Теплотехнические расчеты котельных. Теплотехнический расчет с примером

Отопление - это одна из важнейших систем в доме, от которой зависит возможность комфортного проживания круглый год.

При устройстве отопления важно учесть все нюансы, выбрать максимально эффективную систему отопления, которая лучше всего подходит для вашего дома.

И если сбои в водо- или электроснабжении можно пережить, то перебои тепла зимой - явление весьма малоприятное.

Учитывая всю важность системы отопления, ее надежность и эффективность должна быть определена уже на стадии проектирования дома. Необходимо подсчитать нужное количество радиаторов отопления в жилых комнатах, чтобы избежать вариантов, при которых либо чересчур жарко, либо, наоборот, слишком холодно. Кроме того, необходимо добиться равномерного распределения тепла в помещениях и на этажах. Для решения всех этих вопросов высчитывается расход тепла на отопление здания или теплотехнический расчет.

Теплотехнический расчет здания

Теплотехнический расчет - это расчет потребления тепла на отопление, необходимого для создания комфортных условий проживания в помещениях. Теплотехнический расчет является основной для расчета всей системы отопления.

Таблица расчетов расхода тепла на отопление при использовании разных типов котлов.

Необходимо принимать во внимание, что любой дом при эксплуатации теряет тепло, отдавая его в окружающую среду. Причем объемы расхода тепла зависят от конструктивных особенностей здания. Данные потери тепла следует равнозначно восстанавливать.

Практически невозможно подсчитать компенсацию расхода тепла на глаз. Для точного определения расхода тепла на отопление необходим теплотехнический расчет. Иначе можно допустить ошибки, которые на порядок превышают или понижают реальные данные. При теплотехническом расчете учитывается обычно множество факторов, которые могут повлиять на потери тепла. К таким факторам относятся, как уже говорилось ранее, конструктивные особенности здания, кроме них на потери тепла влияют используемые материалы для строительства и отделки здания, расположение здания относительно сторон света и преобладающих ветров, температурные особенности региона строительства и другие строительные решения, применяемые в возведении здания.

Необходим ли точный теплотехнический расчет?

Для чего необходим точный теплотехнический расчет?

Во-первых, на основании расчета производится подбор оборудования для системы отопления, включая расчет мощности котла отопления, определение количества радиаторов в комнатах и секций каждого радиатора, планирование теплого пола и подбор объема воды как теплоносителя в системе отопления и вентиляции. Если вы потратили значительные средства на систему отопления и не получили достаточно теплого дома, приятного будет мало.

Во-вторых, проведя такой расчет, можно быть уверенным в том, что не было переплаты как за закупленное оборудование, так и за работу по его установке. То есть на основе расчета можно подобрать именно то оборудование, которое способно отапливать ваш дом, не образуя излишней теплоты. Конечно, лишняя теплота может быть использована на другие нужды, однако это несет и дополнительные расходы на отопление. К тому же продавцы теплового оборудования склонны завышать необходимое вам количество оборудования, так как это напрямую влияет на их заработок, потому расчет поможет вам избежать переплат. Как показывает практика, правильно рассчитанное количество оборудования снижает расходы на систему отопления на 20-25%.

В-третьих, теплотехнический расчет необходим при подключении газового хозяйства, как того требуют правила. Он нужен для подбора конкретного теплового агрегата и объемов потребляемого газа. При этом расчет выполняется на первоначальном этапе, так как в проекте газификации уже должны быть указаны марка и мощность газового котла.

Что включает в себя теплотехнический расчет

Правильный теплотехнический расчет проводится в два этапа. На первом этапе подсчитываются теплопотери здания, выполняется расчет мощности отопительного оборудования и подбор количества радиаторов отопления.

Расчет расхода тепла

Чтобы точно рассчитать количество тепла, нужного для поддержания оптимальной температуры в жилых помещениях (+20…+22°С) в холодное время года, следует знать объем расхода тепла домом в условиях низких температур (-30…-35°С). Соответственно, количество тепла будет равно количеству расхода тепла.

При подсчете расхода тепла учитываются толщина стен, пола и потолков, материалы, используемые для строительства и отделки, наличие подвала и чердака, показатели теплопроводности окон и дверей. Итогом общего подсчета всех этих показателей является общая потеря тепла домом (в кВт).

Для расчетов следует принять минимальную температуру в зимний период, равную -40°С. Комфортной же температурой в жилых помещениях принято считать +20°С. Исходя из этих значений перепад температур составляет 60°С.

Если нет возможности подсчитать абсолютно все теплопотери, включая те, которые появляются из-за неоднородности материала стен или потолков, или те, которые возникают при мостиках холода или больших площадях дверей и окон, то можно определить порядок расхода тепла и в данном прядке подбирать отопительное оборудование. Все неоднозначности при расчете трактуются в сторону увеличения расхода тепла, что приведет, соответственно, к увеличению мощности теплового оборудования.

