ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В СЕВЕРНЫХ РАЙОНАХ

АННОТАЦИЯ

В статье описаны особенности проектирования котельных и тепловых сетей в северных районах России. Рассмотрели теплоносители, которые используются для отопления зданий в период низких температур.

Ключевые слова: теплоснабжение; районы крайнего севера; вечная мерзлота, теплосети.

Территории северных районов характеризуются суровыми климатическими условиями (низкая температура, сильные ветры и снег), наличием многолетней мерзлоты и длительным отопительным периодом. В связи с вышеперечисленными особенности вопросы теплоснабжения в северных городах актуальны.

Проектирование и строительство котельных в северных районах отличается из-за сурового климата. Котельные в северном исполнении разрабатываются для расчетной зимней температуры наружного воздуха менее – 31,0 °C. Особенности строительства и проектирования таких котельных описаны в Разделе 19 СП 89.13330.2012: «Дополнительные требования к строительству в особых природных условиях. Строительство в Северной строительно-климатической зоне и в районах вечной мерзлоты».

Согласно СП в котельных должны применяться модульные конструкции с максимальной сборностью перевозных деталей. Это даст возможность легко производить монтаж здания котельной в любое время года.

Помимо модульных конструкций необходимо предусматривать следующее:

• стены и крыши целесообразно выполнять из сэндвич-панели толщиной 200 мм;
• для поддержание определённой температуры (12-18°С) в котельной предусматривается входной тамбур с тепловой завесой;
• использование низколегированной конструкционной стали 09Г2С для создания опорной вертикальной фермы дымовой трубы и каркаса котельной (детали из стали 09Г2С рассчитаны на длительную эксплуатацию в условиях различных деформаций при температурах от -70°С до + 425°С) ;
• на трубопроводах в котельных необходимо устанавливать стальную регулирующую и запорную арматуру;
• обязательно выполнять теплоизоляцию дымовой трубы и внешних газоходов (для исключения полностью или же существенного ограничения прогревания грунтов);
• все вводы и выводы трубопроводов рекомендуется расположить в небольшом количестве мест. 

Еще одна особенность теплоснабжающих устройств в районах крайнего севера связана с использованием теплотрасс и водопроводов. Из-за транспортировки природных вод с низкими показателями pH и высоким содержанием железа, что обуславливается заболоченным ландшафтом, стальные трубы сильно зарастают и служат намного меньше указанного срока. Поэтому, при использовании воды, как теплоносителя, необходимо тщательно её отчищать.

Также стоит отметить, что в северных областях к воде подмешивают 27-процентный раствор хлористого кальция, что предотвращает промерзание труб[3] .Вместе с тем гидравлические и тепловые расчеты инженерных систем здания выполняются для воды, а достаточно высокие концентрации раствора в теплоносителе существенно изменяют его наиболее важные физические свойства, такие как:

- вязкость;

- теплоемкость;

- плотность;

- теплопроводность;

- коэффициент объемного расширения и др.

Эксплуатацию трубопроводов так же сильно осложняет наличие многолетней мерзлоты. Нестабильность мерзлоты,  низкая несущая способность талых грунтов и глубина слоя сезонного протаивания. Всё это заставляет прокладывать практически все трубопроводы над поверхностью грунта – на опорах или по эстакадам. Такие трубопроводы будут более чувствительны перепадам температуры, чем при подземной прокладке. В сильные зимние холода положение может стать критичным, ведь тепловые потери с поверхности труб возрастают до недопустимых значений, и угроза их замерзания становится более чем реальной. В связи с этим появляется необходимость в теплоизоляции труб, строительстве промежуточные котельные на водоводах, прокладке водопроводов с теплоспутниками и т.п. Все эти меры требуют больших затрат, к тому же не обеспечивают гарантии безаварийности установки. Любая остановка подачи воды в зимний период может обернуться аварией с тяжелыми последствиями, связанными с размораживанием труб и выходом их из строя.

Возможен и другой способ: в Норильске все трубы проходят на глубине 6 м под землей. Коллекторы располагают в дали от домов, чтобы избежать передачу тепла мерзлым грунтам под зданиями. Дорогу, под которой установлены трубы, чистят от снега особенно тщательно, чтобы ветер остужал землю.

Подземные теплопроводы нужно устанавливать в зависимости от изменения физико-механических свойств мерзлых грунтов при оттаивании [1]. Возможны два принципа использования вечномерзлых грунтов в качестве оснований:

1 принцип – вечномерзлые грунты используются в мерзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего заданного периода эксплуатации. Имеет место в случае, когда оттаивании грунта характеризуется значительными осадками и влияет на устойчивость расположенных вблизи зданий и сооружений.

2 принцип – вечномерзлые грунты  используются в оттаивающем и оттаявшем состоянии. Следует принимать, когда грунты характеризуются незначительными осадками на всю расчетную глубину оттаивания.

Одна из основных инженерных задач при проектировании тепловых сетей  –  выбор мероприятий по сохранению устойчивости трубопроводов на основе расчетов зоны оттаивания мерзлого грунта и общего прогноза изменения мерзлотно-грунтовых условий определённой территории. Именно для этого необходимо предусматривать выход сетей на расстоянии 6 м от стены здания. Так же требуется планировка земли для отвода горячей воды при возникновении аварийной ситуации.

Что бы влияние тепловых сетей на грунт было минимальным – их изолируют.  Для снижения теплопотерь применяют специальные готовые «скорлупы» – теплоизоляцию из каменной ваты, либо используют трубы заводской изоляции, при укладке изолируя только стыки. [2] Добиться снижения теплопотерь можно так же с помощью оптимизации гидравлических режимов, температуры теплоносителя и гидравлической балансировки теплосетей

При выполнении всех вышеперечисленных мероприятий трубопроводов будет служить не менее 30 лет. При техническом диагностировании существующих сетей срок службы определяется расчетно-аналитическими процедурами.

Список литературы:

1. Колодкин Д.М. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ В УСЛОВИЯХ КРАЙНЕГО СЕВЕРА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. LXXIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 1(72).
2. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» ФЗ № 261 от 23 ноября 2009 г.
3. С. Е. Беликов, С. А. Зубов, Н. Н. Турбанов. Некоторые вопросы применения незамерзающих теплоносителей // Аква-Терм. 2001. Май.