Системы теплоснабжения

Системы теплоснабжения

Открытые системы теплоснабжения – системы, в которых происходит водоразбор горячей воды для нужд потребителя непосредственно из теплосети. При этом водоразбор может быть частичным или полным. Оставшаяся в системе горячая вода используется для отопления и вентиляции. Расход воды в теплосети при этом компенсируется дополнительным количеством воды, подающимся в тепловую сеть. Основное преимущество открытой системы теплоснабжения – ее экономическая выгода. В советский период примерно 50% всех систем теплоснабжения были открытого типа. 

Недостатков у такой системы несколько. Прежде всего - невысокое санитарно-гигиеническое качество воды. Отопительные приборы, трубопроводные сети придают воде цветность, запах, появляются различные примеси, бактерии. Для очистки воды в открытой системе применяются различные методы, но их использование снижает экономический эффект. 

Открытая система теплоснабжения может присоединяться к теплосетям по зависимой (через элеваторы и насосы) и независимой (через теплообменники) схеме. Независимая открытая система дороже, однако она дает значительно улучшенное качество воды по сравнению с зависимой.

Закрытые системы теплоснабжения – системы, в которых циркулирующая в трубопроводе вода используется только как теплоноситель, и не забирается из теплосети для обеспечения горячего водоснабжения. Система в этом случае полностью закрыта от окружающей среды. Безусловно, и в такой системе возможна незначительная утечка теплоносителя. Потери воды восполняются с помощью регулятора подпитки автоматически.

Подача тепла в закрытой системе теплоснабжения регулируется централизованно, при этом количество теплоносителя (воды) остается в системе неизменным, а расход тепла зависит от температуры циркулирующего теплоносителя. В закрытых системах теплоснабжения, как правило, используются возможности тепловых пунктов. К ним поступает теплоноситель от поставщика теплоэнергии (ТЭЦ, например), а центральные тепловые пункты районов регулируют температуру теплоносителя до необходимой величины для нужд отопления и горячего водоснабжения, и распределяют потребителю.

Преимущества закрытой системы теплоснабжения - высокое качество горячего водоснабжения, энергосберегающий эффект. Недостаток – сложности водоподготовки из-за удаленности тепловых пунктов друг от друга.

Отопительные установки могут присоединяться двумя различными способами, благодаря чему различают зависимые и независимые системы теплоснабжения. 

Зависимые системы теплоснабжения – системы, в которых теплоноситель по трубопроводу попадает прямо в систему отопления потребителя, без промежуточных теплообменников, тепловых пунктов и гидравлической изоляции. Несомненно, такая схема присоединения конструктивно простая, понятная, несложная в обслуживании, не требует дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, автоматических приборов контроля и регулирования, теплообменников и т.д. Кроме того, она очень экономична. 

Основной недостаток зависимой системы теплоснабжения – невозможность отрегулировать теплоснабжение в начале и конце отопительного сезона, когда возникает избыток тепла. Это влияет не только на комфорт потребителя, но и на теплопотери. Для повышения энергосбережения разработаны и активно внедряются методики перехода зависимой системы теплоснабжения к независимой, которые позволяют экономить тепло на 10-40% в год. 

Независимые системы теплоснабжения – системы, в которых отопительное оборудование потребителей гидравлически изолировано от производителя тепла, и для теплоснабжения потребителей используются дополнительные теплообменники центральных тепловых пунктов.

Независимая система теплоснабжения имеет неоспоримые преимущества по сравнению с зависимой:

- возможность регулировать количество тепла, доставленного к потребителю (с помощью регулирования вторичного теплоносителя);

- высокая надежность;

- энергосберегающий эффект (экономия тепла 10-40%);

- возможность улучшить эксплуатационные и технические качества теплоносителя, тем самым повышая защиту котельных установок от загрязнений.

Благодаря этим достоинствам, независимые системы теплоснабжения активно применяются в крупных городах, где существует большой разброс тепловых нагрузок, а тепловые сети достаточно протяжённые. Разработаны технологии реконструкции зависимых систем в независимые, и они постепенно внедряются, несмотря на значительные капиталовложения.

Система теплоснабжения состоит из следующих основных элементов (инженерных сооружений): источника тепла, тепловых сетей, абонентских вводов и местных систем теплопотребления.

