Теплопостачання двох будинків в м. Чигирин з застосуванням автономної котельні

ВСТУП Оскільки в холодний період року температура повітря нижче потрібної для життєдіяльності людини, виникає потреба в опалюванні приміщень. Житлові, громадські і промислові споруди в містах та селищах є великими споживачами тепла, і необхідно відмітити, що споживання теплової енергії з року в рік безперервно зростає.

Основною формою енергопостачання в Україні є централізовані системи. Електроенергетика, або енергетична промисловість, України охоплює сукупність процесів по виробництву, транспорту і розподілу електричної і теплової енергії, реалізованих атомними електростанціями (АЕС), тепловими електростанціями на органічному паливі (ТЕС, ТЕЦ), гідравлічними (ГЕС), гідроакумулюючими (ГАЕС) електростанціями і котельними, підвідомчими Міністерству енергетики України (Міненерго); лініями електропередач, електричними і тепловими мережами Міненерго; електростанціями, котельними і утилізаційними установками відомчих організацій і підприємств. Окрім перерахованих могутніх джерел теплової і електричної енергії (як правило, системи Міненерго), існує значне число малих систем теплоелектрогенерування, які розосереджені по містах, населених пунктах і різних галузях промисловості. Це районні опалювальні і опалювально-виробничі котельні, заводські ТЕС, ТЕЦ і котельні, промислові печі, побутові енергоустановки, призначені для обслуговування декількох будівель чи індивідуальних споруд, котеджів, приватних будинків і т.д. Це своєрідний паливно-енергетичний комплекс, який прийнято називати малою енергетикою.

У даний час в структурі централізованого теплопостачання найбільшу питому вагу мають котельні установки — 62%, частка теплових електро-станцій складає 33%, установок утилізації - 4,8%, решта вироблення тепла (0,2%) здійснюється іншими установками.

Слід зазначити основні негативні моменти систем централізованого теплопостачання в Україні: низька надійність транспортування тепла і великі експлуатаційні витрати (значно вище проектних) на ремонт теплових мереж; недостатньо гнучке регулювання режимів тепло-постачання, що знижує комфортність і приводить до втрат теплової енергії; великий відсоток фізичного зносу устаткування.

За даними Держкомстату України, в галузі на підприємствах усіх форм власності та відомчого підпорядкування експлуатується понад 26 тис. котелень, загальний технічний стан яких є критичним. Приблизно 22% експлуатованих котлів функціонують понад 20 років, котли малоефективні, з низьким коефіцієнтом корисної дії: від 65 до 75%.

Найгіршою є ситуація з тепловими мережами: у зношеному та аварійному стані знаходяться 3076 км (13,9%), понад 7674 км (34,7%) перевищують термін експлуатації, внаслідок чого щорічні втрати теплової енергії сягають 10%. Через обмеженість коштів обсяги перекладання та заміни теплових мереж щорічно зменшуються. При нормативній потребі їх перекладання (виходячи з терміну служби 20 років) в обсязі 900 км щорічно, замінюється лише близько 500 км, тобто 55%.

Суттєво зросли обсяги використання газу в комунальній енергетиці (до 42% газових витрат України). Собівартість опалення стає значно більшою, ніж ціни за споживання тепла. Нині в Україні, за експертними оцінками, даремно витрачається 30?40% вироблених енергоресурсів. Так, на обслуговування одного квадратного метра житла витрачається енергоресурсів у 3?7 разів більше, ніж у країнах Західної Європи.

Через залежність України від імпорту енергоносіїв (газу і нафти), ціни на які постійно зростають, існуюча система теплозабезпечення стає неконкурентоспроможною. Реальні витрати на генерацію, транспорт і розподіл електричної та теплової енергії, видобуток і розподіл природного і скрапленого газу не відповідають сьогодні купівельній спроможності більшості верств населення регіонів країни. Це обумовлює необхідність соціального захисту як споживачів, так і регіональних виробників і постачальників енергії за допомогою адміністративного стримування цін на основні енергоносії, надання державних і регіональних дотацій споживачам та виробникам енергії, що є несумісними з ринковими принципами функціонування енергетики і сприяє подальшому її занепаду.

Відтак, зниження обсягів споживаного газу є надзвичайно важливим завданням. Однією з концептуальних проблем комунальної енергетики України є проблема оптимізації функціональної схеми опалювання і теплопостачання з врахуванням переваг централізованого і автономного енергопостачання.

В Україні частка централізованого теплопостачання складає понад 65% загального теплопостачання. Мала енергетика ЖКГ виявилася заручницею великої енергетики. Раніше прийняті кон’юнктурні рішення про закриття малих котелень (під приводом їх низької ефективності, технічної та екологічної небезпеки) сьогодні обернулися надцентралізацією теплопостачання, коли гаряча вода проходить від ТЕЦ до споживача шлях в 25?30 км, коли відключення джерела тепла із-за неплатежів чи аварійної ситуації приводить до замерзання міст з мільйонним населенням.

Поступове збільшення частки децентралізованого теплопостачання, максимальне наближення джерела тепла до споживача, облік споживачем усіх видів енергоресурсів дозволять не тільки створити споживачеві більш комфортні умови, але й забезпечить реальну економію газового палива.

Саме таке рішення пропонується в даному проекті: теплопостачання двох будинків в м. Чигирин по вул. Грушевського (віддаленої від централізованої котельні Чигиринських теплових мереж) з застосуванням автономної котельні, що дозволить значно скоротити протяжність теплових мереж від джерела теплопостачання до будинків, а віддтак і сутєво зменшити втрати тепла в мережах.

1. ЗАВДАННЯ ТА Вихідні дані

Теплопостачання двох будинків в м. Чигирин по вул. Грушевського з застосуванням автономної котельні.

Житлові будинки — п’ятиповерхові, 30-квартирні, 1988 р. забудови.

Загальна площа 1-го будинку: 2400 м², кількість мешканців — 102 чол.

Загальна площа 2-го будинку: 2250 м², кількість мешканців — 88 чол.

Вбудованих в будинки громадських закладів (перукарень, магазинів тощо) немає.

Розрахункова температура зовнішнього повітря для проектування опалення, яка відповідає середній температурі зовнішнього повітря найхолодніших п’яти діб tро = -21?С.

