1.
2.
3.

Благодаря теплоснабжению дома и квартиры обеспечиваются теплом, а соответственно в них комфортно находиться. Одновременно с обогревом жилые строения, промышленные объекты, общественные здания получают горячее водоснабжение для бытовых или производственных потребностей. В зависимости от способа доставки теплоносителя на сегодняшний день существуют открытые и закрытые системы теплоснабжения.

Одновременно схемы обустройства систем теплообеспечения бывают:

• централизованными - ими обслуживаются целые жилые районы или населенные пункты;
• местными – для обогрева одного строения или группы зданий.

Открытые системы теплоснабжения

В открытой системе вода подается постоянно из теплоцентрали и это компенсирует ее расход даже при условии полного разбора. В советское время по такому принципу функционировало примерно 50% теплосетей, что объяснялось экономичностью и минимизацией затрат на обогрев и ГВС.

Но открытая система теплоснабжения имеет ряд недостатков. Чистота воды в трубопроводах не соответствует требованиям санитарно-гигиенических норм. Поскольку жидкость перемещается по трубам значительной протяженности, она становится другого цвета и приобретает неприятные запахи. Часто при взятии проб воды работниками санэпидемстанций из таких трубопроводов в ней обнаруживают вредоносные бактерии.

Желание очистить поступающую по открытой системе жидкость приводит к снижению экономичности теплоснабжения. Даже самые современные способы устранения загрязнений воды не способны преодолеть этот значительный недостаток. Поскольку протяженность сетей немалая, возрастают расходы, а эффективность очистки остается прежней.

Открытая схема теплоснабжения функционирует на основе законов термодинамики: горячая вода поднимается вверх, благодаря чему на выходе котла создается высокое давление, а на входе в теплогенератор - небольшое разряжение. Далее жидкость направляется из зоны повышенного давления в зону более низкого и в результате осуществляется естественная циркуляция теплоносителя.

Будучи в нагретом состоянии, вода имеет свойство увеличиваться в объеме, поэтому для данного типа отопительной системы требуется наличие открытого расширительного бака, такого как на фото – это устройство абсолютно негерметично и напрямую соединяется с атмосферой. Поэтому такое обеспечение теплом получило соответствующее название - открытая водяная система теплоснабжения.

В открытом типе вода нагревается до 65 градусов и потом подается к кранам водоразбора, откуда поступает к потребителям. Подобный вариант теплоснабжения позволяет пользоваться дешевыми смесителями вместо дорого теплообменного оборудования. Так как разбор подогретой воды неравномерен, по этой причине линии подачи конечному потребителю рассчитывают с учетом максимального потребления.

Закрытые системы теплоснабжения

Представляет собой закрытая система теплоснабжения конструкцию, в которой теплоноситель, циркулирующий в трубопроводе, используется только для обогрева и вода из тепловой сети не отбирается на горячее водоснабжение.

В закрытом варианте обеспечения обогрева помещений подача тепла регулируется централизованно, а количество жидкости в системе остается неизменной. Расход тепловой энергии зависит от температуры циркулирующего по трубам и радиаторам теплоносителя.

В системах теплоснабжения закрытого типа, как правило, используются тепловые пункты, в которые горячая вода поступает от поставщика теплоэнергии, например ТЭЦ. Далее температура теплоносителя доводится до нужных параметров для теплообеспечения и горячего водоснабжения и направляется потребителям.

Когда функционирует закрытая система теплоснабжения – схема поставки тепла обеспечивает высокое качество ГВС и энергосберегающий эффект. Ее главный недостаток - сложность водоподготовки по причине удаленности одного теплового пункта от другого.

Зависимая и независимая системы теплоснабжения

И открытая и закрытая система теплоснабжения могут подсоединяться двумя способами – зависимым и независимым.

Теплоснабжение – система подачи тепла в здания, для поддержания комфортных температур в помещениях в холодное время года. Системы снабжения теплом бывают централизованные и децентрализованные, зависимые и независимые открытые и закрытые. В этой статье представлено подробное объяснение принципов работы, а так же сравнение достоинств и недостатков закрытых и открытых систем теплоснабжения.

Система теплоснабжения состоит из следующих составляющих:

• предприятие, вырабатывающее тепло (котельная, электростанция);
• трубопроводы для транспортировки тепловой энергии (теплосети);
• потребители тепла (радиаторы, установленные в помещениях).

Классификация систем теплоснабжения

Различают следующие виды схем теплоснабжения.

По количеству вырабатываемого тепла классифицируют централизованные и децентрализованные виды теплоснабжения. В централизованных системах один источник тепловой энергии снабжает несколько зданий. В децентрализованной системе, каждое здание или группа домов, отдельные помещения вырабатывают тепло самостоятельно.

Классификация децентрализованных типов теплоснабжения, подразделяет их на индивидуальные, когда каждая квартира отапливается самостоятельно и местные — где источник тепла обогревает весь многоквартирный дом.

По способу подключения к сетям классифицируют зависимые и независимые типы систем теплоснабжения. Зависимые – когда теплоноситель (жидкость или пар) нагревается в котельной и, проходя по трубопроводной сети, поступает в радиаторы отапливаемого помещения. Независимые – жидкость из теплосети, проходит через теплообменник и нагревает теплоноситель отопления дома (теплоноситель, который нагревается в котельной, не попадает в систему теплоснабжения дома).

По способу устройства горячего водоснабжения и нагрева воды различают открытые и закрытые виды подачи тепла.

