CC BY
96
Таблица 3
Прочность и деформативность кладок_
Вид кладки Расчетные значения, МПа
экспериментальные по СНиП II-22-81
R E0 R E0
Бутовая 0,258 235 0,398 398
Кирпичная 1,138 1552 0,847 1270
Здесь же представлены расчетные величины этих показателей, принятые по СП для средних значений прочности раствора и камней. Из их сопоставления следует, что расчетные параметры бутовой кладки существенно ниже нормируемых величин и даже превышают уровни минимальных значений 95% обеспеченности (порога достоверности).
Что касается кирпичной кладки, то ее прочность и модуль деформации выше нормативно ожидаемых значений и порога 95% обеспеченности.
Таким образом, установлено, что аналитическую оценку ресурса сейсмостойкости каменных зданий исторической застройки целесообразно производить на моделях, учитывающих фактические показатели прочности и деформативности кладок. Кроме того, авторами экспериментально подтверждена значимая деградация бутовых кладок фундаментов и цокольной части зданий, что указывает на необходимость принятия мер по их усилению и защите от дальнейшего ускоренного износа.
Статья поступила 02.12.2014 г.
Библиографический список
1. Чесноков А.С., Пинус Б.И. К вопросу обеспечения сейсмостойкости каменных зданий культурного наследия // Вестник ИрГТУ. 2011. № 12. С. 152-155.
2. СП 14.13330.2011. Строительство в сейсмических районах. Актуализированная редакция СНиП 11-7-81*. М.: Минре-гионразвития РФ, 2011. 29 с.
3. ГОСТ 8462-85. Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе. М.: Издательство стандартов, 1985. 90 с.
4. ГОСТ 5802-86. Растворы строительные. Методы испытаний. М.: Издательство стандартов, 1986. 17 с.
5. Онищик Л.И. Каменные конструкции промышленных и гражданских зданий: учебник. М.: Гос. изд-во строит. лит-ры, 1939. 398 с.
6. СП 15.13330.2012. Каменные и армокаменные конструкции. Актуализированная редакция СНиП 11-22-81*. М.: Мин-регионразвития РФ, 2012. 73 с.
УДК 518.5:532.54
МЕТОДИКА НАЛАДОЧНОГО РАСЧЕТА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
© З.И. Шалагинова1, В.В. Токарев2, О.А. Гребнева3
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
Предложена новая методика для наладочных расчетов распределительных сетей централизованного горячего водоснабжения, учитывающая реальное потокораспределение и остывание теплоносителя по длине трубопроводов. Методика реализована в информационно-вычислительном комплексе «АНГАРА-ТС» и обеспечивает возможность организации режимов и разработки наладочных мероприятий в теплоснабжающих системах любой структуры и сложности, в том числе с нестандартными схемными решениями. Показаны возможности комплекса «АНГАРА-ТС» при организации режимов и разработке наладочных мероприятий на примере реальных систем теплоснабжения.
Ключевые слова: централизованные системы горячего водоснабжения; организация режимов; остывание теплоносителя; циркуляционный расход; методика расчета; наладочные мероприятия.
1Шалагинова Зоя Ивановна, кандидат технических наук, доцент, ведущий научный сотрудник отдела трубопроводных систем, тел.: 89041504335, e-mail: shalaginova@isem.sei.irk.ru
Shalaginova Zoya, Candidate of technical sciences, Leading Researcher of the Department of Pipeline Systems, tel.: 89041504335, e-mail: shalaginova@isem.sei.irk.ru
2Токарев Вячеслав Вадимович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела трубопроводных систем, тел.: 89016543579, e-mail: tslava@isem.sei.irk.ru
Tokarev Vyacheslav, Candidate of technical sciences, Senior Researcher of the Department of Pipeline Systems, tel.: 89016543579, e-mail: tslava@isem.sei.irk.ru
3Гребнева Оксана Александровна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела трубопроводных систем, тел.: 89501252029, e-mail: oksana@isem.sei.irk.ru
Grebneva Oksana, Candidate of technical sciences, Senior Researcher of the Department of Pipeline Systems, tel.: 89501252029, e-mail:oksana@isem.sei.irk.ru
COMMISSIONING CALCULATION TECHNIQUE FOR CENTRALIZED HOT WATER SUPPLY DISTRIBUTION NETWORKS
Z.I. Shalaginova, V.V. Tokarev, O.A. Grebneva
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS (ESI SB RAS), 130 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia.
