Зміст

• 1. Введення
• 2. Історія питання
• 3. Список літератури

1. Введення

За минулий з моменту інтенсивного розвитку теплофікації в Росії і країнах СНД час використано багато понять, в основі яких лежало визначення радіуса теплопостачання. Згадаємо лише три з них, найпоширеніших: оптимальний радіус теплопостачання; оптимальний радіус теплофікації; радіус надійного теплопостачання.

З моменту введення в дію закону україни «Про теплопостачання» з'явилося ще одне визначення: радіус ефективного теплопостачання - максимальна відстань від устаткуванням, що використовує встановлення до найближчого джерела теплової енергії в системі теплопостачання, при перевищенні якого устаткуванням, що використовує підключення установки до даної системи теплопостачання недоцільно через збільшення сукупних витрат у системі теплопостачання.

2. Історія питання

Вперше у 1935 р. для аналізу ефективності централізованого теплопостачання С. Ф. Копьевым були застосовані два симплексу: питома матеріальна характеристика µ і питома довжина λ теплової мережі в зоні дії джерела теплоти. У першому випадку питома матеріальна характеристика теплової мережі являла собою відношення матеріальної характеристики теплової мережі, утворює зону дії джерела теплоти, до приєднаної до цієї теплової мережі теплової навантаженні. У другому випадку, це відношення протяжності траси теплової мережі до приєднаної до цієї теплової мережі теплової навантаженні (так як журнал «Новини теплопостачання» є спеціалізованим періодичним виданням, ми позбавимо себе від очевидних визначень. - Прим. авт.).

де M - матеріальна характеристика теплової мережі, м²; Q^p_сум - сумарна теплова навантаження в зоні дії джерела теплоти (теплової потужності), приєднана до теплових мереж цього джерела, Гкал/год; L - сумарна довжина трубопроводів теплової мережі, утворює зону дії джерела теплоти, м.

Зв'язок між питомою матеріальної характеристикою µ і питомою протяжністю теплотраси λ встановлюється за допомогою середнього діаметру теплової мережі в зоні дії джерела теплоти d_ср(м):

Ці два параметри досить інформативні, оскільки відображають основне правило побудови системи централізованого теплопостачання - питома матеріальна характеристика завжди менше там, де висока щільність теплового навантаження. А якщо взяти до уваги, що сама матеріальна характеристика - це аналог витрат, а приєднане теплове навантаження - аналог ефектів, то чим менше питома матеріальна характеристика, тим результативнішим процес централізованого теплопостачання. Саме цією аналогією користувалися наші попередники.

Досить цікаво спостерігати зміни питомої матеріальної характеристики в процесі життя (розвитку) системи теплопостачання (рис. 1). Її зміна в часі повністю відображає процес черг будівництва магістральних теплових мереж, поступове нарощування внутрішньоквартальних мереж і приріст теплового навантаження, повністю відбиває змінюються темпи забудови. Тільки до кінця 40-річного періоду (в даному прикладі) система теплопостачання знаходить вид з прийнятною питомої матеріальної характеристикою.

З двох систем теплопостачання завжди більш ефективна та, яка володіє меншою питомою матеріальної характеристикою (рис. 2). Саме відносна матеріальна характеристика дозволяє нам в даний час побудувати несуперечливий метод порівняння централізованих систем теплопостачання.

Або по-іншому: безглуздо порівнювати системи теплопостачання з різними відносними матеріальними характеристиками, їх спочатку потрібно привести до порівнянного виду.

Нелишнее також згадати, що відносна матеріальна характеристика дає можливість оцінки та втрат теплової енергії при її передачі по тепловим мережам. Спрощені асимптоти можуть бути розглянуті, наприклад, наступним чином. Уявіть собі теплову мережу, до якої приєднана теплове навантаження рівна 1 Гкал/год, а довжина теплової мережі становить 10 км з діаметром 1000 мм. Відносна матеріальна характеристика такої теплової мережі дорівнює 10 тис. м²/Гкал/год. Нормативні втрати теплової енергії при її передачі по мережі (спроектовані після 2004 р) складуть близько 3000 Гкал за опалювальний період, а загальна кількість корисно використаного тепла близько 3600 Гкал. З цього випливає, що тільки нормативні втрати при його передачі за такою теплової мережі складуть 83% від корисно відпущеної. Не важко порахувати які нормативні теплові втрати теплової мережі довжиною 100 м і діаметром до 100 мм з приєднаною теплової навантаженням у 1 Гкал/год. Це, звичайно, не асимптоти, але з практичної точки зору близькі до асимптотам величини.

