Системы теплоснабжения. 
Общая энергетика. 
Основное оборудование

Классификация систем теплоснабжения

Основное назначение любой системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты заданных параметров.

В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные.

В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприемники потребителей совмещены в одном агрегате или размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может производиться без промежуточного звена — тепловой сети.

В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому передача теплоты от источника до потребителей производится по тепловым сетям.

Системы децентрализованного теплоснабжения разделяются на индивидуальные и местные.

В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения (участок цеха, комната, квартира) обеспечивается от отдельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий. В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:

• — групповое — теплоснабжение группы зданий;
• — районное — теплоснабжение нескольких групп зданий (района);
• — городское — теплоснабжение нескольких районов;
• — межгородское — теплоснабжение нескольких городов.

Процесс централизованного теплоснабжения состоит из трех последовательных операций: а) подготовки теплоносителя; б) транспорта теплоносителя и в) использования теплоносителя.

Подготовка теплоносителя производится в специальных, так называемых теплоподготовительных установках на ТЭЦ, а также в городских, районных, групповых (квартальных) или промышленных котельных.

Транспортируется теплоноситель по тепловым сетям. Используется теплоноситель в теплоприемниках потребителей. Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. Для транспорта теплоты на большие расстояния применяются два теплоносителя: вода и водяной пар. Как правило, для удовлетворения сезонной нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения в качестве теплоносителя используется вода, для промышленной технологической нагрузки — пар.

Если сравнить по основным показателям воду и пар, можно отметить следующие преимущества их друг перед другом.

Преимущества воды:

1) сравнительно низкая температура воды, а, следовательно, температура поверхности нагревательных приборов; 2) возможность транспортирования воды на большие расстояния без уменьшения ее теплового потенциала; 3) возможность центрального регулирования тепловой отдачи систем теплопотребления; 4) возможность ступенчатого подогрева воды на ТЭЦ с использованием низких давлений пара и увеличения таким образом выработки электрической энергии на тепловом потреблении; 5) простота присоединений водяных систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения к тепловым сетям; 6) сохранение конденсата греющего пара на ТЭЦ или в районных котельных; 7) большой срок службы систем отопления и вентиляции.

Преимущества пара:

• 1) возможность применения пара не только для тепловых потребителей, но также для силовых и технологических нужд; 2) быстрый прогрев и быстрое остывание систем парового отопления, что представляет собой ценность для помещений с периодическим обогревом; 3) 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 создает возможность применять пар в качестве теплоносителя в многоэтажных зданиях; паровые системы теплоснабжения по тем же соображениям могут применяться при самом неблагоприятном рельефе местности теплоснабжаемого района; 4) более низкая первоначальная стоимость паровых систем ввиду меньшей поверхности нагревательных приборов и меньших диаметров трубопроводов;
• 5) простота начальной регулировки вследствие самораспрсдсления пара;
• 6) отсутствие расхода энергии на транспортирование пара.

К недостаткам пара можно отнести дополнительно: 1) повышенные потери теплоты паропроводами из-за более высокой температуры пара; 2) срок службы паровых систем отопления значительно меньше, чем водяных, из-за интенсивной коррозии внутренней поверхности конденсатопроводов.

Принимая во внимание сказанное, несмотря на некоторые преимущества пара как теплоносителя, последний применяется для систем теплоснабжения и отопительных систем значительно реже воды и то лишь для тех помещений, где нет долговременного пребывания людей. Строительными нормами и правилами паровое отопление разрешается применять в торговых помещениях, банях, прачечных, кинотеатрах, в промышленных зданиях. В жилых зданиях паровые системы не применяются.

В системах воздушного отопления и вентиляции любых зданий разрешается применение пара в качестве первичного (нагревающего воздух) теплоносителя. Применять его также можно для нагревания водопроводной воды в системах горячего водоснабжения.

Параметрами теплоносителей называют температуру и давление. Вместо давления в практике эксплуатации широко пользуются другой единицей — напором.

Напор и давление связаны зависимостью.

где Н — напор, м; Р — давление, Па; р — плотность теплоносителя кг/м³; g — ускорение свободного падения, м/с².

Вода как теплоноситель характеризуется различными температурами до системы теплопотребления (нагревательного прибора) и после системы теплопотребления.

Мощность теплового потока, кВт, отдаваемого водой, Q определяется формулой

где G — количество воды, проходящей через систему теплопотребления, кг/с; с — удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг °С); - температура воды до системы теплопотребления (после источника теплоты), °С; /₂ — температура воды после системы теплопотребления (до источника теплоты), °С.

В современных системах теплоснабжения применяют следующие значения температур воды: а) /, = 105 °C (95°С); /₂ = 70 °C в системах отопления жилых и общественных зданий; б) /, = 150 °C; /₂ = 70 °C в системах централизованного теплоснабжения от котельной или ТЭЦ, а также в системах отопления промышленных зданий.

Температура воды в системах теплоснабжения должна соответствовать давлению, при котором не будет вскипания (например, вода при температуре 150 °C должна иметь давление не ниже 0,4 МПа).

Повышение температуры воды в источнике теплоснабжения (у генератора теплоты) ведет к снижению количества перекачиваемой воды, уменьшению диаметров труб и расходов энергии на перекачку.

Сказанное будет ясно, если формулу (9.1) решить относительно расхода воды, кг/с,

Для передачи того же количества теплоты Q тем меньше потребуется воды G, чем больше разность температур (/, — /₂).

Для перехода от массы перекачиваемой воды к ее объему V, м/с, используют формулу

где G — расходы воды, кг/с; р — плотность воды, кг/м³.

В системах парового теплоснабжения применяется пар различных давлений, МПа:

В системах парового отопления низкого давления — 0,005−0,07.

В системах парового отопления высокого давления — > 0,07.

Для технологии применяется пар с различными более высокими давлениями.

Мощность тепловой отдачи пара, кВт, в системе теплопотребления Q и количество пара G для передачи этого же количества теплоты определяются по формуле:

где G — количество пара, кг/с; / - энтальпия сухого насыщенного пара, кДж/кг; /_нас — температура насыщения пара, °С.

Теплоемкость конденсата с_к, как и воды, равна 4,19 кДж/(кг °С), поэтому энтальпия конденсата / = / с =4,19/ .

^J к нас к ' нас Для пара низкого давления формула (9.4) может быть упрощена.

где г — скрытая теплота парообразования, равная 2260 кДж/кг.

Расход пара (и конденсата), кг/с,