CC BY
38
УДК 658.24
О. О. АЛЕКСАХ1Н, канд. техн. наук
Харювський нащональний ушвеситет мiського господарства iм. В. М. Бекетова, м. Харюв
АНАЛ1З ТЕПЛОВИХ ВТРАТ ТРУБОПРОВОДАМИ РОЗГАЛУЖЕНО1 ОПАЛЮВАЛЬНО1 МЕРЕЖ1 З УРАХУВАННЯМ МОЖЛИВОГО ЗНИЖЕННЯ РОЗРАХУНКОВОГО ОПАЛЮВАЛЬНОГО НАВАНТАЖЕННЯ БУД1ВЕЛЬ
На основании сравнительных расчетов для вариантов разветвленной теплосети проведена оценка потерь теплоты трубопроводами при выборочном утеплении присоединенных к сети зданий. Установлено, что минимальные теплопотери теплопроводами имеют место при утеплении наиболее удаленных зданий.
На тдстав1 пор1вняльних розрахунк1в для варгантгв розгалуженог тепловог мереж1 проведено ощнку втрат теплоти трубопроводами при виб1рковому утепленш приеднаних до мереж1 буд1вель. Встановлено, що мШмальт тепловтрати теплопроводами мають мгсце при утеплент найв1ддален1ших буд1вель.
Вступ
Економiчна ефектившсть застосування додатково! теплоiзолящi будiвельних конструкцш функщонуючих споруд визначаеться головним чином рiвнем зниження теплоспоживання. При зменшенш подачi теплоти для обiгрiву утеплено! будiвлi за рахунок зниження температури мережно! води на входi в опалювальш прилади, наприклад змшою коефщента змшування в елеваторному вузл^ слiд очiкувати вiдповiдне зниження температури води й на виходi системи опалення будiвлi. Для централiзованих систем це обумовлюе змiну теплового стану трубопроводiв (у бiльшiй мiрi зворотних) мшрорайонних мереж та зменшення втрат теплоти. Крiм того, при вказаному способi змiни подачi теплоти до опалювальних комплексiв утеплених будiвель слщ очiкувати також й зниження витрат мережно! води та експлуатацiйних витрат, пов'язаних з транспортуванням води по мереж1.
Основний матер1ал
У роботах [1, 2] проаналiзовано змiну втрат теплоти трубопроводами опалювально! мережi при утепленш будiвель, що приеднанi до нерозгалужено! мережь Метою дано! роботи е продовження розпочатих дослщжень для розгалужених мереж. Аналiз деяких загальних закономiрностей проведено для iдеалiзованоi мереж^ до яко! приеднанi будинки як з однаковим вихщним опалювальним навантаженням (рис. 1, а), так i спору ди з рiзними витратами теплоти (рис. 1, б). Плки (1-21) та (11-21) наведено! на рис. 1, а схеми мають дзеркальну симетрш вiдносно точки 21, довжини розрахункових дшянок однаковi i становлять 70 м. Iншi характеристики дшянок мереж подано у табл. 1. Лшшш втрати теплоти трубопроводами прийнят на рiвнi нормативних для прокладання у непрохiдних каналах [3]. Тепловтрати конструктивними елементами мереж враховано коефщентом К=1,15 [3]. Прийняту для обчислень методику бшьш детально розглянуто в [1]. Основш 1! положення полягають у наступному. По прийнятiй у першому наближеннi змiнi температури теплоноая по довжинi подавального