Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
«Білоруський національний технічний університет»
РЕФЕРАТ
Дисципліна «Енергоефективність»
на тему: «Теплові мережі. Втрати теплової енергії при передачі. Теплова ізоляція. »
Виконав: Шрейдер Ю. А.
Група 306325
Установа освіти
«Білоруський національний технічний університет»
РЕФЕРАТ
Дисципліна «Енергоефективність»
на тему: «Теплові мережі. Втрати теплової енергії при передачі. Теплова ізоляція. »
Виконав: Шрейдер Ю. А.
Група 306325
Мінськ, 2006
Зміст
1. Теплові мережі. 3
2. Втрати теплової енергії при передачі. 6
2.1. Джерела втрат. 7
3. Теплова ізоляція. 12
3.1. Теплоізоляційні матеріали. 13
4. Список використаної літератури. 17
1. Теплові мережі. 3
2. Втрати теплової енергії при передачі. 6
2.1. Джерела втрат. 7
3. Теплова ізоляція. 12
3.1. Теплоізоляційні матеріали. 13
4. Список використаної літератури. 17
1. Теплові мережі.
Теплова мережа - це система міцно і щільно з'єднаних між собою учасників теплопроводів, за якими теплота за допомогою теплоносіїв (пари або гарячої води) транспортується від джерел до теплових споживачам.
Основними елементами теплових мереж є трубопровід, що складається із сталевих труб, з'єднаних між собою за допомогою зварювання, ізоляційна конструкція, призначена для захисту трубопроводу від зовнішньої корозії та теплових втрат, і несуча конструкція, яка сприймає вага трубопроводу і зусилля, що виникають при його експлуатації.
Найбільш відповідальними елементами є труби, які повинні бути достатньо міцними і герметичними при максимальних тисках і температурах теплоносія, мати низьким коефіцієнтом температурних деформацій, малою шорсткістю внутрішньої поверхні, високим термічним опором стінок, що сприяє збереженню теплоти, незмінністю властивостей матеріалу при тривалій дії високих температур і тисків .
Постачання теплотою споживачів (систем опалення, вентиляції, гарячого водопостачання і технологічних процесів) складається з трьох взаємопов'язаних процесів: повідомлення теплоти теплоносія, транспорту теплоносія і використання теплового потенціалу теплоносія. Системи теплопостачання класифікуються за такими основними ознаками: потужності, виду джерела теплоти і виду теплоносія.
За потужністю системи теплопостачання характеризуються дальністю передачі теплоти і числом споживачів. Вони можуть бути місцевими та централізованими. Місцеві системи теплопостачання - це системи, в яких три основних ланки об'єднані і знаходяться в одному або суміжних приміщеннях. При цьому отримання теплоти і передача її повітрю приміщень об'єднані в одному пристрої і розташовані в опалювальних приміщеннях (печі). Централізовані системи, в яких від одного джерела теплоти подається теплота для багатьох приміщень.
По виду джерела теплоти системи централізованого теплопостачання поділяють на районне теплопостачання та теплофікацію. При системі районного теплопостачання джерелом теплоти служить районна котельня, теплофікації-ТЕЦ.
По виду теплоносія системи теплопостачання діляться на дві групи: водяні і парові.
Теплоносій - середовище, що передає теплоту від джерела теплоти до нагрівальних приладів систем опалення, вентиляції і гарячого водопостачання.
Теплоносій отримує теплоту в районній котельні (або ТЕЦ) і по зовнішніх трубопроводах, які носять назву теплових мереж, надходить в системи опалення, вентиляції промислових, громадських і житлових будівель. У нагрівальних приладах, розташованих усередині будівель, теплоносій віддає частину акумульованої в ньому теплоти і відводиться по спеціальних трубопроводах назад до джерела теплоти.
У водяних системах теплопостачання теплоносієм є вода, а в парових - пар. У Білорусі для міст і житлових районів використовуються водяні системи теплопостачання. Пар застосовується на промислових майданчиках для технологічних цілей.
