Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор существующих подходов и методов оценки энергетической эффективности систем теплоснабжения 8
1.1. Предпосылки создания методики оценки энергетической эффективности СЦТ 8
1.2. Методики оценки энергетической эффективности элементов систем централизованного теплоснабжения 10
1.2.1. Методики оценки энергетической эффективности источников теплоты в СЦТ 10
1.2.1.1. Оценка энергетической эффективности ТЭЦ 11
1.2.1.2. Оценка энергетической эффективности котельных 16
1.2.1.3. Математические модели источников тепловой энергии 18
1.2.2.1. Методики оценки энергетической эффективности тепловых сетей 19
1.2.2.2. Математические модели тепловых сетей 26
1.2.3.1. Методики оценки энергетической эффективности потребителей тепла 30
1.2.3.2. Математические модели потребителей тепла 32
1.3. Методики оценки энергетической эффективности систем централизованного теплоснабжения 32
ГЛАВА 2. Разработка методики и вычислительного инструмента для исследования систем теплоснабжения и их элементов 37
2.1. Разработка математической модели СЦТ. Описание задач, решаемых с ее помощью 37
2.2. Модуль источника теплоты 42
2.3. Модуль тепловых сетей 48
2.4. Модуль потребителя теплоты 60
2.5. Определение параметров работы системы теплоснабжения в отопительном сезоне 71
ГЛАВА 3. Исследование системы теплоснабжения жилого района г. Иркутска 74
3.1. Теплоисточник 75
3.1.1. Расчет поправок температурного графика 75
3.1.2. Задача определения оптимальной загрузки котлоагрегатов 78
3.2. Тепловые сети 81
3.2.1. Определение влияния увлажнения изоляции на величину теплопотерь 81
3.2.2. Сравнение теплопотерь трубопроводами различной прокладки 87
3.2.3. Сравнение теплопотерь трубопроводами с минераловатной и пенополиуретановой изоляцией 90
3.2.4. Сравнение гидравлического сопротивления трубопровода с различным сроком эксплуатации 99
3.3. Потребитель теплоты 99
3.3.1. Исследование влияния вариантов заполнения светового проема на величину инфильтрационных потерь теплоты 99
3.3.2. Сравнительный анализ теплопотерь зданий потребителя 100
3.4. Определение минимально необходимых затрат теплоты на отопление и эффективности СЦТ и ее элементов 102
Заключение 105
Список использованной литературы
- Методики оценки энергетической эффективности источников теплоты в СЦТ
- Математические модели источников тепловой энергии
- Определение параметров работы системы теплоснабжения в отопительном сезоне
- Определение влияния увлажнения изоляции на величину теплопотерь
Введение к работе
Проблема бесперебойного и эффективного обеспечения теплом
потребителей системами централизованного теплоснабжения (СЦТ) в
^ климатических условиях Сибири и крайнего севера России в настоящее время
является чрезвычайно злободневной.
Система централизованного обеспечения теплом потребителей
представляет собой сложный технологический комплекс, объединяющий в себе
« теплоисточник, тепловые сети и системы внутреннего теплоснабжения разного
рода потребителей. Над повышением эффективности работы этого комплекса и его подсистем работало и работает большое число ученых и специалистов: А.И. Андрющенко, В.М. Бродянский, Е.Я.Соколов, Ю.П.Соловьев, Л.А. Мелентьев, А.П. Меренков, Е.В. Сеннова, В.А. Стенников и др. Вместе с тем с изменением экономических, социальных и иных условий в стране, многие вопросы требуют новых методических подходов и решений.
В настоящее время в СЦТ России наблюдается кризисная ситуация. Ее предпосылки назревали давно, но в отличие от ряда других областей народного хозяйства не проявлялись из-за большой инерционности систем энергетики. Главные причины тяжелой ситуации, сложившейся в системах теплоснабжения — затянувшийся общий экономический кризис в России и практический отказ государства от регулирования деятельности естественных монополий в том числе и энергетики.
Изношенность основных фондов генерирующих мощностей достигла
^ более 50 %, систем транспорта теплоносителя — 30 %. Потери потребителей
тепла вследствие низкого термического сопротивления ограждающих конструкций могут достигать до 80 % подведенного к ним тепла.
