Full Text

Введение Энергоэффективность тепловых сетей определяется в соответствии с рекомендациями СП 124.13330.2012 «Тепловые сети» следующим образом: (1) где - количество тепловой энергии, полученной потребителями, Вт; - количество тепловой энергии, переданной от источника теплоты, Вт. Энергоэффективность зависит от многих факторов, в том числе от потерь тепловой энергии за счет теплопередачи через теплоизолированные конструкции трубопроводов тепловых сетей, расхода тепловой энергии при транспортировке теплоносителя и других факторов, указанных в СП 124.13330.2012. Наибольший вклад в общую величину потерь теплоты вносят: - потери теплоты через теплоизоляционную конструкцию из-за неверно выбранного теплоизоляционного материала, не отвечающего современным требованиям, или из-за отсутствия точного расчета необходимой толщины такого материала согласно СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов», а также [1-5]; - потери теплоты при транспортировке теплоносителя, т.е. по длине трубопровода, которые во многом зависят от перечисленных выше факторов, а также выбранного способа прокладки трубопроводов [6-11]. Все эти факторы взаимосвязаны друг с другом. Основная часть Рассмотрим более подробно влияние применяемого материала тепловой изоляции на выбор способа прокладки тепловой сети. Не все современные теплоизоляционные материалы предназначены для подземной бесканальной прокладки. Как правило, при таком способе прокладки применяются трубопроводы в заводской изоляции из ППУ (пенополиуретана) в ПЭ (полиэтиленовой) оболочке [10-13]. Толщина тепловой изоляции, рассчитанная по нормируемой плотности теплового потока, одного участка тепловой сети (dн = 530 мм) для разных способов подземной прокладки приведена в табл. 1. Исходные данные для расчета обоих вариантов одинаковые, а именно: - район расположения тепловой сети - Санкт-Петербург; - средняя глубина заложения трубопровода - 2 м; - температура грунта на глубине заложения - 7,2 °С; - среднегодовая температура теплоносителя tw - 90/50 °С; - коэффициент теплопроводности ППУ изоляции - 0,043 Вт/(м×°С); - начальная температура воздуха в канале - 25-30 °С; - габаритные размеры канала - 2,4´1,5 м. Таблица 1 Результаты расчета толщины тепловой изоляции Table 1 The results of the calculation of the thickness of thermal insulation Участок Бесканальная прокладка Канальная прокладка трубопровод трубопровод подающий обратный подающий обратный di 0,683 0,751 0,635 0,624 ql 84 32 84 32 rtot 0,986 1,338 0,731 0,669 δ 0,111 0,077 0,052 0,048 rtot из 1,330 0,982 0,730 0,669 Параметры канала (КН) dэкв - - 1,847 h - - 2 rк - - 0,196 tк - - 28,637 Проведенные исследования наглядно показывают, что при канальной прокладке полученные значения толщины тепловой изоляции на 30-50 % ниже аналогичных значений при бесканальной прокладке. Результаты расчета представлены на рис. 1. Тепловой расчет с определением потерь теплоты через изолированную поверхность трубопровода выполнялся по следующей методике [14, 15]. Рис. 1. Толщина тепловой изоляции при различных способах подземной прокладки трубопроводов ТС Fig. 1. The thickness of thermal insulation for various methods of underground laying of pipelines TC Плотность теплового потока, Вт/м, определяется по формуле , (2) где - температура внутренней поверхности изоляции, °С; - температура наружной поверхности изоляции, °С; - термическое сопротивление изоляционного слоя, (м∙°С)/Вт; dиз - наружный диаметр изоляционного слоя, м; dн - наружный диаметр изолируемого объекта, м. Для определения теплового потока через изоляцию необходимо учесть дополнительный тепловой поток через опору, арматуру и другое оборудование тепловой сети, Вт, по формуле (3) где L - действительная длина рассчитываемого участка, м; Lр - расчетная длина трубопровода с учетом дополнительных потерь, м; Kп - коэффициент, учитывающий дополнительный тепловой поток через опоры и подвески, определяется по табл. 2; Lдоп - дополнительная длина изолированного трубопровода, эквивалентная тепловому потоку арматуры и фланцевом соединении, установленной на трубопроводе, м. Результаты расчета приведены в табл. 3. Результаты теплового расчета, представленные на рис. 2, наглядно демонстрируют снижение потерь теплоты подающим и обратным трубопроводом при канальной прокладке по сравнению с бесканальной прокладкой (на 47-65 %) и, следовательно, повышение энергоэффективности тепловой сети. Таблица 2 