The article proposes a new methodology of commissioning calculations of centralized hot water supply networks, consi dering real flow distribution and heat losses by the length of pipelines. T he methodology implemented in "ANGARA-TS" data-processing complex provides the possibility of mode organization and development of commissioning measures in the heat supplying systems of any structure and complexity, including those with non-standard circuit designs. The article shows the capacity of the data-processing complex in the organization of modes and development of commissioning measures by example of real heat supply systems.
Keywords: centralized hot water supply networks; modes organization; heat loses; circulating water flow; calculation technique; commissioning.
Распределительные сети (РС) горячего водоснабжения (ГВС) имеют место в закрытых системах теплоснабжения с центральными тепловыми пунктами (ЦТП), на которых установлены подогреватели ГВС. В этом случае ЦТП делят сети на магистральные (МС) и распределительные. Причем магистральные сети до ЦТП (первичный контур) имеют двухтрубную прокладку и подают теплоноситель повышенного потенциала (температура и давление) на суммарную тепловую нагрузку отопления, вентиляции и ГВС. Распределительные сети за ЦТП (вторичный контур) имеют четы-рехтрубную прокладку и разделяются по нагрузкам -два трубопровода сетей отопления и два горячего водоснабжения. При этом сети отопления и горячего водоснабжения работают по различным температурным графикам. Как правило, в крупных системах теплоснабжения в первичном контуре отпуск тепловой энергии осуществляется по температурному графику 150/70оС, в сетях отопления вторичного контура - по графику 95/70оС и в сетях ГВС - по графику 70/50оС.
Системы горячего водоснабжения должны обеспечивать подачу потребителям горячей воды требуемой температуры в количествах, определяемых в соответствии с договорными нагрузками. Причем, в отличие от сетей отопления, эксплуатация сетей ГВС осуществляется круглогодично, т.к. нагрузка ГВС не имеет сезонного характера, а температура теплоносителя в них поддерживается постоянной (равной 70оС), независимо от температуры наружного воздуха.
Основная проблема при теплоснабжении потребителей горячей водой по отдельным сетям ГВС связана с остыванием воды в трубопроводах, особенно в ночные часы при минимальном или полном отсутствии водопотребления. Низкая температура горячей воды в местах водоразбора влечет за собой, с одной стороны, дискомфорт пользователя, обусловленный периодом ожидания с момента открытия водоразборного крана (смесителя) до момента, когда из него потечет горячая вода нужной температуры. С другой стороны, это приводит к увеличению потерь теплоносителя и тепла вследствие сливов воды населением.
Для поддержания постоянной температуры воды в водоразборных точках в любое время суток и во избежание слива воды в канализационную сеть необходимо обеспечивать циркуляцию воды в системе горячего водоснабжения. В закрытых централизованных системах циркуляция обеспечивается насосами, установ-
ленными в ЦТП, что обеспечивает практически мгновенную подачу горячей воды и решает вышеуказанную проблему. Однако недостаток четырехтрубных систем - их высокая стоимость (по сравнению с двухтрубными). Кроме того, постоянная циркуляция горячей воды ведет к дополнительным потерям тепла, что существенно увеличивает общую стоимость тепловой энергии для потребителя. В связи с чем, централизованные сети ГВС оправдывают себя только при значительном числе потребителей - для крупных микрорайонов с плотной многоэтажной застройкой. Однако такие сети существуют и нужно грамотно организовывать их эксплуатационные режимы с минимальными циркуляционными расходами и тепловыми потерями. В связи со сказанным, особую значимость приобретает правильное определение циркуляционного расхода по обратному трубопроводу, который должен быть значительно ниже расчетного, что не всегда наблюдается на практике.
Недостатки существующей практики определения циркуляционных расходов
Согласно СНиП 2.04.01-85* [1], гидравлический расчет систем горячего водоснабжения должен производиться на расчетный расход горячей воды с учетом циркуляционного расхода:
дИсг = ди (1 + кс1г), (1)
и ~
где: д - максимальный расчетный расход горячей
воды; ксг> - коэффициент, принимаемый: для водонагревателей и начальных участков систем до первого водоразборного стояка по табл. 1 (согласно приложению 5 [1]) в зависимости от соотношения максимального расхода к циркуляционному; для остальных
участков сети кЫг = 0.
Циркуляционный расход горячей воды в системе qcr определяется по формуле
Чс'г (2)
с А?