В связи с этим многие ученые и специалисты пытаются найти эффективные решения накопившихся проблем, рассматривают возможность перехода на различные схемы децентрализованного теплоснабжения.
Для сравнения систем теплоснабжения различного типа, объективного сопоставления существующих и вновь проектируемых систем теплоснабжения необходим инструмент, позволяющий определять термодинамическую и технико-экономическую эффективность той или иной системы и производить выбор наиболее полно отвечающий этим критериям.
Попытки создать такой инструмент неоднократно предпринимались многими специалистами. Однако, как правило, рассматриваемые ими системы не включали потребителя тепловой энергии в виде расчетного блока, функционирование которого зависит от внешних параметров и параметров взаимосвязей с другими элементами системы. Потребители были представлены обычно заданной тепловой нагрузкой, рассчитанной по укрупненным показателям, либо нормами потребления теплоты.
Цель работы:
Разработка вычислительного инструмента и проведение исследований систем централизованного теплоснабжения как единого комплекса, включающего потребителей тепла в виде расчетного блока.
Научная новизна работы определяется следующими положениями:
Автором предложены критерии энергетической эффективности систем теплоснабжения, а также их конечного звена — потребителя, что позволило рассматривать системы теплоснабжения как единый комплекс.
Разработана математическая модель для исследования СЦТ, которая включает модули, описывающие условия функционирования всех ее элементов, включая потребителя, с учетом основных внешних параметров и параметров взаимосвязей друг с другом.
Создан программно-вычислительный комплекс для исследования систем централизованного теплоснабжения.
Практическая значимость работы состоит в том, что предложенные соискателем инженерные методики оценки энергетической эффективности СЦТ и ее элементов: распределения нагрузки между котлоагрегатами котельной для отыскания режима работы источника с минимальными
расходами топлива, а также моделей и программных средств для расчетов гидравлических режимов, теплопотерь в элементах СЦТ могут быть полезны проектным и эксплуатационным организациям и фирмам, решающим задачи теплоснабжения,
В частности разработанные методики и программные продукты используются в Иркутском государственном унитарном предприятии жилищно-коммунального хозяйства при проведении энергетических обследований, а также при проектировании котельных и тепловых сетей. Результаты исследований используются также в учебном процессе кафедры «Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна» при изучении студентами дисциплин «Теплоснабжение» и «Теплогазоснабжение и вентиляция» (см. Приложения).
В главе 1 дан обзор публикаций, посвященных исследованиям различных элементов СЦТ. Обсуждаются существующие методы оценки и показатели энергетической эффективности элементов системы теплоснабжения. Отмечается, что в изученной литературе отсутствует показатель для оценки энергетической эффективности потребителей тепла и СЦТ в целом. На основании обзора литературы сформулированы основные задачи, решаемые в диссертации.
В главе2 дается описание разработанной математической модели СЦТ, включающей модули теплоисточника, тепловых сетей и потребителей теплоты, а также созданного на ее основе программно-вычислительного комплекса (ПВК) СЦТ. Описывается структура ПВК и заложенные в него расчетные алгоритмы, учитывающие взаимосвязи между всеми элементами системы. Описывается методика определения энергетической эффективности потребителя тепла по значениям энергетического КПД, рассчитываемого на основе минимально необходимых затрат теплоты на отопление. Дается методика их расчета для потребителей, размещенных в различных регионах. На основе величины минимально необходимых затрат тепла на отопление предлагается оценивать энергетическую эффективность систем
теплоснабжения в целом. Детально описывается полный спектр возможностей модели СЦТ, показывается связь между составляющими звеньями системы. В главе 3 приводятся результаты расчетов, произведенные на разработанной математической модели СЦТ для климатических условий г. Иркутска. Показывается специфика распределения тепловых потерь по звеньям СЦТ. Указывается особенность определения тепловых потерь в сетях при наличии участков с повышенной влажностью. Исследуется инфильтрационная составляющая и составляющая потерь ограждающими конструкциями в тепловой нагрузке потребителей. Дается сравнительный анализ тепловых потерь всех звеньев СЦТ, эффективности работы каждого из них и всей системы в целом.
В заключении сформулированы основные выводы и результаты исследований.
В приложении приведены акты об использовании результатов работы.