Розрахункова середня температура за опалювальний сезон tср. о = -0,9 оС.

Температура повітря усередині опалювальних приміщень tвн. р = 18С.

Протяжність опалювального сезону поп = 180 діб = 4320 год.

2. Розрахунок теплових навантажень При проектуванні систем теплопостачання житлових кварталів сумарний максимальний тепловий потік Qmax для покриття потреб споживачів складається з максимальних теплових потоків на опалення, вентиляціюта гаряче водопостачання житлових і громадських будинків, розташованих у мікрорайоні:

МВт (2.1)

Усі вказані максимальні теплові потоки повинні прийматися згідно з відповідними розділами проектів будинків.

Проте у зв’язку з відсутністю проектів опалення вентиляції та гарячого водопостачання максимальні теплові потоки визначаються розрахунковим методом з використанням укрупнених показників, значення яких залежить від характеристик забудови (року будування, матеріалу стін, кількості поверхів), а також розрахункової температури відповідного виду тепловикористання.

Оскільки громадських будівель в мікрорайоні немає, а в житлових будинках вентиляція для потреб опалення не застосовується, визначаємо лише максимальні теплові потоки на опалення та ГВП.

2.1 Максимальний тепловий потік на опалення Максимальний тепловий потік на опалення житлових будинків визначається за формулою:

QО max = qо · S · (1+К1) · 10−6, МВт (2.2)

де, S — загальна площа житлових приміщень будинків, м2;

qо — укрупнений показник максимального теплового потоку на опалення 1 м² загальної площі житлових приміщень, Вт/м2;

К1 — коефіцієнт, що враховує тепловий потік на опалення громадських закладів. В даній роботі приймаємо К1 =0 (громадські заклади відсутні).

Значення qо при різних розрахункових температурах навколишнього повітря tро для будинків різної поверховості та строків будування наведені в СНІП 2.04.07−86 «Тепловые сети».

Зокрема, для п’ятиповерхових будинків, що збудовані після 1985 р., значення qо при різних температурах наведені в табл.2.1

Таблиця 2.1 Укрупнений показник максимального теплового потоку на опалення 1 м²

Для проміжних значень tро величина qо визначається методом інтерполяції. Оскільки для м. Чигирин tро = -21оС, то qо=75 Вт/м2

За формулою 2.2 визначаємо максимальний тепловий потік на опалення кожного з житлових будинків:

QОmax1 = 75. 2400. 10−6 = 0,180 МВт;

QОmax2 = 75. 2250. 10−6 = 0,169 МВт;

Загальний максимальний тепловий потік складає QОmax = 0,349 МВт.

2.2 Максимальний тепловий потік на гаряче водопостачання Максимальний тепловий потік на гаряче водопостачання житлових будинків визначається за формулою:

Qгв max =2,4. Qгв сер, МВт, (2.3)

Де 2,4 — середнє значення коефіцієнта погодинної нерівномірності використання гарячої води мешканцями мікрорайону.

Спочатку зробимо розрахунок на середній тепловий потік на гаряче водопостачання взимку; він визначається за формулою

Qгв сер =. 10−6, МВт, (2.4)

де 1,2 — коефіцієнт, що враховує втрати теплоти у нетеплоізольованих внутрішніх трубопроводах системи гарячого водопостачання;

— питома теплоємність води;

N — кількість мешканців будинку;

д — норма витрати гарячої води у житлових будинках на одного чоловіка за добу, приймається 105 л/(чол.-діб);

tгр — розрахункова температура гарячої води, приймається +55 оС;

— розрахункова температура холодної (водопровідної) води, приймається взимку +5 оС, а влітку +15 оС.

За формулою 2.4 визначаємо середній тепловий потік на гаряче водопостачання взимку для кожного з житлових будинків:

= 0,0311 Гкал/год = 0,0362 МВт

= 0,0269 Гкал/год = 0,0313 МВт Таким чином максимальний тепловий потік на гаряче водопостачання житлових будинків взимку становитиме (за формулою 2.3) :

Q1 гв. max = 2,4. 0,0362 = 0,0869 МВт;

Q2 гв. max = 2,4. 0,0313 = 0,0751 МВт;

Результати розрахунків зведемо в підсумкову таблицю 2.2.

котельний температура модуль житловий

Таблиця 2.2

Максимальні теплові потоки для кожного споживача теплоти

2.3 Річні витрати теплоти на всі види теплоспоживання Для визначення ряду техніко-економічних показників роботи котельні потрібно знати річну кількість теплової енергії для забезпечення теплопостачання споживачів.

Річні витрати теплоти складаються із витрат на опалення Qоріч та гаряче водопостачання житлових будинків Qгвріч. Отже, кількість витраченої теплоти на всі види тепловикористання визначається:

Q= Qоріч + Qгвріч, ГДж/рік (2.5)

Річні витрати теплоти на опалення визначимо за формулою:

ГДж/рік (2.6)

де Qоmax — максимальний тепловий потік на опалення житлових будинків, МВт;

tср.оп — середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період, tср. оп = -0,9оС;

поп — тривалість опалювального періоду, поп = 180 діб;

tр.о — розрахункова температура на опалення, tр. о = -21оС.

Qo1 річ = 3600. 24. 10−3. 0,180.. 180 = 1 356 ГДж/рік;

Qo2 річ = 3600. 24. 10−3. 0,169.. 180 = 1 274 ГДж/рік;

Річні витрати теплоти на гаряче водопостачання

= 3600. 24. 10−3 [. non +. (350 — non)], ГДж/рік (2.7)

де , — середні теплові потоки відповідно в опалювальний і літній періоди, МВт; = 0,8 .

350- планова тривалість подачі гарячої води споживачам протягом року (15 діб на рік відводиться на проведення профілактичного ремонту водопідігрівачів системи централізованого гарячого водопостачання), доби.

