Вопрос тепло сбережения обоснован тремя главными причинами, к которым относят:
- значительный рост цен на энергоресурсы;
- уменьшение природных запасов энергетического сырья, из которого вырабатывается тепловая энергия;
- значительное негативное влияние выбросов от сжигания энергетического сырья на климат и природу.
Наружная теплоизоляция стен зданий
Главной задачей наружных теплоизоляционных материалов является уменьшение тепловых потерь и влажности в зданиях. Важнейшие приоритетные их особенности это надежная эффективная защита внешних конструктивных элементов строений и значительное сохранение внутренних площадей их помещений. Грамотный подход к выбору теплоизоляционных материалов позволяет добиться высоких показателей в сохранении тепла, даже при низких затратах.В современных строительных технологиях центральным техническим и технологическим средством, с помощью которого выполняется теплоизоляция наружных стен, является минеральная вата. Этот материл, изготавливается производителями в виде ватных плит из базальта и кремнезема, которые покрываются водостойким веществом. Основным способом укладки этого теплоизоляционного средства является его монтаж под облицовочную кирпичную кладку, что позволяет создать так называемую вентилируемую прослойку стен.
В строительной индустрии применяют следующие основные способы утепления стен:
- теплоизоляция при помощи пенополистирола способ наклейки специального пенопласта или нанесение жидкого пенополиуретана на наружную сторону стен, которые могут быть с вентилируемой прослойкой и без нее;
- теплоизоляция при помощи создания, так называемого «мокрого» вида стен этот способ предусматривает монтаж на стену ватных плит, на которые наклеивается специальная армирующая сетка, и дальнейшее покрытие их шпаклевочным материалом;
- наружная теплоизоляция стен дома с вентилирующей прослойкой, при которой используется, для предотвращения возможности появления разрушающего стены конденсата, пароизоляционный материал и ватные плиты, с последующей их обработкой фасадным материалом, через деревянную обрешетку.
Теплоизоляция тепловых магистралей
Не оспоримым является тот факт что, какие бы способы не использовались для утепления конструкций здания, но без теплоизоляции тепловых устройств, механизмов и трубопроводов вопрос сбережения тепла будет считаться пустым звуком. Особенно важным техническим решением такой проблемы, как снижение тепловых потерь является наружная теплоизоляция трубопроводов.На сегодняшний день, одной из самых передовых технологий при утеплении трубных магистралей является создание специальной теплоизоляционной скорлупы из пенополистирола. Диаметр и толщина такого изоляционного материала изготавливаются производителями исходя из существующих размеров труб и по индивидуальному заказу.
Эффективность в снижении тепловых потерь при использовании в качестве утеплителя для труб изоляционной скорлупы достигается особенными его характеристиками:
- высокая степень водонепроницаемости;
- устойчивость к разным видам процессов гниения (грибки, плесень).
Потери воды в тепловых сетях: методы снижения объема утечек
Задача уменьшения потерь воды сегодня стоит весьма остро. Утечки теплоносителя и, как следствие, существенные потери тепла имеются на большинстве действующих сетей. В результате увеличивается объем необходимой подпиточной воды, расходы на ее подготовку.
Основные причины утечек:
- Разрушение труб под действием коррозии.
- Неплотная подгонка регулирующей и запорной арматуры.
- Нарушения целостности трубопровода под воздействием механических нагрузок, которые происходят по причине некачественного монтажа.
Для восполнения утечек необходима энергия источника теплоты (подпиточная вода подогревается до определенной температуры), что приводит к лишним затратам.
Потери горячей воды могут быть:
- аварийными;
- постоянными.
Постоянные в тепловых сетях зависят от площади неплотных участков и давления. Аварийные утечки связаны с разрывами трубопроводов. Потери холодной воды (остывшего теплоносителя) вследствие аварий встречаются довольно редко. Подавляющее большинство аварий происходит именно на подающих трубопроводах. По ним движется вода высокой температуры под достаточно большим давлением.
Согласно действующим нормативам при эксплуатации тепловой сети утечка теплоносителя должна за час составлять не более 0,25% от общего объема.
Для сокращения потерь тепла, причиной которого являются утечки воды, необходимо регулярно проводить профилактические мероприятия.
К таким мерам относятся:
- Защита труб от электрохимической коррозии. Для этого выполняется катодная защита, и наносятся антикоррозийные средства.
- Качественная водоподготовка. Для замедления коррозии трубопроводов снижают количества растворенного в воде кислорода.
- Периодическая оценка остаточного ресурса труб. Благодаря этому можно своевременно выявлять участки трубопровода, которые необходимо заменить. Это позволяет существенно снизить риск аварий и, как следствие, уменьшить потери воды.
Водный баланс тепловых сетей
На любом объекте, который поставляет тепло, каждый месяц определяют эффективность работы. В том числе, подсчитывают баланс отпущенной и доставленной конечным потребителям воды. Небаланс может свидетельствовать как о существенных утечках, так и о неправильно проведенных измерениях или расчетах. Например, при выполнении расчетов не учтена погрешность средств измерения.