Открытая система теплоснабжения

В открытой схеме теплоснабжения вода, нагреваемая на котельной, используется одновременно в горячем водоснабжении и в качестве теплоносителя отопительных приборов. Постоянный расход воды для нужд горячего водоснабжения приводит к необходимости регулярной подпитки теплосети. Из-за использования воды в горячем теплоснабжении её температура должна быть 65-70 градусов. Такая схема весьма устарела, она повсеместно использовалась в СССР.

Преимущества и недостатки открытого теплоснабжения

Преимущества открытого типа подачи теплоносителя:

• минимум оборудования так, как не требуется применение теплообменников;
• из-за того что температура воды ниже, потери при транспортировке по теплотрассам на большие расстояния меньше чем в закрытой системе.

Недостатки открытой схемы:

Грязная вода. Из-за большой протяжённости теплотрассы, поступающая в трубопроводы горячего водоснабжения жидкость, содержит большое количество грязи, ржавчины, которые она собирает по пути от котельной до потребителя. Из-за большой протяжённости трубопроводов теплоснабжения вода в кране может иметь неприятный запах и цвет и не соответствовать санитарным нормам. Установка же водоподготовительных устройств в каждом доме потребует существенных денежных затрат.

Высокая потребность в горячей воде в часы пик приводит к ощутимому падению давления в трубопроводах. Из-за чего вынуждает ресурсоснабжающие предприятия устанавливать дополнительные подкачивающие насосы и автоматику для контроля величины давления в системе. Иначе падение давления приведёт к меньшему количеству теплоносителя, проходящему через теплообогреватели в квартирах, и как следствие, снижению температуры воздуха в помещениях.

Высокие потери жидкости из тепловой системы вынуждают ставить на котельных, ТЭЦ и других производящих энергию предприятиях массивные установки для водоподготовки, которые очищают от солей и других примесей речную воду.

Отличия открытой и закрытой схемы водоснабжения

В закрытой системе, в отличие от открытой, используемая в качестве теплоносителя жидкость циркулирует по трубопроводам, не покидая их. Для горячего водоснабжения используется питьевая водопроводная вода, которая нагревается теплоносителем в специальных устройствах (теплообменниках), устанавливаемых в домах или центральных тепловых пунктах. В закрытых схемах температура воды в теплотрассе колеблется от 120 до 140 градусов, а потери жидкости отсутствуют или минимальны.

Плюсы закрытой схемы:

• для горячего водоснабжения подключается чистая водопроводная вода, в отличие от открытой схемы, соответствующая всем санитарно-гигиеническим нормам без примесей и неприятных запахов;
• нет необходимости устанавливать на теплоснабжающих предприятиях дополнительные насосы и приборы автоматического контроля параметров, так как давление в тепловой сети постоянное и не зависит от расхода горячей воды;
• на котельных и других источниках теплоснабжения не нужно устанавливать дополнительные установки водоподготовки, потому что циркулирующая жидкость, уже обессоленна и содержит минимальное количество примесей;
• энергосберегающий эффект, достигаемый за счёт регулировки нужной температуры подачи тепла на тепловых пунктах, выполняемый в автоматическом режиме.

К недостаткам этой системы отопления можно отнести дорогое оборудование и автоматику, необходимое для устройства пунктов обмена энергией, где регулируется температура нагрева водопроводной воды.

Второй недостаток это высокие температуры теплоносителей в магистральных теплотрассах и, как следствие, высокие потери тепла. Этот недостаток в сейчас потерял свою актуальность из-за применения технологии теплоизоляции труб пенополиуретаном, которая обеспечивает прочность изоляционного покрытия и эффективную защиту от тепловых потерь.

Использование тепловых пунктов

Для удешевления закрытой системы теплоснабжения на несколько домов или микрорайон устанавливают центральный тепловой пункт (ЦТП). ЦТП представляет собой помещение с теплообменниками, насосами и автоматическими устройствами для регулировки подачи воды. К этому зданию подводятся трубопроводы водоснабжения и тепловые сети.

Важно! Водопроводная вода проходит через теплообменники, и, нагреваясь, подаётся в круговую систему горячего водоснабжения, где циркулирует по контуру и по мере необходимости расходуется потребителями.

Использование ЦТП позволяет экономить расходы на строительство тепловых пунктов. Так как укрупнение теплообменной установки на несколько кварталов или микрорайон, уменьшает затраты на покупку и монтаж оборудования и автоматики, в сравнении с установкой теплового пункта в каждом доме.

Д.т.н. В.И. Шарапов, профессор, заведующий кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция», Ульяновский государственный технический университет

В крупных системах централизованного теплоснабжения, подключенных к ТЭЦ, применяются два способа горячего водоснабжения (ГВС) потребителей: приготовление воды необходимого качества и подогрев ее на ТЭЦ с последующим разбором горячей воды потребителями непосредственно из теплосети (в ) и подогрев водопроводной питьевой воды перед подачей потребителям сетевой водой в поверхностных теплообменниках местных тепловых пунктов ().

Исторически сложилось так, что в отечественных теплофикационных системах эти два способа ГВС используются в равной мере: например, Москва располагает крупнейшей в мире закрытой системой теплоснабжения, а - крупнейшей в мире открытой системой. Каждая из этих двух систем теплоснабжения обладает своими достоинствами и своими недостатками. Дискуссия о том, какая из этих двух систем лучше, началась с полемики патриархов теплофикации профессоров С.Ф. Копьева и Е.Я. Соколова в 40-50-е гг. прошлого века и не заканчивается до сих пор. Порядок выбора систем теплоснабжения при новом проектировании долгое время регламентировался несовершенными рекомендациями , в которых одним из важнейших факторов при выборе типа системы был химический состав примесей в исходной воде городского источника водоснабжения.