Источниками тепла в централизованных системах теплоснабжения служат или теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), производящие одновременно и электроэнергию, и тепло, или крупные котельные, именуемые иногда районными тепловыми станциями. Системы теплоснабжения на базе ТЭЦ называются «теплофикационными».

Системы теплоснабжения классифицируют по следующим основным признакам: по радиусу действия (мощности), виду источника теплоты, виду теплоносителя и количеству трубопроводов.

По радиусу действия системы теплоснабжения могут быть местными, центральными и централизованными.

Местными называют - системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном помещении, или в смежных помещениях и применяются только в гражданских зданиях или вспомогательных зданиях на промышленных площадках. Примером таких систем являются печи электрические или газовые системы отопления.

Центральной системой теплоснабжения называют систему снабжения теплом одного здания любого объема от одного источника теплоты. Например, система отопления здания, получающая теплоту от котла, установленного в подвале здания, или отдельно стоящей котельной.

Централизованная система теплоснабжения - когда от одного источника теплоты подается теплота для многих зданий (ТЭЦ или районные котельные). Районные котельные имеют тепловые сети со средним радиусом действия 2...3 км. При районном теплоснабжении источник теплоты — районная котельная может быть паровой или водогрейной, т. е. в ней могут быть установлены паровые или водогрейные котлы. Но и те, и другие вырабатывают только один вид энергии — тепловую, которая образуется при сжигании топлива в топках котлов. Потребители получают эту тепловую энергию или в виде пара, или в виде горячей воды, которые циркулируют в системах отопления зданий.

По виду теплоносителя, вырабатываемого на источнике теплоты, системы теплоснабжения бывают: водяные и паровые.

Водяные системы теплоснабжения принимаются в основном для теплоснабжения потребителей системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

Паровые системы теплоснабжения принимаются для промышленных предприятий.

По способу подачи воды на горячее водоснабжение рисунок 3.1. водяные системы теплоснабжения бывают открытые и закрытые.

Рисунок - 3.1. Принципиальные схемы приготовления воды для горячего водоснабжения на вводах в двухтрубных водяных системах теплоснабжения а - при закрытой системе; б - при открытой системе;1 - подающий и обратный трубопроводы тепловой сети;2 - теплообменник горячего водоснабжения; 3 – холодный водопровод; 4 - местная система горячего водоснабжения; 5 - регулятор температуры; 6 - смеситель; 7 - обратный клапан.

В открытых системах водяного теплоснабжения горячая вода к водоразборным приборам системы горячего водоснабжения поступают непосредственно из тепловых сетей.

В закрытых системах теплоснабжения воду из тепловых сетей используют как греющую среду для нагревания в подогревающих водопроводной воды, поступающей затем в местную систему горячего водоснабжения.

По количеству трубопроводных систем теплоснабжения бывают однотрубные и многотрубные, наиболее широко принимаются двухтрубные.

По способу обеспечения потребителей тепловой энергией системы теплоснабжения бывают одноступенчатые и многоступенчатые, рисунок 3.2.

Рисунок 3.2. Схема одноступен-чатой системы теплоснабжения; 1- магистральные трубопроводы; 2- ответвления;МТП- местный тепловой пункт; ТП –основной подогреватель; ПК- пиковый котел; СН- сетевой насос.

В одноступенчатых системах теплоснабжения потребители теплоты присоединяются непосредственно к тепловым сетям.

Узлы присоединения потребителей теплоты к тепловым сетям называются абонентскими вводами или местными тепловым пунктам (МТП).

Если абонентский ввод сооружается для отдельной, например технологической установки, то его называют индивидуальным тепловым пунктом (ИТП).

Непосредственное присоединение отопительных приборов ограничивает пределы допустимого давления в тепловых сетях, так как высокое давление, необходимое для транспорта теплоносителя к конечным потребителям, опасно для радиаторов отопления. В силу этого одноступенчатые системы применяют для теплоснабжения ограниченного числа потребителей от котельных с небольшой длиной тепловых сетей.

В многоступенчатых системах теплоснабжения между источником теплоты (ИТ) к потребителям размещаются центральные тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП), в параметры теплоносителя могут изменяться в соответствии с требованиями МТП. рисунок 3.3.