При расчетах используются разные величины, так как мощность приборов измеряется в Ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), а теплотворность оборудования или теплота, выделяемая при сгорании топлива, - в Джоулях (Дж) или килокалориях (ккал). Поэтому нужно соотношение между этими величинами для правильности расчетов:

1 Вт/м 2 *град = 0,86 ккал/м 2 *час*град = 3600 Дж/м 2 *час*град.

Из этого соотношения видно, что если коэффициент теплового сопротивления стены из керамзитобетона с утеплением ее пенополистиролом составляет около 0,2 Ватт/град, то участок такой стены площадью 1 квадратный м будет отдавать при разнице температур, равной 60°С, около 12 Вт тепла, или 43200 Дж, или 10,3 ккал.

Однако в реальных условиях тепло уходит не только через стены, но и через крышу и пол. Если в доме не предусмотрен оборудованный чердак, то потери тепла через крышу равны потерям через стены, то есть те же 12 Вт тепла на каждый квадратный м крыши.

Если взять для расчетов площадь крыши, равную 200 м 2 , потери тепла через такую крышу составят 2400 Вт, или 8,64 МДж, или 2064 ккал.

Теплопотери через пол тоже не являются нулевыми. И хотя при наличии подвала, в котором обычно сохраняется положительная температура, разница температур будет не больше 20°С, то потери тепла все равно составят величину, равную 1 кВт или 3,6 Мдж, или 860 ккал.

Однако, несмотря на теплопотери через крыши и пол, потери тепла через стены обычно самые значительные. При расчетах учитываются только те стены, которые контактируют с внешней средой, так как внутри здания в разных комнатах сохраняется примерно одинаковая температура, а значит, потери тепла не идут. Для расчетов можно взять общую площадь наружных стен в 150 квадратных метров. Теплопотери через них составят 12 Вт/м 2 *150 м 2 =1800 Вт.

Итоговые потери тепла такого здания составят 2400 Вт + 1000 Вт + 1800 Вт = 5200 Вт =5,2 кВт = 4472 ккал = 18,72 МДж каждый час.

Как говорилось ранее, мощность отопительного оборудования равна потерям тепла домом. Получается минимальная мощность системы отопления в 5,2 кВт. Однако эта цифра применима лишь в том случае, если тепло распределяется равномерно. Такой сценарий развития в современном доме практически нереален. Все современные дома имеют множество стен и перегородок, межкомнатных дверей и источников конвекции воздуха, значит, минимальную мощность теплового оборудования можно увеличить на 50%. Поэтому мощность котла должна быть на уровне 7-8 кВт при наиболее равномерном распределении тепла и правильно спроектированной системе отопления.

Является данная мощность большой или маленькой для загородного дома? В приведенных расчетах использовался дом с общей площадью около 200 м 2 . Для такого здания эта цифра весьма невелика. Выделяемое системой тепло соответствует тому, какое можно получить в 40-градусный мороз при сжигании 2-3 кг дров или 1 л топлива.

Кроме того, при расчетах не были учтены другие источники тепла в доме, такие как бытовые приборы или камин. Однако даже такой приблизительный расчет поможет выбрать отопительное оборудования для загородного дома. Еще одной возможностью для снижения расхода тепла домом и экономии топлива или электроэнергии является распределенная система отопления, когда температура в разных помещениях здания регулируется индивидуально. К примеру, в большом доме необязательно поддерживать одинаковую температуру во всех комнатах, достаточно иметь оптимальную температуру в жилых помещениях, а в тех комнатах, где нет постоянного проживания, поддерживать температуру на уровне +10°С. Распределенная система отопления может в большей степени использовать дополнительные источники тепла, такие как солнечный обогрев, водяной теплоаккумулятор или электрокотел меньшей мощности.

Расчет количества радиаторов отопления

Когда рассчитаны необходимое количество тепла и мощность отопительного оборудования, определяется необходимое число радиаторов отопления для каждой комнаты. Это нужно для равномерного распределения тепла и возмещения расхода тепла каждой комнаты по отдельности.

Методика расчета количества радиаторов довольно проста. В строительных нормах и правилах рекомендуется наличие источника тепла мощностью не менее 100 Вт на каждый квадратный м площади для поддержания оптимальной температуры.

Количество радиаторов отопления вычисляется по формуле:

1. I=S*100/P, где.
2. I - количество радиаторов отопления.
3. S - площадь помещения (м 2).
4. P - тепловая мощность одной секции радиатора, которая определяется изготовителем.

