Различают централизованные и местные системы теплоснабжения. Системы местного теплоснабжения обслуживают часть или все здание на базе печного отопления или домовой котельной установки. Централизованные системы теплоснабжения - один или несколько районов города. Поэтому они включают в себя источники теплоснабжения (котельные, ТЭЦ), тепловые сети, тепловые пункты и системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения зданий. Централизованное теплоснабжение большого числа потребителей возможно:
• от крупных квартальных или районных котельных, тепловая
мощность которых превышает 20 МВт, а радиус действия составляет 5-10 км;
• теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) мощностью 100-500 МВт и
радиусом действия 10-15 км.
Системы теплоснабжения характеризуются мощностью или расчетной тепловой нагрузкой, дальностью (радиусом) передачи теплоты и числом потребителей. Тепловая нагрузка - это максимально-часовой суммарный расход теплоты на нужды отопления, вентиляции, технологии и горячего водоснабжения с учетом потерь в сетях и собственных нужд источника теплоты.
По виду потребителя системы теплоснабжения можно разделить на промышленные, промышленно-отопительные и отопительные. В промышленных системах теплоснабжения главной составляющей тепловой нагрузки является расход теплоты на технологические нужды, в отопительных - коммунально-бытовые нагрузки жилых и общественных зданий, а в промышленно-отопительных от одного источника теплоту получают как промышленные предприятия, так и жилищно-коммунальный сектор города.
По виду теплоносителя системы теплоснабжения подразделяются на паровые и водяные. Вода как теплоноситель позволяет: 1) сохранить конденсат пара на ТЭЦ или в котельной; 2) осуществлять ступенчатый подогрев; 3) централизованно регулировать отпуск теплоты. Вода обладает повышенной аккумулирующей способностью, что позволяет передавать теплоту на большие расстояния с малыми потерями. Недостатками воды как теплоносителя можно считать: 1) большие затраты электроэнергии на перекачку; 2) малую гидравлическую устойчивость водяных сетей; 3) значительную массу; 4) большую чувствительность к авариям, так как утечки пара по массе в 20-40 раз меньше, чем воды. Пар как теплоноситель обладает большей гидравлической устойчивостью, но его использование требует дорогого и сложного конденсатного хозяйства. Поэтому паровые системы применяют для теплоснабжения промышленных предприятий, где требуются повышенные параметры теплоносителя. В городских системах теплоснабжения рекомендуется использовать в качестве теплоносителя воду, нагретую до температуры 95-150°С.
Водяные системы теплоснабжения делятся:
• по способу подачи теплоты на горячее водоснабжение - за
крытые и открытые;
• по схемам присоединения абонентских систем отопления и
вентиляции - зависимые и независимые;
• по количеству трубопроводов - одно-, двух-, трех- и четырехтрубные.
Водяные системы теплоснабжения бывают двух типов: открытые или закрытые. В открытых системах вода частично или полностью разбирается потребителями непосредственно из сети на нужды горячего водоснабжения. В закрытых системах вода используется только как теплоноситель и из сети не отбирается.
В настоящее время применяют две принципиально различные схемы присоединения установок абонентов к тепловым сетям:
• зависимую, когда вода из тепловой сети поступает непосредственно в приборы абонентской установки;
• независимую, когда вода из тепловой сети проходит через
промежуточный теплообменник, в котором нагревает вторичный
теплоноситель, используемый в установках потребителя.
По числу трубопроводов системы подразделяют на однотрубные, применяемые в тех случаях, когда вода полностью используется потребителями и обратно не возвращается, двухтрубные - теплоноситель полностью или частично возвращается в источник теп лоты для повторного нагрева, многотрубные - при необходимости подачи теплоносителя с различными параметрами. В городских системах теплоснабжения преимущественно используются двухтрубные системы, обеспечивающие экономию капитальных затрат и эксплуатационных расходов по сравнению с многотрубными системами.
Каждая из названных систем теплоснабжения имеет свою область применения. Основными факторами, определяющими выбор той или иной системы теплоснабжения, являются климатические условия, величина и плотность тепловых нагрузок, стоимость оборудования, коммуникаций, топлива и других ресурсов, необходимых для сооружения и эксплуатации данных систем. Выбор производится путем технико-экономического сравнения конкурирующих вариантов. Очевидно, что чем больше плотность нагрузки, тем, при прочих равных условиях, выгоднее централизация теплоснабжения. Плотность тепловой нагрузки зависит от типа домов, этажности застройки и принятых условий благоустройства. При небольшой плотности нагрузок и рассредоточенности потребителей предпочтительнее, чтобы каждый из них имел собственный источник теплоты. Наиболее эффективным способом теплоснабжения является теплофикация, обеспечивающая значительную экономию топлива и других ресурсов за счет совместной выработки электрической и тепловой энергии. Однако теплофикация требует значительных капитальных вложений и, следовательно, будет эффективна при больших объемах потребления теплоты и значительной плотности тепловых нагрузок.