трубопроводу обчислено втрати теплоти на дшянках мережi i витрати води на опалення будiвель з урахуванням 11 охолодження при рус по теплопроводу, тсля чого уточнено значення температури на розрахункових дшянках подавально! лшп. З урахуванням прийнятого для кожно! будiвлi ступеню зниження теплоспоживання ц визначено температуру теплоноая на виходi системи опалення будiвель й обчислено тепловi втрати та змiну температури теплоноая по довжинi зворотного трубопроводу. Величину ц визначено як вiдношення витрат теплоти на опалення будiвлi при розрахунковш температурi зовнiшнього повiтря (1р.о.) пiсля (0он) та до утеплення (0ор) об'екта:
^ = (1)
Рис. 1. Розрахунковi схеми теплових мереж: а - з однаковим вихщним опалювальним навантаженням будiвель гшок; б, в - з р1зним навантаженням буд1вель гшок; 1.. .21 - розрахунков1 точки; О - будiвлi з вихiдним навантаженням при розрахунковш температурi зовнiшнього пов^ря 0,1 МВт; СИ - будiвлi з вихiдним навантаженням 0,2 МВт
Таблиця 1
Характеристика дiлянок мереж опалення
Розрахунко-ва схема Дшян-ка Витрати мережно'1 води, кг/с Дiаметр ё, мм Довжина 1, мм Матер. характеристика 1*ё, м2 Лшшш тепловтрати трубопроводом, Вт/м [3]
подава-льний зворо-тний
Рис. 1,а (дшянки гшок 1-21, 1-2 2-3 3-4 0,299 0,597 0,896 50 70 3,5 3,5 3,5 46 29
11-21 щентичш) 4-5 5-6 6-7 7-8 1,194 1,493 1,791 2,09 70 70 4,9 4,9 4,9 4,9 52 34
8-9 9-10 10-21 2,388 2,687 2,985 82 70 5,74 5,74 5,74 57 36
21-0 5,97 125 70 8,75 70 45
Сума 56,07
Рис. 1,б 1 -2 0,597 50 140 7,0 46 29
2-3 3-4' 1,194 1,791 70 140 9,8 9,8 52 34
4-5 5-21 2,388 2,985 82 140 11,48 11,48 57 36
Продовження таблиш 1
21-0 5,97 125 70 8,75 70 45
Сума 58,31
Рис. 1,в 11 -12 12-13' 13-14' 0,299 0,597 0,896 50 70 3,5 3,5 3,5 46 29
14-15 15-16' 16-17' 1,194 1,493 2,09 70 70 105 105 4,9 7,35 7,35 52 34
17-18 18-19' 19-21 2,388 2,687 2,985 82 70 5,74 5,74 5,74 57 36
21-0 5,97 125 70 8,75 70 45
Сума 56,07
У проведених розрахунках максимальну ефектившсть утеплення окремо! будiвлi прийнято на рiвнi ц=0,65. Обчислення здiйснено для середньо! за опалювальний перiод температури зовшшнього повiтря для клiматичних умов м. Харкова. Вщносне опалювальне навантаження, яке визначають за формулою:
для цих умов дорiвнюe 0,49. У формулi (2) 1:в - температура пов^ря в примiщеннi; 1:н - пливна температура зовшшнього пов^я.
Температуру грунту на глибиш прокладання теплопроводiв прийнято рiвною 5 °С. При обчисленнях не врахована можлива змша температури грунту при змiнi температури зовшшнього пов^я.
Розрахунковi схеми варiантiв для групи будiвель з однаковим тепловим навантаженням окремих споруд та результати визначення питомих тепловтрат подано у табл. 2, для мереж1, що забезпечуе теплотою будiвлi з рiзним вихiдним опалювальним навантаженням - у табл. 3.