Если наблюдается крупный небаланс, имеет смысл заказать диагностику сети, которая определит ее техническое состояние и возможность дальнейшей эксплуатации. Инженерная диагностика – это целый комплекс работ. Проводится визуальное обследование трубопровода, которое позволяет выявить очаги коррозии. При помощи ультразвуковой диагностики выполняется толщинометрия труб.
Скрытые утечки обнаруживаются посредством корреляционной и акустической диагностики. Также выполняется анализ технической документации и необходимые инженерные расчеты. Заказчику представляется заключение, в котором указан остаточный ресурс, техническое состояние сети и рекомендации.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
Размещено на http://www.allbest.ru
Введение
Тепловые потери являются индивидуальной характеристикой каждой тепловой сети и должны определяться для каждой сети индивидуально. Транспортировка тепла от теплоисточника до потребителей в системах централизованного теплоснабжения связана с потерями тепловой энергии, которые объясняются охлаждением поверхности трубопроводов при контакте с окружающей средой, с утечками теплоносителя, с работой насосов для прокачки теплоносителя, а также с неоптимальными тепловыми и гидравлическими режимами работы сетей. В различных выступлениях и публикациях величина тепловых потерь при транспортировке в существующих тепловых сетях оценивается в 15-20% отпускаемой с источников тепловой энергии. Тепловые потери включаются в тарифы на тепловую энергию и являются одним из показателей энергетической эффективности эксплуатации тепловых сетей, поэтому определение фактической величины этих потерь является важной практической задачей.
Потери энергии в тепловых сетях неразрывно связаны с потерей ресурсов. При утечках безвозвратно теряются теплоносители, которые должны быть восполнены у источника теплоты. На подготовку теплоносителя затрачиваются как материальные средства, так и энергия.
Другими теряемыми ресурсами являются материал трубопроводов, их тепло- и гидроизоляция, выходящие из строя вследствие коррозии, увлажнения и механических повреждений. В этом случае изготовление и монтаж новых трубопроводов либо восстановление изоляционных конструкций требуют значительных материальных, трудовых и энергетических затрат.
Климатические условия в России предопределяют теплоснабжение как наиболее социально значимый и в то же время наиболее топливоемкий сектор экономики, который потребляет примерно 40% энергоресурсов, используемых в стране, причем около половины этих ресурсов приходится на коммунально-бытовой сектор. По данным около 72% тепловой энергии производится централизованными источниками тепла (мощностью более 20 МВт), остальные 28% производятся децентрализованными источниками, в том числе 18% - автономными и индивидуальными источниками тепла. При этом незначительная часть тепловой энергии обеспечивается за счет утилизации сбросного тепла от технологических установок и с использованием возобновляемых источников энергии. В настоящее время состояние теплоснабжения нельзя признать удовлетворительным. Многие централизованные источники тепла выработали свой ресурс. Около 50% объектов коммунального теплоснабжения и инженерных сетей требуют замены, не менее 15% находятся в аварийном состоянии. На каждые 100км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений. 82% общей протяженности тепловых сетей требуют капитального ремонта или замены.
Целью исследования данной работы является расчет эффективности тепловой изоляции и экономии тепловой энергии при восстановлении разрушенной изоляции теплопровода на примере тепловой сети г. Шатура.
Задачи исследования:
1. Изучение нормативных документов;
2. Анализ и обобщение изученных материалов;
3. Расчет эффективности тепловой изоляции.
4. Сравнение потерь тепла неизолированными теплопроводами с тепловой сетью с предварительно изолированными трубами.
1. Системы транспортировки и распределения тепловой энергии
Транспортирование тепловой энергии имеет место практически в каждой отрасли промышленности и в жилищно-коммунальном комплексе.
Передача теплоты от источника потребителям осуществляется с помощью систем теплоснабжения, которые включают источник, тепловую сеть и потребителей. Система теплоснабжения - совокупность технических устройств, агрегатов и подсистем, обеспечивающих приготовление теплоносителя, его транспортировку и распределение в соответствии со спросом на теплоту по отдельным потребителям на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологическое теплоснабжение.
В зависимости от размещения источника теплоты по отношению к потребителям системы теплоснабжения разделяются на децентрализованные и централизованные.
В децентрализованных системах источник теплоты и теплоприемники потребителей либо совмещены в одном агрегате, либо размещены столь близко, что передача теплоты от источника до теплоприемников может осуществляться практически без промежуточного звена -- тепловой сети.
Системы децентрализованного теплоснабжения разделяются на индивидуальные и местные.
В индивидуальных системах теплоснабжение каждого помещения (участка цеха, комнаты, квартиры) обеспечивается от отдельного источника. К таким системам, в частности, относятся печное и поквартирное отопление. В местных системах теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой системе, в частности, относится так называемое центральное отопление зданий.
Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспортировки и использования теплоносителя, составляет систему централизованного теплоснабжения. В системах централизованного теплоснабжения источник теплоты и теплоприемники потребителей размещены раздельно, часто на значительном расстоянии, поэтому теплота от источника до потребителей передается по тепловым сетям.
