Размещено на http://allbest.ru

Математическое обеспечение оптимального выбора оборудования тепловых пунктов

1.Индивидуальный тепловой пункт как объект энергосбережения

тепловой энергосбережение автоматизированный

В настоящее время в государственной энергетической политике Украины и России экономии энергетических ресурсов отдается высший приоритет, что подтверждается разработкой и внедрением ряда национальных, отраслевых и региональных программ энергосбережения. Реализацию экономически целесообразных энергосберегающих проектов можно рассматривать в качестве альтернативы роста цен на энергоносители в условиях проявляющегося в некоторых регионах энергетического кризиса. Особенно важным является внедрение быстроокупаемых проектов в области распределения и потребления тепловой энергии, что, по некоторым оценкам [1], составляет величину, достаточную для решения проблем коммунальной энергетики без увеличения тарифов на энергоснабжение или отключение потребителей независимо от их уровня оплаты за энергоресурсы.

Для систем теплоснабжения России, Белоруссии и Украины характерно максимальное упрощение оборудования тепловых вводов большинства потребителей. Это использование элеваторов на вводе и наличие центральных тепловых пунктов (ЦТП) для нужд горячего водоснабжения (ГВС). Последние обслуживают, как правило, большие группы зданий, а порой и целые микрорайоны. Системы такого типа обуславливают значительные потери тепла при подаче отопления и горячей воды потребителю. При этом снижение температуры теплоносителя, подаваемого от источника тепла, оборудование вводов потребителей приводит к существенному понижению температуры воздуха в помещениях и температуры воды ГВС.

В ряде стран Западной Европы, которые имеют довольно крупные системы тепловых сетей (Швеция, Финляндия, Германия и др.) характерно размещение на вводах зданий индивидуальных тепловых пунктов (ИТП), оснащенных пластинчатыми водоподогревателями для отопления и ГВС, средствами автоматического регулирования и насосным оборудованием. Это позволило снизить нагрузки на тепловые сети, эксплуатационные затраты на ремонт коммуникаций и обеспечить эффективное регулирование отпуска тепла. По данным [2], при реконструкции систем теплоснабжения применение компактных ИТП позволяет значительно увеличить степень рекуперации тепла. При этом наибольший эффект достигается с реконструкции периферийных точек системы потребителей отдельных жилых домов.

Особенно эффективным в системах теплоснабжения является использование компактных пластинчатых теплообменников фирмы "Альфа-Лаваль" (Швеция). ИТП на базе таких теплообменников с нагрузкой 0,5-1,5 Гкал/ч размещается на площади в несколько квадратных метров, при этом сохранив все требования стандартов, применяемых к тепловым пунктам. Такой индивидуальный тепловой пункт можно установить в небольшой комнате предприятия, жилого дома либо в технологических помещениях.

Специалисты Национального технического университета «ХПИ» (г. Харьков, Украина) кафедры «Общей химической технологии процессов и аппаратов в течение длительного времени занимаются исследовательскими разработками и созданием оптимальных систем пластинчатых теплообменных аппаратов для различных отраслей промышленности, в том числе и для систем теплоснабжения. На базе кафедры при поддержке Университета Манчестерского Института Науки и Технологии (UMIST), управления Фонда технического развития (KNOW-HOW) и Британского Совета с целью решения проблем рационального энергопотребления и энергосбережения при Национальном техническом университете «ХПИ» был создан Центр энергосберегающих интегрированных технологий.

Совместно с учеными НТУ «ХПИ» фирмами АО «Содружество-Т» г. Харьков и ЗАО «Теплокомплект» (г. Белгород) поставлено и введено в эксплуатацию более 4500 пластинчатых теплообменников и проведена эффективная реконструкция около 2500 теплопунктов в 22 областях Украины и 10 областях России. С 1996 года освоено производство ИТП на базе пластинчатых теплообменников Альфа-Лаваль. Индивидуальные тепловые пункты изготавливаются в виде модульных установок тепловой производительностью от 20 кВт до 10 МВт. Подобные модульные установки могут быть использованы для приготовления горячей воды на ГВС, на отопление, либо на то или другое вместе. Теплоустановка смонтирована на раме полностью в сборе, трубопроводы закатываются фланцами, к которым остается подключить соответствующие трубопроводы. Базой ИТП является пластинчатый теплообменник, который может быть либо разборным, либо неразборным (паяным). Конструкция теплообменника выбирается исходя из конкретных условий эксплуатации.

Как отмечено в [З], наибольший экономический эффект достигается в научно обоснованном применении пластинчатых теплообменных аппаратов при энергоэффективной реконструкции открытых систем тепло- и горячего водоснабжения. В практике проектирования, строительства и эксплуатации теплоснабжающих систем имеются известные недостатки, приводящие к перерасходу тепловой энергии. К ним относятся: перегрев в теплый период отопительного сезона зданий, присоединенных к централизованному теплоснабжению; большие тепловые потери в наружных тепловых сетях. В целях более рационального использования тепловой энергии при централизованном теплоснабжении и особенно теплофикации на первый план выходит вопрос о практической реализации, которая, в первую очередь, должна опираться на качественное и достоверное проектирование. Общая стратегия снижения энергозатрат, в том числе снижение расхода энергоресурсов, снижение потребления воды, снижение вредных выбросов, включает в себя [3]:

* интеграция и оптимизация производственных процессов, в которых имеются теплоиспользующие технологические схемы;

* создание, разработка и внедрение пластинчатых теплообменных аппаратов интенсивного действия, и создание на их базе оптимальных теплообменных комплексов;

* разработка и создание программного продукта, а именно пакетов прикладных программ по расчету и оптимизации пластинчатых теплообменников любого типа, синтезу теплообменной поверхности, расчету и синтезу оптимальных систем теплообменных аппаратов; оптимальному расчету и проектированию индивидуальных и местных тепловых пунктов;

* подготовка кадров и научные контакты.

