Введение

В соответствии с Федеральным законом №190-ФЗ [1], тепловой сетью является «совокупность устройств (включая центральные тепловые пункты, насосные станции), предназначенных для передачи тепловой энергии, теплоносителя от источников тепловой энергии до теплопотребляющих установок». Кроме того, по №190-ФЗ «не допускается использование открытых систем теплоснабжения для нужд горячего водоснабжения».

Таким образом, переход от открытой системы теплоснабжения к закрытой является перспективным направлением для проведения сравнительного анализа двух систем с целью улучшения качества параметров горячего водоснабжения и теплоснабжения потребителей.

Предметом исследования является тепловая сеть. Объектом исследования выступает система теплоснабжения района областного посёлка. Методология данной работы заключается в аналитическом исследовании работы открытой и закрытой систем теплоснабжения — выполнении анализа теплового и гидравлического расчёта открытой и закрытой системы теплоснабжения.

Основным нормативным документом, регулирующим проектирование систем теплоснабжения, выступает Свод Правил 124.13330.2012 [2].

Расчётные тепловые нагрузки при проектировании тепловых сетей определяются по данным конкретных проектов нового строительства, а существующей — по фактическим тепловым нагрузкам. Выбор системы теплоснабжения объекта производится на основании утверждённой в установленном порядке схемы теплоснабжения.

Принятая к разработке в проекте схема теплоснабжения должна обеспечивать:

  • безопасность и надёжность теплоснабжения потребителей;
  • энергетическую эффективность как теплоснабжения, так и потребления тепловой энергии;
  • нормативный уровень надёжности, определяемый тремя критериями: вероятностью безотказной работы, готовностью (качеством) теплоснабжения и живучестью системы;
  • экологические требования;
  • безопасность эксплуатации.

Закрытая система теплоснабжения — это система, в которой горячая вода подготавливается на объекте потребления тепловой энергии из холодной с использованием теплообменных аппаратов (табл. 1). Непосредственный водоразбор сетевой воды у потребителей в закрытых системах теплоснабжения не допускается.

В открытых системах теплоснабжения подключение части потребителей горячего водоснабжения, представляющих собой водяные теплообменники на тепловых пунктах абонентов (по закрытой системе), допускается только как временное явление при условии обеспечения (сохранения) качества сетевой воды согласно требованиям действующих нормативных документов.

Результаты гидравлического расчёта являются исходными данными для выбора насосного оборудования, мест установки узлов рассечек, диаметров трубопроводов и других элементов системы централизованного теплоснабжения.

В закрытых системах гидравлический режим можно считать более стабильным, так как в них относительно стабилен расход воды в подающем и обратном трубопроводах.

Вместе с этим одним из преимуществ является низкая стоимость установки, для того чтобы подготовить небольшое количество подпиточной воды тепловой сети на тепловой электростанции.

К основным недостаткам данной системы можно отнести: дороговизну тепломеханического оборудования и автоматики; высокие требования к герметичности всех соединений; низкую энергоэффективность системы в связи с ограниченной возможностью использования низкопотенциальных источников тепла на теплоэлектростанции; дороговизну значительного количества тепловых пунктов, что связано с наличием в них подогревателей горячего водоснабжения; перетоки недеаэрированной воды в тепловую сеть через неплотности подогревателей, что приводит к внутренней коррозии труб тепловой сети; нарушение санитарно-гигиенических требований к горячему водоснабжению при нерегулируемых перетоках, когда сетевая вода не соответствует нормам качества питьевой воды, в трубопроводы горячей воды, идущей к потребителям, также через неплотности подогревателей [3]; интенсивную внутреннюю коррозию металлических участков трубопроводов, наполненных недеаэрированной горячей водой, в системах горячего водоснабжения; высокие температуры теплоносителя на магистрали и, как следствие, большие потери тепла.

Открытая система теплоснабжения (горячего водоснабжения) — технологически связанный комплекс инженерных сооружений, предназначенный для теплоснабжения и горячего водоснабжения путём отбора горячей воды из тепловой сети (табл. 2).