В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения можно разделить на следующие четыре группы:
§ групповое -- теплоснабжение от одного источника группы зданий;
§ районное -- теплоснабжение от одного источника нескольких групп зданий (района);
§ городское -- теплоснабжение от одного источника нескольких районов;
§ межгородское -- теплоснабжение от одного источника нескольких городов.
В зависимости от фазового состояния теплоносителя тепловые сети разделяются на водяные и паровые. Водяные сети используют для теплоснабжения зданий, для покрытия промышленной технологической нагрузки низкого потенциала. Паровые сети используют также для обеспечения промышленной технологической нагрузки высокого потенциала.
Практика теплоснабжения показала ряд преимуществ воды, как теплоносителя, по сравнению с паром, а именно:
Возможность транспортировать теплоту на большие расстояния без больших потерь температурного потенциала, а, следовательно, возможностью более экономичной комбинированной выработки теплоты и электроэнергии на ТЭЦ;
Удобством центрального качественного и количественного регулирования отпуска теплоты на ее источнике;
Простотой присоединения большинства абонентских систем к тепловым сетям;
Сохранением всего конденсата греющего пара на ТЭЦ в водонагревательных установках.
Пар, в свою очередь, обладает перед водой следующими преимуществами: теплоснабжение изоляционный термический
Более широкими возможностями применения как теплоносителя (большая универсальность);
Малой плотностью и незначительностью создаваемых гидростатических давлений в трубопроводах даже при самых неблагоприятных рельефах местности теплоснабжаемых районов;
Простотой обнаружения и ликвидации аварий в сетях, так как пар всегда выходит на поверхность земли, а вести сварочные работы при авариях можно немедленно после выключения пара;
Отсутствием расхода электроэнергии на передачу пара, так как он поступает к абоненту под давлением в парогенераторах на теплоисточнике, а расход энергии на возврат конденсата весьма незначителен по сравнению с расходом энергии на перекачку воды в водяных теплосетях.
2. Тепловые потери в тепловых сетях
Согласно сводным данным по объектам теплоснабжения 89 регионов Российской Федерации, суммарная протяжённость тепловых сетей в двухтрубном исчислении составляет около 183 300 км. Средний процесс износа оценивается в 60-70%.
Основными показателями энергетической эффективности работы тепловых сетей являются приводимые ниже величины.
Удельный расход сетевой воды на единицу присоединенной тепловой нагрузки.
Удельный расход электрической энергии на транспорт теплоносителя.
Перепад температур сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах или температура сетевой воды в обратном трубопроводе при соблюдении температуры сетевой воды в подающем трубопроводе согласно температурному графику.
Потери тепловой энергии на транспорт тепла, через изоляцию и с утечкой сетевой воды.
Потери сетевой воды.
Данные показатели должны устанавливаться проектом тепловой сети, заноситься в паспорт тепловой сети и проверяться при проведении энергетического обследования.
Ниже, в таблице 1, приведены результаты расчётов годовых нормативных и сверхнормативных потерь тепловой энергии и топлива при средних температурах теплоносителя-воды в подающем и обратном трубопроводах в течение отопительного периода соответственно 90 и 50С.
Таблица 1
Ниже, в таблице 2, приведены результаты расчётов расходов электроэнергии, топлива и средств на перекачку теплоносителя на источниках и в тепловых сетях.
Таблица 2
Тепловые потери в магистральных и распределительных сетях существенно различны. Техническое состояние магистральных сетей, как правило, значительно лучше. Кроме того, суммарная поверхность магистральных сетей, через которую теряется тепловая энергия, значительно меньше поверхности намного более разветвлённых и протяжённых распределительных сетей. Поэтому на магистральные сети приходится в несколько раз меньшая доля тепловых потерь по сравнению с распределительными.
3. Меры снижения тепловых потерь
Прогрессивные технологии.
Прогрессивные технологии позволяют повысить долговечность тепловых сетей, увеличить их надежность и одновременно повысить экономичность транспорта тепла.
Ниже приводится краткая характеристика таких технологий.
1) Бесканальная прокладка теплопроводов типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке и системой контроля увлажнения изоляции.
Такие теплопроводы позволяют на 80 % устранить возможность повреждения трубопроводов от наружной коррозии, сократить потери тепла через изоляцию в 2-3 раза, снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию теплотрасс, снизить в 2-3 раза сроки строительства, снизить в 1,2 раза капитальные затраты при прокладке теплотрасс по сравнению с канальной прокладкой. Пенополиуретановая изоляция рассчитана на длительное воздействие температуры теплоносителя до 130оС и на кратковременное пиковое воздействие температуры до 150оС. Необходимое условие надежной и безаварийной работы трубопроводов тепловых сетей - наличие системы оперативно-дистанционного контроля (ОДК) изоляции. Данная система позволяет контролировать качество монтажа и сварки стального трубопровода, заводской изоляции, работ по изоляции стыковых соединений. Система включает в себя: сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети; терминалы по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельная); приборы для контроля: переносные для периодического и стационарные для непрерывного контроля. Система основана на измерении проводимости теплоизоляционного слоя, которая изменяется при изменении влажности. Контроль за состоянием ОДК в процессе эксплуатации трубопровода осуществляется с помощью детектора. Один детектор позволяет одновременно контролировать две трубы до 5 км каждая. Точное местоположение поврежденного участка определяется с помощью переносного локатора. Один локатор позволяет определить место повреждения на расстоянии до 2 км от точки его подключения. Срок службы тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией прогнозируется на уровне 30 лет.
