X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Тепловая энергия требуется для работы промышленных предприятий, отопления, вентиляции, кондиционирования и централизованного горячего водоснабжения зданий. Жилищно-коммунальное хозяйство использует около 25% всей тепловой энергии, потребляемой городом.

Теплоснабжение поселений может осуществляться двумя способами. Централизованное теплоснабжение – получение тепловой энергии от теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), местных котельных. Децентрализованное теплоснабжение – получение энергии от местных источников тепла (котельной установки, газоводогрейного агрегата или печи).

Централизованное теплоснабжение представляет собой систему, состоящую из источника теплоты, трубопроводов и потребителей теплоты. Тепловой источник снабжает теплом группу домов, кварталов или район города, а также промышленные предприятия. Он может находиться на значительном отдалении от потребителей. В соответствии со СНиП 2.07.01-89* теплоснабжение городов и жилых районов с застройкой зданиями высотой более двух этажей должно быть централизованным.

Теплоносителем может служить вода с температурой 95°С и выше, пар (низкого и высокого давления) и воздух. Водяные системы используют в жилых домах, паровые системы – на промышленных предприятиях, воздушные в общественных зданиях.

По характеру тепловых нагрузок различают сезонных (система отопления, вентиляции, кондиционирования) и постоянных (промышленные производства, системы горячего водоснабжения жилых и общественных зданий) потребителей. Сезонные потребления изменяют нагрузку по времени года и сохраняют её в течение суток. Постоянные потребители изменяют интенсивность потребления в течение суток. Мощность источника тепла выбирают по укрупнённым показателям – по количеству жителей или зданий. Расход тепла для производств определяют по нормам расхода тепла на единицу продукции.

Источником тепла может служить ТЭЦ, где вырабатывается и тепловая и электрическая энергия. Это наиболее совершенная форма теплового источника. Распространённым тепловым источником служат котельные установки, которые в зависимости от значения подразделяют на производственные и отопительные. Отопительные котельные дают тепло на нужды отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Они в зависимости от производственной мощности бывают индивидуальные и групповые. Последние условно подразделяют в зависимости от размера обслуживаемой территории на квартальные и районные.

Тепловые сети

Для транспортировки тепла к потребителям используют трубопроводы – тепловые сети, которые могут передавать тепло с помощью воды и пара, их соответственно называют водяными паровыми. В настоящее время тепловые сети передают тепло на большие расстояния. Во избежание больших теплопотерь они должны быть теплоизолированными.

Различают транзитные, магистральные, распределительные и кольцевые трубопроводы. Тепловые сети, которые подводят тепло к промышленным предприятиям, называют промышленными, к жилым и общественным зданиям – коммунальными, к предприятиям и гражданским зданиям – смешанными. Схемы тепловых сетей в плане могут быть двух видов: радиальные и кольцевые Радиальные схемы теплоснабжения представляет собой тупиковые ответвления ко всем объектам. В случае аварии эти объекты оказываются отключёнными. Кольцевая схема теплоснабжения более надёжна и бесперебойна в работе. В ней все ветки мелких ответвлений объединены в общий контур. Тепловые сети разных районов города могут быть соединены между собой, чтобы в случае выхода из строя одного источника тепла его мог дублировать другой. Это позволяет бесперебойно снабжать теплом все районы города и одновременно устранять неисправность.

Тепловые сети делают двух- и многотрубными. Наиболее распространена двухтрубная система, при которой одна труба – дающая, другая – обратная. В этой системе вода циркулирует по замкнутому кругу: отдав своё тепло потребителю, она возвращается в котельную. В жилых районах применяют два вида водяных систем теплоснабжения: открытую и закрытую. Разница заключается в том, что при закрытой системе теплоснабжения в трубопроводах циркулирует постоянное количество воды, а при открытой системе воды – часть воды непосредственно из системы разбирается на нужды горячего водоснабжения. В открытой системе теплоснабжения вода должна быть по качеству равноценна питьевой. А запас воды на источнике тепла должен постоянно пополняться.