Q = 3600. 24. 10−3. [0,0869. 180 + 0,0700. (350−180)] = 2 380 ГДж/рік

Q = 3600. 24. 10−3. [0,0751. 180 + 0,0601. (350−180)] = 2 051 ГДж/рік В сумарному обчислені річні витрати теплоти складають:

— на опалення:

Qоріч = 1 356 + 1 274 = 2 630 ГДж/рік

— на гаряче водопостачання:

= 2 380 + 2 051 = 4 431 ГДж/рік Загальна річна кількість витраченої теплоти на всі види тепловикористання:

= 2 630 + 4 431 = 7 061 ГДж/рік Результати розрахунків зведемо в підсумкову таблицю 2.3.

Таблиця 2.3

Річні витрати теплоти для кожного споживача теплоти

2.4 Визначення витрат теплоти в залежності від температури зовнішнього повітря Річні витрати тепла тим або іншим тепловикористовуючим об'єктом при змінних погодинних витратах тепла протягом року можна визначити не тільки аналітично (по формулах), але і графоаналітичним методом шляхом побудови графіка повторюваності погодинних витрат тепла протягом року. Такі графіки необхідні також для вирішення ряду питань централізованого теплопостачання: вибору устаткування джерела тепла, вибору режиму завантаження і графіка ремонту цього устаткування, вибору параметрів теплоносія (при ТЕЦ) і т.п.

Для побудови такого графіка випишемо з кліматологічних таблиць кількість годин стояння різних зовнішніх температур для м. Чигирин. Виписку ведемо з інтервалом температур 5—10°С, включаючи в інтервал тривалість стояння даної температури і температур нижче за неї, в годинах. У перший інтервал входить тривалість стояння розрахункової температури для опалення і температур, нижчих за неї. Інтервали та кількість годин стояння різних зовнішніх температур наведені в табл. 2.4.

Таблиця 2.4

Для побудови графіку змін теплових навантажень та графіку витрати теплоти відповідно тривалості опалювального періоду проведемо вісь абсцис і вісь ординат (мал.2.1). Зліва від осі ординат будуємо графік залежності від зовнішньої температури погодинних витрат тепла — окремо за видами теплоспоживання, а потім для сумарної витрати тепла. Праворуч від осі ординат на осі абсцис відкладаємо рівні відрізки, що відповідають певній кількості годин в році. Після цього будуємо сам графік.

Спочатку будуємо графік зміни витрат теплоти (ліва частина графіку).

Графік зміни витрат (потоків) теплоти на опалення Qо в залежності від температури зовнішнього повітря t3 являє собою пряму лінію, яка описується формулою

Qо = Qоmax tвнtз, МВт tвнtро де, Qоmax — максимальний тепловий потік на опалення, МВт;

tвн — розрахункова температура внутрішнього повітря ?С;

tро — розрахункова температура при проектуванні опалення? С, що відповідає середній температурі найхолоднішої п’ятиденки місяця;

tз — поточна температура зовнішнього повітря ?С.

Витрата теплоти на централізоване гаряче водопостачання в опалювальний період не залежить від температури зовнішнього повітря, тому графік відпуску теплоти на гаряче водопостачання являє собою пряму, паралельну осі температур з ординатою Qгв.max.оп, а для неопалювального періоду (при tз ?+8?С) — з ординатою Qгв.max.л .

Максимальний тепловий потік на гаряче водопостачання влітку знаходиться за формулою

Qгв.max.л = Qгв. max •?• 55−15, МВт 55−5

де? — коефіцієнт, який враховує зміну середньої витрати гарячої води в неопалювальний період, порівнюючи з опалювальним періодом; для житлово-комунального сектора приймається? =0,8.

На осі абсцис правої частини графіка знаходимо позначку, відповідну тривалості стояння зовнішніх температур від tз < tро до tро (для м. Чигирин це буде 8 год.), і від цієї позначки проведемо ординату до перетину її з горизонтальною лінією, що відповідає сумарній розрахунковій погодинній витраті тепла. Одержану точку перетину позначимо буквою Р0.

Потім на осі абсцис лівої частини графіка позначимо точкою А1 зовнішню температуру t= -17,5°С, і від цієї позначки проведемо ординату до перетину з лінією сумарної погодинної витрати тепла. Від одержаної точки перетину В1 проводимо у бік правої половини графіка горизонтальну лінію рівних погодинних витрат тепла. Потім на правій частині осі абсцис позначимо наступну тривалість стояння зовнішніх температур і від цієї позначки проведемо ординату до перетину з горизонтальною лінією рівних погодинних витрат. Одержану точку перетину позначимо літерою Р1. Далі аналогічним способом з інтервалом в 5 °C знаходяться точки, відповідні вищим зовнішнім температурам.

Наостанок в правій частині графіка проведемо горизонтальну лінію, відповідну літній годинній витраті тепла, до перетину з ординатою, відповідній загальній розрахунковій кількості годин у році: год=8400 год.

Одержану точку перетину позначимо літерою Р6. З'єднавши кривою точки Р, одержимо графік повторюваності витрат тепла. Площа фігури, що утворилася, обмеженої осями координат і одержаної кривої витрат тепла, виражає у відповідному масштабі річну витрату тепла.

Якщо складну фігуру на графіку, що виражає річну витрату тепла, замінити рівновеликим за площею прямокутником з довжиною, відповідною загальній кількості годин роботи системи теплопостачання, то висота такого прямокутника відповідатиме середньогодинній витраті тепла за рік.

2.5 Побудова температурних графіків Теплове навантаження опалювальних установок змінюється в залежності від температури зовнішнього повітря, залишаючись практично стабільною на протязі доби. Витрата тепла на гаряче водопостачання і для певних технологічних процесів не залежить від температури зовнішнього повітря, але змінюється як по годинах доби, так і по днях тижня.

В цих умовах необхідна штучна зміна параметрів і витрат теплоносія у відповідності з фактичною потребою абонентів. Регулювання підвищує якість теплопостачання, скорочує перевитрату теплової енергії і палива. Якість централізованого теплопостачання і економічність виробленої теплоти джерелом теплопостачання, а також її транспортування залежить від вибраного методу регулювання.

Метою розрахунку якісного регулювання є визначення температури води в тепловій мережі залежно від теплового навантаження за умови постійної витрати води в тепловій мережі. У відповідності з результатами цього розрахунку будують температурні графіки, за допомогою яких встановлюють режим підігрівання води на джерелі теплоти.