Личный вклад автора заключается в реализации новой постановки исследований систем теплоснабжения, разработке математической модели и программно- вычислитель но го комплекса СЦТ, а также в проведении исследований на модели и анализе полученных результатов.
Методики оценки энергетической эффективности источников теплоты в СЦТ
Энергетическая эффективность теплофикации оценивается по экономии топлива ДВ, получаемой при покрытии от ТЭЦ заданного энергопотребления (электрической и тепловой энергии) определенного числа потребителей, по сравнению с расходом топлива при раздельном методе удовлетворения этих же нагрузок.
Для оценки эффективности работы ТЭЦ используются энергетический и эксергетический метод, действующий метод ОРГРЭС, а также ряд других методов, используемых иностранными специалистами [92,99,107,109].
На ТЭЦ одновременно осуществляется комбинированная и раздельная (производимая на конденсационном потоке пара) выработка энергии. Первая дает экономию топлива, а вторая, как правило, связана с его перерасходом [77]. Оптимизация режима таких ТЭЦ заключается в увеличении комбинированной выработки энергии на базе общего теплопотребления и уменьшения раздельной выработки тепловой и электрической энергии. Для этой цели необходим единый показатель, который однозначно отражал бы эффективность ТЭЦ с точки зрения наибольшей экономии топлива.
К сожалению, многочисленные попытки найти такой абсолютный КПД ТЭЦ не увенчались успехом. Применяемый иногда полный КПД ТЭЦ Пуэц» равный отношению суммы выработанных электрической и тепловой энергии Э+Q к израсходованной теплоте сгорания топлива В „, является не совсем корректным, так как в отдельных случаях его значение может возрастать при уменьшении экономии топлива. Между тем положительным качеством этого коэффициента является отражение им полного баланса энергии при ее преобразовании на ТЭЦ.
В основе энергетического метода лежит коэффициент использования теплоты топлива. u m B-Op где Q — количество отпущенной теплоты, Э — количество отпущенной электроэнергии, В - расход топлива, Q H - низшая удельная теплота сгорания топлива. В этом методе электрическая энергия оценивается по тепловому эквиваленту и суммируется с теплотой. Энергетический метод основан на I законе термодинамики. Он не учитывает качественных отличий различных видов энергии. Электрическая и тепловая энергия не являются равноценными видами энергии, поэтому их сравнение по тепловому эквиваленту не считается экономически объективным, хотя и не противоречит первому закону термодинамики [12,81].
Поэтому, пользуясь только коэффициентом киж- не всегда можно оценить эффективность ТЭЦ с точки зрения достигаемой экономии топлива. Введение дополнительно двух показателей эффективности ТЭЦ - КПД по производству тепловой 1юц и электрической т/ щ энергии, а также обратных им величин — удельных расходов топлива на выработку теплоты Ьт и электроэнергии Ьэ не всегда позволяет решать задачи выбора оптимальных режимов эксплуатации ТЭЦ. Дело в том, что значения данных показателей напрямую зависят от метода распределения топлива между этими видами энергии. Так, при «физическом» методе удельный расход топлива на выработку электроэнергии Ъц практически не зависит от достигаемой его экономии. С 1 февраля 1996 г. специалистами ОРГРЭС был разработан новый метод (далее метод ОРГРЭС). Расход топлива на электроэнергию по методу ОРГРЭС вычисляется по формуле: в;=в,-к , (1.2) где к? — коэффициент отнесения расхода топлива, сжигаемого в энергетических котлах, на производство электроэнергии. Этот коэффициент определяется по формуле: а+де Q +&Q,(omp)+Q0ln (1.3) где Q3 - расход тепла на производство электроэнергии, AQ0(bmp) - увеличение расхода тепла на производство электроэнергии при отсутствии отпуска тепла внешним потребителям из теплофикационных отборов, Qum — отпуск тепла из теплофикационных отборов. Методика определения этих величин подробно описана в [72]. В этом случае количество топлива, относимого на производство тепла, составит; г ВТ = в-в (1.4)
При использовании метода ОРГРЭС значение Ьи возрастает почти в 2 раза [92], и на многих ТЭЦ оно даже выше, чем на современных КЭС. Более того, учет «ценности тепла» по этому методу приводит к тому, что при полной нагрузке отборов пара КПД по выработке тепловой энергии г п становится больше единицы.
