Что такое график тепловых нагрузок

О температурных графиках

А.И. Миргородский, ведущий инженер, ООО «Ивтеплоналадка», г. Иваново (приводится в сокращении. С полной версией статьи можно ознакомиться на сайте РосТепло.ру).

В статье обобщается информация из учебников и справочников по теплоснабжению и приводятся основополагающие данные для расчётов графиков регулирования отпуска и потребления тепла.

Обобщая опыт работы теплоснабжающих организаций (ТСО) в более чем 50 крупных городах России, можно сделать вывод, что в среднестатистической ТСО технические специалисты и их руководители не знают, как рассчитывается температурный график, почему он именно такой и на что и как влияет его изменение. Технические руководители некоторых ТСО своим решением изменяют температурные графики совершенно произвольным образом: изменяют угол наклона, выгибают дугой, вводят ступени на линии температур воды в подающем трубопроводе, поднимают линию температур воды в обратном трубопроводе приближая её к фактическим температурам.

Температурный график – это не эмпирическая зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха. Температурные графики рассчитываются по формулам. В их основе лежат уравнения теплопередачи. Но обо всем по порядку, с начала нужно разобраться со способами регулирования тепловой нагрузки.

Способы регулирования тепловой нагрузки

Существует три основных способа регулирования тепловой нагрузки:

ü качественный – изменением температуры сетевой воды при постоянном её расходе;

ü количественный – изменением расхода сетевой воды при постоянной её температуре;

ü качественно-количественное – одновременное изменение температуры и расхода сетевой воды.

Для большинства источников тепловой энергии (а для некоторых и единственным) основным видом тепловой нагрузки является отопление. Доля других видов тепловой нагрузки, ГВС (средняя) и вентиляции в период отопительного сезона существенно ниже отопительной и, как правило, не превышает 30%. Поэтому, в основу центрального регулирования закладывается закон изменения отопительной нагрузки от температуры наружного воздуха – график качественного регулирования тепловой нагрузки по отоплению.

При наличии нагрузки ГВС в температурный график вводят ограничение минимального значения температуры воды в подающем трубопроводе для обеспечения необходимой температуры воды систем ГВС. Это ограничение называется «спрямление на ГВС». При включении подогревателей ГВС по последовательной схеме применяется график качественного регулирования по совмещённой нагрузке отопления и ГВС. В этом случае к значениям температур воды в подающем трубопроводе вводится надбавка, которая рассчитывается, исходя из соотношения нагрузки ГВС и отопления. Но такие системы теплоснабжения встречаются не часто.

Случаев применения количественного или качественно-количественного регулирования для теплоснабжения городов автору не известно.

Расчёт температурного графика качественного регулирования

Формулы расчёта температурного графика выводятся из совместного решения трёх уравнений теплопередачи.

Первое уравнение. Тепловой поток на компенсацию тепловых потерь зданием (теплопотери через ограждающие конструкции здания)

где t_вн – температура воздуха в отапливаемом здании, °С; t_н – температура наружного воздуха, °С; ∑(k_i ∙ F_i)_зд – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных ограждающих конструкций здания на их поверхности.

В безразмерном виде первое уравнение можно представить, как:

(2)

, (3)

где – относительная разность температур внутреннего и наружного воздуха.

Надстрочные индексы «р» здесь и далее обозначают значение при расчётной температуре наружного воздуха.

Второе уравнение. Тепловой поток, выделяемый нагревательными приборами

, (4)

где t₃ – температура теплоносителя на входе в отопительный прибор, °С; t₂ – то же на выходе, °С; ∑(k_i ∙ F_i)_пр – сумма произведений коэффициентов теплопередачи отдельных нагревательных приборов на их поверхности.