Відносна матеріальна характеристика теплових мереж µ - це інтегральний показник ефективності теплової мережі у встановленій зоні дії джерела теплоти. І в основі обчислення цього показника лежить гіпотеза про рівномірність теплового потоку в зоні його дії (тобто однакової щільності теплового навантаження).

Для обліку теплової нерівномірності навантаження, розподіленого в зоні дії (вже функціонуючої або планованої), Е. П. Шубіним був у 1951 р. запропоновано інший показник, заснований на розгляді теплових навантажень як зосереджених в точках їх приєднання до теплових мереж. Цей показник був названий Е. П. Шубіним обігом тепла.

Обґрунтовуючи введення цього показника, автор взяв, що з точки зору транспорту теплової енергії кожна точкова теплове навантаження характеризується двома величинами:

• розрахункової теплової навантаженням Q_p^і;
• відстанню від джерела тепла до точки приєднання, прийнятої по трасі теплової мережі (по вектору відстані від точки до точки) l_і.

Добуток цих величин Z_і= Q_і^p L_і (Гкал м/год) названо моментом теплового навантаження щодо джерела теплопостачання. Чим більше величина цього моменту, тим, очевидно, більше повинна бути і матеріальна характеристика теплопроводу, що з'єднує джерело теплопостачання з точкою теплового навантаження, причому матеріальна характеристика зростає в залежності від зростання моменту не прямо пропорційно, а у відповідності з відомим степеневим законом Z_і >Q_і ^0.38. Для теплових мереж з кількістю абонентів більше одиниці характерною є величина суми моментів теплових навантажень Z_T (Гкал м/год):

Ця величина названа теоретичним обігом тепла для заданого розташування абонентів щодо джерела теплопостачання.

Так як при розрахунку цього обороту значення I, вимірюються за вектора, що з'єднує джерело тепла з точкою приєднання i-го абонента, то величина теоретичного обороту не залежить від обраної траси і конфігурації теплової мережі. Разом з тим, вона відображає ту ступінь транзиту тепла, яка є неминучою при заданому розташуванні абонентів щодо джерела теплопостачання.

Зв'язку величини обороту тепла з іншими транспортними коефіцієнтами висловлювалися, як правило, наступними співвідношеннями:

де R_cp - відношення обороту тепла до сумарної розрахункової теплової навантаженні всіх абонентів, що характеризує собою середню віддаленість абонентів від джерела теплопостачання або відстань від джерела до центру тяжкості теплових навантажень всіх абонентів мереж.

Пояснення процедур обчислення середнього радіусу теплопостачання розглянемо на базі утилітарної радіальної теплової мережі (рис. 3). Радіальна теплова мережа утворена на базі джерела тепла 1, розташованого в промисловій зоні 2.

Теплова енергія транспортується теплової мережі з висновками в трьох напрямках. Один напрямок - це промисловий район, с зонами дії промислових підприємств 4. Два інших напрями сформовані на базі подачі тепла в селітебні частині міста 3, міські квартали 5, 6. Теплова мережа складається з транзитної частини 7, магістральної частини 8, розподільної частини 9 і внутрішньоквартальної частини (не показана на схемі), приєднаної до центральних теплових пунктів 10.

В залежності від темпів забудови селитебной та промислової частин міста будівництво теплових мереж могло здійснюватися чергами. Такі та інші схеми теплопостачання будь-якого міста визначалися в Генеральних схемах теплопостачання, тісно пов'язаними з генеральним планом розвитку міста (промислового центру).