Однотрубная система подаёт теплоноситель для отопления и вентиляции, а затем выпускает его в качестве горячего водоснабжения. Вариант наиболее дешёвый, но трудно рассчитываемый. Трёхтрубная система обеспечивает подачу тепла по двум трубам с разными параметрами теплоносителя, а возврат осуществляется по третьей трубе. В четырёх трубной системе подача тепла на отопление и горячее водоснабжение разделена по двум парам труб. Наиболее применима в настоящее время в населённых пунктах раздельная двух трубная система теплоснабжения ввиду удобства и экономичности её использования.

Для горячего водоснабжения используют открытый и закрытый вариант присоединения к тепловым сетям. В открытых сетях горячая вода поступает прямо из теплосети и восполняет в ней тепло из источника. Качество горячей воды не высокое. В закрытых сетях вода теплосети полностью возвращается к тепловому источнику, нагревая водопроводную воду для горячего водоснабжения в теплообменных аппаратах. В этом случае качество горячей воды высокое. Тепловые сети прокладывают над землёй и под землёй. Надземная прокладка дешевле, но часто недопустима по эстетическим соображениям. Подземная прокладка наиболее распространена. Различают канальную и бесканальную прокладки трубопроводов.

Канальная прокладка трубопроводов дороже, но надёжнее. Так как стенки канала защищают трубы от случайных воздействий, блуждающих токов и т.д. Каналы делают кирпичными и железобетонными. По конструкции они бывают проходные (высотой 2 м), полупроходные (высотой 1,4 м) и непроходные.

Бесканальная прокладка теплопроводов – простой и дешёвый способ заложения, поэтому он наиболее распространён, особенно при конструкции и в малоэтажной застройке. Трубы укладываются прямо в грунт. Этот способ имеет, однако, большие недостатки: коррозия, трудоёмкость ремонта, отсутствие периодического надзора. Частично их преодолевают, защищая трубы от внешних воздействий грунта изоляционным материалом, цементной коркой и гидроизоляцией. Применяют и армированный пенобетон, где арматуру выполняют в виде сетки, что придаёт значительную жёсткость трубопроводам.

В настоящее время вместо ранее применявшейся армопенобетонной бесканальной прокладки трубопроводов очень широкое применение получили теплоизолированные пенополиуретановые (ППУ) системы трубопроводов. Принципиальной особенностью этого вида прокладки трубопроводов является практически полная герметичность конструкции, позволяющая располагать трубопроводы тепловых сетей во влажных грунтах без дополнительной гидроизоляции и попутного дренажа. Кроме того, конструкция прокладки трубопроводов может быть оборудована системой оперативного дистанционного контроля (СОДК), позволяющей систематически отслеживать и находить места увлажнения изоляции. При этом способе бесканальной прокладки используют трубы с теплоизоляцией из пенополиуретана диаметром от 57 до 1020 мм в гидроизоляционной оболочке из плотного поли этилена.

Из этого же вида тепловой изоляции изготавливают фасонные изделия для прокладки трубопроводов: отводы, z-образные элементы для компенсации температурных удлинений, тройники, неподвижные опоры, спускники и воздушники и др. Трубы применяют только новые стальные, чёрные или оцинкованные марок Ст. 10, Ст. 20, Ст. 17ГС и другие в соответствии с требованиями Госгортехнадзора России.

При строительстве теплотрасс из ППУ трубопроводов особое внимание уделяют тепловой и водонепроницаемой изоляциям стыковых соединений. При этом используют специальную сварную муфту, обеспечивающую абсолютно герметичное соединение стыков. Пенополиуретановая изоляция рассчитана на длительное воздействие температуры теплоносителя до 130°С и на кратковременное воздействие температуры до 150°С. Все трубы и остальные элементы трубопроводов при использовании такого оборудования снабжены проводами оперативного дистанционного контроля, сигнализирующими о повреждении проводов или о наличие влаги в изоляционном слое при эксплуатации. Система основана на проводимости теплоизоляционного слоя, которая изменяется при изменении влажности. Для поиска мест неисправности (увлажнение изоляции, обрыв сигнальных проводников) используют методы и приборы, основанные на действии импульсной рефлексометрии.

СОДК включает в себя сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети, разъёмы по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельной), переносные приборы для периодической проверки и стационарные – для непрерывного контроля.