Однако эта формула не учитывает другие факторы, влияющие на количество источников тепла в помещении:

• тип окон (k1) - современные пластиковые стеклопакеты снижают потери тепла;
• число наружных стен (k2) - чем больше стен выходят наружу, тем больше потери тепла через них;
• наличие помещения над рассчитываемой комнатой (k3) - при наличии чердака теплопотери уменьшаются, как и количество радиаторов, а при его отсутствии, соответственно, увеличиваются;
• высота потолков помещения (k4) - данный коэффициент равен 1 при высоте потока 2,5 м. При увеличении высоты потолка коэффициент увеличивается;
• количество окон (k5).

Тепловая мощность радиатора (Р) зависит от материала, из которого он изготовлен. Так, для чугунных радиаторов значение Р=145 Вт, а для биметаллических - Р=185 Вт. Самыми теплотворными являются алюминиевые радиаторы, их тепловая мощность Р=190 Вт.

Общая же формула количества радиаторов имеет вид:

I=S*k1*k2*k3*k4*k5*100/P

Следует отметить, что чем лучше будет утеплен дом и отдельные его элементы, такие как окна или двери, тем меньше будет расхода тепла, а значит, тем меньше расходы на отопление.

Проектирование разводки труб

После подсчета расхода тепла и количества радиаторов проектируется разводка труб для всех помещений.

Основным принципом, на котором работает отопление, является принцип циркуляции теплоносителя, в большинстве случаев - воды. Теплоноситель доставляет тепло от источника нагрева, коим является котел, до радиаторов отопления. В радиаторах вода остывает, передавая тепло помещению, и возвращается обратно к котлу.

Температура в комнатах зависит при этом от скорости воды в трубах и от температуры воды. Если при проектировании разводки труб будут допущены ошибки, то скорость воды может быть ниже необходимой, что приведет к снижению температуры в дальних участках отопительной системы при котле, работающем на полную мощность. Для преодоления данной проблемы необходимо учитывать гидравлическое сопротивление. Гидравлическое сопротивление - это сила, препятствующая распространению воды в системе. Если гидравлическое сопротивление какого-либо участка системы отопления будет высоким, то объем воды, который доходит до этого участка, будет минимальным.

На гидравлическое сопротивление влияет несколько факторов:

• Количество изгибов труб отопления и длина всей системы. Чем больше их количество, тем сложнее объему воды преодолеть сопротивление;
• Сечение труб. При большом сечении труб объем проходящей в системе воды будет больше, как и ее скорость, что обеспечит хорошее отопление;
• Материал, из которого изготовлены трубы и радиаторы. Так, у металлопластиковых труб сопротивление распространению воды меньше, чем у металлических такого же сечения;
• Температура и тип теплоносителя. Гидравлическое сопротивление тосола будет выше, чем у воды.

Сумма всех этих факторов влияет на общее сопротивление системы и отопление. Эта характеристика высчитывается по специальным таблицам или в компьютерных программах. По величине данной характеристики судят о том, нужен ли циркуляционный насос для перекачивания воды или естественной циркуляции воды будет достаточно. Если отопление достаточно простое, то естественная циркуляция воды обеспечит нормальную работу системы отопления. Если же отопление разветвленное, со множеством изгибов, то мощный насос для воды практически необходим.

Чтобы произвести расчет тепла на отопление здания, необходимо правильно рассчитать потери тепла, подобрать соответствующий котел и радиаторы, а также рассчитать их количество. Кроме того, важным моментом является определение гидравлического сопротивления и подбор циркуляционного насоса.

Только сочетание всех этих факторов и тщательно спланированное отопление позволит вам наслаждаться теплом зимними вечерами.

Тепла вашему дому!

Теплотехнический расчет - он же "расчет расхода газа" (термин Мособлгаза) - даст для Вашего объекта следующую информацию:

• Потребности в тепле
• На отопление
• На компенсацию потерь тепла через вентиляцию зданий
• На приготовление горячей воды
• Потребности в топливе (обычно природном газе)
• Максимальное потребление газа в час (в самый холодный период зимы)
• Годовое потребление газа (за весь отопительный период)

Топливо используется как для производства тепла (котельными) так и технологическим оборудованием, если такое используется на объекте. Пример технологического оборудования: линия по производству обоев, печь, воздухонагреватель и т.п. - любое оборудование, которое имеет хоть одну газовую горелку и сжигает газ.
В теплотехническом расчете при подсчете максимально-часового и годового расходов топлива учитываются все потребители топлива.

Кому нужен теплотехнический расчет?