Таким образом, важнейшей задачей при проектировании тепловых пунктов (ТП) является обеспечение возможности быстрых многовариантных расчетов теплообменных аппаратов и другого оборудования для различных схем ТП, с определением стоимости капитальных вложений и последующих эксплуатационных расходов. Последнее обстоятельство позволяет на стадии проектирования выбрать оптимальный вариант из соотношения капитальные затраты - эксплуатационные расходы для различных сочетаний тепловых нагрузок горячего водоснабжения (ГВС) и отопления, смоделировать работу теплопункта на рабочих режимах и в нештатной ситуации.

2.Система автоматизированного проектирования ИТП

Для оптимального выбора теплообменных аппаратов и насосов было разработано математическое обеспечение, реализующее подбор теплообменников отопления и ГВС по параллельной, двухступенчатой смешанной и последовательной схемам. В качестве теплообменных аппаратов в расчетах используется номенклатура разборных теплообменников, изготовляемых в Украине фирмой АО «Содружество-Т» совместно со шведской компанией «Альфа Лаваль».

Структурно программа состоит из трех блоков: «Расчет теплообменника и насосов отопления», «Расчет теплообменников и насоса ГВС», «Обратный расчет теплопункта», которые могут функционировать автономно и (или) обмениваться информацией.

При подборе аппаратов используются алгоритмы, разработанные на основе теоретических моделей [1,2], в соответствии с действующими строительными нормами и правилами.

В случае указания 2-х и более марок выбор теплообменника будет производиться из всех удовлетворяющих заданным параметрам системы отопления по минимальной стоимости аппарата.

Помимо оптимального подбора теплообменников целесообразно осуществить и выбор циркуляционного насоса по заданным расходам и перепадам давления. В настоящей версии предусмотрен выбор циркуляционного насоса одной из трех марок фирмы "Grundfoss": UP, UPS в модификациях для напряжения 220 и 380 вольт, а также регулируемыми ступенями работы 1-3 и LP. При выборе рекомендуется для больших нагрузок использовать насосы марки LP. При этом выбор может осуществляться по различным критериям оптимальности: стоимости, максимальному КПД, оптимальному расходу, минимальной мощности, максимальному запасу напора. Если перед выбором насоса был произведен расчет теплообменных аппаратов, то часть данных заносятся в соответствующие позиции автоматически.

Подпиточные насосы подбираются из насосов серии CR. По каждому из типов насосов (UP, UPS, LP, CR) и его марке создана база данных, включающая в себя полный перечень сведений о параметрах и технических характеристиках (напор, мощность, коэффициент полезного действия, минимальный напор на всасывающем патрубке, оптимальный расход, установочные размеры, рыночная цена для всех случаев исполнения).

Кроме прямого подбора необходимого оборудования теплопункта предусмотрен также обратный расчет, который включает в себя решение задачи в случае, когда теплообменник установлен, и необходимо определить его работу при заданных условиях эксплуатации. Приведенные расчеты могут использоваться при проектировании системы отопления жилого здания, программное обеспечение которого представлено в [3].

Выводы

Представленный пакет программ оптимального выбора оборудования теплопункта позволяет:

§ производить оптимальный подбор теплообменного оборудования для системы отопления и ГВС из номенклатуры разборных теплообменников, изготовляемых в Украине фирмой АО «Содружество-Т» совместно со шведской компанией «Альфа Лаваль»;

§ осуществлять подбор циркуляционных и подпиточного насосов по заданному критерию выбора;

§ при расчете присоединения системы ГВС по двухступенчатой схеме оптимизировать значение температуры и потерь напора между ступенями;

§ моделировать работу теплопункта в любой момент времени в зависимости от температуры наружного воздуха, дня недели, времени суток.

Литература

тепловой энергосбережение автоматизированный

1. Tovazhnyanski L.L., Kapustenko P.A. Intensification of Heat and Mass Transfer in Channels of Plate Condensers // Chemical Engineering Communications (USA), 1984. - 31, N6.- P.75-82.

2. Оптимальный расчет многоходовых разборных пластинчатых теплообменников / Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Павленко В.Ф. и др. // Химическое и нефтяное машиностроение, 1992. - N6.- C. 6-9.

3. К вопросу определения оптимального решения для системы отопления жилого многоэтажного здания / Товажнянский Л.Л., Капустенко П.А., Перевертайленко А.Ю. и др. // Интегрированные технологии и энергосбережение, 1999. - N4.- C.3-8.

Размещено на Allbest.ru