Кроме того, отсутствие научного обоснования использования величины AQi(omp), а также большая сложность вычислений снижает доверие к этому методу. При этом метод ОРГРЭС не дает ТЭЦ большей свободы при определении стоимостных показателей по сравнению с физическим методом: все затраты оказываются привязанными к жесткому (условному) разделению расхода топлива в энергетическом котле между производством тепловой и электрической энергии. Таким образом, метод ОРГРЭС вызывает определенное сомнение в правомерности его применения.
Эксергетический метод был предложен специалистами ряда организаций для разделения расходов топлива в комбинированном производстве электрической и тепловой энергии в конце 80-х годов. Этот метод позволяет учитывать эксергию (работоспособность) того тепла, которое отдается потребителю из теплофикационных отборов ТЭЦ.
Математические модели источников тепловой энергии
Модели источников тепловой энергии можно условно разделить на две большие группы: тренажеры для диспетчерского и эксплуатационного персонала теплогенерирующих мощностей и непосредственно математические модели и программно-вычислительные комплексы как отдельных элементов источников теплоты (котлы, турбины, теплообменники, насосы и пр.) так и блоков этих элементов (котел-турбина) и источников в целом.
Тренажеры необходимы для привития операторам и диспетчерам практических навыков работы с системами управления основным и вспомогательным оборудованием, а также для обучения оперативного персонала управлению работой источников теплоты в нештатных ситуациях. Тренажеры «изготавливаются» под оборудование определенных типов, а также под определенные технологические схемы источников теплоты.
Широко распространены тренажеры котельных агрегатов различных типов, позволяющие моделировать и прогнозировать различные режимы работы котла, а также возможные аварийные и внештатные ситуации, которые могут возникнуть при управлении данным котлом. Широкое распространение получили тренажеры энергоблоков типа котел-турбина. Они позволяют моделировать различные режимы работы блока и отслеживать влияние элементов энергоблока друг на друга.
Тренажеры могут быть различной конфигурации и иметь различную сложность построения. Однако, в последнее время в свете бурного развития новых компьютерных технологий модели тренажеров получают все большее распространение и оперируют значительно большим объемом вычислений, чем тренажеры предыдущих лет, что позволяет достигать более достоверных результатов и приближать эти модели к работе реального оборудования.
Математические модели основного и вспомогательного оборудования источников теплоты необходимы для моделирования и расчетов параметров работы оборудования в различных режимах. Математические модели могут описывать как существующее оборудование, так и вновь проектируемое. Они по зволяют существенно сократить затраты материалов, времени и финансовых средств для вновь проектируемого оборудования, что делает их незаменимыми помощниками проектировщиков. Они позволяют выявлять потенциал энергосбережения, обнаруживать слабые места в имеющемся оборудовании источников теплоты и оценивать внедрение различных энергосберегающих мероприятий.
Благодаря своим преимуществам математические модели оборудования получили широкое распространение, а с широким внедрением компьютерной техники стали повседневной практикой.
Методики оценки энергетической эффективности тепловых сетей
Тепловые сети как составная часть системы централизованного теплоснабжения оказывает значительное влияние на эффективность работы всей системы теплоснабжения. Тепловые потери в окружающую среду, возникающие при транспорте теплоносителя в теплопроводах, представляют собой важный энергетический и экономический показатель эффективности работы тепловых сетей и являют собой предмет заинтересованности всех участников взаиморасчетов при выработке, транспорте и потреблении тепловой энергии.
Протяженность тепловых сетей в нашей стране составляет, по разным оценкам, от 180 до 280 тысяч километров в двухтрубном исполнении [41]. На сегодняшний день затраты на транспорт тепла в растянутых сетях превышают 40% его себестоимости, для 80% трубопроводов тепловых сетей превышен срок безаварийной службы, более 30% тепловых сетей находятся в ветхом состоянии и требуют ремонта [42]. В ряде регионов проблема износа теплопроводов стоит крайне остро, причем с каждым годом их состояние ухудшается. Если в 1997 году требовалось заменить 14,4% общей протяженности теплотрасс (каждый седьмой километр), в 2000 году эта цифра возросла до 16,2% (каждый шестой километр), то в 2003 году требовал замены уже каждый пятый километр [41]. Однако в настоящее время заменяются не более 0,5 - 1% от общей протяженности сетей вместо 4 — 5% по нормативу. При этом плановый ремонт практически уступил место аварийно-восстановительному, что в 3—4 раза дороже и значительно хуже по качеству.