Расчет необходим в различных случаях:

• Оценка. Вы собираетесь строить объект и Вам нужно оценить:
• Мощность будущей котельной, стоимость котлов
• Сколько газа понадобится на нужды объекта. С этими цифрами Вы пойдете в Мосгаз\Мособлгаз выяснять, а дадут ли Вам столько газа? Частно мощности газовых сетей рядом с объектом ограничены.
• Необходимый документ. Когда Вы придете в Мосгаз\Мособлгаз и попросите у них газ - первым делом у Вас запросят теплотехнический расчет.

Зачем газовым службам расчет? Все просто - прежде, чем выдать Вам технические условия, они должны понять, сколько газа Вам нужно - от этого зависит выбор трубы, в которую Вам дадут врезаться - выбранная труба должна покрыть Ваши потребности в топливе. Может так случиться, что все трубы возле Вашего объекта перегружены и газовые службы не смогут покрыть Ваши потребности в топливе - в этом случае Вам откажут в газификации.

Итак, Вам нужен расчет, если Вы собираетесь получить газ:

• Для строящегося объекта
• При реконструкции объекта
• Вы собираетесь отказаться от покупки тепла у города и использовать собственную котельную
• Для производственного оборудования (технология)
• Вы уже все построили, даже купили котлы отопления, но выяснилось, что у Вас нет расчета! - так тоже часто бывает несмотря на то, что теплотехнический расчет должен выполняться первым делом, на предпроектной стадии

Говоря, ОБЪЕКТ, мы подразумеваем следующие варианты:

• Малоэтажные жилые дома (котеджи)
• Котеджные поселки
• Деревни
• Жилые микрорайоны
• Жилые комплексы
• Торговые центры
• Складские комплексы
• Гаражи
• Административно-бытовые корпуса
• Рестораны
• Офисные здания
• Гостиницы
• Производственно-складские комплексы
• Банки
• Котельные
• Заводы
• Школы
• Спортивные школы
• Детские сады
• Футбольные стадионы
• Автомойки
• Авто тех. центры
• Храмы
• Типографии
• Больницы
• Сельскохозяйстенные предприятия: коровники, телятники, птицефермы
• Теплицы (площадью до нескольких гектар)
• и любые другие объекты - мы не боимся сложностей!

Все вышеперечисленные типы объектов уже были в нашей практике. Список наших клиентов

Нам доверяют:

• Группа компаний ИКЕА
• Инновационный центр "Сколково"
• Футбольный клуб "Локомотив"
• Свято-Троицкая Сергиева Лавра
• Техцентр "Скания-Русь"

Что понадобится от Вас для выполнения расчета

Чтобы провести квалифицированный теплотехнический расчет, необходима следующая исходная информация:

• отопление - поэтажные планы с указанием параметров помещений и разрезы зданий (техпаспорт БТИ)
• вентиляция - функциональное назначение помещений и кратность воздухообмена в час
• ГВС - число точек водоразбора горячей воды (краны-смесители,душевые, мойки, ванны), число посадочных мест в столовой, количество кг сухого белья в смену в прачечной, число работающих в смену и проч.
• технологические нужды - подробное описание технологического процесса, кол-во и мощность горелок для каждого оборудования
• воздушно-тепловые завесы - количество ворот, их размеры, месторасположение и график их работы - время работы в сутки и количество одновременно работающих ВТЗ
• бассейны - их типы, количество и размеры.

Кроме этого, для выполнения теплотехнического расчета здания необходима информация общего плана (количество рабочих смен, число рабочих дней в году, число работающих в смену) .

Для расчета годового расхода газа электрогенерирующих установок (газопоршневые или газотурбины) необходимо представить типичный суточный график электронагрузок для "зимы" и "лета".

Теплотехнический расчет определит мощность котлов

Одна из задач теплотехнического расчета для жилого здания или промышленного объекта - определение тепловой мощности, необходимой для обеспечения качественного обогрева объекта.

Теплотехнический расчет отопления подразумевает знание детальной информации об объекте, без которой невозможно провести качественный анализ тепловых затрат. К числу таких показателей относятся:

• габаритные размеры помещений: длина, ширина, высота
• температура внутри помещения
• данные о вентиляции (кратность воздухообмена)
• тип этажа: надземный/подземный

Теплотехнический расчет отопления позволяет определить тепловую мощность, необходимую для обогрева помещений (зданий), но обычно показатель увеличивается на 15-20% в целях обеспечения запаса мощности, на случай форс-мажорных обстоятельств.
На данном этапе расчета Вы можете подобрать для объекта котлы отопления - расчет подскажет мощность котельной.

Расчет определит необходимое кол-во топлива

Теплотехнический расчет является первичным документом, на основании которого происходит получение лимита газа (технических условий) для объекта. Без расчета не возможно получение ТУ.

А. Примеры расчетов тепловых схем котельных

В качестве примера приводится расчет принципиальной тепловой схемы котельной с паровыми котлами (см. рис. 5.5), со следующими исходными данными и условиями эксплуатации.

