CC BY
7П.В. Данилов
ОБ ЭЛЕКТРОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ВОПРОСА ПЕРЕВОДА ЧЕТЫРЁХТРУБНОЙ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ НА ДВУХТРУБНУЮ
В статье показано полезное приложение электронного моделирования системы теплоснабжения к исследованию вопроса перевода четы-рёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную. Приведены результаты оценки эффективности такого перевода для расчётной ситуации - системы теплоснабжения небольшого жилого квартала города Оренбурга, выделены эффекты, полученные с помощью электронного моделирования.
Ключевые слова: электронная модель, система теплоснабжения, четырёхтрубная, двухтрубная, теплогидравлический режим.
При исследовании вопроса перевода потребителей с четырёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную полезно обратиться к электронному моделированию. Современные компьютерные программы позволяют создавать электронную модель системы теплоснабжения и выполнять поверочные расчёты на различные режимы её работы, в том числе при изменении конфигурации. А это открывает возможность увидеть и проанализировать изменение технико-экономических показателей работы системы теплоснабжения при изменении её схемы.
В качестве основы для создания электронной модели системы теплоснабжения выбран программно-расчётный комплекс 2и1и^егто, который, согласно указанию разработчика, без заключения лицензионного договора доступен для некоммерческого использования в объёме демонстрационной (ознакомительной) версии [1]. Возможностей этой ознакомительной версии достаточно для достижения результатов, представленных в данной статье.
Создание электронной модели системы теплоснабжения проведено для условий расчётной ситуации, в качестве которой принят небольшой жилой квартал города Оренбурга [2], присоединённый к тепловой сети от источника теплоснабжения - Сакмарской ТЭЦ - через ЦТП.
Система теплоснабжения квартала от ЦТП до реконструкции:
- приготовление горячей воды осуществляется внутри ЦТП в водоподогревательной установке централизованного горячего водоснабжения, горячая вода подаётся к потребителям по отдельной квартальной сети Т3-Т4;
- преобразование температуры сетевой воды для квартальной отопительной тепловой сети в ЦТП отсутствует, эта сеть присоединена в ЦТП к тепловой сети от источника теплоснабжения непосредственно, то есть квартальная сеть Т11-Т21 от ЦТП является «транзитным» продолжением сети Т1-Т2 от источника теплоснабжения;
- системы отопления зданий подключены в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП) через неавтоматизированный элеваторный узел, вентиляционная тепловая нагрузка отсутствует.
После реконструкции:
- приготовление горячей воды осуществляется в ИТП, сеть Т3-Т4 от ЦТП отсутствует;
- так как квартальная сеть Т11-Т21 от ЦТП является «транзитным» продолжением сети Т1-Т2 от источника теплоснабжения, подводящей высокотемпературный теплоноситель к зданиям, то её схема присоединения в ЦТП и конфигурация сохраняется (однако теперь она несёт в себе ещё и расход греющей воды для водоподогревателей систем горячего водоснабжения в ИТП, и при необходимости увеличения диаметров на отдельных участках программа выдаст соответствующее предупреждение);
- в схеме подключения систем отопления зданий в ИТП нерегулируемые элеваторные узлы заменены на автоматизированные насосные узлы смешения в соответствии с требованиями [3].
Схемы тепловых пунктов и тепловых сетей до и после реконструкции системы теплоснабжения квартала изображены на рисунках 1 и 2.
© Данилов П.В., 2021.
Научный руководитель: Изаак Сергей Андреевич - старший преподаватель кафедры теплоснабжения, вентиляции и гидромеханики Оренбургского государственного университета, Россия.
Рис. 1. Принципиальные схемы тепловых пунктов до и после перевода квартала с четырёхтрубной
на двухтрубную схему теплоснабжения
Рис. 2. Принципиальная схема квартальных тепловых сетей до и после перевода квартала с четырёхтрубной на двухтрубную схему теплоснабжения
Расчёт электронных моделей четырёхтрубной и двухтрубной систем теплоснабжения проведён для каждой из температур наружного воздуха (с шагом 1 оС), соответствующих отопительному и нетопитель-ному периоду года. Годовые значения отпусков тепловой энергии и тепловых потерь определены как интегральные суммы соответствующих расчётных часовых тепловых потоков по продолжительности стояния каждой из расчётных температур наружного воздуха в году, принятой по данным [4].