2) Сильфонные компенсаторы, в отличие от сальниковых, обеспечивают полную герметичность компенсационных устройств, уменьшают эксплуатационные затраты. Надежные сильфонные компенсаторы выпускает АО «Металкомп» для всех диаметров трубопровода при бесканальной, канальной, наземной и надземной прокладках. Применение сильфонных компенсаторов в АО «Мосэнерго», установленных на магистральных трубопроводах диаметром от 300 до 1400 мм в количестве более 2000 штук, позволило сократить удельные утечки воды с 3,52 л/м 3 ч в 1994 г. до 2,43 л/м 3 ч в 1999 г.
3) Шаровая запорная арматура повышенной плотности, шаровая запорно-регулирующая арматура с гидроприводом, применяемая в качестве клапанов «рассечки», позволяет улучшить эксплуатационные характеристики арматуры и коренным образом изменить существующие схемы защит систем отопления от повышения давления.
4) Внедрение новых схем регулирования производительности насосно-перекачивающих станций с применением частотно-регулируемых приводов, использование схем защиты от повышения давления в обратной магистрали при остановке насосной позволяет значительно улучшить надежность работы оборудования и снизить расход электроэнергии при работе этих станций.
5) Вентиляция каналов и камер направлена на снижение тепловых потерь через изоляцию теплопроводов, что является одной из важнейших задач эксплуатации тепловых сетей. Одной из причин повышенных теплопотерь через изоляцию теплопровода подземной прокладки является ее увлажнение. Для уменьшения влажности и снижения тепловых потерь необходимо вентилировать каналы, камеры, что позволяет поддерживать влагосостояние тепловой изоляции на уровне, обеспечивающем минимальные тепловые потери.
6) Около трети повреждения тепловых сетей обусловлены процессами внутренней коррозии. Даже соблюдение нормативной величины утечек тепловых сетей, равной 0,25 % объема всех трубопроводов, что составляет 30000 т/ч, приводит к необходимости жесткого контроля качества подпиточной воды.
Основным параметром, на который можно воздействовать, является значение водородного показателя (рН).
Повышение значения рН сетевой воды является надежным способом борьбы с внутренней коррозией при условии поддержания в воде нормируемого содержания кислорода. Высокая степень защиты трубопроводов при рН 9,25 определяется изменением свойств железооксидных пленок.
Уровень повышения рН, обеспечивающий надежную защиту трубопроводов от внутренней коррозии, существенным образом зависит от содержания сульфатов и хлоридов в сетевой воде.
Чем больше концентрация в воде сульфатов и хлоридов, тем выше должно быть значение рН.
Одним из немногих способов продления рабочего ресурса тепловых сетей, прокладываемых стандартным способом, исключая трубопроводы в ППУ изоляции являются антикоррозионные покрытия.
Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех видах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственно непрерывное колебание температуры, влажности и давления. Ввиду этого теплоизоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований. Соображения экономичности и долговечности требуют, чтобы выбор теплоизоляционных материалов и конструкции производился с учетом способов прокладки и условий эксплуатации, определяемых внешней нагрузкой на теплоизоляцию, уровнем грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы тепловой сети.
Новые виды теплоизоляционных покрытий должны иметь не только низкую теплопроводность, но и малую воздухо- и водопроницаемость, а также низкую электропроводность, что уменьшает электрохимическую коррозию материала труб.
Наиболее экономичным видом прокладки теплопроводов тепловых сетей является надземная прокладка. Однако с учетом архитектурно-планировочных требований, требований экологии в населенных пунктах основным видом прокладки является подземная прокладка в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Бесканальные теплопроводы, являясь более экономичными в сравнении с канальной прокладкой по капитальным затратам на их сооружение, применяются в тех случаях, когда они по теплотехнической эффективности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах.
Тепловая изоляция предусматривается для линейных участков трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб для надземной, подземной канальной и бесканальной прокладки.
Тепловые потери с поверхности трубопроводов увеличивается при увлажнении теплоизоляции. Влага к поверхности трубопроводов поступает при затоплении их грунтовыми и поверхностными водами. Другими источниками увлажнения теплоизоляции является естественная влага, содержащаяся в грунте. Если трубопроводы проложены в каналах, то на поверхности перекрытий каналов возможна конденсации влаги из воздуха и попадание ее в виде капель на поверхность трубопроводов. Для снижения воздействия капель на тепловую изоляцию необходима вентиляция каналов тепловых сетей. Более того увлажнение теплоизоляции способствует разрушению труб из-за коррозии их внешней поверхности, что приводит к сокращению срока службы трубопроводов. Поэтому на металлическую поверхность трубы наносят антикоррозионные покрытия.