Котельная предназначена для отпуска пара технологическим потребителям и для подогрева горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Система теплоснабжения - закрытая. Пар, вырабатываемый в паровых котлах, расходуется на технологические нужды: с параметрами 14 кгс/см 250°С - 10 т/ч с параметрами 6 кгс/см 2 , 190°С - 103 т/ч; на подогреватели сетевой воды с параметрами 6 кгс/см 2 , 190°С (расчетная тепловая нагрузка в виде горячей воды 15 Гкал/ч), а также на собственные нужды и восполнение потерь в котельной. Температурный график тепловых сетей для жилого района 150 - 70°С. Расчетная минимальная температура наружного воздуха - 30°С. Для расчетов принимается температура сырой воды зимой 5°С, летом - 15°С, подогрев воды перед водоподготовительной установкой до 20°С. Деаэрация питательной и подпиточной воды осуществляется в атмосферных деаэраторах при температуре 104°С; питательная вода имеет температуру 104°С, подпиточная 70°С.

Возврат конденсата от технологических потребителей пара 50% и его температура 80°С. Предусматривается непрерывная продувка паровых котлов с использованием отсепарированного пара в деаэраторе питательной воды. По характеру работы котельная является производственной. Отопительная нагрузка невелика, продолжительность стояния минусовых температур: - 30°С - 10ч; - 20°С - 150 ч; - 15°С - 500 ч; -10°С - 1100 ч; - 5°С - 2400 ч и 0°С - 3500 ч при общей длительности отопительного периода в 5424 ч .

Примеры расчетов тепловых схем котельных, выполненые для максимально зимнего режима.

Расход пара на подогреватели сетевой воды

где G - расход сетевой воды, т/ч; Q ов = 15 Гкал/ч - расход теплоты на отопление, вентиляцию на горячее водоснабжение с учетом потерь по заданию; i poy - энтальпия редуцированного пара, ккал/кг; i K - энтальпия конденсата после охладителя конденсата, ккал/кг; i l - энтальпия воды после подогревателя, ккал/кг; i 2 - энтальпия воды перед подогревателем, ккал/кг.

Суммарный расход редуцированного пара для внешних потребителей

Суммарный расход свежего пара на внешних потребителей, т/ч,

где D т = 10 т/ч — расход свежего пара;

i nв - энтальпия питательной воды, ккал/кг; i′ poy - энтальпия свежего пара, ккал/кг.

Подставив указанные величины, получим:

Количество воды, впрыскиваемой в пароохладитель РОУ, при получении редуцированного пара для внешних потребителей, определяем по формуле:

При расчете редукционно-охладительной установки потери теплоты в окружающую среду из - за их незначительности не учитываются.

Расход пара на другие нужды котельной предварительно, с последующим уточнением, принимается в размере 5 % внешнего потребления пара:

Суммарная паропроизводительность ко-тельной с учетом потерь, принимаемых равными 3 %, и расхода пара на другие нужды котельной:

Потеря конденсата с учетом 3 % его потерь внутри котельной будет:

Расход химически очищенной воды при величине потерь воды в тепловых сетях 2% общего расхода сетевой воды равен сумме потерь конденсата и количества воды для подпитки тепловых сетей:

Принимая расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки равным 25% расхода химически очищенной, получим расход сырой воды:

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды может быть определен после уточнения температуры сырой воды за охладителем продувочной воды паровых котлов.

Количество воды, поступающей от непрерывной продувки:

где р пр = 3 % - принятый процент продувки котлов, определяемый в зависимости от качества исходной воды и способа химводоподготовки.

Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки по формуле (5.9)

где х - степень сухости пара, выходящего из расширителя. Количество воды на выходе из расширителя:

Выполненные расчеты позволяют определить температуру сырой воды после охладителя продувочной воды:

где i охл =50 ккал/кг - энтальпия продувочной воды после охладителя.

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды определяется по формуле (5.14):

Подогрев химически очищенной воды производится: в водяном теплообменнике до деаэратора подпиточной воды за счет охлаждения воды от 104°С до 70°С; в пароводяном подогревателе до деаэратора питательной воды за счет теплоты редуцированного пара.

Подогрев химически очищенной воды в охладителях выпара из деаэраторов в данном случае незначителен и не учитывается, так как практически не сказывается на точности расчета схемы. Температура воды, поступающей в деаэратор за теплообменником для охлаждения подпиточной воды, определяется из уравнения теплового баланса теплообменника:

где t′ хов = 18 °С - температура воды после ВПУ; G подп = 188*0,02 = 3,8 т/ч - расход подпиточной воды; G подп/хов = 3,5 т/ч - предварительно принятый расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для подпитки тепловых сетей.