Коэффициент теплопередачи нагревательного прибора не является постоянной величиной и зависит от температурного напора отопительного прибора ∆t:

, (5)

, (6)

где А – постоянная, зависящая от типа прибора, места, способа установки и ряда других факторов; n – постоянная, также зависящая от типа нагревательного прибора. Для систем отопления, оборудованных наиболее распространёнными типами конвективно-излучающих нагревательных приборов, n = 0,25;

Комплекс ∑(k_i ∙ F_i)_пр также можно выразить через расчётные значения тепловой нагрузки и температурного напора:

, (7)

где ∆t р температурный напор отопительного прибора при расчётном режиме (при расчётной температуре наружного воздуха):

. (8)

В безразмерном виде второе уравнение теплового потока будет выглядеть следующим образом:

(9)

. (10)

Третье уравнение. Тепловой поток, сообщаемый теплоносителем нагревательным приборам:

где с – теплоёмкость теплоносителя, Вт/(м 3 ·°С); G – расход теплоносителя, м 3 ;
u – коэффициент смешения на тепловом узле; t₁ – температура теплоносителя до узла смешения, °С.

Коэффициент смешения рассчитывается по формуле:

. (13)

Расход теплоносителя G можно также выразить через расчетные значения тепловой нагрузки и разности температур теплоносителя:

(14)

, (15)

где g – относительный расход – параметр, характеризующий соответствие расхода теплоносителя при фактической температуре наружного воздуха расчётному значению. Для систем отопления с качественным регулированием значение параметра g = 1;
– расчётный перепад температур тепловой сети: ; – расчётный перепад температур теплоносителя в нагревательных приборах: .

В безразмерном виде третье уравнение теплового потока будет выглядеть следующим образом:

(16)

. (17)

Таким образом три уравнения теплового потока образуют систему уравнений:

. (18)

При решении системы уравнений относительно температур теплоносителя t₁, t₂ и t₃ получаются уравнения отопительного температурного графика качественного регулирования:

, (19)

, (20)

. (21)

, (22)

. (23)

Выбор температурного графика

Сразу нужно сделать оговорку: в данном разделе не будет описания выбора температурного графика для вновь строящихся (проектируемых) систем теплоснабжения. Речь пойдёт о выборе оптимального температурного графика.

В последние 5-7 лет на различных конференциях, форумах, посвящённых теплоснабжению, а также при обсуждении схем теплоснабжения перед их утверждением, РСО все чаще поднимают вопрос о «правильности» действующего в ТСО температурного графика и регулярно высказываются предложения по его снижению, вплоть до уровня 95/70°С. В качестве аргумента высказывается следующее: большинство действующих систем теплоснабжения спроектировано и построено еще в 60-70-е годы прошлого века, исходя из экономических особенностей того периода. Сейчас всё по-другому. Проверим, а по-другому ли на примере среднестатистической ТЭЦ.

Оптимальный температурный график – это такой график, при котором обеспечивается минимум затрат РСО на «доставку» потребителям тепловой энергии, т.е. минимум совокупных затрат на производство и на транспорт тепловой энергии.

Затраты (удельные) на транспорт (передачу) тепловой энергии складываются из расхода тепла на компенсацию тепловых потерь и расхода электроэнергии на циркуляцию сетевой воды. Также в этой группе будем учитывать сетевые насосы источника теплоты. По этому показателю (удельно) очень удобно сравнивать эффективность работы систем теплоснабжения между собой. Также его расчёт входит в состав нормативных энергетических характеристик тепловых сетей, которые должны разрабатываться не реже чем 1 раз в 5 лет для каждой системы теплоснабжения с присоединённой нагрузкой 50 Гкал/ч и более.

Для целей определения оптимального температурного графика абсолютные значения расхода топлива (удельного) не имеют практического значения, важно лишь его изменение в зависимости от того, по какому температурному графику производится отпуск тепла с источника. Для котельных удельный расход топлива практически не зависит от выбранного температурного графика, а вот для ТЭЦ всё индивидуально и определяется составом основного оборудования.

Именно поэтому п. 7.2 Свода правил СП 124.13330.2012 «Тепловые сети. Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003» требует проведения технико-экономических расчётов для выбора температурного графика.

Далее приведен расчёт расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ. В основу расчёта приняты усреднённые данные из утверждённых Схем теплоснабжения городов в Центре, Приволжье и на Урале.