Тепловые пункты в системах теплоснабжения предназначены для присоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических установок потребителей к тепловым сетям. Тепловые пункты подразделяются на индивидуальные для присоединения одного здания и центральные - для двух и более зданий.
В системе теплоснабжения тепловые пункты выполняют следующие основные функции:
• присоединения местных систем отопления, вентиляции и
горячего водоснабжения зданий к центральной системе теплоснабжения;
• юридической границы раздела ответственности между теплоснабжающей организацией и потребителем теплоты;
• защиты местных систем от повышенного давления и температуры греющего теплоносителя;
• автоматического поддержания и регулирования параметров
и расхода теплоносителя в соответствии с изменением температуры
наружного воздуха и требованиями потребителя;
• приготовления и аккумулирования горячей воды с требуемыми параметрами;
коммерческого учета отпуска теплоты потребителям.
Правильное функционирование тепловых пунктов определяет экономичность использования теплоносителя и теплоты потребителям. Для выполнения основных функций тепловые пункты оснащаются специальным оборудованием, арматурой, контрольно-измерительными приборами и автоматикой (КИПиА). Схемы и оборудование тепловых пунктов выбираются с учетом:
• характеристики источника теплоты;
• параметров теплоносителя и режима отпуска теплоты;
• гидравлической характеристики внешней тепловой сети;
• технических характеристик местных систем теплоснабжения.
При проектировании тепловых пунктов основным вопросом
является выбор между открытой и закрытой системой теплоснабжения и между зависимой и независимой схемой присоединения потребителей. Исторически сложилось так, что в Российской Федерации применяются две принципиально различные схемы теплоснабжения потребителей:
• открытая, с зависимым присоединением систем отопления
и вентиляции зданий и непосредственным водоразбором на нужды
горячего водоснабжения;
• закрытая, с независимым присоединением систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей через теплообменники.
В настоящее время наибольшее применение имеют зависимые схемы присоединения как более простые. В этом случае система отопления здания гидравлически связана с тепловой сетью и работает под давлением, близким давлению в обратной магистрали внешней сети. Циркуляция воды обеспечивается за счет разности давлений в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети. Простейшей из зависимых является схема с непосредственным присоединением, при которой вода из тепловой сети без смешения поступает в систему отопления. Это возможно, если расчетные параметры систем теплоснабжения и отопления совпадают. Например, при работе системы теплоснабжения с максимальной температурой теплоносителя 95°С.
В городских системах теплоснабжения температура теплоносителя, как правило, достигает 150°С. Поэтому большинство зданий подключено по зависимой схеме с элеватором, в котором теплоноситель из подающего трубопровода попадает в сопло, где из-за уменьшения диаметра резко увеличивается скорость потока при одновременном снижении давления, что обеспечивает подсос остывшего теплоносителя из обратного трубопровода и его смешение с более горячим теплоносителем. Работа элеватора выполняется за счет перепада давлений в системе теплоснабжения. Преимуществом этой схемы является низкая стоимость и высокая степень надежности элеватора как смесительного насоса.
Разность напоров теплоносителя перед тепловым пунктом была не менее 15 м вод. ст. Если это условие не выполняется, тогда снижается коэффициент смешения, что приводит к перерасходу сетевой воды и, следовательно, теплоты.
Большие возможности по регулированию отпуска теплоты имеют схемы присоединения систем отопления с насосами. Наиболее распространенной является схема включения насоса на перемычке между прямой и обратной трубами теплового пункта, что дает экономию электроэнергии. Установка насосов на прямой и обратной линии рекомендуется в случае необходимости создания дополнительной разности напоров для циркуляции воды в местных системах. Наличие насоса в схеме присоединения позволяет проводить более совершенное регулирование отпуска теплоты в систему теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха, по специально заданному временному графику с применением регуляторов расхода или частотных регуляторов электропривода насоса. Необходимым условиям для применения этих схем является применение компактных, надежных и бесшумных насосов.