Исследование и прогнозирование тепловых нагрузок потребителей с учетом динамики градостроительства города Караганда

Процесс создания комфортных условий для человека достигается устройством и эксплуатацией отопительной и вентиляционной техники и приборов, приготовлением холодной и горячей воды и подачей их в жилые помещения, водоотведением стоков в канализацию. Для целей приготовления пищи и обогрева людей в дома вводятся доступные населению энергоносители - электрическая и тепловая энергия, природный газ, дрова и т.д. В общем виде этот процесс энергофикации решает важнейшие социальные задачи общества – обеспечение и непрерывное поддержание жизненных условий для населения. Любое нарушение в нем приводит к ухудшению качества жизни, а подчас и к гибели людей. Рост числа и численности городов требует от города и его систем соответствующего развития, направленного на обеспечение потребностей человека и общества, в том числе энергией различного вида.

Задача обеспечения надежного и устойчивого теплоснабжения потребителей г. Караганды, расположенного в зоне резко континентального климата с холодной зимой (расчетная температура наружного воздуха для отопления равна минус -28,9°С), имеет ярко выраженную социальную направленность.

Город Караганда является крупнейшим индустриальным центром страны. Промышленность является главной движущей силой экономики региона. Концепция долгосрочного развития г. Караганды определена как формирование современного промышленного, научно-инновационного, информационно-консалтингового и делового центра региона со значительным экспортоориентированным и научноинформационным потенциалом, высоким уровнем сервисно-технологических услуг и адекватной социальной инфраструктурой.

Прирост тепловых нагрузок в зоне центрального теплоснабжения г. Караганды в период до 2030 г. обусловлен планируемым строительством жилых районов в соответствии с решениями утвержденного Генерального плана города и разработанных в последние годы проектов детальной планировки. Главная идея нового генплана заключается в создании единого города, объединяющего Старый и Новый. Юговосточный район Караганды, где началось интенсивное строительство, станет местом формирования современного центра города.

Суммарный прирост тепловых нагрузок в зоне центрального теплоснабжения г. Караганды по перспективной застройке в период до 2030 года ожидается

388 Гкал/ч. Основная доля прироста перспективного потребления тепловой энергии приходится на жилые объекты.

Теплоснабжение г. Караганды в настоящее время осуществляется от двух основных теплоисточников ТЭЦ-1 и ТЭЦ-3. ТЭЦ-1 рассчитана на потребителей части Нового Города. ТЭЦ-3 осуществляет теплоснабжение: частично Нового Города, Нового Майкудука, Пришахтинска, ст. Караганда-Сортировочная.

Централизованное теплоснабжение с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии на ТЭЦ – наиболее рациональный способ использования топливных ресурсов для теплоснабжения. Благодаря существенным экономическим, экологическим и социальным преимуществам, эта система стала доминирующей системой теплоснабжения в крупных городах Казахстана, в том числе и в г. Караганде.

Для обеспечения теплом вновь осваиваемые территории города в перспективе до 2030 года предлагается реконструкция и расширение источников тепловой энергии с увеличением мощности оборудования. Теплоснабжение проектируемой жилой застройки предполагается осуществлять централизованно – от ТЭЦ3.

Для подачи тепла в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха предпочтение отдается горячей воде, при которой поступление тепла поддается центральному качественному регулированию. Система теплоснабжения г. Караганды – открытая, двухтрубная. Теплоноситель для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения перегретая вода с параметрами: Т1=120°С; Т2=70°С.Так как по тепловым сетям одновременно подается теплота на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, от источника тепла требуется оптимальное регулирование отпуска тепла потребителям. Построение графика центрального качественного регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке основано на определении зависимости температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях от температуры наружного воздуха. Для зависимых схем присоединения отопительных установок к тепловым сетям температуру воды в подающей ^Т 1 и обратной ^т 2 магистралях в течение отопительного периода рассчитываем по выражениям [1]:

^т 1

= ti    \ t

(t

7 к ti

—

T = -, + А t

0,8

' н I

to J

( ti

-

tн

к ti

-

+ (Ат - 0,50) tj—t^; t-t io

0,8

to J

- 050¹—^ ti — to

где ^А t - температурный напор нагревательного прибора:

А t =

Тэ + Т 2

—

t

i

95 + 70

- 18 = 64,5

0С,

• - расчетная температура наружного воздуха для расчета систем отопления и вентиляции, принята в соответствии с СП РК 2.04-01-2017 «Строительная климатология», для г. Караганда равняется -28,9 0С (средняя температура наиболее холодной

Т пятидневки); э -температура воды в подающем    трубопроводе    системы

L =- 28,9 отопления после элеватора при ⁰

0C, равна 950С; ^т 2 - температура воды в обратном трубопроводе после системы

• -. =-28.9__

отопления при 0     , 0C, равна 700С;

Ат = т1 -т2 = 120-70 = 500С. где т1,т2 _ температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при расчет- ной температуре наружного воздуха; 0 -расчетный перепад температур воды в местной системе отопления, О = т -т. = 95-70 = 25

^{э 2} 0С.

