Відомо, що системи теплопостачання (СТ) складаються з джерел теплопостачання, теплових мереж та споживачів теплоти. В залежності від теплової потужності джерела теплопостачання СТ поділяються на автономні, децентралізовані, помірно-централізовані і централізовані. Кожна з перелічених СТ мають свої переваги та недоліки. Наприклад, в централізованих СТ найбільш вразливим елементом є теплові мережі, які в більшості випадків в Україні характеризуються зношеністю, що спричиняє відповідні аварійні ситуації та перебої в теплопостачанні споживачів. Окрім того, в застарілих теплових мережах суттєвими є втрати теплоти, що призводить до підвищення вартості виробленої джерелом теплоти.
Для групи житлових будинків (з умовним розташуванням у м. Рівне) пропонується перейти від централізованого до децентралізованого теплопостачання шляхом спорудження індивідуальної котельні.
Вісім шестиповерхових житлових будинків, як приклад, зовнішніми розмірами в плані: довжина а = 40 м, ширина в = 15 м, висота одного поверху Hп = 2,8 м, були споруджені в середині XX століття. Стіни будівель товщиною б1 = 565 мм виконані цегляними з повітряним прошарком, на важкому розчині. На кожному з поверхів розташовано по 10 двостулкових деревяних вікон в сполучених рамах розмірами в метрах 1,4 х 0,9 (висота) на південному та північному фасадах та по 5 аналогічних – на західному та східному фасадах. Перекриття останнього поверху – залізобетонний двопустотний збірний настил товщиною б2 = 160 мм, утеплювач – пінобетон товщиною U = 120 мм. Підлога на першому поверсі – утеплена на лагах. Кількість квартир в кожному будинку Nкв = 60, а кількість споживачів гарячої води U = 210 людей.
Попередньо запропоновано провести термомодернізацію будівель шляхом наклейки на зовнішні поверхні стін пінополістирольних плит товщиною бут = 90 мм (теплопровідність λут = 0,04 Вт/(м∙К)), а також замінити дерев’яні світлопрозорі конструкції на двокамерні пластикові склопакети з повітрям 100 % типу 4М1-12-4М1-12-4К.
Розрахункові дослідження з визначення теплової потужності джерела теплопостачання. Потужність джерела теплопостачання визначається за тепловими навантаженнями будівель на опалення та на гаряче водопостачання (ГВП) споживачів.
Потік теплоти на опалення (Qо, кВт) визначали за точним способом – втратами потоків теплоти зовнішніми огородженнями (ΣQог.i, кВт) та витратами потоків теплоти на нагрівання інфільтраційного повітря (Qінф, кВт).
Для кожного поверху будинку втрати потоків теплоти вертикальними огородженнями (стіни, вікна) і перекриття останнього поверху, кВт, визначали за формулою
де ri – термічні опори теплопередачі огороджень, (м2∙К) / Вт; Fi – площі огороджень, м2; tвн і tр.о – температури внутрішнього повітря опалюваних приміщень і розрахункова зовнішнього повітря на опалення відповідно, о С;
Σβ –додаткові втрати теплоти в частках до основних; ni – поправковий коефіцієнт на розрахункову різницю температур.
Термічний опір теплопередачі утеплених зовнішніх стін, (м2∙К) / Вт, визначали за формулою
де rст н.у - термічний опір теплопередачі неутеплених стін, (м2∙К) / Вт.
В розрахунках брали tвн = 20 о С; tр.о = - 21 о С [1]; n = 1 для вертикальних огороджень і перекриття без горища; величину Σβ = 0 для всіх орієнтацій вертикальних огороджень; площі стін визначали за зовнішніми розмірами, вікон – за розмірами в світлі, перекриття – за внутрішніми розмірами.
Термічні опори теплопередачі, (м2∙К) / Вт: для неутеплених стін rст н.у = 0,935; для перекриття rпер = 1,09; для світлопрозорих конструкцій rвік = 0,61 [2].
Втрати потоків теплоти через підлогу будинку визначали за методикою [2].
Витрати потоків теплоти на нагрівання інфільтраційного повітря для кожного поверху будинку, кВт, визначали за формулою
де m – кратність повітрообміну, год-1 ; cп – питома масова теплоємність повітря, кДж/(кг∙К); ρп – густина повітря, кг/м3, Fп – площа підлоги приміщення житлових кімнат та кухонь одного поверху, м2 .
В розрахунках брали m = 0,75 год-1; cп = 1,005 кДж/(кг∙К); ρп = 1,2 кг/м3 ;
Fп = 0,75 а b, м2.
В результаті для всіх будівель отримали величину Qо = 1136 кВт.
Середній за годину потік теплоти на ГВП будинків за добу з урахуванням теплових втрат трубопроводами, кВт, визначали за формулою [3]
де gTh- cередня за годину розрахункова витрата гарячої води споживачами житлових будинків, м3/год, tс – температура холодної водопровідної води, о С; qw,k – питомі теплові втрати трубопроводів, які прокладені, наприклад, в підвалах чи техпідпіллях, Вт/м; ; lw,k - довжина всіх трубопроводів гарячого водопостачання, які прокладені в підвалах чи техпідпіллях будівель, м.
Величину gTh брали як відношення середніх (за рік) добових витрат води на ГВП житлових будинків ( ,м3/добу) до тривалості водорозбору гарячої
води споживачами (T, год/добу). В свою чергу величину GTh визначали як
добуток розрахункової (питомої середньої за рік) добової витрати гарячої води в житлових будинках на одного споживача (а, л/добу) на кількість споживачів (ΣU, людей).