Таблица 1. Исходные данные для расчёта расходов на транспорт (передачу) тепловой энергии
для среднестатистической системы теплоснабжения от ТЭЦ.

37 250

При расчёте сделаны следующие допущения:

1. Система теплоснабжения существующая: диаметры трубопроводов тепловых сетей приняты одинаковыми для всех температурных графиков;

2. Расчёт тепловых потерь выполнен по нормам плотности теплового потока для тепловой изоляции, спроектированной до 1989 г.;

3. При расчёте расхода электроэнергии на транспорт теплоносителя учтена одна насосная станция на одном из трубопроводов тепловой сети, через которую проходит половина от общего расхода сетевой воды;

4. Стоимость тепловых потерь определена по топливной составляющей тарифа;

5. Средние за отопительный период температуры теплоносителя определены для каждого температурного графика по фактическим среднесуточным температурам наружного воздуха за 2009-2017 гг.

Результаты расчёта стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединенной тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках представлены в табл. 2 и на рисунке.

Таблица 2. Расчёт стоимости транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки для существующей системы теплоснабжения при различных температурных графиках

Рисунок. Себестоимость транспорта тепловой энергии на 100 Гкал/ч присоединённой тепловой нагрузки.

Как видно из представленного графика совокупная стоимость транспорта тепловой энергии с ростом температурного графика снижается. При этом повышение температурного графика выше чем 150/70°С практически не влияет на стоимость транспорта.

Стоимость тепловых потерь (ТП) мало зависит от температурного графика вне зависимости от состояния и года проектирования тепловой изоляции. Наибольшее же влияние оказывает расход электроэнергии (ЭЭ) на перекачку теплоносителя.

Из результатов расчёта следует, что оптимальным температурным графиком регулирования тепловой нагрузки в большинстве случаев является график 150/70°С.

Литература

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. 7-е изд., стереот. М.: Издательство МЭИ, 2001. 472 с.: ил.

2. Манюк В.И. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей. Справочник. 3-е изд., М.: Стройиздат, 1988. 432 с.: ил.

3. Утвержденные схемы теплоснабжения городов Владимир, Воронеж, Екатеринбург, Иваново, Ижевск, Казань, Киров, Москва, Нижний Новгород, Орёл, Оренбург, Пенза, Пермь, Самара, Саранск, Саратов, Тамбов, Тюмень, Челябинск.

4. Решения РСТ о утверждении тарифов на отпуск тепловой энергии с коллекторов источников тепловой энергии на 2018 год для ПАО «Квадра», ПАО «Мосэнерго», ПАО «Т Плюс», ПАО «Фортум».

А.И. Миргородский, О температурных графиках

Коментарии

ВМС, РУП «Белнипиэнергопром» [ 15:12:51 / 26.12.2018]

1. А как же зависимость выработки электроэнергии на тепловом потреблении ТЭЦ от температурного графика? Выше температурный график меньше выработка электроэнергии на ТЭЦ.

Оставить комментарий

Тематические закладки (теги)

Источник

Экономика предприятия электроэнергетики. Учебное пособие

Графики тепловых нагрузок

Графики тепловых нагрузок в отличие от графиков электрических нагрузок строятся не для энергосистемы в целом, а для отдельных районов теплоснабжения или отдельных потребителей.

Выделяются следующие виды тепловых нагрузок:

По виду теплоносителя тепловое потребление делится на потребление пара и потребление горячей воды.

При отпуске тепла в виде пара графики нагрузки строятся в весовых единицах (тонны пара в час). Нагрузка в горячей воде определяется в энергетических единицах (ГДж в час или Гкал в час).

Так же как и для электрической нагрузки, имеют место суточные, недельные и годовые графики тепловых нагрузок.

Все виды тепловых нагрузок в большей или меньшей степени изменяются как в течение суток, так и в течение года. Эти изменения обусловлены следующими факторами:
— изменениями температуры наружного воздуха;
— бытовыми и производственными режимами потребителей.

3.2.1. Суточные графики тепловых нагрузок

В отличии от электрической нагрузки потребление тепловой энергии более стабильно в течение суток.