Закрытые системы теплоснабжения имеют более стабильный гидравлический режим благодаря относительному постоянству расхода воды в подающей и обратной магистралях. Открытые системы теплоснабжения позволяют максимально реализовать эффект комбинированной выработки электрической и тепловой энергии за счет использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева больших количеств подпиточной воды теплосети на ТЭЦ.

Одним из примеров рационального использования низкопотенциальной теплоты может служить в Санкт-Петербурге с расходом подпиточной воды теплосети в несколько тысяч тонн в час. Подогрев исходной воды перед вакуумными деаэраторами подпиточной воды на этой ТЭЦ осуществляется только отработавшим паром трех турбин Т-250-240 во встроенных пучках конденсаторов, а подогрев воды, используемой в качестве греющего агента в вакуумных деаэраторах, производится паром высокоэкономичных отопительных отборов одной из турбин в соответствии с решением . Таким образом, применение открытых систем теплоснабжения в настоящее время особенно актуально в связи с постоянно повышающимися требованиями к энергетической эффективности всех отраслей отечественной экономики .

В разные годы, тем не менее, раздавались призывы ликвидировать существующие открытые системы теплоснабжения из-за какого-либо недостатка, например, из-за более сложного гидравлического режима этих систем или под предлогом улучшения качества ГВС. Особенно часто вопрос о ликвидации открытых систем поднимается в последнее время. Призывы эти исходят от «специалистов» и руководителей, плохо представляющих себе основы работы ТЭЦ и теплофикационных систем в целом. Особенно поразил недавний выход Федерального закона «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с принятием , в котором неизвестные его авторы записали: «С 1 января 2013 г. подключение объектов капитального строительства потребителей к централизованным открытым системам теплоснабжения (горячего водоснабжения) для нужд горячего водоснабжения, осуществляемого путем отбора теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, не допускается. С 1 января 2022 г. использование централизованных открытых систем теплоснабжения (горячего водоснабжения) для нужд горячего водоснабжения, осуществляемого путем отбора теплоносителя на нужды горячего водоснабжения, не допускается».

Закон принят якобы в связи с необходимостью внести поправки в некоторые законодательные акты после выхода Федерального закона «О водоснабжении и водоотведении» . Сколько не вчитывался в этот закон, не обнаружил там требований ликвидировать открытые системы теплоснабжения (в т.ч. в статье 24 «Обеспечение качества горячей воды»). Авторы закона явно перестарались. Поскольку в современную эпоху диковатого капитализма ничего спроста не делается (кроме случаев откровенной глупости), можно предположить, что инициаторы процитированных поправок руководствовались своими коммерческими интересами.

Сторонники ликвидации открытых систем даже не пытаются хотя бы ориентировочно прикинуть масштабы потерь топлива в теплоэнергетике и масштабы затрат в городских хозяйствах при переходе от открытых систем теплоснабжения к закрытым системам в половине крупных городов страны. А если бы смогли прикинуть - поняли бы абсурдность и невозможность практической реализации подобных «инноваций». Так, только на одной, уже упомянутой, Южной ТЭЦ отказ от подготовки подпиточной воды для открытой системы теплоснабжения привел бы к ежегодному перерасходу более 100 тыс. т у.т.

Одним из главных аргументов сторонников закрытых систем является якобы повышенная надежность и низкая коррозионная повреждаемость из-за герметичности этих систем и малых расходов подпиточной воды, с которой вносится дополнительное количество растворенных коррозионно-агрессивных газов.

Мой многолетний опыт исследовательской и наладочной работы в закрытых системах теплоснабжения ряда городов и опыт коллег, в частности, бывшего начальника химической службы , а затем, заведующего Отделением водно-химических проблем Всероссийского теплотехнического института (ВТИ) Б.С. Федосеева, показывает, что полную герметичность закрытых систем следует считать мифом: во всех закрытых системах из-за неплотностей подогревателей ГВС существуют огромные перетоки недеаэрированной водопроводной воды в теплосеть, приводящие к интенсивной внутренней коррозии трубопроводов теплосети . В ряде случаев переток в теплосеть недеаэрированной воды делает практически бесполезной качественную деаэрацию малых количеств подпиточной воды на ТЭЦ. Именно по этой причине, как показали результаты проведенного ВТИ в начале 90-х гг. широкомасштабного обследования отечественных систем теплоснабжения, интенсивность внутренней коррозии в открытых и закрытых системах примерно одинакова. Более того, при превышении давления греющей сетевой воды над давлением нагреваемой водопроводной воды происходят нерегулируемые перетоки сетевой воды, не соответствующей нормативам качества питьевой воды , в трубопроводы горячей воды, подаваемой потребителям, т.е. не выполняются санитарно-гигиенические требования к ГВС . Эти перетоки, по существу, регламентированы действующими правилами технической эксплуатации , пп. 4.12.30 которых допускает часовые потери сетевой воды для любых систем теплоснабжения в объеме 0,25% от среднегодового объема воды в тепловых сетях. В закрытых системах значительная часть этих потерь приходится на перетоки сетевой воды через неплотности подогревателей в местные системы ГВС. В связи с этим едва ли можно говорить о повышенной санитарно-эпидемиологической безопасности таких систем.

В открытых системах, где в качестве исходной воды для приготовления подпиточной используется питьевая вода, а противонакипная и противокоррозионная обработка подпиточной воды происходит централизованно квалифицированным персоналом и под постоянным контролем, подобные недостатки практически исключены.