где Ом - тепловые потери трубопроводами горячего водоснабжения; А? - разность температур в подающих трубопроводах системы от водонагревателя до наиболее удаленной водоразборной точки, °С; р- коэффициент разрегулировки циркуляции.
Таблица 1
Значения коэффициента к . для систем ГВС
qhlqcir kcir qh/qcir kcir
1,2 0,57 1,7 0,36
1,3 0,48 1,8 0,33
1,4 0,43 1,9 0,25
1,5 0,40 2,0 0,12
1,6 0,38 2,1 и более 0,00
1-1
При вычислении д принимаются следующие значения At и р в зависимости от схемы ГВС [1]:
• А1 = 10°С и р =1 - для систем, в которых нет циркуляции воды по водоразборным стоякам и в системах с циркуляцией по стоякам с переменным сопротивлением;
• А1 = 8,5°С и р = 1,3 при одинаковом сопротивлении стояков.
Таким образом, циркуляционный расход согласно [1] будет составлять либо 10%, либо 15% от тепловых потерь только внутридомовых систем. При четырех-трубной прокладке необходимо учитывать тепловые потери в наружных распределительных сетях, которые могут быть определены только по нормам в зависимости от диаметра трубопровода, года и способа прокладки [2] и никак не учитывают реального потоко-распределения по участкам, степени заполнения трубопроводов и скорости течения теплоносителя.
Стандарт организации ФГУП «СантехНИИпроект» [3] рекомендует при гидравлическом расчете сетей водопроводов горячей воды принимать следующие значения циркуляционных расходов:
• для водонагревателей и участков подающих трубопроводов от водонагревателей до последнего водоразборного узла главной расчетной ветви сети -в размере 15-30% от максимального расчетного расхода горячей воды;
• при расчете стояков и кольцующих перемычек -в размере 10-15% от максимального расчетного расхода воды.
Проведенный анализ нормативной документации [1, 3] показывает разночтение в определении циркуляционных расходов. Кроме того, данные рекомендации относятся к определению расчетных расходов и диаметров трубопроводов при проектировании внутридомовых систем ГВС. Что касается наружных сетей, то диаметры трубопроводов зачастую не соответствуют условиям эксплуатации. С одной стороны, проектирование ведется с учетом перспективы, и на момент начала эксплуатации диаметры трубопроводов объективно завышены для величины транспортируемых расходов. С другой стороны, по мере эксплуатации систем происходят изменения структуры и уровня нагрузок. Отсюда очевидно, что циркуляционные расходы по существующим методикам могут быть определены для наружных сетей весьма приблизительно. Методики [1, 3] ориентированы в основном на проектирование внутридомовых систем без учета тепловых потерь в наружных сетях и не могут напрямую
использоваться для вопросов эксплуатации и организации режимов четырехтрубных систем, где необходимо учитывать реальные договорные нагрузки потребителей, потокораспределение и теплофизические характеристики элементов сети. Этим объясняется актуальность разработки представленной методики наладочного расчета сетей ГВС.
Целью разработки нормального эксплуатационного режима централизованных сетей ГВС является отыскание такого режима, в котором обеспечиваются требуемые расходы и температуры воды на ГВС в любой момент времени, в том числе и при отсутствии водоразбора, при выполнении всех ограничений на параметры режима. При этом одними из основных являются задачи наладочного и поверочного расчетов теплогидравлических режимов сетей горячего водоснабжения.
Требования к режимам
Требования к параметрам режима различных элементов ТСС разбросаны по многочисленным стандартам и другим нормативным материалам, которые были проанализированы и обобщены при разработке методики наладочного расчета сетей ГВС.
Для разработки нормального эксплуатационного режима были приняты следующие условия:
1. Давление в системе горячего водоснабжения у санитарных приборов, согласно [1 , 3], должно быть не более 0,45 МПа (4,5 кгс/см2 или 45 м вод. ст.).
2. Давление воды в подающем и циркуляционном трубопроводах сетей горячего водоснабжения, согласно [4], должно быть не менее чем на 0,05 МПа (5 м вод. ст.) больше статического давления систем горячего водоснабжения потребителей. Это связано с обеспечением залива полотенцесушителей, через которые пропускается циркуляционный расход.
3. Располагаемый напор на вводах потребителей должен быть не менее чем потери в местных системах горячего водоснабжения с учетом установки счетчиков горячей воды на подающем и циркуляционном трубопроводах.
4. Температура теплоносителя в местах водораз-бора должна быть не ниже 55°С и не выше 75°С [4].