Таким образом, главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:
§ Изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;
§ восстановление целостности существующей гидроизоляции;
§ нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;
§ изоляция фланцев и запорной арматуры.
Изоляция неизолированных участков является первоочередным энергосберегающим мероприятием, поскольку тепловые потери с поверхности неизолированных трубопроводов очень велики по сравнению с потерями с поверхности изолированных трубопроводов, а стоимость работ по нанесению теплоизоляции относительно невелика.
Сравним потери тепла неизолированными теплопроводами с тепловой сетью с предварительно изолированными трубами на примере системы теплоснабжения города Шатуры.
4. Расчет эффективности тепловой изоляции.
Характеристика системы теплоснабжения г. Шатуры.
Теплоснабжение жилых, административных и производственных зданий г. Шатура осуществляется от теплофикационной установки ГРЭС-5. Подпитка тепловой сети осуществляется деаэрирированной химочищенной водой.
Давление в обратном трубопроводе поддерживается регулятором подпитки.
От ГРЭС-5 теплоснабжение всех потребителей тепла осуществляется по двухтрубным водяным тепловым сетям.
Магистрали проложены в переходных железобетонных каналах со сборным железобетонным покрытием. Ответвления проложены в кирпичных и железобетонных каналах с покрытиями из железобетонных плит. В качестве тепловой изоляции применен диатомовый кирпич, покрытый сверху асбоцементной штукатуркой, а на головных участках алюминиевых листом.
Разводящие и квартальные сети частично имеют подвесную изоляцию из минеральной ваты, оштукатуренную асбоцементом.
Основная часть магистрали вынесена на поверхность.
Часть магистрали проложены на высоких и низких опорах. Между магистралями имеются перемычки, позволяющие осуществлять параллельное теплоснабжение городских потребителей, а в случае аварийных ситуаций позволяет осуществлять взаимозаменяемость.
Компенсация температурных удлинений осуществляется в основном П-образными компенсаторами и за счет изменения направления теплотрассы.
Система отопления рассматриваемой группы жилых зданий присоединяются к водяным сетям по зависимой схеме. В качестве теплоносителя в системах отопления применяется вода.
Тепловой режим системы теплоснабжения.
Для системы теплоснабжения города принят метод качественного регулирования отпуска тепла, которой предусматривает постоянный расход теплоносителя в системах отопления при переменной его температуре, зависящей от температуры наружного воздуха.
Регулирование отпуска тепла города осуществляется по температурному графику 150-70 С.
Эффективность тепловой изоляции.
Среднегодовая температура сетевой воды в подающем трубопроводе:
С, в обратном С.
Прокладка трубопровода надземная (в каналах).
Диаметр теплопроводов м. Диаметр изоляции м.
Изоляция - маты минераловатные прошивные, толщиной 0,07м. Покровной слой из бризола в 2 слоя.
Коэффициент теплопроводности основного слоя изоляции.
Где для подающей трубы
Для обратной трубы:
Термическое сопротивление основного слоя изоляции для каждой трубы:
Термическое сопротивление покровного слоя для каждой трубы:
Где -коэффициент теплопроводности покровного слоя бризола.
Термическое сопротивление на поверхности покрытия для каждого трубопровода:
Где - коэффициент теплоотдачи на поверхности покрытия
Термическое сопротивление каждого теплопровода:
Эквивалентный внутренний и наружный диаметры канала равны:
Где и - площадь и периметр канала по внутренним размерам; и - площадь и периметр канала по наружным размерам.
Принимая коэффициент теплоотдачи на внутренней поверхности канала рассчитываем термическое сопротивление на поверхности канала:
Термическое сопротивление стенок канала при коэффициенте теплопроводности железобетонной стенки канала.
Суммарное термическое сопротивление потоку тепла от воздуха в канале в окружающую среду.
Температуру воздуха в канале определяем по выражению:
Удельные потери теплоты подающим и обратным изолированным теплопроводами:
Суммарные удельные потери тепла:
При условии неизолированных теплопроводов суммарное термическое сопротивление будет равно термическому сопротивлению на поверхности теплопровода:
Температура воздуха в канале при неизолированных теплопроводах:
Удельные потери тепла неизолированными теплопроводами:
Суммарные потери тепла неизолированными теплопроводами будут равны потерям тепла подающим теплопроводом:
Эффективность тепловой изоляции:
Из полученных результатов видно, что изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей изоляции приводит к значительному снижению потерь тепла с поверхности трубопроводов. Таким образом, изоляция трубопроводов является первоочередным энергосберегающим мероприятием.
Заключение
Экономическая эффективность систем централизованного теплоснабжения при современных масштабах теплового потребления в значительной мере зависит от тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Тепловая изоляция служит для уменьшения тепловых потерь и обеспечения допустимой температуры изолируемой поверхности.
Борьба за снижение транспортных потерь тепла в теплопроводах является важнейшим средством экономии топливных ресурсов. Дополнительные затраты, связанные с нанесением тепловой изоляции и антикоррозионных покрытий, относительно невелики и составляют 5-8% от общей стоимости тепловых сетей, но качественное изолирование повышает стойкость металла против коррозии, в результате которой существенно увеличивается срок службы трубопроводов. Потери теплоты при изоляции трубопроводов снижаются при наземной прокладке в 10-15 раз, а при подземной в 3-5 раз по сравнению с неизолированными трубопроводами. Тепловая изоляция оздоровляет условия труда персонала и позволяет сохранить высокие параметры теплоносителя на большом удалении от источника тепла.