В России в основном применяются открытые системы теплоснабжения.

К достоинствам открытой системы теплоснабжения можно отнести: простоту эксплуатации; низкую стоимость оборудования за счёт отсутствия необходимости размещения теплообменных аппаратов; сравнительно небольшие потери теплоты при транспортировке по магистральным трубопроводам за счёт более низкой температуры теплоносителя; снижение скорости коррозии за счёт применения теплоносителя котлового качества; высокую энергоэффективность при использовании низкопотенциальных источников тепла (отработавшего пара турбин теплоэлектростанции) для подготовки значительного объёма подпиточной воды; невысокую стоимость тепловых пунктов.

Основными недостатками открытой системы являются: вода низкого качества (как следствие, крупные затраты на установку устройств водоподготовки, ощутимое падение давления в трубопроводах в часы наиболее высокого потребления, что влечёт за собой установку дополнительных насосов и оборудования для автоматического контроля давления в системе); дороговизна оборудования для подготовки подпиточной воды тепловой сети на тепловой электростанции; сложный гидравлический режим, что связано с разностью расходов сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах. Однако данный недостаток устраняется с помощью применения приборов автоматического регулирования режима.

В работе рассматривается объект детского учреждения, расположенный в Ленинградской области.

Определение расходов теплоты является начальным этапом для проектирования тепловых сетей, а также при разработке схем теплоснабжения. Оно проводится отдельно по каждому виду теплопотребления, а также по каждому зданию или группе зданий одного типа.

Отпуск теплоты теплосети может производиться в системы отопления, вентиляции и кондиционирования, а также в системы ГВС зданий (табл. 3).

Потребителей, которые получают тепло от централизованной системы теплоснабжения, называют абонентами, а расходуемое ими тепло — нагрузкой источника тепла.

В зависимости от соотношений режимов отдельных видов теплопотребления абоненты разделяются на три группы:

  • жилые здания;
  • общественные здания;
  • промышленные здания и сооружения.

Цель гидравлического расчёта — определение диаметров трубопроводов, падения давлений на каждом участке тепловой сети и суммарного падения давления по всей тепловой сети.

В работе был выполнен системный анализ функционирования системы теплоснабжения, состоящий из:

  • анализа структуры системы теплоснабжения;
  • анализа технологических особенностей системы теплоснабжения;
  • анализа потребителей системы теплоснабжения (тепловых нагрузок).

Из полученных результатов можно сделать вывод о том, что:

  • вид тепловой сети (открытая или закрытая) не оказывает влияния на выбор тепломеханического оборудования и разработку монтажной схемы;
  • расчётный расход в открытой системе меньше, чем в закрытой, следовательно, меньше расходуется электрической энергии при работе сетевых насосов по перекачке теплоносителя, и насосы подбираются меньшей мощности.

Обобщая всё перечисленное, можно сделать вывод, что в технологическом плане открытая система теплоснабжения обладает преимуществами по отношению к закрытой системе. Недостатком её является только повышенный расход теплоносителя на подпитку системы из-за расхода воды на нужды системы ГВС.

Однако, несмотря на это, переход к закрытой системе является обязательным.

Заключение

Анализ основных преимуществ и недостатков двух системы позволил сделать вывод о том, что, несмотря на бóльшую стоимость закрытой системы теплоснабжения, её применение более эффективно с точки зрения многих показателей.

По требованиям энергоэффективности открытая система имеет большие преимущества [4].

Закрытая система позволяет снизить расходы на отопление и ГВС за счёт регулирования температуры в соответствии с температурным графиком. За счёт высокого качества воды снижается вероятность коррозии трубопроводов и отложения в них солей, что способствует снижению затрат на водоподготовку и продлению срока эксплуатации оборудования.

Кроме того, по Федеральному закону №190-ФЗ использование открытых систем теплоснабжения не допускается.