Общие положения задачи наладочного расчета сетей ГВС
Для организации режимов и разработки наладочных мероприятий с целью обеспечения заданного качества снабжения потребителей ГВС расчеты проводятся в два этапа.
Первоначально выполняются имитационные расчеты теплогидравлических режимов распределительных тепловых сетей микрорайонов при существующих
схемах их эксплуатации и циркуляционных расходах, определенных по методике [1].
Анализ режимов позволяет выявить узкие места с помощью диктующих потребителей, причины неудовлетворительного снабжения потребителей и наметить мероприятия по организации режимов по различным технологическим параметрам [5-7]. Диктующим называется узел с наибольшим отклонением соответствующего параметра от предельного значения. Для введения параметров режима в допустимую область необходимо подобрать такие параметры управляющих элементов, при которых не будет нарушений режима в диктующих узлах. Выполнение соответствующих требований для диктующих узлов гарантирует их выполнение и для всех остальных узлов сети. Например, обеспечение необходимого давления в подающем трубопроводе на вводе диктующего потребителя гарантирует, что у всех остальных потребителей давление не будет больше требуемого.
На втором этапе проводится наладочный тепло-гидравлический расчет [7], целью которого является:
• корректировка циркуляционных расходов дифференцированно для каждого потребителя с учетом реального потокораспределения и тепловых потерь в сети;
• отыскание таких значений управляющих параметров элементов тепловой сети (давление подпитки и располагаемый напор на выходе из ЦТП, напоры насосных станций, уставки регуляторов), которые обеспечат пропуск требуемых расходов воды через абонентские системы. При этом проводится проверка на соблюдение технологических ограничений на параметры теплоносителя - допустимые давления во всех узлах системы, температуры теплоносителя на вводах потребителей, скорости движения теплоносителя на участках.
По результатам наладочных теплогидравлических расчетов разрабатываются эксплуатационные режимы и намечаются мероприятия по наладке сетей.
Постановка задачи расчета теплогидравличе-ского режима сетей ГВС
Необходимо различать наладочный и поверочный расчеты теплогидравлического режима (РТГР).
Наладочный РТГР производится при фиксированных нагрузках потребителей, при этом требуется определить такие значения управляющих параметров элементов ТСС, которые обеспечат пропуск требуемых расходов воды через абонентские системы при допустимых значениях параметров теплоносителя.
Исходные данные: топология сети и параметры элементов, нагрузки потребителей, перечень управляющих параметров на ЦТП и НС, места размещения и уставки дросселирующих устройств.
Требуется определить: параметры режима, конструктивные параметры дросселирующих устройств у потребителей и на тепловой сети.
По завершению наладочного расчета осуществляется поверочный расчет.
Поверочный РТГР проводится при фиксированных значениях параметров дросселирующих устройств.
При этом требуется определить величину отклонения параметров режима от требуемых значений.
Исходные данные: схема сети и параметры элементов, места размещения и конструктивные параметры дросселирующих устройств, значения управляющих параметров на ЦТП и НС.
Требуется определить параметры режима и степень отклонения параметров режима от требуемых или допустимых значений.
При поверочном РТГР отклонения возникают главным образом из-за дискретности параметров некоторых управляющих элементов (дросселирующих устройств и регуляторов), недостаточной пропускной способности сети и (или) высокой чувствительности режима к управлениям.
Предлагаемая методика наладочного расчета сетей ГВС
Основной особенностью предлагаемой методики является определение циркуляционных расходов дифференцированно по каждому потребителю с учетом неизотермического потокораспределения и конкретных теплофизических характеристик сети ГВС. Такого рода расчеты возможны лишь с привлечением соответствующих математических моделей и программных комплексов.
Предлагаемая методика была реализована в составе информационно-вычислительного комплекса (ИВК) «АНГАРА-ТС», основные возможности которого приведены в работах [8-10].
В основу наладочных теплогидравлических расчетов сетей ГВС были заложены принципы, ранее реализованные в ИВК «АНГАРА-ТС» [11-14]:
• многоуровневого моделирования и иерархического построения систем, которые позволяют производить расчеты закрытых систем с промежуточными узлами управления - ЦТП;
• определения диктующих потребителей, основанных на анализе допустимости режимов, что позволяет автоматизировать определение управляющих параметров, снизить давление в узлах подпитки, а следовательно, и по сети в целом, снизить действующие напоры на ЦТП и насосных станциях до минимально необходимых значений;
• многоступенчатого дросселирования избыточных напоров, позволяющего наметить места установки и параметры балансировочных клапанов и дроссельных шайб на сети и у потребителей. Применение данного принципа особенно актуально для местностей с сильно пересеченным рельефом, из-за которого значительно сужается допустимая область поиска решения.