Прокладка в непроходных каналах – наиболее удобный способ прокладки теплопроводов, чем и объясняется его частое применение. Преимущество этого способа по сравнению с бесканальной прокладкой состоит в том, что трубопровод защищён от колебания давления в грунте, так как заключён в канал, где находиться на специальных подвижных и неподвижных опорах. Его недостаток заключается в отсутствии постоянного наблюдения за состоянием сетей, а в случая аварии трудно найти место повреждения. В непроходных каналах теплосети могут располагаться с нефтемазутопроводами, трубопроводами сжатого воздуха давлением до 1,6 Мпа и водопроводами.

В тепловых коллекторах теплосети могут размещаться совместно с водопроводами диаметром до 300 мм. кабелями связи, силовыми кабелями напряжением до 10 кВ, а в городских коллекторах – также с трубопроводами сжатого воздуха давлением дог 1,6 Мпа и напорной канализацией. Во внутриквартальных коллекторах допускается совместная прокладка водяных сетей диаметром не более 250 мм с газопроводами природного газа давлением до 0,005 МПа и диаметром до 150 мм. При совместной прокладке теплосети и водопровода во избежание нагревания изолируют, размещая его либо в одном ряду, либо под тепловыми сетями, учитывая при этом нормативную глубину заложения. В проходных коллекторах ведут непрерывное наблюдение и контроль за состоянием сетей. Ремонт таких сетей упрощается.

В сложных участках, например, под центральными магистралями с большим давлением, при пересечении железных дорог, под зданиями, где проходные коллекторы невозможно проложить, а непроходные каналы нельзя прокладывать из-за ограниченной возможности развития на случай ремонта, применяют полупроходные каналы. Хотя в них проход очень мал (высота – 1,4 м, ширина – 0,4…0,5М), всё же можно осмотреть и отремонтировать теплосеть.

Трассу тепловых сетей в городах прокладывают в отведённых для инженерных сетей технических полосах параллельно красным линиям улиц, дорог и проездов вне проезжей части и полосы зелёных насаждений, но при обосновании допускается расположение теплотрассы под проезжей частью или тротуаром. Теплосети нельзя прокладывать вдоль бровок террас, оврагов или искусственных выемок при просадочных грунтах.

Уклон тепловых сетей независимо от направления движения теплоносителя и способа прокладки должен быть не менее 0,002.

В СНиП 2.04.07-86* содержаться особые условия для устройства пересечений тепловыми сетями других подземных сооружений.

Магистральные сети располагаются по главным направлениям от источника тепла и состоят из труб больших диаметров – от 400 до 1200 мм. разводящие сети имеют диаметр трубопроводов от 100 до 300 мм, а диаметр трубопроводов, ведущих к потребителям, - 50…150 мм.

Паровые системы теплоснабжения делают одно- и двухтрубными, при этом конденсат возвращается по специальной трубе – конденсатопроводу. Под действием начального давления 0,6…0,7 Мпа, а иногда и 1,3…1,6 Мпа, пар движется со скоростью 30…40 м/с. При выборе способа прокладки теплопроводов главной задачей является обеспечение долговечности, надёжности и экономичности решения.

Тепловые сети монтируют из стальных электросварных труб, расположенных на специальных опорах. На трубах устраивают запорную и регулирующую арматуру (задвижки вентили). Опоры трубопроводов создают горизонтальное незыблемое основание. Интервал между опорами определяют при проектировании.

Опоры тепловых сетей подразделяют на неподвижные и подвижные. Неподвижные опоры фиксируют расположение конкретных мест сетей в определённой позиции, не допускают никаких смещений. Подвижные опоры допускают перемещение трубопровода по горизонтали вследствие температурных деформаций.

Между неподвижными опорами на расчётных расстояниях располагают П-образные удлинения труб, компенсирующие температурные напряжения, удлиняющие трубопровод. Компенсаторы предохраняют сети от разрушений.

Для размещения на теплотрассе отключающей арматуры, неподвижных опор устраивают камеры высотой 2 м. В них спускаются через люки.

Библиографический список

Инженерные сети и оборудование территорий, зданий и стройплощадок: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования/И.А. Николаевская, Л.А. Горлопанова, Н.Ю. Морозова; под ред. И.А. Николаевской. – 6-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2010. – 224 с.

Код для цитирования: Скопировать