Выбор толщины изоляции определяется соображениями технической и экономической целесообразности.
Литература
1. Данилов О.Л., Гаряев А.Б., И.В. Яковлев. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. М.: «Издательский дом МЭИ», 2010.
2. Яновский Ф.Б. Энергетическая стратегия и развитие теплоснабжения в России / Ф.Б. Яновский, С.А. Михайлова // Энергосбережение. - 2003. - №6. - С. 26-32.
3. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети. М.: ИНФРА-М, 2010.
4. Иванов В.В., Вершинин Л.Б. Распределение температур и тепловых потоков в зоне прокладки теплотрасс // Вторая Российская национальная конференция по теплообмену. Теплопроводность, теплоизоляция. - М., 1998. Т. 7. С. 103-105.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика объектов теплоснабжения. Расчет тепловых потоков на отопление, на вентиляцию и на горячее водоснабжение. Построение графика расхода теплоты. Определение расчетных расходов теплоносителя в тепловой сети. Расчет магистрали тепловой сети.
курсовая работа , добавлен 14.08.2012
Определение величин тепловых нагрузок района и годового расхода теплоты. Выбор тепловой мощности источника. Гидравлический расчет тепловой сети, подбор сетевых и подпиточных насосов. Расчет тепловых потерь, паровой сети, компенсаторов и усилий на опоры.
курсовая работа , добавлен 11.07.2012
Технологические требования к строительным решениям производственных зданий и сооружений. Определение тепловых потерь свинокомплекса и ограждения свинарника. Расчет термического сопротивления стен. Выбор тепловой схемы котельной и схемы тепловых сетей.
курсовая работа , добавлен 24.04.2014
Характеристика тепловой нагрузки. Определение расчётной температуры воздуха, расходов теплоты. Гидравлический расчёт тепловой сети. Расчет тепловой изоляции. Расчет и выбор оборудования теплового пункта для одного из зданий. Экономия тепловой энергии.
курсовая работа , добавлен 01.02.2016
Определение понятия тепловой энергии и основных ее потребителей. Виды и особенности функционирования систем теплоснабжения зданий. Расчет тепловых потерь, как первоочередной документ для решения задачи теплоснабжения здания. Теплоизоляционные материалы.
курсовая работа , добавлен 08.03.2011
Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Построение температурного графика регулирования тепловой нагрузки на отопление. Расчёт компенсаторов и тепловой изоляции, магистральных теплопроводов двухтрубной водяной сети.
курсовая работа , добавлен 22.10.2013
Определение максимальной тепловой мощности котельной. Среднечасовой расход теплоты на ГВС. Тепловой баланс охладителей и деаэратора. Гидравлический расчет тепловой сети. Распределение расходов воды по участкам. Редукционно-охладительные установки.
курсовая работа , добавлен 28.01.2011
Описание системы теплоснабжения. Климатологические данные города Калуга. Определение расчетных тепловых нагрузок района города на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Гидравлический расчет водяных тепловых сетей. Эффективность тепловой изоляции.
курсовая работа , добавлен 09.05.2015
Основные меры по энергосбережению в жилищно-коммунальном хозяйстве. Автоматизация теплового пункта. повышения энергоэффективности технических систем зданий. Распределение тепловых потерь в зданиях. Распределение тепловых потерь в зданиях, домах.
реферат , добавлен 16.09.2010
Виды тепловой изоляции: естественная или природная (асбест, слюда, пробка) и предварительно обработанные материалы. Альфолевая изоляция. Термическое сопротивление теплопередачи через изолированный трубопровод. Выбор эффективной изоляции трубопроводов.
Прогрессивные технологии позволяют повысить долговечность тепловых сетей, увеличить их надежность и одновременно повысить экономичность транспорта тепла.
Ниже приводится краткая характеристика таких технологий.
1) Бесканальная прокладка теплопроводов типа «труба в трубе» с пенополиуретановой изоляцией в полиэтиленовой оболочке и системой контроля увлажнения изоляции.
Такие теплопроводы позволяют на 80 % устранить возможность повреждения трубопроводов от наружной коррозии, сократить потери тепла через изоляцию в 2-3 раза, снизить эксплуатационные расходы по обслуживанию теплотрасс, снизить в 2-3 раза сроки строительства, снизить в 1,2 раза капитальные затраты при прокладке теплотрасс по сравнению с канальной прокладкой. Пенополиуретановая изоляция рассчитана на длительное воздействие температуры теплоносителя до 130оС и на кратковременное пиковое воздействие температуры до 150оС. Необходимое условие надежной и безаварийной работы трубопроводов тепловых сетей - наличие системы оперативно-дистанционного контроля (ОДК) изоляции. Данная система позволяет контролировать качество монтажа и сварки стального трубопровода, заводской изоляции, работ по изоляции стыковых соединений. Система включает в себя: сигнальные медные проводники, заложенные во все элементы теплосети; терминалы по трассе и в местах контроля (ЦТП, котельная); приборы для контроля: переносные для периодического и стационарные для непрерывного контроля. Система основана на измерении проводимости теплоизоляционного слоя, которая изменяется при изменении влажности. Контроль за состоянием ОДК в процессе эксплуатации трубопровода осуществляется с помощью детектора. Один детектор позволяет одновременно контролировать две трубы до 5 км каждая. Точное местоположение поврежденного участка определяется с помощью переносного локатора. Один локатор позволяет определить место повреждения на расстоянии до 2 км от точки его подключения. Срок службы тепловых сетей с пенополиуретановой изоляцией прогнозируется на уровне 30 лет.