В связи с приведенными выше доводами совершенно неубедительным выглядит пп. 3.1.3 СанПиН , в котором утверждается, что с санитарно-эпидемиологических позиций наиболее надежны системы централизованного ГВС, присоединенные к закрытым системам теплоснабжения.

Все менее актуальными становятся в настоящее время и доводы о нестабильности гидравлических режимов открытых систем. Наличие большого парка современных приборов автоматического регулирования и широкое распространение их в системах теплоснабжения позволяет надежно компенсировать влияние переменных расходов воды в сетевых магистралях.

Предпринята попытка сопоставить достоинства и недостатки открытых и закрытых систем теплоснабжения (см. табл.). Из этой таблицы следует, что в современных условиях более предпочтительными являются открытые системы теплоснабжения.

Открытые системы

Закрытые системы

Преимущества 1. Высокая энергетическая эффективность благодаря использованию низкопотенциальных источников теплоты, в т.ч. отработавшего пара турбин ТЭЦ для подготовки большого количества подпиточной воды теплосети. 2. Поддержание высокого качества сетевой воды во всей системе теплоснабжения и в местных системах отопления и ГВС потребителей благодаря возможности высокоэффективной централизованной противонакипной и противокоррозионной обработки подпиточной воды на ТЭЦ. 3. Низкая стоимость местных тепловых пунктов потребителей. Недостатки 1. Более сложный гидравлический режим системы из-за разности расходов сетевой воды в подающей и обратной магистралях (недостаток преодолевается путем применения современных приборов автоматического регулирования режима). 2. Высокая стоимость оборудования для подготовки большого количества подпиточной воды теплосети на ТЭЦ.

Преимущества 1. Стабильный гидравлический режим системы благодаря примерно одинаковому расходу сетевой воды в подающей и обратной магистралях. 2. Низкая стоимость установки для подготовки малого количества подпиточной воды теплосети на ТЭЦ. Недостатки 1. Пониженная энергетическая эффективность системы из-за ограничения возможностей использовния низкопотенциальных источников теплоты на ТЭЦ. 2. Высокая стоимость большого количества местных тепловых пунктов потребителей из-за наличия в них подогревателей ГВС. 3. Перетоки недеаэрированной водопроводной воды в теплосеть через неплотности подогревателей ГВС, приводящие к интенсивной внутренней коррозии трубопроводов теплосети. 4. Нарушения санитарно-гигиенических требований к ГВС при нерегулируемых перетоках сетевой воды, не соответствующей нормативам качества питьевой воды, в трубопроводы горячей воды, подаваемой потребителям, через неплотности подогревателей ГВС. 5. Высокая интенсивность внутренней коррозии металлических участков трубопроводов недеаэрированной горячей воды в местных системах ГВС.

За десятки лет производственной и научной работы мне приходилось слышать много раз в различных начальственных кабинетах предложения, а то и требования о переводе действующих открытых систем в закрытые. К счастью, пока вроде бы ни в одном из городов страны ни у кого до осуществления этих требований не дошли руки. Не сомневаюсь, что процитированные выше положения закона о запрете открытых систем теплоснабжения являются мертворожденными. Уверен, что и в обозримом будущем проблема выбора способа ГВС будет решаться прежде всего исходя из энергетической эффективности теплофикационных систем и с учетом качества исходной воды в источниках водоснабжения конкретных городов.

Следует также отметить, что необходимым условием для энергетически эффективной работы теплофикационных систем с открытым водоразбором является применение вакуумной деаэрации подпиточной воды теплосети. Именно использование источников низкопотенциальной теплоты, в т.ч. отработавшего пара турбин, для подогрева теплоносителей перед вакуумными деаэраторами подпиточной воды позволяет максимально реализовать эффект теплофикации на тепловых электростанциях.

Специалистами доказано, что грамотное применение вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения обеспечивает высокое качество противокоррозионной обработки подпиточной воды, существенное повышение тепловой экономичности ТЭЦ, устранение потерь конденсата греющего пара, характерное для атмосферных деаэраторов, снижение капитальных затрат на деаэрационные установки, а также полную экологическую безопасность ГВС в открытых системах теплоснабжения .

Мне представляется, что положения о постепенном запрете открытых систем теплоснабжения, непонятно каким образом попавшие в закон , должны быть немедленно устранены. Надо гордиться опытом отечественной теплофикации. В период энергетического кризиса 70-80-х гг. вся Европа оценила этот опыт и использовала его в развитии своих систем теплоснабжения . Не следует сегодня открещиваться от всего положительного, что достигнуто в отечественной теплоэнергетике и теплоснабжении. Полагаю, что инициативу в этом вопросе должно взять на себя НП «Российское теплоснабжение», которое в последнее время является наиболее авторитетной организацией по координации технической политики в области теплоснабжения.

Выводы

1. Открытые системы теплоснабжения, в отличие от закрытых систем, позволяют максимально реализовать эффект комбинированной выработки электрической и тепловой энергии за счет использования низкопотенциальных источников теплоты для подогрева больших количеств подпиточной воды теплосети на ТЭЦ. Применение открытых систем теплоснабжения в настоящее время особенно актуально в связи с постоянно повышающимися требованиями к энергетической эффективности всех отраслей отечественной экономики.

2. В открытых системах теплоснабжения обеспечивается поддержание высокого качества сетевой воды во всей системе теплоснабжения и в местных системах отопления и ГВС потребителей благодаря возможности высокоэффективной централизованной противонакипной и противокоррозионной обработки подпиточ- ной воды на ТЭЦ.