В России традиционно основным способом строительства тепловых сетей является подземная канальная прокладка (84%), с помощью бесканальной подземной прокладки выполняется примерно 6%, а путем наземной прокладки — около 10% от общей длины теплотрасс. В качестве теплоизоляционного материала трубопроводов, проложенных в каналах, как правило (порядка 90%), используются изделия из минеральной ваты (маты и плиты). Применение для этих целей цилиндров из минеральной и стеклянной ваты составляет не более 0,1%.
По мнению [42,59], основные причины катастрофического состояния российских тепловых сетей кроются в массовом применении подземной канальной прокладки трубопроводов и использовании недолговечных теплоизоляционных материалов. По мнению [42,59], гидроизоляция (защитные покрытия из стеклопластиков, гидроизола, полимерных пленок, штукатурки), а также гидрофоби-зация волокнистых материалов не защищают их от увлажнения при длительной эксплуатации, а, следовательно, и от ухудшения их теплофизических характеристик (увеличения коэффициента теплопроводности). Фактический срок службы таких трубопроводов для магистральных сетей составляет 12-15 лет, распределительных и квартальных сетей - 7-8 лет, т.е. значительно ниже нормативного, равного 25 годам [41].
В последнее время во многих публикациях рядом авторов [41,42,53,58] указываются существенные потери теплоты при транспорте теплоносителя: от 30 до 70 % от общего объема отпущенной теплоты. Тепловые сети называются главным источником потерь в СЦТ [58], «могильщиком» теплофикации в России и т.д.
Определение параметров работы системы теплоснабжения в отопительном сезоне
Общие тепловые потери на теплоисточнике за отопительный период, ГДж составят: (Пн. hommP — N ти cpomn- \.r -if. О = р ср ч omnep- п яп\ хїпотерь ТИ ip итп. где N4 - отпуск теплоты от источника при средних климатических па раметрах отопительного сезона, кВт; b"sp - средний расход топлива при этих параметрах, кг/с; х аяшр - продолжительность отопительного периода, ч.
Общие тепловые потери в тепловых сетях за отопительный сезон, ГДж составят д д, ТС ср _ f е от.пер. __ Я отпер. потТС .„3 \Z.Qi) где AN 4L ср - тешіопотери в сетях при средних климатических параметрах в отопительном сезоне, кВт. Общее количество теплоты, подведенное к потребителю в отопительный период, ГДж составит: тупотр.ср 2 в Пп1" в - —1 отп"Р- !_ /о О А \ ІЇпотреб ,-,3 (J..04) где м""" 1""1" - теплота, подводимая потребителям при средних климатических параметрах в отопительном периоде, кВт. КПД элементов системы теплоснабжения определяется по следующим формулам: Эффективность работы теплоисточника в отопительном периоде \0rtin Ом П 0"-Ь -г -36-Ю-3 (2-85) ЬСр ирасч отмер J u 1и т - количество теплоты, отпущенное источником за период, 1 Дж; Эффективность работы тепловых сетей определяется их КПД: а поде потреб (2.86) где QZwptf - количество теплоты, доведенной до потребителя за рассматриваемый период ГДж, Q " - количество теплоты, отпущенной теплоисточником за тот же период, ГДж. Энергетическая эффективность потребления теплоты определяется для отопительного периода в целом и по месяцам: /потреб -.подв , (2.87) г потреб КПД системы теплоснабжения в целом определяется по формуле: Q,
Вышеуказанные расчеты производятся по месяцам отопительного периода. Кроме определения расчетных величин в месячных расчетах в зависимости от целого ряда параметров индивидуальных для каждого месяца (таких как доля собственных нужд котельной, средневзвешенный КПД котлоагрегатов, средних скоростей ветра и температур наружного воздуха, степени увлажнения тепловой изоляции трубопроводов, попавших в зону повышенной влажности, и прочих) вычисляются следующие параметры: - число часов работы системы теплоснабжения; - выработка теплоты теплоисточником, ГДж; - количество теплоты, потребляемое потребителем, ГДж; - теплопотери по каждому элементу системы, ГДж; - среднемесячный КПД производства, транспорта и потребления тепловой энергии. По расчетам за каждый месяц отопительного периода строится график отпускаемой и потребляемой теплоты. Также строится график отпуска теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха для всех режимов работы СЦТ.