При витратах теплоти на опалення групи будiвель до !х утеплення 0,98 МВт (при середнш за опалювальний перюд температурi зовнiшнього повiтря -2,1 °С) втрати теплоти трубопроводами мережi в цшому дорiвнюють 0,135 МВт, що становить приблизно 14 % опалювального навантаження. Утеплення будiвельних конструкцiй будiвель, як слiд було очiкувати, обумовлюе також зниження i тепловтрат в мережг Так, при зменшеннi витрат теплоти на опалення групи будiвель при !х утепленнi на 14 % величина теплових втрат знижуеться на 5-6 %. Графш залежносп впливу ефективностi утеплення групи будiвель на зменшення тепловтрат трубопроводами подано на рис. 2, з якого видно, що на величину теплових втрат впливае також й мюце знаходження утеплених споруд в квартальнш мережг Наприклад, при досягненш зменшення потреби в тепловш енергп для опалення групи будiвель на 25 % за рахунок утеплення вах об'ектiв тiльки одше! гiлки (варiант №2, табл. 2) зниження втрат теплоти подавальними i зворотними трубопроводами у порiвняннi з вихщним варiантом становить приблизно 7,3 %, а за рахунок утеплення найвщдалешших вщ центрального теплового пункту споруд на обох гшках (варiант № 3, табл. 2) - приблизно 9,3 %. Тобто в умовах обмеженосп матерiальних ресурсiв i неможливостi провести утеплення всiх будiвель прийнято! до розгляду групи вiрний вибiр об'ектiв при тих же самих каттальних затратах дозволить отримати додаткову економ^ експлуатацiйних витрат завдяки зменшенню втрат теплоти в мережг Для прикладу, що розглядаеться, ця економiя становить бiльш 5 тис. грн/рш (тариф на теплоту прийнятий 116,16 грн/ГДж), що становить бшя 1 % вiд рiчноi економи теплоти за рахунок утеплення будiвельних конструкцiй.
Таблиця 2
Питомi тепловтрати трубопроводами мереж^ Вт/м (група будiвель з однаковим опалювальним навантаженням)
№ Розрахункова схема
Плка (1-21) Плка (11-21) Мережа в цшому (з урахуванням дшянки 21-0)
а б в а б в а б в
54,6 35,67 90,27 54,6 35,67 90,27 55,61 36,25 91,86
53,75 29,53 83,28 54,6 35,67 90,27 55,2 33,23 88,43
54,2 31,89 86,09 54,2 31,89 86,09 55,22 32,55 87,77
53,68 28,48 82,16 54,6 35,67 90,27 55,17 32,69 87,86
54,04 31,02 85,06 54,04 31,02 85,06 55,08 31,69 86,77
52,52 24,33 76,85 54,6 35,67 90,27 54,62 30,55 85,17
53,4 28,02 81,42 53,4 28,08 81,42 54,46 28,88 83,34
О
99999 66666 99999 66666
1,0
У
66444
99999
0,9
66666
1
9999?
66664
999??
0,9
66664
3
Ш8?
1
999??, 66644 999?? 66644
3
ж?
0,75
1
ть шг
0,75
1
2
3
4
5
6
7
Прилптки: а - подавальний трубопровод; б - зворотний; в - мережа в цшому;
О - неутеплеш будiвлi; Ф - утепленi будiвлi; 3 - частково утепленi будiвлi;
С - центральний тепловий пункт.
Таблиця 3
Питомi тепловтрати трубопроводами мережi, Вт/м (група будiвель з рiзним опалювальним навантаженням)
№ Розрахункова схема Плка (1-21) Плка (11-21) Мережа в цшому (з урахуванням дшянки 21-0)
а б в а б в а б в
8 Р Р Й Й -Г 99999 66666 1,0 55,88 36,58 92,46 54,6 35,67 90,27 55,22 36,66 92,88
Продовження таблищ 3
0,86
55,88
36,58
92,46
53,68
28,48
82,16
55,78
33,12
88,9
10
}
да?
0,86
55,25
29,43
84,68
54,6
35,67
90,27
55,92
33,14
89,06
0,86
55,59
30,95
86,54
54,04
31,02
85,06
55,81
31,64
87,46
12
3
ЖР
й й й
999«
0,86
55,87
35,94
91,81
54,04
31,02
85,06
55,95
34,03
89,98
¿6644
13
3
Ж?