Опалення в житлових будинках є основним видом теплового навантаження, тому центральне регулювання системи теплопостачання здійснюється за законом зміни навантаження опалення залежно від температури зовнішнього повітря.

Задачею регулювання навантаження опалення є підтримання в приміщенні, яке опалюється, постійної температури внутрішнього повітря tв при будь-якій температурі зовнішнього повітря t3. При залежній схемі приєднання системи опалення до теплової мережі рівняння температурних графіків якісного регулювання будуть наступні:

* температура теплоносія в подавальному трубопроводі теплової мережі перед змішувальним вузлом:

(2.8)

* температура теплоносія в зворотному трубопроводі після системи опалення

(2.9)

* температура теплоносія в подавальному трубопроводі після вузла змішування системи опалення

(2.10)

де ?1.0, ?2.0 — температура теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах теплової мережі, при регулюванні за навантаженням опалення, °С;

?3.0 — температура теплоносія в подавальному трубопроводі після вузла змішування водяної системи опалення, °С;

tв — середня температура внутрішнього повітря будівлі, °С;

?' = (?'3.0 — ?'2.0) — різниця температур води в системі опалення при розрахунковому тепловому навантаженні, °С;

??'0 — перепад температур води в тепловій мережі при розрахунковому тепловому навантаженні ??'0 = (?'1.0 — ?'2.0) ,°С;

— відносне теплове навантаження на опалення, що визначається з рівняння

(2.11)

де tз, — довільно прийнята зовнішня температура tз? t’о, оС

t’о — розрахункова температура зовнішнього повітря для проектування опалення, оС

?t'0 — температурний напір в системі опалення при розрахунковому тепловому навантаженні, °С, який дорівнює

?'1.0 — температура теплоносія в подавальному трубопроводі теплової мережі при розрахунковому тепловому навантаженні, °С;

?'3.0, ?'2.0 — відповідно температури теплоносія в подавальному трубо-проводі після вузла змішування водяної системи опалення та в зворотному трубопроводі після системи опалення при розрахунковому тепловому навантаженні, °С;

n — показник, який залежить від типу опалювального пристрою та схеми підключення опалювальних пристроїв, в більшості випадків n = 0,25.

Оскільки при переведенні житлових будинків на опалення від автономної котельної змінюється й температурний графік, на абонентських вводах буде відсутнє змішування, і ?'3.0 = ?'1.0, ??' = ?'. В цьому випадку та рівняння температурного графіка в подавальному та зворотному трубопроводах системи опалення при n=0,25 набуває такого вигляду:

(2.12)

де ?' = (?'3.0 — ?'2.0) — різниця температур води в системі опалення при розрахунковому тепловому навантаженні, °С;

?t'0 — температурний напір в системі опалення при розрахунковому тепловому навантаженні, °С;

?'1.0, ?'2.0 ~ температура теплоносія в подавальному та зворотному трубопроводах теплової мережі при розрахунковому тепловому навантаженні та регулюванні за навантаженням опалення, °С;

tв — середня температура внутрішнього повітря будівлі, °С;

— відносне теплове навантаження на опалення.

Температурні графіки визначають залежність необхідних температур води в тепловій мережі від температури навколишнього повітря (табл.2.5, мал.2.2)

Таблиця 2.5 Температурні графіки 130/70 та 95/70

3. ТЕПЛОВЕ ОБЛАДНАННЯ КОТЕЛЬНОЇ

Для теплопостачання двох будинків в м. Нова Каховка по вул. Героїв Сталінграду пропонується застосувати транспортабельну модульну котельну установку ТМКУ-480 виробництва СП «Укрінтерм» м. Біла Церква.

Першим аргументом для вибору модульної котельні є низькі капіталовкладення. Окремі модулі можна перевезти і встановити практично в будь-якому місці. Не менш важливим фактором є не тільки низька ціна самих котлів, але й мінімальні витрати на решту обладнання котельні. Але при виборі до основних переваг все ж таки відноситься простота досконалої модуляції процесу горіння, регулювання тепловиробництва і нагрівання води.

Завдяки продуманому регулюванню з використанням програмної настройки оптимальних робочих параметрів кожного котла збільшується економічність експлуатації котельні.

Модульні котельні - це точно розрахована відповідь на потребу оптимізувати рішення діючих проблем середніх і малих споживачів тепла і гарячої води. Їх основними перевагами є :

— велика вигідність з точки зору капіталовкладення;

— надстандартна економічність експлуатації;

— повністю автоматизований режим роботи;

— бережливість по відношенню до екології.

Завдяки можливості універсального об'єднання декількох котлів з’явилось рішення як отримати гарячу воду і тепло за допомогою з'єднаних модульну (каскадну) схему котлів. Зібрана котельня стає оптимальним джерелом тепла і гарячої води, і тим самим актуальним компромісом між індивідуальним та центральним теплопостачанням житлових, адміністративних і виробничих об'єктів. На користь модульних котелень говорить і швидкість встановлення раніше підготованих модулів, простота догляду і термін дії. А також загальний вигляд без громіздких зовнішніх розподільних сіток, які виглядають неестетично. До великих переваг модульних котелень відноситься і те, що вони не займають багато місця.

Модульні котельні установки ТМКУ застосовуються для теплопостачання та гарячого водопостачання виробничих, житлових та громадських будівель і споруд.

Виготовляються в контейнерах з габаритними розмірами, що дозволяють перевозити їх автомобільним транспортом, на базі нагрівальних модулів МН80еко, МН100еко і МН120еко. Установка може мати від двох до п’яти модулів нагріву, модуль-регулятор температури, модуль приготування гарячої води для споживання, комплекс пристроїв управління і сигналізації для забезпечення роботи в автоматичному режимі.

Модульні котельні установки ТМКУ працюють на природному газі згідно ДСТУ 5542; після встановлення на місці експлуатації і підключення до водяних, газової та електричної мереж установка повністю готова до опалення і гарячого водопостачання.

Технічні характеристики модульних котельних установок наведені в табл.3.1, а розташування внутрішнього обладнання котельної - на мал.3.2

Таблиця 3.1

Технічні характеристики модульних котельних установок ТМКУ

Малюнок 1. Розташування внутрішнього обладнання модульної котельної

3.1 Модуль нагріву системи опалення

В модульних котельних установках ТМКУ в якості модулів нагріву використовуються проточні безінерційні газові апарати (водонагрівачі) в шафовому виконанні.