3. Открытые системы теплоснабжения надежнее закрытых систем в санитарно-эпидемиологическом отношении благодаря исключению попадания в местные системы ГВС сетевой воды, не соответствующей критериям качества питьевой воды, через неплотности подогревателей ГВС.

Литература

2. Патент № 1366656 (СССР). МПК F01K17/02. Тепловая электрическая станция/В.И. Шарапов//Открытия. Изобретения. 1988. № 2.

3. Федеральный закон РФ от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

4. Федеральный закон от 07.12.2011 № 417-ФЗ «О внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации в связи с принятием Федерального закона «О водоснабжении и водоотведении».

5. Федеральный закон от 07.12.2011 № 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении».

6. Шарапов В.И. О предотвращении внутренней коррозии теплосети в закрытых системах теплоснабжения // Теплоэнергетика. 1998. № 4. С. 16-19.

7. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода и водоснабжение населенных мест. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. // М.: Минздрав России. 2002.

10. Шарапов В.И. Актуальные проблемы использования вакуумных деаэраторов в открытых системах теплоснабжения // Теплоэнергетика. 1994. № 8. С. 53-57.

11. Шарапов В.И., Ротов П.В. О путях преодоления кризиса в работе систем теплоснабжения // Проблемы энергетики. Известия вузов. 2000. № 5-6. С. 3-8.

Система теплоснабжения

Вопросы

1. Понятие системы теплоснабжения и ее классификация.

2. Централизованные системы отопления и их элементы.

3. Схемы тепловых сетей.

4. Прокладка тепловых сетей.

1. Комплексное инженерное оборудование сельских населенных пунктов./А.Б. Кеатов, П.Б. Майзельс, И.Ю. Рубчак. – М.: Стройиздат, 1982. – 264 с.

2. Кочева М.А. Инженерное оборудование и благоустройство застроенных территорий: Учебное пособие. – Н. Новгород: Нижегород. гос. архит.-строит. ун.-т., 2003.–121 с.

3. Инженерные сети и оборудование территорий, зданий и стройплощадок / И.А. Николаевская, Л.П. Горлопанова, Н.Ю. Морозова; Под. ред И.А. Николаевской. – М: Изд. центр «Академия», 2004. – 224 с.

Понятие системы теплоснабжения и ее классификация

Система теплоснабжения - совокупность технических устройств, агрегатов и подсистем, обеспечивающих: 1) приготовление теплоносителя, 2) его транспортировку, 3) распределение в соответствии со спросом на теплоту по отдельным потребителям.

Современные системы теплоснабжения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1. Надежная прочность и герметичность трубопроводов и установленной
на них арматуры при ожидаемых в эксплуатационных условиях давлениях температурах теплоносителя.

2. Высокое и устойчивое в эксплуатационных условиях тепло- и электросопротивление, сопротивление, а также низкие воздухопроницаемость и водопоглощение изоляционной конструкции.

3. Возможность изготовления в заводских условиях всех основных»
элементов теплопровода, укрупненных до пределов, определяемых типом и
костью подъемно-транспортных средств. Сборка теплопроводов на трассе!
готовых элементов.

4. Возможность механизации всех трудоемких процессов строительства и монтажа.

5. Ремонтопригодность, т. е. возможность быстрого обнаружения причин
возникновения отказов или повреждений и устранение неполадок и их последствий путем проведения ремонта в заданное время.

В зависимости от мощности систем и числа потребителей, получающих от них тепловую энергию, системы теплоснабжения подразделяются на централизованные и децентрализованные.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от источника теплоты (теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) или крупной котельной) к потребителям по специальным трубопроводам - тепловым сетям.

Системы теплоснабжения состоят из трех основных элементов: генератора, в котором вырабатывается тепловая энергия; теплопроводов, по которым тепло подводится к нагревательным приборам; нагревательных приборов, служащих для передачи тепла от теплоносителя воздуху отапливаемого помещения или воздуху в системах вентиляции, или водопроводной воде в си­стемах горячего водоснабжения.

В малых населенных пунктах применяются в основном две системы теплоснабжения: местные и централизованные. Цент­ральные системы не характерны для застройки не выше трех этажей.

Местные системы - в которых все три основных элемента на­ходятся в одном помещении или в смежных. Радиус действия таких систем ограничивается несколькими помещениями незна­чительных размеров.

Централизованные системы характерны тем, что тепловой генератор удален из отапливаемых зданий или потребителей горячего водоснабжения в специальное здание. Таким источником тепла может быть котельная для группы зданий, поселковая котельная или теплоэлектроцентраль (ТЭЦ).

К местным системам отопления относятся: печное на твердом топливе, печное и калориферное газовое, поэтажные или квартирные водяные системы и электрическое.

Печное отопление на твердом топливе. Отопительные печи устраиваются в населенных пунктах с небольшой теплоплотностью. По санитарно-гигиеническим и противопожарным соображениям их разрешается устраивать только в одно- и двухэтажных зданиях.

Конструкции комнатных печей весьма разнообразны. Они могут быть различной формы в плане, с различной отделкой на­ружной поверхности и с различными схемами дымооборотов, расположенных внутри печи, по которым происходит движение газов. В зависимости от направления движения газов внутри печей различают многооборотные канальные и бесканальные печи. Во-первых, движение газов внутри печи происходит по ка­налам, соединенным последовательно или параллельно, во-вторых, движение газов происходит внутри полости печи свободно.

небольшого объема зданиях или в небольших вспомогательных зданиях на промышленных площадках, удаленных от основных производственных корпусов. Примером таких систем являются печи, газовое или электрическое отопление. В этих случаях получение тепла и передача его воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях.