В отличие от методики наладочного расчета сетей отопления [7] (где потребителю неважно, каким сочетанием расхода и температуры он получит требуемую нагрузку, лишь бы обеспечивалась необходимая температура воздуха в помещениях), в сетях ГВС анализируется обеспеченность не только величины требуемой нагрузки ГВС, но и качество теплоносителя (температура) в узлах водоразбора.
Наладочный теплогидравлический расчет сетей
ГВС сводится к организации цикла итераций наладочных расчетов гидравлического режима (ГР) и теплового режима (ТР) с определением между итерациями поправок к циркуляционным расходам сетевой воды на потребители и последующей проверкой допустимости режима. Величина циркуляционного расхода переводится в единицы нагрузки и задается в исходных данных для потребителя как отопительная нагрузка, т.к. фактически она используется в полотенцесушите-лях на отопление ванных комнат.
Порядок расчета
1. Задать начальные условия. В качестве исходных данных по всем потребителям - максимальную расчетную нагрузку ГВС. В качестве начального приближения циркуляционной нагрузки - 5-10% от средней расчетной нагрузки ГВС (в зависимости от размера сети и степени удаленности потребителей от ЦТП).
2. Рассчитать ТГР при существующей схеме эксплуатации тепловых сетей и параметрах теплоносителя на ЦТП и в насосных станциях, соответствующих запланированному режиму (итерация 1).
3. Проверить допустимость ТГР.
4. При наличии потребителей, у которых температура горячей воды на вводе ниже требуемой, для диктующего потребителя по этому параметру вводим поправку к циркуляционному расходу, например, Да(*) .= пКсгг^
1 потр I 1 потр I
то уходим на пункт 6.
5. Рассчитать ТГР (итерация 2).
6. По диктующим потребителям определить и выставить параметры на ЦТП и насосных станциях для обеспечения ТГР.
7. Рассчитать ТГР по новым параметрам на ЦТП.
8. Проанализировать температуры теплоносителя на вводах в потребители. Для диктующего потребителя, у которого наибольшее отклонение температуры горячей воды на вводе от требуемой, вычислить и ввести поправку к циркуляционному расходу (3).
9. Пункты 7, 8 повторяются, пока у всех потребителей не выполнятся требования к температуре теплоносителя в подающем трубопроводе на вводе.
10. Рассчитать параметры сужающих устройств.
11. Выполнить поверочный ТГР.
12. Проверить допустимость режима. При отсутствии нарушений - расчет успешно завершен, иначе требуется ввести режим в допустимую область при помощи реконструкции сети (в данной работе не рассматривается).
Величины поправок к циркуляционным расходам по потребителям можно определять по формуле
( т^треб у(к-1) Л
Дд(к) .=Дд(к-1) ~
-/потр/ -/потр/
/2. Если таких потребителей нет,
T
v
(к - 2)
- T
(к-1)
(3)
где Дд^г- поправка к расчетному расходу теплоносителя на циркуляцию /'-го потребителя на к-й итерации; Т треб - температуры теплоносителя в подающем трубопроводе тепловой сети на вводе в потребитель в текущем режиме и требуемая, соответ-
ственно.
Для расчета дроссельных диафрагм использовалась формула
-|0.25
D = 10 •
( , ) /
H..
(4)
где - диаметр шайбы; - избыточный напор,
гасимый шайбой.
Минимальный диаметр диафрагмы, согласно [1], равен 10 мм для подающего трубопровода ГВС. Если по расчету диаметр диафрагм необходимо принимать менее 10 мм, то в этом случае вместо диафрагмы предусматривается установка кранов для регулирования давления. В обратном трубопроводе на выходе из потребителя (циркуляционная линия) диаметр диафрагм должен быть не менее 3 мм.
Пример расчета распределительных сетей горячего водоснабжения от ЦТП одного из микрорайонов г. Петропавловск-Камчатский
Разработка эксплуатационных режимов сетей горячего водоснабжения выполнялась силами ИСЭМ СО РАН в 2012 г. по заказу ОАО «Камчатскэнерго» в рамках договора по автоматизации выполнения теп-логидравлических расчетов и разработки эксплуатационных режимов тепловых сетей ОАО «Камчатск-энерго» в г. Петропавловск-Камчатский. Все исходные данные предоставлялись заказчиком.
