Физическая зона влияния ЭС

Будем рассматривать радиальную тепловую сеть. Определим сначала зону влияния ЭС по температуре. Заметим, что граница зоны, вообще говоря, меняется по сезонам, т.к. при изменении внешней температуры меняется теплоотдача. Для простоты анализа предположим, что потребитель не будет зимой заключать договор по теплоснабжению с одной ЭС, а летом — с другой, хотя это, в принципе, не исключается. Тогда границу зоны будем определять по наиболее низкой среднемесячной температуре. При этом надо различать задачи отопления и ГВС. В первом случае учитывается температура обратной воды, тогда как во втором систему часто можно считать открытой с полным водоразбором.

Рассмотрим задачу ГВС. Падение температуры вдоль участка трубы длины, есть.

(3.1).

где — удельные потери тепла [Дж/кмсут] на единицу длины теплопровода в зависимости от его радиуса и перепада температур

.

— расход теплоносителя (воды) [кг/сут] на этом участке сети, — удельная теплоемкость (4,2 Дж/кгград), — температура горячей воды. Приведем некоторые данные [5] по удельным потерям трубопроводов.

Таблица 3. Удельные тепловые потери трубопроводов систем горячего водоснабжения (по перепаду температуры).

Мы проанализируем формирование зон влияния в рамках системного подхода, т. е. проведем качественный анализ, а не детальный тепловой и гидравлический расчет реальной сети. Учтем, что радиус магистральной сети уменьшается по мере подключения к ней потребителей с удельной нагрузкой [кг/кмсут]. При отсутствии данных о распределительных сетях объем воды в них ориентировочно можно принять равным [5] 15 м³ на МВт расчетной нагрузки. Считаем для простоты, что нет перепада высот в системе. Также вместо дискретно меняющегося радиуса трубы будем для удобства считать, что он меняется непрерывно согласно уравнению неразрывности. Тогда.

. (3.2).

Здесь — плотность воды в трубе, — радиус,.

— скорость потока. Изменение расхода воды определяется несколькими факторами: из-за отбора потребителями, из-за падения напора вдоль трубы и под действием насосов системы. Известно, что в трубопроводах имеется линейное падение давления, удельный показатель которого определяется по уравнению Дарси [5].

(3.3).

где — динамическая вязкость воды. Пусть задана также гидравлическая характеристика насосов системы, т. е. известен напор как функция суммарного расхода воды без учета падения давления (3.3):

. (3.4).

Тогда задача о падении температуры вдоль трубы с учетом водоразбора приводится к следующей системе дифференциальных уравнений:

(3.5).

Граница физической зоны влияния системы ГВС определяется из (3.5) как.

. (3.6).

Рассмотрим теперь аналогичную задачу для отопления. Будем считать, что потребитель подсоединен параллельно к магистральной сети, т. е. уменьшение температуры происходит только вследствие тепловых потерь, описанных выше. Однако теперь целью является поддержание в помещении заданной температуры (не ниже 180), т. е. необходим подвод некоторого количества теплоты, равного теплопотере здания. Требуемый подвод тепловой мощности рассчитывается по следующей модели. Пусть — потери тепла зданием теплопередачей через наружные ограждения, — теплопотери инфильтрацией из-за поступления наружного воздуха через неплотности. Обычно вводится коэффициент инфильтрации как характеристика зданий так, что.

.

Тогда суммарные потери тепла зданием имеют вид [5].

(3.7).

где V — объем здания, S — площадь его в плане, h— высота, — коэффициент теплопотери для потолка, — коэффициент теплопотери для пола, — доля остекления стен по площади, — параметр формы (отношение периметра здания к корню из площади основания), — коэффициенты теплопроводности. Величина j называется удельной теплопотерей здания. Если дано распределение зданий по теплопотерям.

Vj=J

с учетом инфильтрации, то баланс тепла имеет вид.

(3.8).

где — время сезонной нагрузки (в месяцах), — поставляемое тепло (непосредственно в здание) [ккал/ч], — мощность внутренних источников тепла (на производстве). В среднем удельные теплопотери зданий, сооруженных в различных климатических зонах, оцениваются по формуле [5].

a = 1,85 Дж/(м5/2Kc). (3.9).

Значения меняются от 1,3 для до 0,85 для;. Если данные по зданиям не известны детально, то используем укрупненный показатель теплопотерь:

(3.10).

где — суммарная площадь зданий, а значения [Вт/м2] приведены ниже.

Расход теплоты на вентиляцию общественных зданий и предприятий может превышать расход на отопление, т. е. обязан учитываться.

. (3.11).

Удельный расход на вентиляцию [Вт/м3K] служебных зданий равен. По известным температурным графикам определяется расчетная сезонная потребность города в тепле:

. (3.12).

Таблица 4. Зависимость теплового потока [Вт/м2] на отопление от внешней температуры, 0С.

Тепловая мощность, поставляемая в данную точку теплопровода, равна.

(3.13).

где — тепло, возвращающееся с обратным потоком теплоносителя с температурой :

. (3.14).

Физическая граница системы по отоплению — это линия уровня.

(3.15).

где — характерная площадь основания здания. Минимальное из значений расстояний, получаемых по формулам (3.6) и (3.15), будем принимать за физический радиус зоны влияния ЭС. Если области влияния каждой энергосистемы не пересекаются, то их расположение исключает конкуренцию. Для потребителей же, находящихся в зоне перекрытия областей влияния нескольких энергосистем, возникает задача минимизации затрат при условии получения необходимого качества услуг. Границы равенства тепловых мощностей для каждой пары энергосистем определяются уравнением.

.