Випускаються модулі МН80еко, МН100еко та МН120еко (цифри в позначенні вказують номінальну теплопродуктивність).

В модулях нагріву серії МН*еко використовується спеціальний пальник, новий теплообмінник, що дозволяє збільшити теплову потужність, коефіцієнт корисної дії, а також значно знизити викиди шкідливих речовин у зовнішнє середовище.

Малюнок 2. Принципова схема модулів нагріву

Модуль МН має три окремих елемента, які представляють собою проточні водонагрівачі, в склад яких входять газові пальники (1) з електронним розпалюванням, теплообмінники для нагріву теплоносія (2), циркуляційні насоси (3), запірна та регулююча арматура.

Ці елементи незалежні один від одного і відокремлені газовими (4) і водяними (5) кранами від загальних колекторів модуля.

Елементи розташовані один над другим.

Загальні газовий (6) і водяний (7) колектори проходять повз поздовжньої горизонтальної осі модуля та закінчуються по обидва боки модуля приєднувальними фланцями.

Двері (8) придають модулю декоративний вигляд і забезпечують можливість легкого доступу до елементів модуля.

Шафа електрична (9) вміщує пристрої, що забезпечують роботу електричної частини модуля.

Модуль отримує електроживлення від центральної шафи головного розподільчого щита електроуправління. Зняття і подача напруги на кожен елемент модуля здійснюється за допомогою свого вимикача.

На передній панелі електричної шафи знаходяться три вимикача, ручка регулятора температури і чотири індикаторні лампочки, які сигналізують про аварійні ситуації - відсутність тяги або неможливість розпалювання кожного з пальників.

3.2 Модуль приготування гарячої води

В котельних установках ТМКУ для виробництва води для гарячого водопостачання призначені модулі приготування гарячої води МГВ.

В склад конструкції модуля входить теплообмінник, по первинному контуру якого циркулює гаряча вода, нагріта в модулях нагріву котельної установки.

Ця вода передає своє тепло воді, яка циркулює по вторинному контуру теплообмінника, яка потім йде до споживача.

На вхід вторинного контуру подається вода з водопроводу, а також зворотна вода з системи ГВП. Кожен контур модуля має свій циркуляційний насос.

В первинному контурі встановлено трьохходовий клапан змішувального типу, що здійснює підмішування частини води, що виходить з теплообмінника, на повторну циркуляцію через теплообмінник, мимо модулів нагріву.

Команду на виконавчий механізм трьохходового клапану подає регулятор температури, що видає сигнал в залежності від температури води, яка подається на споживання.

Технічні характеристики модулів МГВ наведені в табл.3.2

Таблиця 3.2 Технічні характеристики модулів МГВ

Малюнок 3. Гідравлічна схема модуля приготування гарячої води

4. ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ

Основою проведення енергозберігаючої політики в нашій державі є Комплексна державна програма енергозбереження України (далі - КДПЕ), яка була схвалена Постановою Кабінету Мiнiстрiв України № 148 вiд 5 лютого 1997 р.

Мета КДПЕ України — на основі аналізу існуючого стану та прогнозів розвитку економіки розробити основні напрямки державної політики енергозбереження, що передбачало створення нормативно-правової бази енергозбереження, формування сприятливого економічного середовища, створення цілісної та ефективної системи державного управління енергозбереженням. Стратегічною метою Програми є виведення України з енергетичної та економічної кризи i вихід на рівень передових країн в енергоспоживанні.

Головними завданнями КДПЕ є визначення загального існуючого та перспективного потенціалу енергозбереження, розробка основних напрямків його реалізації у матеріальному виробництві та сфері послуг, створення програми першочергових та перспективних заходів i завдань з підвищення енергоефективностi та освоєння практичного потенціалу енергозбереження. Програма призначена для практичного використання на підприємствах та в організаціях, на місцевому, галузевому та державному рівнях; вона містить конкретні, найважливіші енергозберігаючі заходи, які при їх реалізації даватимуть значний енергозберігаючий та економічний ефект.

Представлені у програмі розробки зі створення системи державного управління енергозбереженням, його нормативно-правової бази з формування економічного середовища, сприятливого для підвищення ефективного використання паливно-енергетичних ресурсів, фактично створили підґрунтя та сформували основи економічних механізмів у сфері енергозбереження. Розробки виконані таким чином, що на їх основі можуть бути створені та сформульовані серії відповідних законів та підзаконних актів, у тому числі й такі, які необхідні для реалізації та функціонування Закону України «Про енергозбереження» .

Найбільшу питому вагу в структурі потенціалу енергозбереження має промисловість — 58?59%, за нею йдуть паливно енергетичний комплекс — 19?20%, комунально-побутове господарство — 11?12%, транспорт — 7?7,7%, сільське господарство — 3?3,5%.

Більша половина резерву енергозбереження в житловому фонді (52,3%) пов’язана з тепловою iзоляцiєю загороджувальних конструкцій житлових будинків. Зараз втрати теплової енергії через стіни в середньому становлять 21,6%, через вікна — 26,6%. Впровадження у комунальній теплоенергетицi труб у пiнополiуретановiй iзоляцiї дозволить заощадити при транспортуванні до 18 млн. Гкал тепла, що еквівалентно 3 млн. т у.п.

Слід зазначити, що щорiчнi втрати тепла в будівлях житлового та державного секторів складають до 10 млн. ккал. Втрати тепла в будівлях Пiвнiчної Європи — у 2−4 рази менші.

Введені в Україні нові нормативи теплової iзоляцiї стін, що в 2−2,5 рази перевищують попередні, вимагають значного зменшення теплових втрат. Так, згідно з нормативами (термічний опір зовнiшнiх стін не менше 2,2 м² °С/Вт) стіни з монолітної цегляної кладки для пiвнiчних районів України повинні зводитися товщиною близько 150 см, а товщина одношарових панелей повинна бути близько 65 см. Звичайно, на практиці це виконати неможливо, тому єдиним способом утеплення стін повинно стати використання шару з ефективного утеплювача.

Підвищення теплозахисних властивостей огороджувальних конструкцій будівель є одним з основних напрямків енергозбереження. Ця проблема повинна вирішуватися комплексно — шляхом впровадження сучасних технічних та конструктивних рішень теплозахисту будівель під час будівництва чи ремонту, впровадженням енергозберігаючого децентралізованого теплопостачання та локального комбінованого виробництва теплової i електричної енергії.

На сьогодні в державі практично відсутні схеми теплопостачання населених пунктів. Нормативна база щодо схем теплопостачання та енергобалансу України передбачена Законом України «Про Загальнодержавну програму реформування і розвитку житлово-комунального господарства на 2004;2010 роки», Основними напрямками урядової політики в економічній та соціальній сфері на 2006 рік, затвердженими постановою Кабінету Міністрів України від 20.01.2006 № 42, розпорядженням Кабінету Міністрів України від 26.06.2006 № 363-р «Про першочергові заходи щодо реформування житлово-комунального господарства», Розпорядженням Президента України № 1199/2005 рп «Про заходи щодо забезпечення енергетичної безпеки України», Указом Президента України № 1863/2005 «Про рішення Ради національної безпеки і оборони України від 9 грудня 2005 року «Про стан енергетичної безпеки України та основні засади державної політики у сфері її забезпечення» .

Розробка оптимальних схем теплопостачання дає змогу:

— перерозподілити теплові навантаження для максимально можливого завантаження найбільш економічних теплоджерел;

— здійснювати переведення у резерв, консервацію або ліквідацію найбільш неефективних джерел;

— переводити частину котелень на роботу в піковому режимі, розробляти схеми їх спільної роботи з базовими джерелами;

— вдосконалити схеми теплових мереж для забезпечення можливості повного завантаження ефективних теплоджерел, а також розумно поєднати надійність та мінімальні теплові втрати;

— визначити райони і окремі будівлі, теплопостачання яких доцільно здійснювати від децентралізованих джерел;

— розробити заходи щодо зростання енергоефективності;

— оптимізувати температурний графік для кожного теплоджерела, визначити необхідність зміни схеми теплопостачання (з відкритої на закриту, із залежної на незалежну) і методу регулювання (якісне, кількісне, ступінчасте);

— визначити резерви теплової потужності в районах міста;

— визначити роботи для нетарифного фінансування з бюджетів і можливих інвестиційних проектів.

Структура енергетичного балансу багато в чому визначає можливості енергозбереження у різних напрямах і оптимальне поєднання енергоощадних заходів. Знання цієї структури дає змогу ухвалювати економічно обґрунтовані інженерні рішення для зниження енергоспоживання і досягати максимального енергозбереження при мінімальних капітальних та експлуатаційних витратах.

З урахуванням вимог по енергозбереженню і енергоефективності в якості джерела автономного опалення житлових будинків обрано транспортабельну модульну котельну установку ТМКУ-480 виробництва СП «Укрінтерм» м. Біла Церква, коефіцієнт корисної дії якої досягає 92%.

Котельня оснащена комплексом пристроїв управління і сигналізації для забезпечення роботи в автоматичному режимі.

Для контролю ефективності спалювання природного газу передбачена установка витратомірних пристроїв, крім того передбачена установка лічильників-витратомірів води та лічильник теплової енергії.

Модулі-регулятори температури використовуються для регулювання температури води в опалювальній системі в залежності від зовнішніх погодних умов.

В склад конструкції модуля входить насос, що здійснює циркуляцію води в опалювальній системі.

Принцип автоматичного регулювання температури води полягає в тому, що трьохходовий клапан розподільчого типу здійснює підмішування частини зворотної води в лінію подавання, мимо модулів нагріву.

Крім того, на насосах застосовані частотні перетворювачі. Особливістю систем водоі теплопостачання є нерівномірність споживання води залежно від часу доби, дня тижня і пори року.

Постійний об'єм подачі приводить до помітного ослаблення тиску в години підвищеного розбору води і до значного підвищення тиску в магістралі, коли витрата води знижується. Підвищення тиску в магістралі веде до втрат води на шляху до споживача і збільшує вірогідність розривів трубопроводу. При застосуванні частотного перетворювача є дві можливості регулювати подачу води: відповідно до заздалегідь складеного графіка (без зворотного зв’язку) і відповідно до реальної витрати (з датчиком тиску або витрати води). Регулювання подачі води дозволяє отримати економію електроенергії до 50%, а також значну економію води і тепла. Виключення прямих пусків двигуна дозволяє понизити пускові струми, уникнути гідравлічних ударів і надлишкового тиску в магістралі, збільшити термін служби двигуна і трубопроводів.

Частотний пуск керованого двигуна забезпечує його плавний без підвищених пускових струмів і механічних ударів розгін, що знижує навантаження на двигун і пов’язані з ним передавальні механізми, збільшує термін їх експлуатації. При цьому з’являється можливість за умовами пуску зниження потужності приводних двигунів навантажених механізмів.

Основні можливості частотного регулювання:

— частотні перетворювачі дозволяють регулювати частоту трифазної напруги живлення керованого двигуна в межах від нуля до 400 Гц.

— розгін і гальмування двигуна здійснюється плавно, при необхідності по лінійному закону від часу. Час розгону і (або) час гальмування від 0,01 з до 50 хв.

— при розгоні двигуна перетворювачі можуть забезпечувати до 150% збільшення пускових і динамічних моментів

— в перетворювачах передбачені електронні самозахисти і захист двигунів від перевантаження по струму, перегрівах, витоках на землю і обривах ліній живлення двигунів.

У світовій практиці регульований електропривод визнаний однією з найбільш ефективних енерго-ресурсо-зберігаючих, екологічно чистих технологій.

Серед інших позитивних факторів слід відмітити відсутність витрат на капітальне будівництво приміщення для котельні; легкість обладнання дозволяє здійснювати монтаж на перекритті будівель без спеціального вантажопідйомного обладнання; розташування на даху виключає витрати на фундамент котельні та зменшує висоту димоходів, що дозволяє ще більше здешевити вартість будівництва.

5. ТЕХНІКО-ЕКОНОМіЧНІ РОЗРАХУНКИ

Тип, марка і кількість котлів, що встановлені в котельні:

проточні безінерційні газові водонагрівачі МН100еко — 4 шт. та МН120еко — 1 шт.

Номінальна (паспортна) потужність котельні: QK Hom =520 кBт.

Паспортний коефіцієнт корисної дії (ККД) котлів при номінальній потужності,? =92%.

Вид палива по паспорту котла — природний газ за ДСТУ 5542.

Розрахункова теплота згоряння палива у робочому стані Qр н, МДж/м3. Приймається QPH =35,0 МДж/м3, або 8350 ккал/м3;

Паспортна питома витрата палива в умовному обчисленні при номінальному навантаженні котла, вук, кг .m/ГДж при відсутності даних визначається за формулою:

BУ. K= 100 = 100 = 37,1 кг у. п/ГДж;

Обсяг річного відпуску теплоти у теплову мережу на потреби опалення та гарячого водопостачання двох житлових будинків

Q річ відп = 7 061 ГДж.

Нормативні витрати теплоти на власні потреби котельні (технологічні потреби хімводопідготовки, на опалення, на втрати теплоти внутрішніми трубопроводами, насосами, баками та ін., витоки та невраховані втрати, приймаються згідно «Норм та вказівок…КТМ204» як відсоток від номінального навантаження котельні:

?Q вп/Qном вир = 2,3%.

Об'єм річного виробництва теплоти Q річ вир визначається за формулою:

Q річ виp = = = 7 227 ГДж.

Річна витрата умовного палива на виробництво теплоти котельнею:

Вріч уп = Ву. к Qріч вир = 37,1 * 7 227 = 268,122 тон у.п.

Річна витрата натурального палива (природного газу) котельнею:

Вріч нп = • Вріч уп = = 224 456, м3

Для визначення реального економічного ефекту від застосування автономної котельні для теплопостачання двох житлових будинків по вул. Грушевського в м. Чигирин необхідно знати і реальні показники підприємства «Чигиринські теплові мережі»: протяжність тепломереж від централізованої котельні до будинків по вул Грушевскього, стан їх ізоляції, осбяги втрат теплової енергії в мережах за рахунок охолодження теплоносія в трубопроводах та за рахунок неминучих витоків теплоносія.

Економічний ефект неможливо обрахувати без врахування поточної струтктури витрат підприємства, обсягів споживання газу, електроенергії, води, ефективності їх використання. Крім того, необхідно знати кількість задіяного обслуговуючого персоналу, фонд оплати праці, тощо.

Проте більш як 14-річна експлуатація транспортабельних модульних котельних установок ТМКУ дозволяє СП «Укрінтерм» з впевненістю сказати, що експлуатаційні характеристики модулів дозволяють значно скоротити споживання газу і електроенергії. Так, при експлуатації котельні ТМКУ-480 потужністю 520 кВт щороку заощаджується:

природного газу — 22 040 м3

електроенергії - 5 049 кВт/год

Малюнок 5.1 Порівняльна характеристика витрат електроенергії на одиницю спожитого тепла

Малюнок 5.2. Порівняльна характеристика собівартості одиниці спожитого тепла

Малюнок 5.3. Порівняльна характеристика витрат при обслуговуванні обладнання в розрахунку на одиницю спожитого тепла

На сьогоднішній день для підприємств комунальної теплоенергетики вартість природного газу, що використовується для потреб опалення та Г. В.П. населення, складає 1310 грн./1000 м3, вартість електроенергії - 0,88 грн./кВт.

Таким чином, в грошовому еквіваленті економія коштів від впровадження автономної модульної котельні ТМКУ-480 складатиме:

по газу 22, 04 * 1310 = 28 870 грн.

по електроенергії 5049 * 0,88 = 4 440 грн.

Оскільки модульні котельні ТМКУ працюють в автоматичному режимі без постійної присутності спеціально підготовленого персоналу, можна орієнтовно припустити, що при цьому вивільняється щонайменше п’ять працівників, тобто річний фонд оплати праці з відрахуваннями зменшиться приблизно на 85 тис. грн.

Загальна річна економія лише по цим трьом показникам складатиме 373,4 тис. грн., а при більш детальних розрахунках виявиться ще більшою.

Згідно прайс-листа на обладнання СП «Укрінтерм», станом на 10.04.12 р. вартість транспортабельної модульної котельні ТМКУ-480Еко складає 36 636 Євро, тобто 384,3 тис. грн.

Навіть якщо припустити, що вартість проектних робіт, монтажу самої модульної котельні та підведення до неї необхідних комунікацій (газо-, водота електропостачання) складатиме вдвічі більшу суму, все одно термін окупності даного проекту не перевищуватиме 3 роки, що є економічно привабливим і може бути рекомендовано до впровадження.

Для кінцевого споживача, крім підвищення теплового комфорту, використання модульної котельні ТМКУ-480 (за даними СП «Укрінтерм»):

~ дозволяє забезпечити економію газу на 30%;

~ електроенергії - на 50%;

~ на 30% знижується собівартість обслуговування обладнання;

~ зменшується на 35−40% оплата мешканцям будинків за опалення і гаряче водопостачання.

6. Охорона праці

Охорона праці грає дуже важливу роль як соціальний чинник. Недотримання вимог охорони праці приводить до економічних втрат, викликає соціально-економічні проблеми і труднощі у людей та в їх сім'ях. Незадовільний стан охорони праці, як чинник накопичення негативної напруги в суспільстві, робить значний вплив на формування політичної ситуації в країні.

При цьому виникають протиріччя між соціально-корисним характером праці і трагедією людини, його сім'ї, близьких при травматизмі, загибелі працівника на виробництві. Особливе значення охорона праці має на об'єктах енергетики у зв’язку з їх великою народногосподарською значущістю, вартістю, можливими тяжкими економічними і екологічними наслідками, а також людськими жертвами.

В коло питань, що розглядаються охороною праці, входить безпека праці, запобігання травматизму і професійним захворюванням, пожеж і вибухів на виробництві, питання правової охорони праці, питання електробезпеки.

Виробничий травматизм характеризується сукупністю травм і нещасних випадків на виробництві:

Причини виробничого травматизму поділяються на:

— організаційні - відсутність або неякісне проведе інструктажів і навчання, відсутність контролю, порушення ви інструкцій, правил, норм, стандартів, законодавства, невиконання заходів щодо охорони праці, несвоєчасний ремонт або заміна несправного і застарілого обладнання, невідповідність нормам санітарно-гігієнічних факторів (освітлення, мікроклімату, повітряного середовища тощо);

— технічні - невідповідність вимогам безпеки праці, несправність виробничого обладнання, інструменту і засобів захисту, конструктивні недоліки обладнання;

— психофізіологічні - помилкові дії внаслідок втоми людей через надмірну важкість і напруженість роботи, монотонність праці, хворобливий стан людини, необережність.

Значна кількість цих факторів відсутні при застосуванні модульної котельні, яка забезпечує автоматичну роботу котельної без постійної присутності спеціально підготовленого персоналу.

Модульна котельна ТМКУ не є об'єктом котлонагляду: модулі нагріву є проточними нагрівачами, а не котлами.

Система технологічної безпеки модульних котельних установок є дворівневою системою.

Перший рівень безпеки Перший рівень безпеки (низовий рівень) є комплексом датчиків, виконавчих і електронних мікропроцесорних пристроїв, які входять до складу конструкції модулів нагріву типу МН. Технологічна безпека роботи модуля забезпечується на апаратно-програмному рівні. Алгоритм управління процесом розпалу пальників і контролю за процесом нагріву здійснюється мікропроцесорним пультом управління з виведенням інформації на рідкокристалічний дисплей. Інформація про поточну температуру носія на виході модуля постійно відображається на світлодіодному дворозрядному дисплеї.

Основні безперервно контрольовані параметри:

— поточне значення температури носія на виході модуля;

— поточні значення температури носія на виході кожного теплообмінника; наявність протоку теплоносія через кожен теплообмінник;

— контроль наявності полум’я на кожному пальнику окремо (три електронні блоки розпалу, контролю полум’я і управління газовими клапанами пальників);

— двоступеневий контроль перегріву кожного теплообмінника (термістор і термоконтактний датчик перегріву);

— контроль тяги;

— контроль і стабілізація тиску газу на пальниках (забезпечуються конструкцією газового клапана і електронним блоком розпалу і контролю полум’я)

— безперервна діагностика стану датчиків безпеки і управління, автодіагностика пульта управління модулем.

Пульт управління модулем дозволяє в покроковому режимі проглянути всі контрольовані параметри і стан датчиків, а також задати параметри управління.

Пульт має два виходи на другий рівень системи технологічної безпеки (РчЗ-485 і сигнальний 01)

Операції блокувань аварійних ситуацій:

— зникнення або інверсія тяги — повна зупинка модуля

— зникнення електроживлення — повна зупинка модуля

— падіння тиску газу на вході пальників — повна зупинка модуля

— несправності мікропроцесорного блоку — повна зупинка модуля

— перегрів теплообмінника — зупинка відповідного пальника

— відсутність протоки носія через теплообмінник — зупинка відповідного пальника

— згасання контрольованого полум’я — зупинка відповідного пальника.

Другий рівень системи технологічної безпеки Другий рівень технологічної безпеки модульних котельних установок є комплексом загальнокотельних датчиків, електронних і електро-механічних пристроїв, локальних пристроїв безпеки тих, що забезпечують безаварійне функціонування модульної котельної установки і її автоматичну зупинку в аварійних ситуаціях.

Другий рівень системи безпеки має першу категорію по електропостачанню ланцюгів контролю і блокувань.

До складу другого рівня безпеки входять:

— датчики пожежної сигналізації;

— пристрій контролю загазованості приміщення котельної (метан і чадний газ);

— датчики контролю несанкціонованого доступу в приміщення котельної;

— датчик низької температури в приміщенні котельної;

— датчик гранично допустимої температури теплоносія в збірному колекторі;

— датчик мінімального тиску теплоносія в збірному колекторі;

— датчик максимального тиску теплоносія в збірному колекторі;

— датчик мінімального тиску в газовому колекторі;

— датчик максимального тиску в газовому колекторі (ввідний електромагнітний газовий клапан);

— пристрої і схеми контролю параметрів електропостачання котельної (електрошафа К електрошафа АВР, автоматика контролю і запуску автономного джерела електропостачання) — котельний пульт сигналізації (типу «СИГНАЛ-1») — виносний пульт сигналізації (типу «СИГНАЛ-2»)

— апаратно-програмний комплекс (АПК) безперервного оперативного контролю за роботою газоспоживаючих установок, що не обслуговуються (регіональна система диспетчеризації).

Автоматика безпеки призначена для контролю за основними теплотехнічними параметрами роботи котельні. Для безперервного контролю довибухонебезпечних концентрацій природного газу в приміщенні котельної застосовуються газоаналізатор «Лелека» КСГ, який окрім природного газу контролює вміст окису вуглецю.

При досягненні концентрацією метану порогу спрацювання електрична система газоаналізатору реалізує наступні функції:

— видає світловий та звуковий сигнали, передає інформацію на віддалений пульт індикації;

— забезпечує комутацію зовнішніх електричних ланцюгів та управляє електромагнітними відсічними клапанами.

Номінальне значення порогу спрацювання:

— по метану (15 7)% НКМЗ

— по окису вуглецю (0,005 0,0025) %

Дія автоматики безпеки зводиться до відсічення газу і допомагає обслуговуючому персоналу при ліквідації аварійних ситуацій. Для припинення або зміни подачі робочого середовища на всіх трубопроводах встановлюються засувки і вентилі. Арматура встановлена в місцях, зручних для обслуговування і ремонту.

Для запобігання ураження електричним струмом при пошкодженні ізоляції, проводки і так далі використані захисні обгороджування, і заземлення виконується відповідно до розділу 1.7 ПУЕ-85. Для забезпечення безпеки обслуговуючого персоналу прийнято занулення. Їх перелік регламентується ПУЕ. Для роботи з електроустаткуванням обслуговуючий персонал забезпечується діелектричними рукавичками, гумовими чобітьми, токовимірювальними кліщами, інструментом з ізольованими ручками.