Расход пара на деаэратор подпиточной воды:

С учетом количества пара, идущего на подогрев воды, фактический расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для подпиточной воды, будет:

что мало отличается от предварительно принятой величины в 3,5 т/ч.

Расход пара на пароводяной подогреватель химически очищенной воды, поступающей в деаэратор питательной воды, определен аналогично предыдущему:

где G пит/хов = G к.noт = 60,9 т/ч - расход химически очищенной воды, идущей в подогреватель; i" xов - энтальпия воды после подогревателя, ккал/кг; i хов - энтальпия воды перед подогревателем, ккал/кг.

Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор для питательной воды, за вычетом греющего пара,

средняя температура будет равна:

Эти расчеты позволяют определить расход пара на деаэратор питательной воды:

Тогда суммарный расход редуцированного пара внутри котельной для собственных нужд:

Паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь:

Расхождение с величиной D, принятой в предварительном подсчете, равно 7,3 т/ч, что составляет 4,8 %, поэтому следует уточнить расчет, принимая увеличенный расход пар. на собственные нужды котельной.

Уточненный расход пара:

Расчет тепловой схемы котельной для других режимов производится аналогично рассмотренному. Для установки в котельной, с учетом коэффициента совпадения максимумов потребностей пара К = 0,95 - 0,98, принимаются три паровых котла паропроизводительностью по 50 т/ч со следующими параметрами: давление 14 кгс/см 2 , температура 250°С. Такие котлы выпускает Белгородский завод "Энергомаш".

Б. Примеры расчетов тепловых схем котельных для закрытой системы теплоснабжения.

Примеры расчетов тепловых схем котельных выполняются для приведенной на рис. 5.7 принципиальной тепловой схемы котельной. Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых и общественных зданий для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях при максимально зимнем режиме следующие: на отопление и вентиляцию 45 Гкал/ч; на горячее водоснабжение 15 Гкал/ч. Тепловые сети работают по температурному графику 150 - 70°С. Для горячего водоснабжения принята смешанная схема подогрева воды у абонентов. Расчетная минимальная температура наружного воздуха - 26°С. Подогрев сырой воды перед химводоочисткой до 20°С - от 5°С зимой и 15°С летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при атмосферном давлении. Годовой график нагрузки котельной дай рис. 5.20, где приведены данные о продолжительности стояния наружных температур в сутках.

Примеры расчетов тепловых схем котельных ведутся для пяти характерных режимов работы системы теплоснабжения и для двух температур воды на входе и выходе из котлов. При работе водогрейных котлов на малосернистых каменных углях температура воды на входе в котлы поддерживается постоянной t = 70°C, на выходе из котлов t′ K = 150°С. Основной расчет ведется на максимальный зимний режим. Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию Q0.n=45 Гкал/ч. Отпуск теплоты на горячее водоснабжение Q гв = 15 Гкал/ч, что дает общую теплопроизводительность котельной Q K = 60 Гкал/ч.

Расчетный часовой расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции по формуле (5.21) составит:

Рис. 5.20. График нагрузки котельной с водогрейными котлами и данные о длительности стояния наружной температуры.

Расчетный часовой расход воды для нужд горячего водоснабжения по формуле (5.23) будет:

При применении у абонентов смешанной схемы подогрева воды для горячего водоснабжения используется теплота обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции. Расчетом проверяется температура обратной сетевой воды после местных теплообменников горячего водоснабжения, которая по формуле (5.22) равна:

Суммарный расчет на часовой расход сетевой воды по формуле (5.25)

Расход воды на подпитку при потерях 2 % в тепловых сетях:

Расход сырой вода на химводоочистку при собственных нуждах последней 25 % производительности:

Температура химически очищенной воды после теплообменника - охладителя подпиточной воды 9, установленного после деаэратора 10,

где G XOB = 10 т/ч - предварительно принятый расход химически очищенной воды; с в = 1 ккал/кг;

Задаваясь расходом греющей воды G подл/гр = 6 т/ч и температурой на выходе из подогревателя следующей ступени подогрева химически очищенной воды t гр = 108°С, определяем температуру воды, поступающей в деаэратор:

С учетом подсчитанных величин температура сырой воды перед химводоочисткой:

Расход греющей воды на деаэраторною установку определяется из уровня теплового баланса:

При составлении баланса количества вода в котельной установке величину G д/гp следует учитывать при определении расхода воды на подпитку тепловых сетей. Расход химически очищенной воды на подпитку будет:

Потери воды в охладителе незначительны и при составлении баланса без ущерба для точности ими можно пренебречь. При принятой температуре вода на входе в котлы t = 70°С, на выходе из них t К = 150°С расход воды через котлы составит:

При температуре обратной воды t TC = 42,6°С для получения температуры воды на входе в котлы 70°С нужен следующий расход воды на рециркуляцию [см. формулу (5.33)]:

Для режима с максимальной теплопроизводительностью расход воды в перепускную линию отсутствует:

Для проверки правильности выполненного расчета тепловой схемы нужно составить баланс количества воды для всей котельной установки.