Дополнительный тепловой поток Kп Table 2 Additional heat flow KP Вид крепления трубопровода Коэффициент Kп для трубопровода диаметром до 159 мм более 159 мм Опора 1,2 1,15 Подвески 1,05 1,05 Таблица 3 Результаты расчета теплового потока через изолированную поверхность Table 3 The results of the calculation of the heat flux through the insulated surface Величина Подземная бесканальная прокладка Подземная прокладка в одноячейковом непроходном канале трубопровод трубопровод подающий обратный подающий обратный ql 53,20 7,74 18,48 4,03 Q 33253 4839 11552 2521 L 500 Пояснения для выполнения расчета температурного поля приведены на рис. 3. Рис. 2. Результаты расчета потерь теплоты подающим и обратным трубопроводами ТС Fig. 2. The results of the calculation of heat loss feed and return pipelines of the heat network Рис. 3. Температурные поля трубопроводов при бесканальной и канальной прокладке: а - бесканальная прокладка трубопроводов; б - канальная прокладка трубопроводов; 1 - ориентировочное температурное поле вокруг подающего трубопровода; 2 - то же, вокруг обратного трубопровода; А - произвольная точка; х - расстояние от оси подающего трубопровода до точки А, м; у - глубина заложения точки А, м; tо - температура окружающей среды, °С; lгр - коэффициент теплопроводности грунта, Вт/м∙°С; Rиз1, Rиз2 - сопротивление теплопередаче тепловой изоляции, м2∙°С/Вт; tк - температура в канале, °С; d1, d2 - толщина теплоизоляционного слоя, м Fig. 3. Temperature fields of pipelines with channelless and channel laying: a - channelless laying of pipelines, b - channel laying of pipelines; 1 - approximate temperature field around the supply pipe; 2 - the same, around the return pipe; A is an arbitrary point; x is the distance from the axis of the supply pipe to point A, m; y - the depth of the point A, m; tо - ambient temperature, °С; lгр - soil thermal conductivity coefficient, (W/m ∙ °С); Rиз1, Rиз2 - heat transfer resistance of thermal insulation, (m2 ∙ С/W); tк - channel temperature, °С; d1, d2 - thickness of the insulating layer, m Температурное поле, °C, вокруг двухтрубного трубопровода при бесканальной прокладке рассчитывается по формуле [1, 2] , (4) где q1 и q2 - плотность теплового потока подающего и обратного трубопровода, Вт/м. Температурное поле для одноячейкового непроходного канала определяется по формуле , (5) где tо - температура окружающей среды, °С; tк - температура в канале, °С; R - полное термическое сопротивление, (м∙°С/Вт). Результаты расчета приведены в табл. 4. Таблица 4 Результаты расчета температурного поля Table 4 The results of the calculation of the temperature field На расстоянии 2,0 м Способ прокладки tx,y, °С (п) tx,y, °С (о) tо, °С t, °С h, м x, м (п) x, м (о) D, м (п) D/2, м (п) D, м (о) D/2, м (о) qп, Вт/м qо, Вт/м Канальная 7,46 7,46 7,2 28,6 2 2,32 2,31 0,63 0,32 0,62 0,31 - - Бесканальная 22,89 22,86 7,2 - 2 2,84 2,86 0,68 0,34 0,75 0,37 80,21 28,96 Заключение В результате проведенных исследований можно сделать вывод, что применение подземной прокладки трубопроводов тепловых сетей в непроходных каналах по сравнению с бесканальной прокладкой при прочих равных условиях позволяет уменьшить необходимую толщину материала тепловой изоляции на 30-50 %, а также приводит к снижению потерь теплоты при транспортировке теплоносителя на 47-65 %. Кроме того, температурное поле, образующееся вокруг трубопроводов работающих тепловых сетей, при канальном способе прокладки на расстоянии 2 м от конструкции практически равно температуре грунта на глубине заложения трубопровода. В то же время температурное поле, образующееся вокруг трубопроводов, проложенных бесканальным способом, превышает это значение более чем в 3 раза, что вызывает необходимость применения дополнительных мер по защите других инженерных коммуникаций, находящихся в зоне действия тепловой сети, от нагрева, не предусмотренного технологическим циклом. Между тем на выбор способа прокладки трубопроводов тепловых сетей, кроме рассмотренных факторов, влияют рельеф местности, геологические особенности района, стесненность, из-за наличия других коммуникаций, и многие другие факторы, в том числе экономические [15].

About the authors

E. A Biryuzova

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering

A. S Glukhanov

Mozhaisky Military Space Academy

References

Statistics

Views

Abstract - 701

PDF (Russian) - 486

Refbacks

• There are currently no refbacks.