Центральной системой теплоснабжения называют систему снабжения теплом одного здания любого объема, от одного источника тепла. Как правило, такими системами называют системы отопления зданий, получающих тепло от котла, установленного в подвале здания, или отдельно стоящих котельных. От этого котла может подаваться тепло для систем вентиляции и горячего водоснабжения этого здания.

Централизованными системы теплоснабжения назы­ваются в том случае, когда от одного источника тепла (ТЭЦ или районных котельных) подается тепло для многих зданий. По виду - источника тепла системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При районномтеплоснабжении источником тепла служит районная котель­ная, а при теплофикации - ТЭЦ (теплоэлектроцентраль).

Теплоноситель подготавливается в районной котельной (или ГЭЦ). Подготовленный теплоноситель по трубопроводам поступает в системы отопления и вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированного в нем тепла и отводится по специальным трубопроводам к источ­нику тепла. Теплофикация от районного теплоснабжения отлича­ется не только видом источника тепла, но и самим характером производства тепловой энергии.

Теплофикация может быть охарактеризована как централизованное теплоснабжение на базе комбинированного производства тепловой и электрической энергии. Кроме источника тепла, все другие элементы в системах районного теплоснабжения и теплофикации одинаковы.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы - водяные и паровые системы теплоснабжения.

Теплоносителем называется среда, которая передает тепло от источника тепла к теплопотребляющим приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. В системах теплоснабжения, применяемых в нашей стране для городов и жилых районов, в качестве теплоносителя используют воду. На промыш­ленных площадках, в промышленных районах для систем тепло­снабжения применяют воду и пар. Пар в основном применяется для силовых и технологических потребностей.

В последнее время начали применять и на промышленных предприятиях единый теплоноситель - воду, нагретую до разных температур, которую используют и при технологических процес­сах. Применение единого теплоносителя упрощает схему тепло­снабжения, ведет к уменьшению капитальных затрат и способст­вует качественной и дешевой эксплуатации.

К теплоносителям, применяемым в системах централизованно­го теплоснабжения, предъявляются санитарно-гигиенические, технико-экономические и эксплуатационные требования. Главнейшее санитарно-гигиеническое требование заключается в том, что любой теплоноситель не должен ухудшать в закрытых помещениях микроклиматических условий для находящихся в них людей, а в про­мышленных зданиях и для оборудования. Теплоноситель не должен обладать высокой температурой, так как это может вести к высокой температуре поверхностей нагревательных приборов и вызывать разложение пыли органического происхождения и не­приятно воздействовать на человеческий организм. Максимальная температура на поверхности нагревательных приборов не должна быть выше 95-105 °С в жилых и общественных зданиях; в про­мышленных зданиях допускается до 150 °С.

Технико-экономические требования к теплоносителю сводятся к тому, чтобы при применении того или иного теплоносителя стоимость тепловых сетей, по которым транспортируется теплоноситель, была наименьшей, а также малой была масса нагревательных приборов и обеспечен наименьший расход топлива для нагревания помещений.

Эксплуатационные требования заключаются в том, чтобы теплоноситель обладал качествами, позволяющими проводить центральную (из одного места, например котельной) регулировку тепловой отдачи систем теплопотребления. Необходимость изменять расходы тепла в системах отопления и вентиляции вызван, переменными температурами наружного воздуха. Эксплуатационным показателем теплоносителя считается также срок службы отопительно-вентиляционных систем при применении того или иного теплоносителя.

Если сравнить по перечисленным основным показателям воду и пар, можно отметить следующие их преимущества.

Преимущества воды: сравнительно низкая температура воды и поверхности нагревательных приборов; возможность транспортирования воды на большие расстояния без значительного уменьшения ее теплового потенциала; возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления; простота присоединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ или в районных котельных; большой срок службы I систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара: возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но также для силовых и технологических нужд; быстрый прогрев и быстрое охлаждение систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещения с периодическим обогревом; пар низкого давления (обычно применяемый в системах отопления зданий) имеет малую объемную массу (примерно в 1650 раз меньше объемной массы воды); это обстоятельство в паровых системах отопления позволяет не учитывать гидростатическое давление и применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы теплоснабжения по тем же соображениям могут применяться при самом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого района; более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов; простота начальной регулировки вследствие самораспределения пара; отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара, кроме перечисленных преимуществ воды, можно отнести дополнительно: повышенные потери тепла паропроводами из-за более высокой температуры пара; рок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за более интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов.

Несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, его применяют для систем отопления значительно реже воды и то лишь для тех помещений, в которых длительно не находятся люди. Строительными нормами и правилами паровое отопление допускается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в помещениях промышленных зданий. В жилых зданиях паровые системы не применяют.

В системах воздушного отопления и вентиляции зданий, где нет непосредственного соприкосновения пара с воздухом помещений, его применение в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя разрешается. Пар также можно использовать для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения.

©2015-2019 сайт
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-11

Классификация и перспективы развития систем теплоснабжения

Интенсификация использования энер­гетических ресурсов в нашей стране сопровождается ростом теплопотребления промышленных предприятий различ­ных отраслей народного хозяйства, со­ставляющего в настоящее время в общем балансе страны около 56%. Теплоснабжение в ряде случаев имеет суммарные затраты, превышающие 50% общих производственных затрат. Они часто определяются стоимостью не столько используемых энергоресурсов, сколько соответствующих систем тепло­снабжения.

Системы теплоснабжения создают с учетом вида и параметров теплоноси­теля, максимального часового расхода теплоты, изменения потребления тепло­ты во времени (в течение суток, года), а также с учетом способа использо­вания теплоносителя потребителями.