Расход через обратный трубопровод сетевой воды:

а расчетный расход воды через котлы будет:

Поскольку часть горячей вода после котлов идет на подогреватели, в деаэратор и на рециркуляцию, расход сетевой воды на выходе из котельной составит:

Разница между найденным ранее и уточненным расходами воды через котлы незначительна (<0,5%), поэтому выполненный расчет.

Таблица 5.2. Результаты расчета тепловой схемы водогрейной котельной.

Примеры расчетов тепловых схем котельных могут считаться законченными. В случае несовпадения величины более чем на 3% необходимо произвести пересчет расходов горячей воды на собственные нужды при той же теплопроизводительности котельной. В данном примере расчета тепловой схемы котельной повышение температуры вода перед сетевыми насосами за счет тепла, вносимого с подпиточной водой и охлажденной водой от подогревателя сырой воды, не учитывалось вследствие их малой величины (меньше 2%).

Для других режимов работы котельной расчет тепловой схемы производится аналогично; результаты его представлены в табл. 5.2. В тех случаях, когда данные о расходе горячей сетевой воды для нужд горячего водоснабжения и подогрева воды у абонентов отсутствуют, можно принять следующий порядок определения этого расхода. При известном расходе воды на горячее водоснабжение,т/ч, тепловая нагрузка подогревателя первой ступени (обратно линии сетевой воды) (см. рис. 5.3) может быть определена из уравнения:

где - Δ t минимальная разность температур подогреваемой и греющей воды, принимается равной 10°С; остальные обозначения в этом уравнении приводились ранее.

Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени, Гкал/ч, где вода нагревается прямой сетевой водой, составит:

При известной величине тепловой нагрузки подогревателя второй ступени расход сетевой воды, т/ч, на него составит:

К множественному числу наиболее характерных расчетных задач, возникающих на теплоснабжающих предприятиях, относятся: планирование производственной деятельности котельной; обработка результатов производственной деятельности за отработанный период; определение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с продуктами сгорания топлива; расчет тарифов на производство и передачу тепловой энергии с горячей водой и паром.

Для успешного решения этих задач необходимо обладать базой данных, содержащей актуальную информацию по оборудованию источников тепла и по всем элементам системы теплоснабжения. Программно-расчетный комплекс (ПРК) «Источник» (теплотехнические расчеты котельных), разработанный ООО «Политерм», обеспечивает выполнение поставленных задач на основе единой базы данных теплоснабжающего предприятия.

Зарождался ПРК «Источник» в 1998 г. как система паспортизации, предназначенная для внесения и учета реальных характеристик оборудования котельных и элементов системы теплоснабжения. Паспортные данные являются основным источником исходной информации при выполнении расчетных задач. Сведения, внесенные при паспортизации, сохраняются в базе данных, что обеспечивает единство исходных данных для всех расчетных модулей, предусмотренных в ПРК «Источник».

Взаимодействие системы паспортизации с системой справочников существенно облегчает ввод характеристик типового оборудования. С появлением в 2005 г. приказа Минэнерго №265 «Об организации в Министерстве промышленности и энергетики РФ работы по утверждению нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии» была разработана и включена в состав функционального модуля «Паспортизация» еще одна расчетная задача для определения нормативных тепловых потерь через поверхность трубопроводов в окружающую среду и теплоносителя с утечками.

По результатам нормирования потерь на участках тепловых сетей формируются необходимые отчетные документы по формам, рекомендованным в приложениях к приказу №265. Одной из наиболее важных задач в производственной деятельности теплоснабжающего предприятия является планирование, поскольку позволяет определить затраты материальных ресурсов в предполагаемых условиях перспективного периода.

Обладая достоверными результатами распределения расходов топлива, исходной воды, электрической и тепловой энергии, можно достаточно точно прогнозировать предполагаемые затраты предприятия по данным статьям расходов. Расчет плановых показателей деятельности предприятия в ПРК «Источник» осуществляется с помощью функционального модуля «Планирование».

Этот модуль позволяет определить основные теплотехнические показатели работы котельной на перспективный период, в т.ч.: расход топлива в натуральном и условном исчислении; затраты электроэнергии в производственном цикле котельной и на передачу теплоносителя по тепловым сетям предприятия; расход исходной воды и химических реагентов на ее обработку; количество выработанной и отпущенной тепловой энергии; потери тепла по статьям собственных нужд котельной и на участках тепловых сетей; количество тепла, переданное на системы теплоснабжения потребителей.