Для проведения расчетов была создана многоуровневая графическая база данных (ГБД) системы теплоснабжения г. Петропавловск-Камчатский (рис. 1), включающая магистральные и распределительные сети, связанные через ЦТП. При этом использовался развиваемый в ИСЭМ принцип многоуровневого моделирования крупных систем теплоснабжения, имеющих иерархическую структуру [11, 13].
Теплоснабжение города осуществляется от двух теплоэлектроцентралей - Камчатской ТЭЦ-1, ТЭЦ-2 и 29 котельных. Общее количество ЦТП по городу составляет 86, из них 53 принадлежат Камчатским ТЭЦ ОАО «Камчатскэнерго».
Проблемы с обеспечением микрорайонов тепловой энергией на нужды горячего водоснабжения обусловлены следующими основными обстоятельствами:
• изначально теплоснабжение всех потребителей города Петропавловск-Камчатский предполагалось осуществлять по закрытой, независимой схеме с подключением РС к МС через теплообменники, установленные в ЦТП. Причем во вторичном контуре за ЦТП по проекту должна быть четырехтрубная прокладка РС. Однако исторически сложилось так, что не ко всем домам проложены трубопроводы ГВС. Часть трубопроводов РС имеют двухтрубную прокладку, часть -четырехтрубную. Как следствие, отдельные потребители отбирают нагрузку ГВС из трубопроводов отопления по открытой схеме с непосредственным водо-разбором, другая часть потребителей микрорайона обеспечивается нагрузкой ГВС из сетей горячего водоснабжения. Создавшаяся неоднородность схем присоединения потребителей внутри одного микрорайона вызывает существенные сложности в организации режимов;
Рис. 1. Многоуровневая модель системы теплоснабжения г. Петропавловск-Камчатский
• поскольку не вся нагрузка ГВС потребителей транспортируется по трубопроводам ГВС, диаметры трубопроводов (изначально спроектированных на полную нагрузку всех домов) оказались завышенными для величины транспортируемых расходов теплоносителя. Как следствие, это приводит к значительным остываниям теплоносителя и невозможности обеспечить требуемую температуру воды на ГВС в местах водоразбора, а также к увеличению циркуляционных расходов;
• в отдельных ЦТП в летнем режиме вся нагрузка ГВС переключается на сети отопления, диаметры которых значительно больше сетей ГВС, что еще больше усугубляет ситуацию с завышенными диаметрами и вызывает дополнительные сложности в организации режимов. Такое решение вызвано тем обстоятельством, что не ко всем домам проложены сети ГВС.
• подключение потребителей к тепловым сетям проводилось в отдельных случаях стихийно, без проекта и должного согласования с возможностями тепловых сетей и оборудования, установленного в ЦТП;
• сильно пересеченный рельеф местности, из-за которого значительно сужается допустимая область принимаемых решений, создает серьезные трудности в организации режимов. Перепады геодезических отметок потребителей РС в отдельных микрорайонах составляют от 10 до 125 м. Наблюдается также большая разница геодезических отметок внутри одного здания. Отдельные секции домов выстроены «лесенкой» и имеют свой тепловой ввод, разница в отметках между которыми порой достигает 5-10 м;
• подключение к сетям ГВС потребителей с ма-
лыми нагрузками существенно усложняет организацию теплогидравлических режимов. Это связано с технической невозможностью погашения на вводах в дома избыточных напоров, даже при минимальных диаметрах подводящих трубопроводов и установке дроссельных устройств с минимальными диаметрами. Тем более, что согласно СНиП [1], диаметры дроссельных диафрагм не должны быть менее 10 мм (что значительно больше, чем в сетях отопления, где минимальный диаметр диафрагм составляет 3 мм). Как следствие, через такие потребители циркулирует увеличенный расход теплоносителя, повышается температура воды в циркуляционном трубопроводе, что приводит к большим непроизводительным потерям теплоты и существенному завышению циркуляционных расходов по системе в целом. Особенно большое влияние на режимы оказывают такие потребители, подключенные в непосредственной близости от ЦТП;
• тепловые сети разрегулированы;
• отсутствие средств на должную реконструкцию и перекладку тепловых сетей, а также модернизацию тепловых пунктов потребовало принятия специальных решений по улучшению качества теплоснабжения в сложившихся условиях.