- 2) Сильфонные компенсаторы, в отличие от сальниковых, обеспечивают полную герметичность компенсационных устройств, уменьшают эксплуатационные затраты. Надежные сильфонные компенсаторы выпускает АО «Металкомп» для всех диаметров трубопровода при бесканальной, канальной, наземной и надземной прокладках. Применение сильфонных компенсаторов в АО «Мосэнерго», установленных на магистральных трубопроводах диаметром от 300 до 1400 мм в количестве более 2000 штук, позволило сократить удельные утечки воды с 3,52 л/м 3 ч в 1994 г. до 2,43 л/м 3 ч в 1999 г.
- 3) Шаровая запорная арматура повышенной плотности, шаровая запорно-регулирующая арматура с гидроприводом, применяемая в качестве клапанов «рассечки», позволяет улучшить эксплуатационные характеристики арматуры и коренным образом изменить существующие схемы защит систем отопления от повышения давления.
- 4) Внедрение новых схем регулирования производительности насосно-перекачивающих станций с применением частотно-регулируемых приводов, использование схем защиты от повышения давления в обратной магистрали при остановке насосной позволяет значительно улучшить надежность работы оборудования и снизить расход электроэнергии при работе этих станций.
- 5) Вентиляция каналов и камер направлена на снижение тепловых потерь через изоляцию теплопроводов, что является одной из важнейших задач эксплуатации тепловых сетей. Одной из причин повышенных теплопотерь через изоляцию теплопровода подземной прокладки является ее увлажнение. Для уменьшения влажности и снижения тепловых потерь необходимо вентилировать каналы, камеры, что позволяет поддерживать влагосостояние тепловой изоляции на уровне, обеспечивающем минимальные тепловые потери.
- 6) Около трети повреждения тепловых сетей обусловлены процессами внутренней коррозии. Даже соблюдение нормативной величины утечек тепловых сетей, равной 0,25 % объема всех трубопроводов, что составляет 30000 т/ч, приводит к необходимости жесткого контроля качества подпиточной воды.
Основным параметром, на который можно воздействовать, является значение водородного показателя (рН).
Повышение значения рН сетевой воды является надежным способом борьбы с внутренней коррозией при условии поддержания в воде нормируемого содержания кислорода. Высокая степень защиты трубопроводов при рН 9,25 определяется изменением свойств железооксидных пленок.
Уровень повышения рН, обеспечивающий надежную защиту трубопроводов от внутренней коррозии, существенным образом зависит от содержания сульфатов и хлоридов в сетевой воде.
Чем больше концентрация в воде сульфатов и хлоридов, тем выше должно быть значение рН.
Одним из немногих способов продления рабочего ресурса тепловых сетей, прокладываемых стандартным способом, исключая трубопроводы в ППУ изоляции являются антикоррозионные покрытия.
Тепловая изоляция трубопроводов и оборудования тепловых сетей применяется при всех видах прокладки независимо от температуры теплоносителя. Теплоизоляционные материалы непосредственно контактируют с внешней средой, для которой свойственно непрерывное колебание температуры, влажности и давления. Ввиду этого теплоизоляционные материалы и конструкции должны удовлетворять ряду требований. Соображения экономичности и долговечности требуют, чтобы выбор теплоизоляционных материалов и конструкции производился с учетом способов прокладки и условий эксплуатации, определяемых внешней нагрузкой на теплоизоляцию, уровнем грунтовых вод, температурой теплоносителя, гидравлическим режимом работы тепловой сети.
Новые виды теплоизоляционных покрытий должны иметь не только низкую теплопроводность, но и малую воздухо- и водопроницаемость, а также низкую электропроводность, что уменьшает электрохимическую коррозию материала труб.
Наиболее экономичным видом прокладки теплопроводов тепловых сетей является надземная прокладка. Однако с учетом архитектурно-планировочных требований, требований экологии в населенных пунктах основным видом прокладки является подземная прокладка в проходных, полупроходных и непроходных каналах. Бесканальные теплопроводы, являясь более экономичными в сравнении с канальной прокладкой по капитальным затратам на их сооружение, применяются в тех случаях, когда они по теплотехнической эффективности и долговечности не уступают теплопроводам в непроходных каналах.
Тепловая изоляция предусматривается для линейных участков трубопроводов тепловых сетей, арматуры, фланцевых соединений, компенсаторов и опор труб для надземной, подземной канальной и бесканальной прокладки.