Планирование работы котельных выполняется на год с разбивкой по месяцам. Процедура планирования сопровождается контролем теплового баланса, что позволяет определить ошибочные результаты, их возможные причины и выявить источники недопустимых исходных данных. На основании результатов планирования производственной деятельности котельной планово-экономические службы предприятия разрабатывают тарифы на производство и передачу тепловой энергии с горячей водой и паром.

По итогам разработки тарифов в регулирующие органы направляются отчетные документы, подтверждающие обоснованность расчетов предприятия по тарифам в регулируемом периоде. Для расчета тарифов на производство и передачу тепловой энергии был разработан функциональный модуль «Тарификация». С помощью него определяются тарифы на производство и передачу тепла в соответствии с приказом ФСТ РФ №20э/2 от 06.08.2004 по «Методическим указаниям по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке».

Для расчета тарифов в этом модуле исходными данными являются: характеристики внесенные при паспортизации, результаты планирования, а также сведения о ценах на услуги организаций-поставщиков материальных ресурсов. Затраты финансовых ресурсов по экономическим составляющим деятельности энергоснабжающей организации (ЭСО) определяются на базе введенных данных о планировании средств на содержание и эксплуатацию оборудования, амортизацию, заработную плату, общехозяйственные, цеховые и прочие расходы ЭСО в периоде регулирования.

Список экономических составляющих тарифа формируется пользователем в зависимости от финансовой политики, принятой на предприятии. Функциональный модуль «Тарификация» формирует полный пакет выходных документов в виде отчетных форм, рекомендованных приказом ФСТ РФ №20э/2 от 06.08.2004 для представления в регулирующие органы. Эффективность эксплуатации тепломеханического оборудования оценивается по результатам работы котельных предприятия за прошедший период.

Анализ показателей работы котельных за истекший период осуществляется на базе информации, полученной по результатам учета расходов топлива, исходной воды и параметров отпускаемого теплоносителя, а так же на базе данных о составе и фактических режимах работы технологического оборудования. Как правило, анализ деятельности предприятия за отработанный период носит сравнительный характер, т.е. оценка производится путем сопоставления основных показателей работы котельных, полученных при планировании с аналогичными фактическими значениями, имевшими место в условиях реальной эксплуатации.

Для выполнения расчетов за отработанный период в ПРК «Источник» предусмотрен функциональный модуль «Суточные ведомости». С помощью этого модуля осуществляется ввод показаний узлов учета топлива, исходной воды и отпущенного теплоносителя, а также запись режимов работы тепломеханического оборудования котельных за каждые сутки отработанного периода. Определение основных теплотехнических показателей работы котельных предприятия выполняется на базе суточных ведомостей оборудования и показаний узлов учета.

Результаты расчета котельных за сутки отработанного периода сопоставляются с соответствующими нормативными значениями, что позволяет сделать оперативную оценку состояния оборудования и эффективности работы котельной в целом. Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды установлены требования, обязывающие все предприятия, имеющие на балансе источники загрязняющих веществ, проводить периодическую инвентаризацию выбросов и предоставлять сведения в органы экологического контроля.

Для теплогенерирующих предприятий наиболее актуальной является задача определения валовых [т] и максимальных [г/с] выбросов загрязняющих веществ, образующихся в процессе сжигания топлива в котельных установках. Функциональный модуль «Выбросы загрязняющих веществ», предназначен для расчета валовых и максимальных выбросов загрязняющих веществ, в т.ч. окислов азота (NOX); оксида углерода (CO); диоксида серы (SO2); твердых частиц и коксовых остатков; летучей золы; мазутной золы в пересчете на ванадий; бенз(а)пирена.

Расчет выбросов выполняется двумя способами: по данным измерений их концентраций в дымовых газах или расчетным путем. Оба способа, используемые в этом модуле, рекомендованы руководящим документом «Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС» (разработан Государственным комитетом РФ по охране окружающей среды).

В результате расчета определяются выбросы загрязняющих веществ по каждому котлу, находившемуся в работе в течение расчетного периода на заданном виде топлива, и группируются по источникам выбросов (котельным), а также по предприятию в целом. Все функциональные модули программно-расчетного комплекса «Источник» имеют средства для создания отчетных документов по результатам паспортизации оборудования, а также по итогам выполнения расчетных задач.

Формы отчетных документов настраиваются под нужды пользователя и экспортируются в MS Excel. ПРК «Источник» постоянно развивается и совершенствуется при активном творческом участии пользователей. Применение системы теплотехнических расчетов котельных «Источник» позволит вам избавится от рутинной работы и сосредоточить ваши профессиональные знания и опыт на анализе полученных результатов.