Технологические нужды промышленных предприятий

Расход тепловой энергии на технологические нужды мало зависит от температуры наружного воздуха, и поэтому конфигурация графиков технологической (обычно паровой) нагрузки в основном определяется режимом работы (количеством рабочих смен) промышленных потребителей. Для потребителей с трехсменным режимом работы конфигурация графика технологического потребления трехступенчатая (по сменам), учитывающая только соотношение величин нагрузки по сменам (рис.3.13).

Рис.3.13. График технологического потребления для трехсменного производства

Для предприятий ряда отраслей (бумажные фабрики, нефтеперегонные предприятия и ряд других) объем потребления практически не меняется в течение суток (рис.3.14).

Рис. 3.14. График технологического потребления для трехсменного непрерывного производства

При двухсменном режиме работы график технологического потребления будет, естественно, другой конфигурации (рис.3.15).

Рис.3.15. График технологического потребления для двухсменного производства

Тепловая нагрузка, обеспечиваемая горячей водой

Наиболее сложную конфигурацию имеет суточный график тепловой нагрузки горячего водоснабжения (рис.3.16). Он характеризуется малой нагрузкой ночью, наличием утреннего краткосрочного пика и более длительного вечернего.

Рис. 3.16. График нагрузки горячего водоснабжения

Тепловая нагрузка горячего водоснабжения является круглогодичной, однако летом расход тепловой энергии на горячее водоснабжение снижается до 0.75 от зимнего. Суточный коэффициент неравномерности нагрузки горячего водоснабжения, т.е. отношение максимальной величины к средней, составляет 2.0?2.2.

Расход тепловой энергии на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха полностью определяется температурой окружающего воздуха, и поэтому эта нагрузка типично сезонная, зависящая от климатических условий.

Важной характеристикой отопительной нагрузки является ее максимальное значение, которое есть функция разницы температур

Так как отопление жилых домов и других объектов социально-бытового назначения производится круглосуточно, а температура наружного воздуха, определяющая величину нагрузки, как правило, в течение суток меняется мало, то график отопительной нагрузки постоянен в течение суток (рис.3.17).

Рис 3.17 Суточный график отопительной нагрузки бытовых потребителей

Отопление промышленных и других предприятий, работающих в одну или две смены, также производится круглосуточно, хотя может иметь место меньшая интенсивность в ночные часы (рис.3.18).

Рис. 3.18. Суточный график отопительной нагрузки промышленных потребителей

3.2.2. Годовые графики тепловых нагрузок

Ввиду зависимости тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха годовые календарные графики могут быть достаточно точно построены только для технологической нагрузки и нагрузки горячего водоснабжения.
Годовой график технологической нагрузки, также как и годовой график электрических нагрузок, фиксирует изменение максимальных нагрузок через месяц. Величина месячного максимума нагрузки рассматривается как наибольшее из значений суточных максимумов нагрузки за данный месяц (рис. 3.19, 3.20).

Рис.3.21. График продолжительности стояния температур наружного воздуха

(3.7.)

Рис.3.22. Зависимость отопительной нагрузки от температуры
наружного воздуха

Совмещая эти два графика, можно получить искомую зависимость. Данный график показывает изменение отопительной нагрузки в течение отопительного периода (рис.3.23).

Рис. 3.23. График отопительной нагрузки по продолжительности

Обычно отопительный график по продолжительности совмещают с графиком нагрузки горячего водоснабжения, т.е. нагрузки, также обеспечиваемой за счет теплоносителя горячей воды. В этом случае график по продолжительности выглядит следующим образом (рис.3.24):

Рис.3.24. Совмещенный график по продолжительности нагрузки, покрываемой за счет горячей воды

Для характеристики графиков отопительной нагрузки используется показатель числа часов использования максимума отопительной нагрузки. При известных продолжительности отопительного периода и средней температуре отопительного периода его можно определить следующим образом:

Для различных климатических районов эта величина находится в пределах от 1500 до 2000 часов.

Источник