В ходе исследования энергетической эффективности работы СЦТ в целом и ее элементов в отдельности на разработанной математической модели были поставлены и решены следующие задачи: - определено влияние увлажнения тепловой изоляции трубопроводов на величину теплопотерь; - произведено сравнение теплопотерь трубопроводами различных способов прокладки (подземной канальной, бесканальной и наземной); - произведен сравнительный анализ влияния увлажнения воздуха в непроходных каналах на величину теплопотерь трубопроводами, проложенными в этих каналах; - произведен сравнительный анализ теплопотерь в тепловых сетях при различных теплоизоляционных материалах; - произведено сравнение гидравлического сопротивления магистрального трубопровода разного срока его эксплуатации; - произведен расчет поправок температурного графика при качественном способе регулирования отпуска теплоты от источника; - опробована методика определения оптимальной загрузки котлоагрегатов для минимизации расхода топлива в целом по источнику и определена экономия топлива при использовании данной методики; - определено количество вырабатываемой, отпускаемой и подведенной теплоты к потребителю в отопительном сезоне, а также по месяцам; - определены минимально необходимые затраты теплоты на отопление в отопительном сезоне, а также по месяцам; - произведен сравнительный анализ теплопотерь зданий различной конфигурации при различных скоростях ветра
Как уже говорилось в главе 2, модель позволяет производить непрерывную проверку обеспеченности нагрузки потребителя по балансу прихода и расхода тепла. В связи с этим рассчитывается теплосъем с отопительных приборов. При этом температура на входе в отопительный прибор принимается равной температуре подающей сетевой воды отпущенной теплоисточником за вычетом потерь температуры в связи с теплопотерями в сетях. Если же теплосъем с отопительных приборов больше или меньше расчетной нагрузки потребителя в каком либо из режимов работы системы теплоснабжения, то система производит корректировку температуры сетевой воды в подающем трубопроводе в большую или меньшую сторону, в зависимости от того перетоп или недотоп имел место у потребителя.
Определение влияния увлажнения изоляции на величину теплопотерь
В ходе эксплуатации водяных тепловых сетей на внутренних поверхностях трубопроводов образуется отложения солей жесткости, грязи и отложений внутренних систем потребления тепла. При этом существенно возрастает абсолютная шероховатость внутренней поверхности трубопровода. Задачей исследования было определение снижения пропускной способности трубопроводов в ходе их эксплуатации. Исследование производилось на магистральном трубопроводе dy-350 мм, длиной 5 километров. Расчет производился для нового трубопровода и для трубопроводов, находившихся в эксплуатации 10 и 20 лет. Результаты расчета представлены на рис. ЗЛО, 3.11. и 3.12. Как видно из этих рисунков сопротивление нового магистрального трубопровода равное 45,3 м.в.ст. возрастает при эксплуатации в течение 10 лет до 60 м.в.ст., а при эксплуатации в течение 20 лет до 68 м.в.ст. Это приводит к существенному снижению располагаемых напоров у потребителей тепла и увеличению расхода электроэнергии на перекачку сетевой воды. Исходя из этого можно сделать вывод о необходимости проведения мероприятий по снижению зарастаний трубопроводов.
Было произведено сравнения инфильтрационных потерь пятиэтажного здания с двойным и тройным стекло пакетом. Высота одного этажа — Зм; площадь оконного проема — 1,5 м2; количество рам в окне — 2; количество окон: по длине дома — 25, по ширине - 4; скорость ветра - 3 м/с; температура наружного воздуха - 25 С.