Рисунок 3.3. Схема двухступенчатой системы теплоснабжения: 

1- магистральные трубопроводы; 2- ответвления; 3- распре-делительные сети; 4,5- ответвления к зданиям на отопление и вентиляцию; 6- ответвление на технологические процессы.

ЦТП и КРП оборудуются насосными и водоподогревательными установками, регулирующей и предохранительной арматурой, контрольно-измерительными приборами, предназначенными для обеспечения группы потребителей в квартале или районе теплом необходимых параметров. С помощью насосных или водонагревательных установок магистральные трубопроводы (первая ступень) соответственно частично или полностью гидравлически изолируется от распределительных сетей (вторая ступень). Из ЦТП или КРП теплоноситель с допустимыми или установленными параметрами для местных потребителей по общим или отдельным трубопроводам второй ступени подается в МТП каждого здания. При этом в МТП производится лишь элеваторное подмешивание обратной воды из местных отопительных установок, местное регулирование расхода воды на горячее водоснабжение и учет расхода тепла.

Полная гидравлическая изоляция тепловых сетей первой и второй ступени является важнейшим мероприятием повышения надежности теплоснабжения и увеличения дальности транспорта тепла. Многоступенчатые системы теплоснабжения с ЦТП и КРП позволяют в несколько раз  уменьшить число местных подогревателей горячего водоснабжения, циркуляционных насосов и регуляторов температуры, устанавливаемых в МТП при одноступенчатой системе. В ЦТП возможна организация обработки местной водопроводной воды для предупреждения коррозии систем горячего водоснабжения. Наконец, при сооружении ЦТП и КРП сокращаются  в значительной мере эксплуатационные затраты и затраты на содержание персонала для обслуживания оборудования в МТП.

В централизованных системах теплоснабжения в качестве теплоносителя используются вода и водяной пар, в связи с чем различают водяные и паровые системы теплоснабжения.

Вода как теплоноситель имеет ряд преимуществ перед паром; некоторые из этих преимуществ приобретают особо важное значение при отпуске тепла с ТЭЦ. К,- последним относится возможность транспортирования воды на большие расстояния без существенной потери ее энергетического потенциала, т. е. ее температуры (понижение температуры воды в крупных системах составляет менее 1°С на 1 км пути). Энергетический потенциал пара-его давление — уменьшается при транспортировании более значительно, составляя в среднем 0,1— 0,15 МПа на 1 км пути. Таким образом, в водяных системах давление пара в отборах турбин может быть/ очень низким (от 0,06 до 0,2 МПа), тогда как в паровых системах оно должно составлять до 1—1,5 МПа. Повышение же давления пара в отборах турбин приводит к увеличению расхода топлива на ТЭЦ и уменьшению выработки электроэнергии на тепловом потреблении.

Водяные системы позволяют сохранить на ТЭЦ в чистоте конденсат греющего воду пара без устройства дорогих и сложных паропреобразователей. При паровых же системах конденсат возвращается от потребителей нередко загрязненным и далеко не полностью (40—50%), что требует значительных затрат на его очистку и приготовление добавочной питательной воды котлов.

К другим достоинствам воды как теплоносителя относятся: меньшая стоимость присоединений к тепловым сетям местных водяных систем отопления, а при открытых системах еще и местных систем горячего водоснабжения; возможность центрального (у источника тепла) регулирования отпуска тепла потребителям изменением температуры воды; простота эксплуатации — отсутствие у потребителей неизбежных при паре конденсатоотводчиков и насосных установок по возврату конденсата.

Пар как теплоноситель в свою очередь имеет определенные достоинства по сравнению с водой:

а) большую универсальность, заключающуюся в ; возможности удовлетворения всех видов теплопотребления, включая технологические процессы;

б) меньший расход электроэнергии на перемещение теплоносителя (расход электроэнергии на возврат конденсата в паровых системах весьма невелик по сравнению с затратами электроэнергии на перемещение воды в водяных системах);

в) незначительность создаваемого гидростатического; давления вследствие малой удельной плотности пара по сравнению с плотностью воды.

Неуклонно проводимая в нашей стране ориентация на более экономичные теплофикационные, системы теплоснабжения и указанные положительные свойства водяных систем способствуют их широкому применению в жилищно-коммунальном хозяйстве городов и поселков. В меньшей степени водяные системы применяются в промышленности.