В розрахунках брали tс = 5о С, qw,k = 11 Вт/м [3], lw,k = 2440 м (для всіх житлових будинків), T = 24 год/добу, а = 100 л/добу (для м. Рівне, яке відноситься до I кліматичного району), для мешканців всіх житлових будинків ΣU = 1680 людей визначили величину GTh = 168 м3/добу, тоді середній потік теплоти на ГВП будинків складе QTh= 434 кВт, а сумарний розрахунковий потік теплоти на опалення будівель і ГВП споживачів - Q = 1570 кВт.
На сумарне теплове навантаження з урахуванням витрат потоків теплоти на власні потреби у 5 %, що в цілому склало 1650 кВт, для встановлення в котельні були обрані 2 котли VITOMAX 100 – LW типу М148 тепловою потужністю по 850 кВт кожного з теплоутилізаторами. Коефіцієнт завантаження кожного котла складає 97 %, ККД – ηк.а = 94 %, температура відхідних димових газів - tг.у'= 143 о С, максимальна витрата відхідних димових газів Lгс= 0,36 кг/с. Також було обране і інше обладнання для котельні: гідравлічний розподілювач; підігрівач води ГВП; насоси котлового контуру, мережної води опалення, підживлюваної води, тощо.
Розрахункові дослідження енергетичної ефективності системи теплопостачання. Зменшення витрати теплоти від котельні досягається, по-перше, за рахунок термомодернізації будинків, і, по-друге, за рахунок використання утилізаторів теплоти димов газів.
За формулою (1) були розраховані втрати потоків теплоти через неутеплені стіни всіх будівель при rст н.у = 0,935 (м2 ∙ К)/Вт та через подвійні світлопрозорі конструкції в сполучених дерев’яних рамах при термічному опору теплопередачі rвік = 0,34 (м2 ∙ К)/Вт. В результаті втрати потоків теплоти через зовнішні стіні і світлопрозорі конструкції склали Qог1 = 1060 кВт у порівнянні з варіантом з термомодернізації будівель, де аналогічні втрати склали Qог2 = 317 кВт. Таким чином в результаті утеплення зовнішніх стін будинків та заміни світлопрозорих конструкцій зменшуються потоки теплоти на опалення на величину ΔQо = (Qог1 - Qог2), яка складає 743 кВт.
Встановлення за котлами утилізаторів теплоти обумовило зниження температури димових газів з tг' = 198 о С (котли без теплоутилізаторів) до tг.у'= 143 о С. Потік теплоти за рахунок охолодження димових газів використовується для попереднього нагрівання поворотної води на вході в котли, що призводить до зменшення потоку теплоти на її нагрівння в котлі до розрахункової температури.
Зменшення потоку теплоти на нагрівання води в обох котлах за рахунок охолодження димових газів в утилізаторі, кВт, визначали за формулою
де сс.г і сп – теплоємність сухих димових газів і водяних парів відповідно, кДж/(кг∙К); dг' - вологовміст димових газів, кг/кг с.г.
В розрахунках брали сс.г = 1 кДж/(кг∙К); сп = 1,97 кДж/(кг∙К); dг'= 0,13 кг/кг с.г (при спалюванні природного газу усередненого складу) [4], тоді величина ΔQу= 50 кВт.
Річну економію природного газу в опалювальний період за рахунок енергозберігаючих заходів у споживачів та котельні, м3/сезон, визначали за формулою.
де tср.о – середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період, о С; nо – тривалість опалювального періоду, діб; Qнр - нижча теплота згоряння природного газу, кДж/м3.
В розрахунках брали tср.о = 0,1 о С та nо = 182 доби [1] (для м. Рівне), а Qнр= 35500 кДж/м3 [4] (для природного газу усередненого складу), тоді величина Vг= 183195 м3/сезон.
Економію коштів за природний газ в котельні за рахунок впровадження енергозберігаючих заходів, грн/сезон, визначали за формулою
де Цг – вартість 1 м3 природного газу, грн.
В розрахунках брали Цг = 18,53 грн/м3 [5], тоді величина Е = 3394603 грн/сезон.
СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ
1. ДСТУ – Н Б В. 1.1 – 27:2010. Захист від небезпечних геологічних процесів, шкідливих експлуатаційних впливів, від пожежі. Будівельна кліматологія. – Чинний від 2011 – 11 – 01. Київ: Мінрегіонбуд України, 2011. – 123 с.
2. Боженко М.Ф. Системи опалення, вентиляції і кондиціювання повітря будівель [Електронний ресурс]: навч. посіб. для студентів спеціальності 144 «Теплоенергетика» / М.Ф.Боженко ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – 380 с.
3. ДБН В.2.5-64:2012 «ВНУТРІШНІЙ ВОДОПРОВІД ТА КАНАЛІЗАЦІЯ. ЧАСТИНА I. ПРОЄКТУВАННЯ. ЧАСТИНА II. БУДІВНИЦТВО». Чинні від 2013 – 03 - 01. – Київ: Мінрегіон України, 2013. – 122 с.
4. Боженко М.Ф. Енергозбереження в теплопостачанні : навч. посіб./ М.Ф.Боженко, В.П.Сало. - Київ. : НТУУ «КПІ», 2008. – 268 с.
5. Тарифи на природний газ для непобутових споживачів. Сайт з інтернету https://index.minfin.com.ua/ua/tariff/gas/prom/ (дата звернення 17.10.23 р.)
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter