Ciepłownictwo,systemy ciepłownicze, elementy systemu

1. Ciepłownictwo,systemy ciepłownicze, elementy systemu ciepłowniczego
Ciepłownictwo-dział energetyki zajmujący się przemysłowym wytwarzaniem ciepla oraz jego
przesyłaniem na znaczne odległości do rozproszonych w terenie odbiorców w celu
wykorzystania na potrzeby ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji, przygotowania cwu i na cele
technologiczne
Źródła ciepła systemów ciepłowniczych:
-ciepłownia (zakład energetyczny wytwarzający ciepło na potrzeby rozproszonych w terenie
odbiorców).
-elektrociepłownia (zakład energetyczny wytwarzający w ramach gospodarki skojarzonej
zarówno en. elektryczną jak i cieplną na potrzeby rozproszonych w terenie odbiorców)
Kryteria klasyfikacji źródeł ciepła:
- ze względu na sposób wytwarzania: elektrociepłownie, ciepłownie.
- ze względu na przeznaczenie: zawodowe (wytwarzanie energii na sprzedaż),
przemysłowe (wytwarzanie energii na potrzeby zakładu przemysłowego), komunalne
(wytwarzanie energii na potrzeby miast i dzielnic), mieszane.
- ze względu na zasięg dostarczania ciepła: miejskie, dzielnicowe, osiedlowe.
- Ze względu na czynnik grzejny: wodne, parowe, parowo – wodne.
Ze względu na parametry czynnika grzejnego: nisko – i wysokoparametrowe
Elementy systemu ciepłowniczego:
- źródło ciepła np. ciepłownie lub elekrociepłownie
- siec cieplna
- węzeł cieplny
- cieplne instalacje odbiorcze np. c.o., wentylacja czy klimatyzacja.
2. Przyczyny i rozwój scentralizowanych systemów zaopatrzenia w ciepło
Przyczyny:
A)polityczne
polityka energetyczna, dobrze rozwinięta jest w Danii-20% udział energetyki odnawialnej,
czyli dużo powyżej średniej światowej. Scentralizowane sieci ciepłownicze zapewniają
większe bezpieczeństwo(chodzi o dostawę paliwa).
B)ekonomiczne
do kosztów inwestycyjnych uwzględniono : koszty eksploatacyjne (naprawa i remonty),
koszty likwidacji (istotne w rachunku energetyki jądrowej), czas (10-20 lat), nakłady
- rachunek ekonomiczny –przepływ pieniędzy, inne aspekty, możliwość wytwarzania en.
elektrycznej i czynnej w skojarzeniu
c)społeczne:
-zatrudnienie ludzi do przetwarzania węgla
-eliminacja ciężkiej pracy fizycznej
-likwidacja stanowisk pracy na rzecz stanowisk wymagających odpowiednich kwalifikacji
-poprawa estetyki budynków mieszkalnych
-higiena pracy
-zmniejszenie zagrożenia pożarowego
D) zdrowotne:
-poprawa war. higieniczno sanitarnych
-eliminacja źródła hałasu w budynkach mieszkalnych
-eliminacja źródeł zanieczyszczeń powierzchniowych
-zapewnienie bezpieczeństwa pracy
Warunek produkcji energii w skojarzeniu i korzyści z tego wynikające:
W procesie przemiany energii w energię mechaniczną a następnie w elektryczną, tylko część
energii cieplnej zostaje wykorzystana. Pozostałe ciepło ulega rozproszeniu. Więc ideą
gospodarki skojarzonej jest wykorzystanie tej energii cieplnej. Warunkiem umożliwiającym
skojarzone wytworzenie energii cieplnej i elektrycznej jest jednooczesne zapotrzebowanie na
energię cieplną i elektryczną Wady systemów zcentralizowanych zaopatrzenia w ciepło.
Mała elastyczność rozwoju systemu, wyższe koszty eksploatacji (występują straty ciepła
podczas przesyłu energii), duża bezwładność na zmieniające się obciążenia, bardzo duże
koszty budowy sieci przesyłowej ( mogą one nawet przekraczać koszty budowy
elektrociepłowni).
3. Kryteria klasyfikacji źródeł ciepła:
- ze względu na sposób wytwarzania: elektrociepłownie, ciepłownie.
- ze względu na przeznaczenie: zawodowe (wytwarzanie energii na sprzedaż),
przemysłowe (wytwarzanie energii na potrzeby zakładu przemysłowego), komunalne
(wytwarzanie energii na potrzeby miast i dzielnic), mieszane.
- ze względu na zasięg dostarczania ciepła: miejskie, dzielnicowe, osiedlowe.
- Ze względu na czynnik grzejny: wodne, parowe, parowo – wodne.
- Ze względu na parametry czynnika grzejnego: nisko – i wysokoparamatrowe.
4. klasyfikacja sieci cieplowniczych
Charakterystyka sieci ciepłowniczych ze względu na liczbę przewodów: -jednoprzewodowe, sieć głównie tania, czynnik
grzejny przepływa tym samym przewodem od źródła ciepła do odbiornika, a następnie powraca do źródła, -dwuprzewodowe,
zasilanie + powrót, - trójprzewodowe, 2 przewody zasilające, którymi przepływa czynnik o różnych parametrach i 1 przewód
powrotny wspólny, - czterorurowy.
Charakterystyka sieci ciepłowniczych ze względu na geometrię prowadzenia przewodów: - nadziemne (przewody
prowadzone są na niskich lub wysokich podporach), - podziemne bezkanałowe (przewody sieci ułożone w gruncie), podziemne kanałowe (przewody prowadzone w 3 rodzajach kanałów: nieprzechodnie, przechodnie i półprzechodnie).
Charakterystyka sieci ciepłowniczych ze względu na liczbę źródeł ciepła: - z jednym źródłem ciepła (ewentualna zmiana
lub okresowe remonty powodują pozbawienie dostawy ciepła), – z wieloma źródłami ciepła (remont może powodować tylko
miejscowe braki dostawy ciepła), – ze źródłem szczytowym (istnieje możliwość dostawienia ciepłowni pokrywającej tylko
ciepło przy bardzo niskich temperaturach zew., gdy ze standardowego źródła ciepła nie jesteśmy w stanie dostarczyć
odpowiedniej ilości ciepła), - z lokalnymi systemami wtórnymi o obniżonych parametrach (sieć przesyłowa, transfer który
przetwarza parametry i przekazuje dalej), - z przepompowniami pośrednimi (pompownie zapewniają odpowiednie ciśnienie).
5.Podstawowe aspekty uwzględniane przy projektowaniu sieci ciepłowniczych: - należy
określić nośnik ciepła oraz jego parametry, - należy określić układ i trasę przewodów, należy wyznaczyć magistrale przesyłowe i odgałęzienia, - należy określić natężenie
przepływu czynnika grzejnego, - należy dobrać odpowiedni materiał rurociągu oraz
technologię ułożenia, - należy dobrać odpowiednie średnice i grubość a także sposób izolacji,
- należy również rozważyć czy nie występują jakieś kolizje z innymi elementami
infrastruktury technicznej.
6. zadania jakie realizuje węzeł ciepłowniczy – Węzeł jest to zespól przewodów, urządzeń
oraz armatury służących do przyłączenia wewnętrznych instalacji cieplnych do zewnętrznej
sieci ciepłowniczej. Do podstawowych zadań węzła cieplnego należy: - przekazanie energii
cieplnej z sieci ciepłowniczej do odbiorcy oraz zapewnienie krążenie czynnika grzejnego w
instalacji wewnętrznej, - kontrola i ewentualna zmiana parametrów czynnika grzejnego.
7. Węzeł ciepłowniczy – jest to zespól przewodów, urządzeń oraz armatury służących do
przyłączenia wewnętrznych instalacji cieplnych do zewnętrznej sieci ciepłowniczej. Do
podstawowych zadań węzła cieplnego należy: - przekazanie energii cieplnej z sieci
ciepłowniczej do odbiorcy oraz zapewnienie krążenie czynnika grzejnego w instalacji
wewnętrznej, - kontrola i ewentualna zmiana parametrów czynnika grzejnego.
- Wyrózniamy:Węzły bezpośrednie (bez zmiany parametrów, hydroelewatorowe,
zmieszania pompowego) i pośrednie i wymiennikowe.
- Węzły ciepłownicze indywidualne – węzeł ciepłowniczy zasila jeden obiekt w którym
jest zlokalizowany(np. budynek bądź jego fragment, mieszkanie). Węzły ciepłownicze
grupowe – węzeł zasila więcej niż jeden obiekt np. dla jednego osiedla..Węzły jedno i
dwu funkcyjne.
- Węzły jednofunkcyjne pracują wyłącznie na cele jednej instalacji wewnętrznej np. CO,
CWU, wentylacji czy technologii.
- Węzły wielofunkcyjne pracują na cele więcej niż jednej instalacji wewnętrznej np. CO
i CWU. W. wielofunkcyjne mogą być jednostopniowe (szeregowe i równolegle) i
wielostopniowe (dwustopniowe i trzystopniowe)
8. Nośniki ciepła
nośnikami ciepła są woda i para wodna. Wodna cieć cieplna składa się z rurociągów zasilających,
doprowadzających ciepło do odbiorców oraz rurociągów powrotnych, odprowadzających schłodzoną wodę do źródła ciepła.
Rurociągi te mają jednakową średnicę. Wymiar zewnętrzny rurociągu wynika ze średnicy przewodu powiększonej o grubość
izolacji i płaszcza osłonowego.
Woda – niskie parametry, temperatura zasilania do 100oC, podwyższone parametry powyżej
100oC ale nie więcej niż 115oC, wysokie parametry powyżej 115oC.
Parowe sieci ciepłownicze – w rurociągu zasilającym przepływa para, w rurociągu powrotnym skroplony kondensat.
Przewód zasilający ma znacznie większą średnicę od przewodu powrotnego. Sieci parowe wykonywane są w technologiach
tradycyjnych.
Para – niskoprężne: ciśnienie do 70 kPa i wysokoprężne powyżej 70 kPa. Koszty
inwestycyjne porównywalne dla pary i wody. Para ma mniejszą gęstość i objętość, gorsza
jest w eksploatacji i ma wyższe ubytki czynnika grzewczego. Woda natomiast posiada
możliwość centralnej regulacji, ma niższe temperatury niż para, woda posiada mniejszą
bezwładność cieplną
Podczas wyboru czynnika grzewczego należy kierować się następującymi zasadami:
Cechy jakie powinny być brane pod uwagę przy wyborze nośnika ciepła.
-duża pojemność cieplna
-opory przepływu czynnika (wpływ ma gęstość, lepkość)
-niskie koszty pozyskania, przygotowania
-obojętność dla środowiska
-obojętność chemiczna- brak odczynu kwaśnego, duża zasadowość
-osiągnięcie wysokiej temp. przy niskim ciśnieniu
-czynnik powinien umożliwiać pracę sys. grzewczego przy zmiennych temp. zew.
-brak osadów
-cz. nie powinien się starzeć bądź nabierać wł. korozyjnych.
-dostępność w przyrodzie
9. Bilans potrzeb cieplnych, charakterystyka potrzeb cieplnych odbiorców
wykres uporządkowanych obciążnen przedstawia
zapotrzebowanie na ciepło w funkcji czasu
ABY GO WYKONAC NALEŻY:
+Wykonać poszczególne wykresy zmienności cieplnych: 1 –dla celow c.o. Q=f(tzew)
2-dla wentylacji Qw=F(tzew), 3-dla c.w.u Qcwu=F(tzew)
+wykresu te naniesz na wspolny wyres i zsumowac co da nam wykres zbiorczy ΣQ
+gdy centrala dostarcza ciepła dla technologi należy dodatkowo wykonac wyres Qt=f(tzew) i
dołączyc do wykresu zbiorczego
+pod wykresem zbiorczym należy narysowac krzywa częstotliwości wystepowania temp.
Zewnętrznych w ciągu roku tzew=f(z)-dla danej strefy klimatycznej
+z obu wykresów ΣQ=f(tzew) oraz tzew=f(z) metoda graficzna otrzymujemy WUO dla danej
centrali ΣQ=f(tz)
12. Regulacja jakościowa -Przy regulacji jakościowej przez zachowanie stałej prędkości
przepływu w przewodach zachowane są stałe warunki hydrauliczne pracy sieci. Oddawanie
ciepła dla zachowania stałej temperatury w pomieszczeniach reguluje się w zależności od
temperatury zewnętrznej przez zmianę temperatury w przewodzie zasilającym.Dla regulacji
jakościowej Gh = const. oraz twew. = const., T1/T2 = f(tzew).
Stateczność hydrauliczna sieci ciepłowniczych
Zdolność systemu ciepłowniczego do zapewnienia stabilnych warunków pracy na
poszczególnych węzłach.Stateczność hydrauliczna sieci wskazuje jaka jest odporność sieci
na rozregulowanie. Jeżeli nie ulegnie skorygowaniu przepustowość sieci, będzie to
skutkować zmianą przepływów w rezultacie rozregulowaniem hydraulicznym (jest to
stosunek zmian przepływu wody sieciowej w danej chwili do przepływu w warunkach
nominalnych)
Ah 
pEC
 0,5
po
Stosowanie przepompowni wpływa na zwiększenie Ah.
Stateczność hydrauliczna zależy od strat ciśnienia w sieci na przepływie w warunkach
obliczeniowych i od strat ciśnienia w danej chwili.
15. Wykres lini cisnien :
1. Siec ciepłownicza stanowią pierscienie przewodów w które właczona jest pompa obiegow
a i przepompownie sieciowe,kotły, węzły ciepłownicze i inne elementy systemu
2. Pompa wytwarza póznice cisnień pomiedzy ssaniem i tłoczenie . Wysokosc tej róznicy = c
ałkowitej wysokości podnoszenia pompy przy danym przepływ
3. W czasie postoju pompy obiegowej cisnienie w całej sieci ma jednakową wartosc
4. Linie cisnien w czasie ruchu i postoju pomp maja wspólny punkt w miejscu właczenia urzą
dzenia stabilisujacego cisnienie ( punkt obojetny układu )
5. Ustalajac cisnienia stabilizacji trzeba pamietac o :
cisnienie w najwyzszych punktach sieci cieplnej i w instalacjach c.o. nie było niższe od cisn
ienia wrzenia odpowiadajacego danej temperaturze.
cisnienie w instalacjach wewnetrznych nie przekraczało cisnienia dopuszczalnego dla danej i
nstalacjicisnienie w najwyższych punktach instalacji wew. c.o. było wyższe o conajmniej 30 kPa od c
isnienia atmosferycznego
7. Ciśnienie w przewodzie zasilajacym nie może być nizsze od cisnienia wrzenia odpowiadaj
ącego najwyzszej temp. wody w przewodzie zasilającym
8. cisnienie wprzewodzie powrotnym nie powinno
przekraczac cisnienia dopuszczalnego dla instalacji c.o.
9.W całym przewodzie powrotnym i w źródle ciepła przed pompami obiegowymi cisnienie po
winno byc zwiększone o 30 kPa w celu zabezpieczenia przed odparowaniem wody przy wah
aniach cisnienia w sieci ciepłowniczej
18.Wodne sieci ciepłownicze
-sieć przewodów powinna być możliwie najkrótsza
-w miarę możliwości stosować zasadę samokompensacji przewodów
-trasę sieci należy tak prowadzić aby obejmowała jak największa liczbę odbiorców, aby przechodziła przez miejsca
najbardziej gęstego obciążenia cieplnego
-sieć należy prowadzić poza obrębem bud. wzdłuż jezdni z wyjątkiem przejść poprzecznych
-należy zwracać uwagę na przepisy ochrony przyrody
-rur preizolowanych nie wolno prowadzić w budynku ze względu na możliwość wydzielania się cyjanowodorów podczas
pożaru.
-sieć prowadzić w odpowiednich odległościach od zabudowy zgodnie z zasadami projektowania oraz dla umożliwienia
remontu lub wymiany
- należy dążyć do jak najpłytszego prowadzenia sieci ciepłowniczej pod terenem z zachowaniem minimalnego przykrycia
-sieci ciepłownicze należy prowadzić ze spadkiem umożliwiającym całkowite odwodnienie rurociągów i kanałów,
minimalny spadek sieci nie powinien być mniejszy niż 3‰
-przejścia przewodów sieci przez ściany zew. budynków muszą być wykonane jako szczelne
-w systemach dwuprzewodowych wodnych przy ułożeniu przewodów obok siebie przewód zasilający powinien znajdować
się po prawej stronie patrząc w kierunku przepływu
-poprzeczne przejścia sieci pod jezdniami powinny być wykonane tak by umożliwić wymianę rur bez naruszenia nawierzchni
jezdni
-konstrukcje podpór stałych, oraz przejścia komór ciepłowniczych musza zapewniać swobodny przepływ powietrza i spływ
wody po podłożu kanału
-kanały nieprzechodnie i komory ciepłownicze muszą mieć wentylację grawitacyjną