РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА ЦЕНТРАЛЬНЫХ ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ

SOLUTION OF ISSUES OF ENERGY SAVING AT CENTRAL THERMAL POINTS

Evgeniy Krushinskiy

student, branch of the National Research MPEI University in Smolensk,

Russia, Smolensk

Irina Kabanova

scientific adviser, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, branch of the National Research MPEI University in Smolensk,

Russia, Smolensk

АННОТАЦИЯ

В статье исследуются методы решения вопросов повышения энергосбережения на центральных тепловых пунктах. Выполнен расчет основного оборудования и схемы подключения для реализации эффективной системы энергосбережения центрального теплового пункта.

ABSTRACT

The article examines methods for solving the issues of increasing energy saving at central heating points. The calculation of the main equipment and connection diagrams for the implementation of an effective energy saving system of the central heating point was carried out.

Ключевые слова: центральный тепловой пункт, энергосбережение.

Keywords: central heating station, energy saving.

В настоящее время во всем мире большое внимание уделяется вопросам повышения энергосбережения, в том числе и для центральных тепловых пунктов (ЦТП). Энергосбережение за счет повышения эффективности использования энергии является одной из главных задач для коммунальной энергетики России. Вместе с модернизацией и внедрением современных технологий прокладки тепловых сетей необходимы реорганизация и комплексная модернизация имеющихся ЦТП и ИТП.

Таким образом, сегодня, в условиях постоянного дефицита энергетических ресурсов, повышения их стоимости и ухудшения экологического состояния окружающей среды стоит задача реализации проектов по энергосбережению за счет повышения эффективности использования тепловой энергии.

Для реализации эффективной системы энергоснабжения ЦТП выполним сравнительный расчет одноступенчатой и  двухступенчатой схем подключения теплообменников ГВС.

Объектом исследования является ЦТП со следующими основными параметрами.

Температурный график:

- в подающем трубопроводе теплосети на нужды отопления и теплоснабжения 95 °С;

- в обратном трубопроводе теплосети на нужды отопления и теплоснабжения 70 °С;

Суммарная тепловая нагрузка на ЦТП - 3173,6 кВт, в том числе:

- отопление - 567,0 кВт;

- вентиляция - 1994,9 кВт;

- ГВС - 611,7 кВт.

В соответствии с нормативными требованиями параметры внутреннего воздуха приняты:

- в жилых комнатах t=20 ^оС;

- в помещении лестничной клетки t=16 ^оС.

Расчетные параметры наружного воздуха исходя из места климатического местоположения ЦТП принимаются следующие:

-температура наиболее холодной пятидневки t_н= - 32 ^оС;

-продолжительность отопительного сезона Z_от.п.= 221 сут.;

-средняя температура отопительного сезона t_ср.от.= -5,4 ^оС.

Отметим особенности алгоритма расчета двухступенчатого подключения теплообменника ГВС (рис.1).

Рисунок 1. Двухступенчатая смешанная схема подключения подогревателя ГВС:

1,2 - пластинчатый теплообменник (1, 2 ступени), 3 - клапан регулирующий с эл/приводом, 4 - погружной датчик температуры, 5 – контроллер, 6 - насос ХВС (холодного водоснабжения), 7 - насос циркуляции ГВС (горячего водоснабжения), 8 – фильтры, 9 – краны, 10 - обратный клапан, 11 - реле перепада давления, 12 - дренажный насос, 13,14,15 – приборы (манометр, термометр, расходомер).

Рассчитаем схему подключения подогревателей по методике, представленной в [1-3].

Тепловая производительность I и II ступени при :

,                                                         (1)

,                                                       (2)

где  – максимальная нагрузка ГВС;

 – температура сетевой воды после отопительной системы при максимальном водоразборе;

 – температура холодной и горячей воды.

Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей в I ступени:

,                                 (3)

где  - температура сетевой воды после I ступени подогревателя;

 – температура сетевой воды после отопительной системы при максимальном водоразборе;

 – температура водопроводной воды после I ступени подогревателя при максимальном водоразборе.

Коэффициент теплопередачи в I ступени:

,                                                            (4)

где – коэффициент загрязнения поверхности нагрева (трубок);

– толщина стенки трубки;

 – теплопроводность стенки трубки;

 – коэффициент теплоотдачи от греющей воды к стенкам трубок;

 – коэффициент теплоотдачи от трубок к нагреваемой среде.

Необходимая площадь нагрева подогревателя I ступени:

,                                                                     (5)

где  - коэффициент, учитывающий наличие  накипи и загрязнения трубок.

Среднелогарифмическая разность температур теплоносителей во II ступени:

,                                                   (6)

где  – температура сетевой воды перед смесительным насосом;

 – температура водопроводной воды после I ступени подогревателя при максимальном водоразборе;

 - температура сетевой воды в подающем трубопроводе;

Коэффициент теплопередачи и необходимая площадь поверхности нагрева II ступени рассчитывается аналогично I ступени.

Результаты расчета представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты расчета двухступенчатой схемы.

ПТО рассчитывается по следующему алгоритму:

Осевое усилие болтов  необходимое для обеспечения герметичности уплотнения, рассчитывается по формуле:

,                                                               (7)

где     - удельная нагрузка на прокладку;

, м – ширина прокладки;

, м - средняя длина уплотнения, которая находится по формуле:

,                                                  (8)

где     – длина пластины, м

 – ширина пластины, м

Проверка прочности болтов выполняется по условию:

         ,                                                             (9)

где     = 8 – число болтов;

 - допускаемое напряжение для материала болта при температуре в аппарате;

площадь поперечного сечения болта по внутреннему диаметру резьбы;

 - принятый диаметр болта.

         Если условие , выполняется, то прочность болта обеспечена.

Для прямоугольной плоской стенки, жестко закрепленной по периметру, толщина пластины  находиться по формуле:

,                                                               (10)

где     – внутреннее давление в аппарате, МПа;

 – конструктивная прибавка на коррозию, принимаем 0,3 мм;

 – коэффициент, определяемый по графику.

Результат расчета с помощью автоматизированной системы представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результат расчета теплообменника пластинчатого типа

Исходя из расчетов схемы подключения теплообменника следует, что благодаря теплу обратного теплоносителя на подогрев входного потока расходуется меньше энергии и это позволит экономить до 40% теплоносителя. Для данной схемы необходимо точный и профессиональный подбор оборудования и два пластинчатых теплообменника. Реализация данной схемы увеличивает бюджет, но за счет автоматизации ЦТП, использования частотно-регулируемого привода на насосах ХВС и ГВС, использования современных трубопроводов и пластинчатых теплообменников, внедрения систем автоматического регулирования системы отопления – повысит энергосбережение на центральных тепловых пунктах.

Список литературы:

1. Стрижак, П. А. Энергоэффективность системы теплоснабжения зданий при различных методах регулирования теплопотребления [Текст] / П. А. Стрижак., М. Н. Морозов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. – 2014. –№ 3 (202). – С. 88–96.
2. Потапенко, А. Н. Математическое моделирование процессов отопления распределенного комплекса зданий при различных схемах теплопотребления [Текст] / А. Н. Потапенко, А. С. Солдатенков, Е. А. Потапенко // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т. 13. № 4-4. – С. 998–1002.
3. Звонарева Ю.Н. О разработке методики расчета энергетической эффективности систем теплоснабжения / Ю.Н. Звонарева, Ю.В. Ваньков // Энергия -2018: Труды XII Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. г. Иваново. 2018. С. 56-60.