В системах теплоснабжения исполь­зуются следующие источники теплоты: ТЭЦ, КЭС, районные котельные (центра­лизованные системы); групповые (для группы предприятий, жилых кварталов) и индивидуальные котельные; АЭС, АТЭЦ, СЭУ, а также геотермальные источники пара и воды; вторичные энергоресурсы (особенно на металлурги­ческих, стекольных, цементных и других предприятиях, где преобладают высокотемпературные процессы).

Теплофикация является особенностью отечественного теплоснабжения. Тепло­снабжение от всех ТЭЦ в нашей стране обеспечивает около 40 % тепловой энергии, потребляемой в промышлен­ности и коммунальном хозяйстве. На новых отечественных ТЭЦ устанавлива­ются теплофикационные турбоагрегаты единичной мощностью до 250 МВт, создаются предпосылки для развития тепловых сетей, в которых будет при­меняться в качестве теплоносителя пере­гретая вода с температурой 440 - 470 К. АТЭЦ также способствуют дальней­шему развитию централизованного теп­лоснабжения (особенно в европейской части страны) с одновременным реше­нием экологических проблем. Сооруже­ние АТЭЦ экономически целесообразно при тепловой нагрузке, превышающей 6 тыс. ГДж/ч. При этих условиях могут использоваться серийные реакторы. Для меньших мощностей целесообразно при­менение атомных отопительных котель­ных.

В зависимости от рода теплоносителя системы теплоснабжения делят на водя­ные (преимущественно для теплоснаб­жения сезонных потребителей теплоты и горячей воды) и паровые (в основном для технологического теплоснабжения, когда необходим высокотемпературный теплоноситель).

Определение вида, пара­метров и необходимого количества теплоносителя, подаваемого к потреби­телям теплоты, является, как правило, многовариантной задачей, решаемой в рамках оптимизации структуры и пара­метров общей схемы предприятия с учетом обобщенных технико-экономи­ческих показателей (обычно приведенных затрат), а также санитарных и противо­пожарных норм.

Практика теплоснабжения показала ряд преимуществ воды , как теплоно­сителя, по сравнению с паром: темпе­ратура воды в системах теплоснабже­ния изменяется в широких пределах (300 - 470 К), более полно используется теплота на ТЭЦ, отсутствуют потери конденсата, меньше потери теплоты в сетях, теплоноситель обладает тепло- аккумулирующей способностью.

Вместе с тем водяные системы теплоснабжения имеют следующие недостатки : требуется значительный расход электроэнергии на перекачку воды; имеется возможность утечки воды из системы при аварии; большая плотность теплоносителя и жесткая гидравлическая связь между участками системы обусловливают воз­можность появления механических по­вреждений системы в случае превы­шения допустимого давления; температу­ра воды может оказаться ниже задан­ной по технологическим условиям.

Пар имеет постоянное давление 0,2 - 4 МПа и соответствующую (для насы­щенного пара) температуру, а также боль­шую (в несколько раз), по сравнению с водой, удельную энтальпию. При выборе в качестве теплоносителя пара или воды учитывается следующее. При транспортировании пара имеют место большие потери давления и теплоты, поэтому паровые системы целесообразны в радиусе 6-15 км, а водяные системы теплоснабжения имеют радиус действия 30-60 км. Эксплуатация протяженных паропроводов очень сложна (необходи­мость сбора и перекачки конденсата и др.). Кроме того, паровые системы имеют более высокую удельную стои­мость сооружения паропроводов, паро­вых котлов, коммуникаций и эксплуа­тационных затрат по сравнению с водя­ными системами теплоснабжения.

Область применения в качестве теп­лоносителя горячего воздуха (или его смеси с продуктами сгорания топлива) ограничена некоторыми технологически­ми установками, например, сушильны­ми, а также системами вентиляции и кондиционирования воздуха. Расстояние, на которое целесообразно транспорти­ровать горячий воздух в качестве теплоносителя, не превышает 70-80 м. Для упрощения и снижения затрат на трубопроводы в системах тепло­снабжения целесообразно применять один вид теплоносителя.

Типы систем теплоснабжения

В народном хозяйстве страны исполь­зуется значительное количество различ­ных типов систем теплоснабжения.

По способу подачи теплоносителя системы теплоснабжения подразделяют на закры­тые , в которых теплоноситель не расхо­дуется и не отбирается из сети, а используется только для транспортиро­вания теплоты, и открытые , в которых теплоноситель полностью или частично отбирается из сети потребителями. Закрытые водяные системы характе­ризуются стабильностью качества тепло­носителя, поступающего к потребите­лю (качество воды как теплоносителя соответствует в этих системах качест­ву водопроводной воды); простотой санитарного контроля установок горяче­го водоснабжения и контроля герметич­ности системы. К недостаткам таких систем относятся сложность оборудо­вания и эксплуатации вводов к потре­бителям; коррозия труб из-за поступле­ния недеаэрированной водопроводной воды, возможность выпадения накипи в трубах.

В открытых водяных системах тепло­снабжения можно применять однотрубные схемы с низкопотенциальными тепловыми ресурсами; они имеют более высокую долговечность оборудования вводов к потребителям. К недостаткам открытых водяных систем следует от­нести необходимость увеличения мощ­ности водоподготовительных установок, рассчитываемых на компенсацию расхо­дов воды, отбираемой из системы; нестабильность санитарных показателей воды, усложнение санитарного контроля и контроля герметичности системы.