Тепловые потери с поверхности трубопроводов увеличивается при увлажнении теплоизоляции. Влага к поверхности трубопроводов поступает при затоплении их грунтовыми и поверхностными водами. Другими источниками увлажнения теплоизоляции является естественная влага, содержащаяся в грунте. Если трубопроводы проложены в каналах, то на поверхности перекрытий каналов возможна конденсации влаги из воздуха и попадание ее в виде капель на поверхность трубопроводов. Для снижения воздействия капель на тепловую изоляцию необходима вентиляция каналов тепловых сетей. Более того увлажнение теплоизоляции способствует разрушению труб из-за коррозии их внешней поверхности, что приводит к сокращению срока службы трубопроводов. Поэтому на металлическую поверхность трубы наносят антикоррозионные покрытия.
Таким образом, главными энергосберегающими мероприятиями, уменьшающими потери теплоты с поверхности трубопроводов, являются:
- § Изоляция неизолированных участков и восстановление целостности существующей теплоизоляции;
- § восстановление целостности существующей гидроизоляции;
- § нанесение покрытий, состоящих из новых теплоизоляционных материалов, либо использование трубопроводов с новыми типами теплоизоляционных покрытий;
- § изоляция фланцев и запорной арматуры.
Изоляция неизолированных участков является первоочередным энергосберегающим мероприятием, поскольку тепловые потери с поверхности неизолированных трубопроводов очень велики по сравнению с потерями с поверхности изолированных трубопроводов, а стоимость работ по нанесению теплоизоляции относительно невелика.
Сравним потери тепла неизолированными теплопроводами с тепловой сетью с предварительно изолированными трубами на примере системы теплоснабжения города Шатуры.
Количество потребляемого энергосистемой топлива в значительной мере зависит от потерь тепловой и электрической энергии. Чем выше эти потери, тем больше топлива потребуется при прочих равных условиях. Снижение потерь электроэнергии на 1 % позволит сэкономить 2,5–4 % топливных ресурсов. Одним из путей, способствующих уменьшению потерь тепловой и электрической энергии, является внедрение АСУ ТП и АСКУЭ.
Главной причиной потерь тепловой энергии является низкий коэффициент полезного действия (КПД) тепловых электростанций. В настоящее время износ энергетических установок на белорусских электростанциях составляет порядка 60 %, а темпы обновления основных фондов в энергетике отстают от темпов старения ранее введенных мощностей. По этой причине значительная часть основного оборудования уже отработала положенный срок эксплуатации. Оборудование крупных ТЭЦ и ГРЭС в Беларуси сегодня соответствует среднему зарубежному уровню 1980-х гг. КПД на наших конденсационных электростанциях составляет не более 40 % при полной загрузке энергоблоков, а при неполной загрузке он еще ниже. На электростанциях типа ТЭЦ в отопительный сезон и при полной загрузке энергоблоков КПД составляет примерно 80 %, в неотопительный сезон и при неполной загрузке энергоблоков – примерно 50 %. Значительная часть тепла теряется и в котлоагрегатах. В старых котлоагрегатах КПД составляет около 75 %. При их замене на новые, более совершенные котлоагрегаты КПД котельной части увеличивается до 80–85 %. Однако это не решает проблему снижения потерь тепловой энергии кардинально.
Ведется также преобразование котельных в мини-ТЭЦ. В этих работах используются газотурбинные, газопоршневые двигатели и котлы-утилизаторы. Применение частотного электропривода позволяет существенно повысить КПД тепловых электростанций и котельных.
Для уменьшения потерь тепла в теплосетях стали применять предизолированные трубы (ПИ-трубы). Благодаря их использованию потери тепла уменьшаются примерно в 10 раз по сравнению с применением обычных стальных труб с теплоизоляцией 120 Вт/м.
Одним из способов уменьшения потерь тепловой энергии является также переход с централизованной системы теплоснабжения к децентрализованной, при которой отсутствует потребление тепла от ТЭЦ или от центральной котельной через тепловые сети.
Немало тепла «уходит» через стены, полы, потолки, окна и двери зданий и сооружений старой постройки. В старых зданиях из кирпича потери составляют примерно 30 %, а в зданиях из бетонных плит со встроенными радиаторами – до 40 %. Потери тепла в зданиях увеличиваются и из-за неравномерности распределения тепла в помещениях, поэтому желательно проводить выравнивание разности температур (пол – потолок) с помощью потолочных вентиляторов. За счет этого потери тепла можно уменьшить до 30 %. Для сокращения утечек тепла из помещений желательно делать воздушный завес.
Снизить потери тепловой энергии в помещениях помогает и регулирование тепла с учетом ориентации дома по частям света, что у нас пока не делается.
Со временем ожидается внедрение в энергетику высокоэкономичных дизельных и газотурбинных установок средней и малой мощности, высокоинтенсивных теплогенераторов для электро- и теплоснабжения отдельных домов и малых предприятий. Планируется также применение топливных элементов и тепловых насосов для выработки тепла, холода и электроэнергии.