Анализ надежности системы теплообеспечения зданий микрорайона

Система теплообеспечения зданий микрорайона представляет комплекс технических средств, предназначенных для использования тепловой энергии, поступающей из наружной тепловой сети на отопление зданий. Она состоит из оборудования и устройств внутриквартирного теплообеспечения (ЦТП, разводящая тепловая сеть отопления) и домовых систем отопления.

Задачей функционирования системы является поддержание в помещениях зданий благоприятных температурных условий в течении отопительных периодов на протяжении всего срока службы зданий.

Система отопления здания должна удовлетворять определенным требованиям:

возмещать потери теплоты через наружные ограждения помещений и поддерживать в них установленную нормами температуру (tв).

быть индустриальной при изготовлении ее деталей и монтаже.

экономичность в эксплуатации.

Успешное выполнение этой задачи возможно при условии достаточно надежной работы системы.

Определяем фн (tнр.от). Лимитированное время на устранение отказа фн (tн) определяется с учетом температуры наружного воздуха tн и теплоустойчивости здания, исходя из допустимости кратковременного понижения температуры воздуха в оталиваемых помещениях на 6 0С от расчетного значения этой температуры tвр.

tнр.от= - 24 0С — для г. Гомеля Для определения фл (tнр.от) и фн (tн) строим график понижения температуры воздуха в представительном помещении здания в результате аварийного прекращения теплообеспечения здания. Температура воздуха в помещении через время ф после прекращения теплоснабжения здания:

где 0С — расчетная температура внутреннего воздуха для угловых комнат;

— условная температура наружного воздуха, учитывающая бытовые теплопоступления помещения,.

где — удельная величина бытовых теплопоступлений, принята в размере 21 Вт на 1 м² площади помещения;

— площадь представительного помещения, принимаем 21,1 м²;

— удельные теплопотери помещения, принимаем 48 Вт/0С.

Коэффициент, А определяем по формуле:

где — темп охлаждения нагревательного прибора системы отопления (радиатор чугунный);

— показатель теплоустойчивости помещения;

Kt= 0,93 — коэффициент, учитывающий особенности конвективно-лучистого теплообмена в помещении.

Тогда при расчете получаем:

Для построения графиков изменения температуры расчет производим через интервалы времени 4ч (до 32ч) при; оС.

Рассчитаем при :

Остальные расчеты представим в виде матрицы, которая показывает значения при других температурах, и была рассчитана с использованием MathCAD.

На графике (рисунок 6) представлена зависимость температуры воздуха в помещении от времени после прекращения теплоснабжения здания.

Таким образом:

tв (ф,-5)=32,45 ч; tв (ф,-10)=21,10 ч; tв (ф,-24)=9,24 ч; tв (ф,-30)=7,01 ч; tв (ф,-35)=5,70 ч.

С учетом времени восстановления работоспособности элементов, принимаем способ устранения отказа или резервирования элементов.

Таблица 3 — Способ устранения отказа или резервирования элементов.

Наименования элементов.	Замена на запасной.	Ремонт на месте.	tв (ф,-5). 32,45ч.	tв (ф,-10). 21,10ч.	tв (ф,-24). 9,24ч.	tв (ф,-30). 7,01ч.	tв (ф,-35). 5,70ч.
Насос массой до 100 кг.	4,5.	>11.	Резервирование.	Резервирование.	Ремонт на месте.	Ремонт на месте.	Ремонт на месте.
Задвижка диаметром от 100 до 200 мм.	2,5−6.	>14.	Резервирование.	Резервирование.	Ремонт на месте.	Ремонт на месте.	Замена на запасной.
Обратный клапан диаметром от 50 до 200 мм.	1,9−5,3.	>(6,5−14).	Резервирование.	Резервирование.	Ремонт на месте.	Ремонт на месте.	Замена на запасной.
Регулятор расхода РР-50 и РР-100.	1,5 и 3.	>(4−10).	Резервирование.	Резервирование.	Ремонт на месте.	Ремонт на месте.	Ремонт на месте.
Водонагреватель наружный с числом секций 2.	6,6−11.	;	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Замена на запасной.
Внутриквартальная тепловая сеть диаметром 0,1−0,2 м.	;		Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Ремонт на месте.
Трубопровод системы отопления.	;		Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.
Отопительный прибор		;	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.	Резервирование.

