки за отопительный период.
Данные сводим в табл. 3.1.
Место Температура наружного воздуха (С
-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 +8 г. Тула 10 24 70 206 456 2440
ЦЕНТРАЛЬНОЕ КАЧЕСТВЕННОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ
ОТПУСКА ТЕПЛОТЫ ПО ОТОПИТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
При качественном регулировании задача состоит в определении
температуры воды в зависимости от тепловой нагрузки. Расход воды остается
постоянным в течение всего отопительного сезона.
Температура воды в подающей и обратной магистралях в течение
отопительного периода т.е. в диапазоне температур +8(С - 26(С
рассчитывается по формуле:
Подающая магистраль -
Обратная магистраль –
[pic] температурный напор нагревательного прибора (С:
[pic]относительный расход тепла на отопление:
[pic]расчетная разность температур сетевой воды (С:
[pic] расчетный перепад температур в системе отопления (С:
Задаваясь различными значениями температур наружного воздуха tН в
пределах +8(С -26(С определяем (01(02
Все результаты вычислений сводим в табл. 4.1.
Таблица 4.1. Температура сетевой воды в подающей и обратной
магистрали в зависимости от температуры наружного воздуха.
tН (С +8 +5 0 -5 -10 -15 -20 -26 [pic] 0.217 0.283 0.391
500 0.609 0.652 0.826 1.000 [pic] 51.70 60.55 74.86 88.80
2.45 107.84 129.12 150.00 [pic] 34.31 37.94 43.56 48.80 53.75
По данным расчетов строятся графики качественного регулирования.
При этом температура сетевой воды в подающем трубопроводе закрытых
систем не должна быть ниже 70°С так как при более низких температурах
нагрев водопроводной воды в теплообменнике до 60-65°С будет невозможен. В
результате такого ограничения график температур имеет вид ломаной линии с
точкой излома при минимально допустимой температуре воды.
СНиП 23-01-99 Строительная климатология Госстрой России. - М; 2000.-66
СНиП 2.01.07- 86* Тепловые сети Минстрой России. - М; ЦПП 1994.
Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для ВУЗов. – 7-е
изд. стереот. – М.: Издательство МЭИ 2001. – 472 с.
Производственные и отопительные котельные Е.Ф. Бузников. - М.:
Энергоатомиздат 1984.
Расчет тепловых схем водогрейных котельных. Учебное пособие.
О.К. Мазурова В.И. Дунин. - Ростов-на-Дону: РГСУ 2007.

Исходные данные.doc

ПоследняРайон Климатические параметры Система Расчетный
я цифра строительств теплоснабжения перепад Тепловые нагрузки МВт
шифра а температур °С
КВ-ГМ-65 755 222 70 150
КВ-ГМ-40 465 1375 70 150
КВ-ГМ-10 116 343 70 150
КВ-ГМ-20 233 687 70 150
КВ-ГМ-30 35 103 70 150
КВ-ГМ-50 58 172 70 150