Исходные данные
На рис. 2 представлена расчетная схема двухтрубных распределительных сетей ГВС от ЦТП, снабжающих горячей водой 36 зданий микрорайона. Суммарная нагрузка ГВС микрорайона с учетом циркуляционной составляет 1,28 Гкал/ч, что соответствует
^ 3
расходу теплоносителя ~ 28,98 м /ч при температурном графике 65/50оС.
Рис. 2. Схема распределительных сетей горячего водоснабжения от ЦТП микрорайона
г. Петропавловск-Камчатский
Для определения максимальных часовых расходов горячей воды принят коэффициент часовой неравномерности 2,4. Данные по давлениям в узлах подпитки и действующим напорам на ЦТП предварительно принимались по средним показателям в отопительном сезоне 2011-2012 гг. и составляли: давление подпитки (Ро) - 3.2 атм; действующий напор насосов
(Н) - 9 м вод. ст., давление в подающем трубопроводе (Рп) на выходе из ЦТП - 4.1 атм.
Анализ гидравлического режима при указанных параметрах на ЦТП показал, что у части потребителей (рис. 3, выделены кружками) нарушены ограничения по манометрическому напору в подающем трубопроводе, который не должен превышать 45 м вод. ст.
Рис. 3. Потребители с нарушением манометрического напора в подающем трубопроводе
Анализ теплового режима показал, что часть потребителей при заданной циркуляционной нагрузке (10% от расчетной, заданной в начальном приближении), имеют температуры теплоносителя на вводе ниже допустимых (Тп < 55°С). Эти потребители выделены кружками на рис. 2. Причем, на остывание теплоносителя в трубопроводе влияет не только дальность его транспорта, как в случае потребителя, обозначенного на выносных полочках цифрой «1», но и скорость теплоносителя. Так, для потребителя «2» скорость теплоносителя на подводящем участке равна 0,05 м/с, что говорит о значительном завышении его диаметра (б = 50 мм) для заявленной нагрузки (которая составляет 0,00088 Гкаг/ч). В тоже время потребитель «3» с таким же диаметром подводящего трубопровода (б = 50 мм) и нагрузкой 0,004 Гкал/ч (что в 4,5 раза больше нагрузки потребителя «2»), обеспечен требуемой температурой (Тп = 62°С), несмотря на значительное отдаление (по сравнению с потребителем «2») от ЦТП. Скорость теплоносителя на подводящем участке составляет 0,35 м/с.
В результате наладочных расчетов по приведенной выше методике были определены необходимые дифференцированные поправки к циркуляционным расходам потребителей, у которых наблюдались нарушения ограничений по температуре теплоносителя на вводе. Расчеты показали, что циркуляционные расходы для различных потребителей составляют 18-
44% от максимальных расходов на ГВС.
Наладочные теплогидравлические расчеты показали, что для обеспечения всех потребителей микрорайона горячей водой с температурой не менее 55°С и в объеме равном максимальной нагрузке при соблюдении требуемых параметров во всех узлах системы необходимо обеспечить следующие значения управляющих параметров на ЦТП: снизить давление подпитки до 1,8 атм, действующий напор насосов увеличить до 21 м вод. ст. Соответственно давление Рп на выходе из ЦТП будет составлять 3,9 атм.
Кроме того, для обеспечения залива полотенце-сушителей всех потребителей микрорайона, которые подключены к циркуляционным стоякам ГВС, необходима установка дросселирующих устройств на участках сети обратного трубопровода, выделенных на рис. 4.
Для ограничения максимально-допустимого манометрического напора в подающем трубопроводе требуется многоступенчатое дросселирование с установкой шайб на участках сети, представленных на рис. 5. Кроме того, определены диаметры дроссельных шайб, которые необходимо установить непосредственно на потребителях. На рис. 6 приведен пример пьезометрического графика от ЦТП до одного из потребителей микрорайона с многоступенчатым дросселированием на сети и у потребителя.
Рис. 4. Участки сети с дроссельными шайбами ® на обратном трубопроводе для подпора
Рис. 5. Участки сети с шайбами ® на подающем трубопроводе
Рис. 6. Пьезометрический график с многоступенчатым дросселированием на сети и у потребителя
На основании выше изложенного можно сделать следующие выводы:
1. Существующие методики определения циркуляционных расходов в сетях горячего водоснабжения ориентированы на проектные задачи внутридомовых систем и не могут напрямую использоваться для вопросов эксплуатации и организации режимов наруж-
ных сетей ГВС.
