Оценка относительных теплопотерь квартальных теплосетей от цтп-1 г. Осинники Кемеровской области Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (7), 2014

УДК 621.644.8

Д.Б. Чапаев, И.В. Зоря, О.Я. Логунова

Сибирский государственный индустриальный университет

ОЦЕНКА ОТНОСИТЕЛЬНЫХ ТЕПЛОПОТЕРЬ КВАРТАЛЬНЫХ ТЕПЛОСЕТЕЙ ОТ ЦТП-1 Г. ОСИННИКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ

Одной из основных причин недопоставки потребителям отпущенной с ТЭЦ тепловой энергии являются завышенные (по сравнению с нормативными) тепловые потери в городской теплосети. Хотя в настоящее время существует методика определения нормативных теплопо-терь1 через теплоизоляционные конструкции, учитывающая материальную характеристику сети, температуру теплоносителя и окружающей среды, однако на практике эта величина зачастую принимается без достаточных обоснований в пределах 10 - 15 % от отпущенного с источника тепла для средних за отопительный период условий функционирования. К тому же данные по фактическим теплопотерям по разным участкам сети, по квартальным сетям от различных ЦТП могут существенно отличаться от нормативных значений как в большую, так и в меньшую сторону, что связано с фактическим состоянием тепловой изоляции сети, герметичностью конструкций каналов (проникновением в них грунтовых вод) и рядом других факторов.

В то же время оценка фактических теплопотерь в квартальных сетях позволяет более корректно подобрать мощности теплового оборудования ЦГП, сформировать тариф на тепловую энергию, обосновать мероприятия по модернизации теплосетей.

Для отдельных участков системы теплоснабжения возможно дать ориентировочную оценку значений фактических относительных теплопотерь (относительно отпущенного с источника тепла) на основании ретроспективы таких эксплуатационных показателей, как падение температуры теплоносителя при его транспортировке от источника теплоснабжения (или от границы балансовой принадлежности сетей) до потребителей (зданий) и температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах на данных границах.

1 Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения: МДК 4-05.2004.-М.: Деан, 2005. - 160 с.

Авторами выполнена работа по оценке фактических относительных теплопотерь квартального подающего трубопровода, транспортирующего теплоноситель на отопление жилых зданий от ЦТП-1 для средних за год условий функционирования в г. Осинники Кемеровской области.

Регулирование параметров теплоносителя после ЦТП - качественное по температурному графику 95/70 °С. Тепловые сети проложены в непроходных каналах.

Исходные данные для анализа:

1) отчеты о потреблении тепловой энергии и теплоносителя указанными зданиями за период с ноября 2011 г. по март 2012 г., откуда принимались значения фактических температур теплоносителя в подающем трубопроводе на входе в здания 0(Ц и в обратном трубопроводе на выходе из зданий t2(x), зависящие от времени т, по дням каждого месяца;

2) журнал учета значений температуры наружного воздуха 1н(т) и фактической температуры теплоносителя в подающем трубопроводе на выходе из ЦТП ?1и'гп(т), зависящие от

времени т, по дням отопительного периода 2011/2012 гг.;

3) температурный график 95/70 °С работы котельных и второго контура системы отопления ЦГП ООО «Теплосетевая компания Южного Кузбасса», откуда принимались нормированные значения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе для различных значений

Для того, чтобы оценить относительные теплопотери в квартальных сетях, сначала были построены графики температур теплоносителя в подающем и обратном квартальных трубопроводах по дням наиболее холодных месяцев рассматриваемого отопительного периода (ноябрь 2011 г. - февраль 2012 г.). Графики представлены на рис. 1.

Колебания температуры по дням отопительного периода связаны с качественным ре-

-30-

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (7), 2014

Рис. 1. Температура теплоносителя по дням месяцев:

------температура Z)11'1'11 (т) , которая отличается от нормируемой температуры (по температурному графику 95/70 °С) не

более, чем на ±1 °С (в основном на ±0,5 °С);-температура Цт) средняя по зданиям, равноудаленным (по ходу движе-

ния теплоносителя) от ЦТП-1 (значения Цт) по указанным зданиям отличаются друг от друга в среднем на ±0,5 °С);

--температура Г2(т) средняя по зданиям, равноудаленным (по ходу движения теплоносителя) от ЦТП-1 (значения Г2(т)

по указанным зданиям отличаются друг от друга в среднем на ±0,5 °С) (точками обозначены зафиксированные теплосчетчиками значения температур)

гулированием температур теплоносителя по графику 95/70 °С при различных температурах наружного воздуха При сопоставлении дат отопительного периода со значениями /„ можно заметить увеличение падения температуры теплоносителя в подающем трубопроводе от ЦТП-1 до равноудаленных от него зданий

А/, (т) = /I1'11 (т)-/) (т) при понижении значения

Значение фактических относительных теплопотерь в квартальном подающем трубопроводе (относительно отпущенного с ЦТП тепла) за период времени т с 1 ноября 2011 г. (значение Ti) по 29 февраля 2012 г. (значение т2)

-31

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (7), 2014

можно определить на основании данных (рис. 1) по выражению

Г2 Т2

I(?тп(0 di \cG (/|цт" (т)-1\ (т))

Idx

JQn(x) d1 Jcr;(/linil(i)-c(i))dT

Ti Tj

T2

j(ir(x)-^(x))dx

|(l14Tn(x)-l2(x))dx

(1)

где <2тп(х) - теплопотери в подающем трубопроводе, зависящие от времени х (интеграл дает суммарное значение теплопотерь за рассматриваемый период времени); Q0(t) - отпущенное с ЦТП тепло; с и G - массовые удельная теплоемкость и расход теплоносителя в подающем трубопроводе.