Е. П. Шубіним був введений ще один питомий показник: питома оборот тепла на одиницю довжини теплових мереж Z_cp (Гкал/год), він визначався також просто:

За визначенням, питома оборот тепла - відношення обороту тепла до сумарну довжину всіх векторів, що з'єднують точки приєднання абонентів з джерелом системи теплопостачання.

Всі вищенаведені величини характеризують систему теплопостачання без конкретно обраної траси теплової мережі і визначають позицію джерела теплопостачання щодо запланованих (або діючих абонентів). Якщо допустити, що виконаний вибір траси теплової мережі та її конфігурації, то можна також конкретизувати розрахунок обороту тепла, прийнявши в якості довжин, що з'єднують джерело теплопостачання з конкретним споживачем, відстань по трасі. Так як ця відстань завжди більше, ніж вектор, то оборот тепла по конкретній трасі Z_c завжди більше теоретичного обороту тепла Z_T. Безрозмірне відношення цих двох значень оборотів тепла називається коефіцієнтом конфігурації теплових мереж χ:

Значення цього коефіцієнта завжди більше одиниці. Ця величина характеризує зайвий транзит тепла в теплових мережах, пов'язаний з вибором траси. Чим вище значення коефіцієнта конфігурації теплової мережі χ, тим у відомих межах, більше матеріальна характеристика теплової мережі в порівнянні з теоретично необхідним мінімумом. Таким чином, цей коефіцієнт, певною мірою, характеризує правильність вибору траси для радіальної теплової мережі без її резервування, і показує наскільки економно проектувальник (з урахуванням всіх можливих обмежень за геологічними та урбаністичним вимогам) вибрав трасу.

Обробка проектних даних (насамперед, за схемами теплопостачання) показала, що значення коефіцієнта конфігурації χ для реальних проектів невеликих нерезервированных мереж коливається в межах 1,25+2,3, а значення близько 1,2+1,25 вже близькі до оптимальним, тобто відповідним мінімальному значенню питомої матеріальної характеристики теплової мережі. З іншого боку (якщо не вважати необхідного резервування), значення χ=1,4+1,5 свідчать про зайвому транзит тепла в мережах та завищеною матеріальної характеристиці.

Для міських теплових мереж середнього і малого масштабу величини оборотів тепла Z_c коливаються в межах 10⁴+ 4.10⁵ Гкал/год, у великих, наприклад, таких як Москва, до 810⁶ му Гкал/год.

При цьому радіус теплопостачання (або відношення обороту тепла до сумарної розрахункової теплової навантаженні всіх абонентів) структурується в рамках наступних діапазонів:

1. селищні та внутрішньоквартальні теплові мережі - до 250 м;
2. розподільні мережі міжквартальні від 250 до 1000 м;
3. магістральні мережі (без значної кількості транзиту) - від 1000 до 2500 м;
4. мережі транзитні (стовбури висновків) - від 2,5 до 5 км.

Спроба визначити аналітичний вираз для оптимального, граничного та економічного радіусу передачі тепла вперше була зроблена в «Нормах з проектування теплових мереж», виданих в 1938 р. В розділі цього документа під назвою «Техніко-економічний розрахунок теплових мереж» (автор методики Е. Я. Соколов) наведено основні аналітичні співвідношення і вимоги для визначення оптимального радіусу дії теплових мереж. Так було наказано при тепловому районуванні великих міст для визначення числа і розташування теплоелектроцентралей і великих котелень: «враховувати оптимальний радіус дії теплових мереж, при якому питомі витрати на вироблення і транспортування тепла від однієї теплоелектроцентралі є мінімальними».

3. Список літератури

1. Журнал «Новини теплопостачання»
2. Проблеми теплопостачання депресивних територій, Д. Р. Закіров, В. П. Сорокін, В. о. Овечкін
3. Методичні вказівки з визначення теплових втрат у водяних і парових теплових мережах.
4. Журнал «Діагностика і надійність енергообладнання»
5. Стаття В. П. Папушкин Криза «Схем теплопостачання» або зліт «Енергетичного планування»
6. Стаття І. П. Пульнер « Підвищення ефективності експлуатації міських систем теплопостачання»