2. Разработана новая методика определения циркуляционных расходов и наладочного расчета распределительных сетей централизованного ГВС с учетом реального потокораспределения, остывания теплоносителя по длине трубопроводов и допустимости режимов.
3. Методика реализована в ИВК «АНГАРА-ТС» для расчета теплогидравлических режимов теплоснабжающих систем любой конфигурации и позволяет определять циркуляционные расходы дифференцированно для каждого потребителя.
4. При разработке методики использован принцип многоуровневого моделирования, который позволяет разрабатывать эксплуатационные режимы крупных систем теплоснабжения с промежуточными ступенями регулирования - ЦТП.
5. Применение новой методики позволяет анализировать обеспеченность не только величины требуе-
мой нагрузки ГВС, но и качество теплоносителя (температуру) в узлах водоразбора в соответствие с нормативными требованиями и договорными нагрузками и существенно сократить циркуляционные расходы.
6. Разработанная методика апробирована на реальных системах централизованного горячего водоснабжения.
7. Предложенная методика может быть использована для разработки летних (при отсутствии нагрузки отопления) режимов эксплуатации любых сетей с двухтрубной прокладкой.
Статья поступила 28.12.2014 г.
1. СНиП 2.04.01-85*. Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: Минстрой России, 1996.
2. СО 153-34.20.523-2003. Методические указания по составлению энергетической характеристики для систем транспорта тепловой энергии по показателю «тепловые потери». М.: Минэнерго России, 2003.
3. СТО 02494733 5.2-01-2006. Внутренний водопровод и канализация зданий. М.: СантехНИИпроект, 2006.
4. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети. М.: Госстрой России, 2003.
5. Теплогидравлический анализ эффективности работы систем теплоснабжения / З.И. Шалагинова, Н.Н. Новицкий, Е.В. Сеннова, М.Г. Сухарев [и др.] // Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения Новосибирск: Наука, 2000. С. 129-138.
6. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Опыт применения новых технологий для организации режимов крупных теплоснабжающих систем // Вестник ИрГТУ. 2011. № 12 (59). С. 240-248.
7. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Разработка методики многоуровневого наладочного теплогидравлического расчета систем теплоснабжения и ее реализация в составе ИВК «АНГАРА-ТС» / Математическое моделирование трубопроводных систем энергетики: тр. XII Всерос. научн. семинара с междунар. участием. «Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем» (Иркутск, 20-26 сентября 2010 г.). Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН. 2010. С. 300-314.
8. Информационно-вычислительный комплекс для расчета и анализа режимов теплоснабжающих систем / В.В. Токарев, Н.Н. Новицкий, З.И. Шалагинова, С.Ю. Баринова, Е.В. Сен-
ский список
нова, М.Г. Сухарев [и др.] // Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения. Новосибирск: Наука, 2000. С. 138-154.
9. Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. Новые информационно-вычислительные технологии для расчета и анализа режимов теплоснабжающих систем // Радюелек-тронка, шформатика, управлшня. 2001. № 1 (4). С. 108-113.
10. Трубопроводные системы энергетики. Математическое моделирование и оптимизация / Н.Н. Новицкий, М.Г. Сухарев, А.Д. Тевяшев [и др.]. Новосибирск: Наука, 2010. 419 с.
11. Иерархическое моделирование тепловых сетей в задачах эксплуатации и диспетчерского управления / Н.Н. Новицкий, В.В. Токарев, З.И. Шалагинова, А.В. Алексеев, О.А. Гребнева, С.Ю. Баринова // Информационные и математические технологии в науке и управлении: мат-лы XII Байкальской всерос. конф. Ч. 1. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. С. 110-121.
12. Трубопроводные системы энергетики. Развитие теории и методов математического моделирования и оптимизации / В.К. Аверьянов, Н.Н. Новицкий, М.Г. Сухарев [и др.]. Новосибирск: Наука, 2008. 312 с.
13. Многоуровневое моделирование режимов больших теплоснабжающих систем методами теории гидравлических цепей / А.В. Алексеев, Н.Н. Новицкий, В.В. Токарев В.В., З.И. Шалагинова // Трубопроводные системы энергетики. Развитие теории и методов математического моделирования и оптимизации. Новосибирск: Наука, 2008. С. 211-228.
14. Трубопроводные системы энергетики. Математическое моделирование и оптимизация / Н.Н. Новицкий, М.Г. Сухарев, А.Д. Тевяшев [и др.]. Новосибирск: Наука, 2010. 419 с.