Перед выполнением расчета электронных моделей в ПРК Zulu выполнена их наладка с подбором ограничительных устройств и диаметров трубопроводов, таким образом, в обоих вариантах - до и после изменения схемы - просчитывается «идеальная» система теплоснабжения, свободная от посторонних влияющих факторов, чем обеспечивается принцип сравнимости «до» и «после». Результаты расчёта отражены в таблице 1.
Анализируя результаты, отражённые в таблице 1, приходим к следующим выводам:
1. Теплопотребление в системах горячего водоснабжения остаётся неизменным, однако теплопо-требление в системах отопления потребителей снижается на 5 % за счёт исключения перегревов, создаваемых элеваторами в период работы тепловой сети от источника теплоснабжения по излому температурного графика, что согласуется с результатами теоретического расчёта, полученными ранее в статье [5]. Таким образом, общее теплопотребление кварталом снижается.
Таблица 1
Основные показатели работы системы теплоснабжения квартала города при четырёхтрубной _и двухтрубной схемах_
Показатель Ед. изм. Значение при системе теплоснабжения
4-х трубной 2-х трубной изменение при 2-х трубной относительно 4-х трубной
Максимальная расчётная тепловая нагрузка потребления, в т.ч.: Гкал 1,29 1,29 нет
отопления Гкал 0,73 0,73 нет
горячего водоснабжения Гкал 0,56 0,56 нет
Потребление тепловой энергии, годовое, в т.ч.: Гкал 4 175 4 024 -3,6 %
на нужды отопления Гкал 3 030 2 879 -5,0 %
на нужды горячего водоснабжения Гкал 1 145 1 145 нет
Тепловые потери в квартальных сетях от ЦТП, годовые Гкал 438 306 -30 %
Расход электроэнергии на перекачку греющего теплоносителя, годовой кВт-ч 38 016 34 249 -9,9 %
Материальная характеристика трубопроводов квартальных тепловых сетей м2 104,47 66,71 -36,1
2. Сокращение тепловых потерь в сетях от ЦТП на 30 % в год достигается в основном за счёт ликвидации отдельных тепловых сетей Т3-Т4. Совместно со снижением потребления тепловой энергии это даст снижение на 7 % отпуска тепловой энергии для квартала и соответственное снижение топливных затрат.
3. Снижение годового расхода электроэнергии на перекачку греющего теплоносителя на 9,9 % достигается за счёт исключения перегревов, создаваемых элеваторами в период работы тепловой сети от источника теплоснабжения по излому температурного графика, а также снижения тепловых потерь, которые восполнялись дополнительным расходом греющего теплоносителя.
4. Уменьшение материальной характеристики трубопроводов квартальных тепловых сетей принесёт дополнительные эффекты в виде экономии ремонтных затрат и затрат на оплату труда ремонтному и обслуживающему квартальные тепловые сети персоналу. Также снизится расчётная интенсивность отказов квартальных тепловых сетей.
Таким образом, электронное моделирование является мощным вспомогательным инструментом при исследованиях в области эффективности перевода четырёхтрубной системы теплоснабжения на двухтрубную. Выверка электронной модели с калибровкой её под фактические режимы работы исследуемой системы теплоснабжения позволит получать более точные результаты.
Библиографический список
1. Ознакомительный режим работы ПРК Zulu. [Электронный ресурс]. URL: https://www.politerm.com/demo/ (дата обращения: 15.03.2021).
2. Актуализированная схема теплоснабжения муниципального образования «город Оренбург» на период до 2033 года. [Электронный ресурс]. URL: http://www.orenburg.ru/activities/public utility/the heat supply to the city of orenburg/proekt aktualizirovannoy skhemy teplosnabzheniya orenburga na period do 2033 goda/ (дата обращения: 15.03.2021).
3. СП 60.13330.2016. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Актуализированная редакция СНиП 41-01-2003 (с изменением № 1).
4. Архив погодных данных Гидрометцентра России. [Электронный ресурс]. URL: https://meteoinfo.ru/ (дата обращения: 15.03.2021).
5. Данилов П.В., Изаак С.А. О перетопах и недотопах потребителей с элеваторными узлами смешения [Электронный ресурс] / С.А. Изаак, П.В. Данилов // Вестник магистратуры. - 2020. - № 9-3(108) - С. 4-11.
ДАНИЛОВ ПАВЕЛ ВИКТОРОВИЧ - магистрант, Оренбургский государственный университет, Россия.