В зависимости от числа трубопрово­дов (теплопроводов), передающих тепло­носитель в одном направлении, разли­чают однотрубные и многотрубные системы теплоснабжения. В частности, водяные системы теплоснабжения делят­ся на одно-, двух-, трех- и много­трубные, причем по минимальному числу труб могут быть открытая однотруб­ная система и закрытая двухтрубная.

Рис. 1. Схемы системы теплоснабжения:

а – одноступенчатая; б – двухступенчатая; 1 – тепловая сеть; 2 – сетевой насос; 3 – теплофикационный подогреватель; 4 – пиковый котел; 5 – местный тепловой пункт; 6 – центральный тепловой пункт

По числу параллельно проложенных паропроводов паровые системы бывают однотрубные и двухтрубные. В первом случае пар при одинаковом давлении к потребителям подается по общему па­ропроводу, что позволяет осуществлять теплоснабжение, если тепловая нагрузка остается постоянной в течение года и допустимы перерывы в подаче пара. При двухтрубных системах необходимо бесперебойное снабжение абонентов паром различного давления при пере­менных тепловых нагрузках.

По способу обеспечения тепловой энергией системы могут быть одно­ступенчатыми и многоступенчатыми (рис. 1).

В одноступенчатых схемах потребители теплоты присоединяются непосредственно к тепловым сетям / при помощи местных или индивидуаль­ных тепловых пунктов 5. В много­ступенчатых схемах между источниками теплоты и потребителями размещают центральные 6 тепловые (или контроль­но-распределительные) пункты. Эти пункты предназначены для учета и регу­лирования расхода теплоты, ее распреде­ления по местным системам потреби­телей и приготовления теплоносителя с требуемыми параметрами. Они обо­рудуются подогревателями, насосами, арматурой, контрольно-измерительными приборами. Кроме того, на таких пунктах иногда осуществляются очистка и перекачка конденсата.

Предпочтение отдают схемам с центральными тепло­выми пунктами /, обслуживающими группы зданий 5 (рис. 2). При многоступенчатых системах теп­лоснабжения существенно снижаются затраты на их сооружение, эксплуата­цию и обслуживание в связи с умень­шением (по сравнению с одноступен­чатыми системами) числа местных подо­гревателей, насосов, регуляторов тем­пературы и пр.

Системы теплоснабжения играют зна­чительную роль в нормальном функ­ционировании предприятий промышлен­ности. Они имеют ряд специфических особенностей.

Двухтрубные закрытые во­дяные системы горячего водоснабжения с водоподогревателем (рис. 3, а) широко распространены при теплоснабжении однородных потребителей (систем отоп­ления, вентиляции, работающих по оди­наковым режимам, и др.). К потреби­телям теплоты вода направляется по подающему трубопроводу 2, она по­догревает водопроводную воду в тепло­обменнике 5 и после охлаждения по обратному трубопроводу 1 поступает на ТЭЦ или в котельную. Подогре­тая водопроводная вода поступает к потребителям через краны 4 и в акку­мулятор 3 подогретой воды, предназ­наченный для сглаживания колебаний расхода воды. В открытых системах теплоснабжения (рис. 3, б) для горячего водоснабже­ния непосредственно используется вода, полностью отработанная (деаэрированная, умягченная) на ТЭЦ, в связи с чем системы водоподготовки и контро­ля усложняются, повышается их стои­мость. Вода в двухтрубной системе горячего водоснабжения с циркуляцион­ной линией (от ТЭЦ или котельной) подается по теплопроводу 2, а обрат­ная – по теплопроводу 1. Вода по трубе поступает в смеситель 6, а от него к аккумулятору 3 и через краны 4 к потребителям теплоты. Для исключения возможности попадания воды из подаю­щего трубопровода 2 непосредственно в обратный теплопровод 1 по трубе 8 предусмотрен обратный клапан 7.

Рис. 2. Схема системы теплоснабжения с центральным тепловым пунктом :

1 – центральный тепловой пункт; 2 – неподвижная опора; 3 – тепловая сеть; 4 – П-образный компенсатор; 5 – здание

В паровой схеме теплоснабжения с возвратом конденсата (рис. 4) пар от ТЭЦ или котельной поступает по паропроводу 2 к потребителям тепло­ты 3 и конденсируется. Конденсат через специальное устройство-конденсатоотводчик 4 (обеспечивает пропуск только конденсата) попадает в бак 5, из которого конденсатным насосом 6 возвращается к источнику теплоты по трубе 1. Если в паропроводе давление ниже требуемого технологическими по­требителями, то в ряде случаев оказы­вается эффективным применение комп­рессора 7.

Конденсат может не возвращаться к источнику теплоты, а использоваться потребителем. Схема тепловой сети в подобных случаях упрощается, однако на ТЭЦ или в котельной возникает дефицит конденсата, для устранения ко­торого необходимы дополнительные за­траты.

Рис. 3. Двухтрубная водяная система горячего водоснабжения :

а – закрытая с подогревателем воды; б – открытая

Рис. 4. Паровая схема теплоснабжения Рис. 5. Схема теплоснабжения с эжектором

Система горячего водоснабжения может иметь струйный подогреватель (рис. 5). Водопроводная вода по магистрали 2 подается к подогрева­телю 3 и далее в расширительный бак-аккумулятор 4, В этот же бак из паропровода 1 через вентиль 6 поступает пар, что обеспечивает дополнительный подогрев воды при барботаже пара. Из бака 4 вода направляется к потреби­телям теплоты 5. Тепловые схемы систем теплоснабже­ния разрабатываются с учетом требо­ваний технологии производства, при условии наиболее полного использова­ния теплоты и обеспечения охраны окружающей среды.