Задаваясь различными значениями ^н , в пределах от +80С до -28,90С, определяем ^т 1^{, т 2}. Полученные результаты сводим в таблицу.

Таблица. Температура сетевой воды в подающем и обратном теплопроводах

tн	Температура наружного воздуха, 0С
τ, 0С	8	5	-5	-10	-15	-20	-25	-28,9
τ1	44,7	51,9	72,9	83,1	93,1	102,9	112,6	120
τ2	34,1	37,6	48,3	53,2	57,9	62,4	66,7	70

По полученным значениям строим график (рис. 1).

Рис. 1. Расчетный температурный график теплосети

Минимальная температура сетевой воды в подающей магистрали открытых систем теплоснабжения принимается равной 60 0С.Как видно из рисунка 1 ^т 2 = ⁶⁰ 0С при t ^{H 20} 0С. Следовательно, в интервале температур наружного воздуха -20...-28,9 0С, когда ^{т 2} > ⁶⁰ 0С водораз-бор на горячее водоснабжение осуществляется только из обратного трубопровода.

Важнейшей функцией системы центрального теплоснабжения является доведение произведенной на теплоисточниках теплоты до потребителей наиболее надежным и экономичным образом. Исходя из прироста тепловых нагрузок предлагается развитие транспортировки тепла за счет строительства новых тепловых сетей. Ввиду широкого распространения открытых систем теплоснабжения, основным в перспективе станет двухтрубная система теплоснабжения, с автоматизированными индивидуальными тепловыми пунктами. Автоматизированные тепловые пункты предназначены для поддержания в системах теплоснабжения потребителей стабильных гидравлических и температурных режимов.

Диаметры подающего и обратного трубопроводов двухтрубных водяных тепловых сетей при совместной подаче тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение должны приниматься одинаково согласно МСН 4.02-02-2004 «Тепловые сети». Критерием для определения оптимального диаметра тепловых сетей являются удельные потери давления на трение в трубопроводе, максимальное значение которых допускается для участков водяных тепловых сетей от источника тепла до наиболее удаленного потребителя до 78 Па/м [2]. Условный диаметр трубопроводов тепловой сети, при расчетном расходе теплоносителя равном 388 Гкал/ч, принят Ду – 1000 мм. Для повышения надежности и сокращения тепловых потерь при транспортировке тепла рекомендуется бесканальная прокладка теплопроводов с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке и системой контроля увлажнения изоляции, а также и другие виды изоляции, не уступающие пенополиуретановой по качеству. Применение новых конструкций теплопроводов дает возможность увеличить срок службы до 30-40 лет; снизить тепловые потери, уменьшить время прокладки; исключить влияние блуждающих токов, исключить аварийность, благодаря обязательной установке системы оперативного дистанционного контроля, снизить капитальные, эксплуатационные и ремонтные затраты.

Будущая застройка расположена в селитебном районе г. Караганды. Территория в настоящее время свободна от застройки. В районе будущей застройки проходит теп-ломагистраль М-10, которая представляет собой систему трубопроводов по которой осуществляется теплоснабжение части Юго-Восточного жилого района. Тепловые сети в зависимости от рельефа поверхности земли города приняты от ТЭЦ-3 по промзоне и вдоль населенных пунктов. Пьезометрический график для теплопровода от источника тепла до конечного потребителя с учетом принятых параметров теплоносителя, рельефа трассы представлен на рисунке 2.

гкмючвдл pat* пт:@м сж

Рис. 2. Пьезометрический график тепловой сети

Согласно пьезометра для обеспечения гидравлического режима сетей теплоснабжения жилых массивов г. Караганды от ТЭЦ-3 до врезки в тепломагистраль М-5 необходимо предусмотреть строительство 4 зданий насосных.

Теплоснабжение города имеет большое социальное значение, повышение ее надежности, качества и экономичности является безальтернативной задачей.