В уравнении (1) принято постоянство значения теплоемкости теплоносителя при его различных температурах, что допустимо при небольших перепадах температур теплоносителя по длине трассы для получения результата с достаточной для инженерных расчетов точностью. Постоянство расхода теплоносителя в рассматриваемый период времени задается технологическими требованиями к системе теплоснабжения.

Для определения значения Q за любой момент времени х, в том числе за тот день, когда реализуются средние за отопительный период условия функционирования системы теплоснабжения (при средней за отопительный период нормативной температуре наружного воздуха), эту формулу можно представить в следующем виде:

Q

.ДТП

п___

.ДТП

п

__(у.

_?2

Графики (рис. 1) дают данные по падениям температур в сети для дней отопительного периода, в которые значение температуры наружного воздуха 1Н различно или для ряда дней одинаково, поэтому для получения корректного значения Q для любого значения 1Н целесообразно определить функцию Q = /(/,,)• Для

- 1цтп-1

еч ч

= ---- для каждого из указан-

h ~ Ч

ных дней сопоставлены со значениями /„ в соответствующие дни и определены средние

арифметические значения Q для каждого значения 1Н.

Для оценки величины падения температуры теплоносителя ДО аналогичным образом на основании данных (рис. 1) определена зависимость Atx = /(/,,) (график приведен на рис. 2).

Уравнение полинома, аппроксимирующего указанные точки (сплошная линия на рис. 2), имеет вид

(tH) = 0,004(/н)2 - 0,076tH + 2,076,

где /„ и All - температуры, °С.

Функция A (/и) показывает обратную квадратичную зависимость падения температуры транспортируемого по подающему трубопроводу теплоносителя от температуры наружного воздуха. Так, при расчетной температуре tH для системы теплоснабжения г. Осинники, равной -39 °С (согласно СНиП 23-01 - 99 ), максимальная величина ДО достигает 11 °С, а при температуре начала/конца отопительного периода 1н = +8 °С (согласно СНиП 41-02 - 2003) падает до 1,7 °С. При средних за отопительный период условиях функционирования системы теплоснабжения (при средней за отопительный период нормативной температуре 1н = -7,3 °С (согласно СНиП 23-01 - 99 )) значение A0 составляет 2,8 °С (на рис. 2 показано горизонтальной линией).

Рис. 2. Падение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе от ЦТП до зданий (каждая точка - это фиксированное значение АГЬ среднее по разным дням рассматриваемого периода, объединенных одним значением температуры Гн)

-32-

Вестник Сибирского государственного индустриального университета № 1 (7), 2014

Рис. 3. Теплопотери в подающем трубопроводе (точки - это фиксированное значение Q , среднее по разным дням рассматриваемого периода, объединенных одним значением температуры Гн)

На рис. 3 представлена зависимость Q = /(/н). Уравнение прямой линии, аппроксимирующей указанные точки (сплошная линия на рис. 3), имеет вид

б (О = 20,33 - 0,45/н,

где tu - температура, °С: О - относительные теплопотери подающим трубопроводом, в процентах от отпущенного с цтп тепла.

Функция Q (tH) показывает обратную линейную зависимость относительных теплопотерь от температуры наружного воздуха. При расчетной температуре tu, равной -39 °С, значение Q достигает 37,9 %, а при температуре начала/конца отопительного периода tu = +8 °С падает до 16,7 %. Таким образом, значения Q для рассматриваемой системы всегда больше 15 %. При средних за отопительный период условиях функционирования системы теплоснабжения значение Q составляет 23,6 % (на рис. 3 показано горизонтальной линией).

Выводы. Падение температуры транспортируемого по подающему трубопроводу теплоносителя в квартальных теплосетях от ЦТП

до зданий имеет обратную квадратичную зависимость от температуры наружного воздуха и составляет для сетей от ЦТП-1 г. Осинники 2,8 °С для средних за отопительный период условий функционирования системы теплоснабжения. Относительные теплопотери в квартальных теплосетях носят обратную линейную зависимость от температуры наружного воздуха и составляют для сетей от ЦТП-1 г. Осинники 23,6 % для средних за отопительный период условий функционирования системы теплоснабжения. Высокое значение относительных теплопотерь, которое для рассматриваемой системы даже в точке начала/конца отопительного периода превышает обычно принимаемые на практике 10 - 15 %, говорит об ухудшении свойств теплоизоляционного материала квартальных сетей, в частности, из-за возможного намокания теплоизоляционной конструкции грунтовыми водами.

© 2014 г. Д.Б. Чапаев, И. В. Зоря, О.Я. Логунова Поступила 27 февраля 2014 г.

-33 -