Вероятность безотказной работы системы, состоящей из m последовательно соединенных элементов, подсчитываем по формуле:

где — вероятность безотказной работы i-го элемента за отопительный период.

Продолжительность отопительного периода принимаем по СНБ 2.04.02−2000 «Строительная климатология».

для города Гомеля составляет 125 суток.

В рассматриваемый период могут иметь место как внезапные, так и износовые отказы элементов в системе. Эти отказы являются независимыми и несовместимыми событиями. Поэтому вероятность безотказной работы любого элемента системы определяется произведением вероятностей безотказной работы при износовых и внезапных отказах.

.

С учетом интенсивности внезапных отказов элемента, 1/год, принимаемой по таблице 4,.

Таблица 4 — Интенсивность внезапных отказов элементов.

Наименование элемента.	Единица измерения.	Интенсивность внезапных отказов, год.
Теплообменник.	1 секция.	4,1×10−3.
Задвижка.	1 шт.	4,3×10−3.
Обратный клапан.	1 шт.	3 х10−2.
Насос.	1 шт.	4х10−2.
Трубопроводы в здании.	100 м.	2х10−3.
Отопительный прибор	1 шт.	1,8×10−3.
Трубопроводы квартальной сети.	100 м.	5х10−3.

Расчет производим по форме таблицы 6.

Таблица 5 — Расчет вероятности безотказной работы элемента.

Элемент.	а, лет-1.
Теплообменник.	4,1×10−3.	0.342.	0,599.
Задвижка.	4,3×10−3.	0.342.	0,584.
Обратный клапан.	3х10−2.	0.342.	0,024.
Насос.	4х10−2.	0.342.	0,007.
Трубопроводы в здании.	2х10−3.	0.342.	0,779.
Отопительный прибор	1,8×10−3.	0.342.	0,799.
Трубопроводы капитальной сети.	5х10−3.	0.342.	0,535.

.

.

.

.

.

.

.

Далее производим расчет вероятности безотказной работы элементов при износовых отказах. По заданному в исходных данных ряду распределений величины срока службы до замены каждого элемента системы определяем его средний срок службы и среднеквадратическое отклонение .

где — конкретные значения сроков службы элементов здания, зафиксированные в результате обследования;

— число элементов, имеющих данный срок службы;

— общее число обследованных элементов.

Среднеквадратическое отклонение срока службы.

.

где — дисперсия, т. е. мера отклонения конкретного значения срока службы его среднего значения,.

;

— статическая вероятность конкретного значения срока службы элемента системы.

Таблица 6 — Расчет среднеквадратического отклонения срока службы элементов.

Элемент.	xi, лет.	mi.	Тк, лет.	Dx.	у.
Теплообменник.				912,95.	30,21.
Задвижка.			1205,28.	34,72.
Обратный клапан.			1179,36.	34,34.
Насос.			621,92.	24,94.
Трубопроводы в здании.			414,54.	20,36.
Отопительный прибор			405,72.	20,14.
Трубопроводы капитальной сети.			1205,28.	34,72.

, ,.

Вероятность исправной работы системы за отопительный период.

.

Для i-го элемента системы.

.

где, .

Расчет производим по форме таблицы 7.

Таблица 7 — Расчет вероятности исправной работы системы за отопительный период.

Элемент.
Теплообменник.	0,0144.	0,0031.	0,0057.	0,0012.	0,767.
Задвижка.	0,0126.	0,0027.	0,0050.	0,0011.
Обратный клапан.	0,0127.	0,0027.	0,0051.	0,0011.
Насос.	0,0175.	0,0038.	0,0070.	0,0015.
Трубопроводы в здании.	0,0214.	0,0047.	0,0085.	0,0019.
Отопительный прибор	0,0217.	0,0047.	0,0087.	0,0019.
Трубопроводы квартальной сети.	0,0126.	0,0027.	0,0050.	0,0011.

Вывод: после произведенных расчетов на анализ надежности системы теплообеспечения здания были получены следующие значения Что означает 93,1% срока эксплуатации инженерных систем теплообеспечения будет обеспечена их безотказная работа.