0,88
55,87
35,94
91,81
54,2
31,89
86,09
56,02
34,48
90,5
14
а
99999 66666 9Р99
1,0
54,6
35,67
90,27
54,75
35,69
90,44
55,68
36,26
91,94
66666
15
3
20009 66666 9109 66666
0,965
54,6
35,67
90,27
54,53
35,14
89,67
55,57
35,97
91,54
16
1
99999, 66666 9Д99 66664
0,983
54,6
35,67
90,27
54,4
34,04
88,44
55,51
35,46
90,97
9
Примтки: а - подавальний трубопровщ; б - зворотний; в - мережа в щлому; О - будiвлi з
вихщним розрахунковим опалювальним навантаженням 0,1 МВт; ПИ - 0,2 МВт
В раз^ якщо до гiлок мережi приеднаш будiвлi з рiзним вихiдним опалювальним навантаженням (у межах кожно! з гшок навантаження об'ектiв однакове), втрати теплоти в мережах практично не залежать вщ того, будiвлi яко! з гiлок утеплено. Розбiжнiсть результат обчислень для варiантiв 9 i 10 (табл. 3) не перевищуе 0,2 %. Зниження сумарних втрат для вказаних варiантiв у порiвняннi з вихiдним (варiант 8) становить приблизно 4%. Максимальне зменшення втрат теплоти трубопроводами зафшсоване при утепленш найвiддаленiших на обох гiлках будiвель (майже 6 % по вщношенню до вихiдного варiанта при загальному зниженш теплоспоживання будiвлями на 14 %). З порiвняння варiантiв 15 i 16 (табл. 3) видно, що утеплення найвiддаленiших будiвель дае позитивний ефект навт тодi, коли !х вихiдне теплове навантаження менше, нiж iнших приеднаних до гшки будiвель. Тепловтрати для варiанта 16, в якому передбачено утеплення найвщдалешшо! на гшщ будiвлi з шдивщуальним навантаженням 0,1 МВт орiентовно на 0,6 % менше, шж втрати для варiанта утеплення будiвлi з навантаженням 0,2 МВт, розмщеного всередиш гiлки (значення коефiцiентiв ц для утеплених об'екпв в обох випадках однакове, ц=0,65).
Рис. 2. Вплив ефективносп утеплення будiвель на змiну тепловтрат трубопроводами опалювально! мережi й витрат мережно! води (лiнiя 4): 1 - подавальний трубопровщ; 2 - зворотний; 3 - мережа в цшому (3 - при утепленш будiвель одше! гiлки; 3 - при утепленш найвiддаленiших будiвель обох гшок); Q, О - тепловтрати мереж й витрати води для варiанта пiсля утеплення; Qиcx, Оисх - те ж саме до утеплення
Висновки
1. Економiчна ефективнють додаткового утеплення будiвельниx конcтрукцiй функцiонуючиx будiвель, приеднаних до загально! опалювально! мереж1, визначаеться ефективнicтю теп^золяцп, а також зменшенням втрат теплоти трубопроводами мереж й витрат мережно! води для опалення будiвель.
2. Найбiльше зниження втрат теплоти в теплових мережах зафшсовано для зворотних трубопроводiв.
3. Мтмальш тепловi втрати теплопроводами розгалужено! опалювально! мереж мають мicце при утепленш найвщдалешших на гiлкаx мереж будiвель.
Список л1тератури
1. Алексахин А. А., Бобловский А. В. Теплопотери трубопроводами отопительной сети при изменении расчетной отопительной нагрузки зданий микрорайона. «Энергосбережение-Энергетика- Энергоаудит», № 9, 2011, - С. 20-27.
2. О. О. Алексахш, I. А. Ачкасов, О. В. Бобловський, С. В. Сна Особливосп впливу опалювального навантаження на температурш показники мережi опалення будiвель мшрорайону. Коммунальное хозяйство городов. Науч.-техн. сб. 2011, Вип. 101, - С. 189-194.
3. Тепловая изоляция. Справочник строителя / Под ред.. Г. Ф. Кузнецова. - М.: Стройиздат, 1982. - 336 с.
ANALYSES OF HEAT LOSSES IN PIPELINES OF BRANCHED HEATING NETWORK CONSIDERING POSSIBLE DECREASE OF DESIGNED HEATING DEMAND
OF BUILDINGS
A. A. ALEKSAHIN, Candidate of Enginering
The paper estimates heat losses in pipelines in the situation of random heat insulation of buildings connected to the network based on benchmarking calculation for versions of branched heating network. It was found that minimum heat losses occur when the most distant buildings are heat insulated.
Поступила в редакцию 16. 05 2013 г.