Результаты расчетов показали следующее: теплопотери с инфильтрацией составили 91 кВт, при тройном остеклении — 50 кВт. Если принять теплопотери при двойном остеклении за 100 %, то при тройном остеклении они сократятся до 55 %, а при установке герметичных стеклопакетов по данным [62,63] могут сократиться до 2%. Необходимо отметить, что установка стеклопакетов сводит инфильтрационную составляющую почти к нулю, что создает определенный дискомфорт для пребывания людей в помещении. Это обстоятельство ограничивает сферу применения герметичных стеклопакетов в зданиях с естественной Задача сравнения теплопотерь зданий различной этажности была поставлена в связи с вопросом о влиянии конфигурации здания на его теплопотери. Для исследования принимались следующие условия: количество этажей в здании 5 и 12, материал стен кирпичная кладка, толщина стен 0,5 м с заполнением оконного проема двойным стеклопакетом с размером окна 1x1,5 м. Внешние размеры 5-этажного здания: высота —17 м, ширина - 21 м, длина — 100 м. Внешние размеры 12-этажного здания: высота — 40 м, ширина, длина — 29 м. Объем зданий одинаков (-34000 м3). Сравнение производилось при затишье (vBCTpa=0 м/с) и при сильном ветре (vBeTpa=10 м/с).
По общепринятой методике [73] расчетные тепловые нагрузки этих зданий были бы одинаковы. Результаты расчетов представлены в табл. 3.10 и на рис. 3.13-3.16.
Как видно из табл. 3.10 и рис. 3.13-3.16 теплопотери зданий одинакового объема различной этажности различаются как при затишье, так и при наличии ветра. Из рисунков наглядно видно, что инфильтрационные потери 12-этажного здания больше чем аналогичные теплопотери 5-ти этажного здания. Тепловые потери с увеличением скорости ветра возрастают: для 5-этажного здания со 174 кВт до 278 кВт, для 12-этажного здания со 181 кВт до 282 кВт.
Методика определения эффективности системы теплоснабжения и ее подсистем, включая потребителей на основе минимально необходимых затрат теплоты на отопление подробно описана в гл. 2. Для проведения исследований принимались следующие условия: потребитель - микрорайон, включающий в себя 25 однотипных пятиэтажных жилых здания (высота этажа 3 м), со средним числом людей, проживающих в одном здании равным 400, со стенами из кирпичной кладки, толщиной 0,5 м и заполнением оконного проема двойным стек-лопакетом.
После определения минимально необходимых затрат теплоты на отопление были рассчитаны количества теплоты выработанной и отпущенной теплоисточником, а также подведенной к потребителю. На основе этих данных были
определены КПД системы теплоснабжения и ее элементов в отопительном сезоне (табл. 3.11).
Расчеты на модели позволили оценить эффективность работы каждого элемента системы централизованного теплоснабжения в среднем за отопительный сезон и за каждый месяц отопительного периода в отдельности. Анализ результатов расчетов показал следующее: в отопительном сезоне средняя эффективность работы теплоисточника составила 64,8 %, транспорта теплоносителя по тепловым сетям - 91,3 %, использования энергии у потребителя — 49,5 %. КПД системы теплоснабжения составил 29,3 %.
Отпуск теплоты от котельной за отопительный сезон составил 127 646 ГДж. За отопительный сезон потери теплоты на источнике составили 65 274 ГДж, потери теплоты в сетях составили 10 540 ГДж и потери теплоты у потребителя составили 54 993 ГДж (за вычетом минимально необходимых затрат на отопление Qwlm которые составили 56 034 ГДж).
При установке теплоутилизаторов со средневзвешенным коэффициентом регенерации тепла равным 0,3 получились следующие результаты: отпуск теплоты от котельной за отопительный сезон составил 119 469 ГДж. За отопительный сезон потери теплоты на источнике составили 56 097 ГДж, потери теплоты в сетях составили 10 645 ГДж и потери теплоты у потребителя составили 63 947 ГДж (за вычетом минимально необходимых затрат на отопление ?"ft,} которые составили 39 093 ГДж/год).
Как видно из представленных данных наибольшие теплопотери происходят у потребителей тепловой энергии вследствие несовершенства ограждающих конструкций и наличия неконтролируемых присосов воздуха.
При установке теплоутилизационных установок выработка и потребление теплоты в системе теплоснабжения значительно снижаются. Была рассчитана экономия тепла и топлива в отопительном сезоне при установке теплоутилиза-торов. Результаты расчетов представлены в табл. 3.12.
Похожие диссертации на Исследование энергетической эффективности систем централизованного теплоснабжения как единого комплекса