Системи водяних теплопроводів можуть бути однотрубних і двотрубних (в окремих випадках багатотрубному). Найбільш поширеною є двотрубна система теплопостачання (по одній трубі подається гаряча вода споживачеві, за іншою, зворотної, охолоджена вода повертається на ТЕЦ або в котельню). Розрізняють відкриту та закриту системи теплопостачання. У відкритій системі здійснюється "безпосередній водоразбор", тобто гаряча вода з подаючої мережі розбирається споживачами для господарських, санітарно - гігієнічних потреб. При повному використанні гарячої води може бути застосована однотрубна система. Для закритої системи характерно майже повне повернення мережевої води на ТЕЦ (або районну котельню).
До теплоносія систем централізованого теплопостачання висувають такі вимоги: санітарно-гігієнічні (теплоносій не повинен погіршувати санітарні умови в закритих приміщеннях - середня температура поверхні нагрівальних приладів не може перевищувати 70-80), техніко-економічні (щоб вартість транспортних трубопроводів була найменшою, маса нагрівальних приладів - малої і забезпечувався мінімальний витрата палива для нагрівання приміщень) та експлуатаційні (можливість центрального регулювання тепловіддачі систем споживання у зв'язку зі змінними температурами зовнішнього повітря).
Напрямок теплопроводів вибирається з теплової карті району з урахуванням матеріалів геодезичної зйомки, плану існуючих і намічені надземних і підземних споруд, даних про характеристику грунтів і т. д. Питання про вибір типу теплопроводу (надземний або підземний) вирішується з урахуванням місцевих умов та техніко-економічних обгрунтувань.
При високому рівні грунтових і зовнішніх вод, густоті існуючих підземних споруд на трасі проектованого теплопроводу, сильно пересіченій ярами та залізничними шляхами в більшості випадків перевага віддається надземним теплопроводів. Вони також найчастіше застосовуються на території промислових підприємств при спільному прокладанні енергетичних і технологічних трубопроводів на загальних естакадах або високих опорах.
У житлових районах з архітектурних міркувань зазвичай застосовується підземна кладка теплових мереж. Варто сказати, що надземні теплопровідні мережі довговічні і ремонтопрігодни, в порівнянні з підземними. Тому бажано вишукування хоча б часткового використання підземних теплопроводів.
При виборі траси теплопроводу слід керуватися в першу чергу умовами надійності теплопостачання, безпеки праці обслуговуючого персоналу і населення, можливістю швидкої ліквідації несправностей і аварій.
В цілях безпеки та надійності теплопостачання, прокладка мереж не ведеться в загальних каналах з киснепроводу, газопроводами, трубопроводами стисненого повітря з тиском вище 1,6 МПа. При проектуванні підземних теплопроводів за умовами зниження початкових витрат слід вибирати мінімальну кількість камер, споруджуючи їх тільки в пунктах установки арматури і приладів, які потрібно обслуговувати. Кількість потребуючих камер скорочується при застосуванні сильфонних або лінзових компенсаторів, а також осьових компенсаторів з великим ходом (здвоєних компенсаторів), природного компенсації температурних деформацій.
На не проїзної частини допускаються виступаючі на поверхню землі перекриття камер і вентиляційних шахт на висоту 0,4 м. Для полегшення спорожнення (дренажу) теплопроводів, їх прокладають із ухилом до горизонту. Для захисту паропроводу від попадання конденсату з конденсатопроводу в період зупинки паропроводу або падіння тиску пари після конденсатовідвідників повинні встановлюватися зворотні клапани або затвори.
По трасі теплових мереж будується поздовжній профіль, на який наносять планувальні та існуючі відмітки землі, рівень стояння грунтових вод, існуючі та проектовані підземні комунікації, та інші споруди перетинаються теплопроводів, із зазначенням вертикальних відміток цих споруд.
2. Втрати теплової енергії при передачі.
Для оцінки ефективності роботи будь-якої системи, в тому числі теплоенергетичної, зазвичай використовується узагальнений фізичний показник, - коефіцієнт корисної дії (ККД). Фізичний сенс ККД - відношення величини отриманої корисної роботи (енергії) до витраченої. Остання, у свою чергу, являє собою суму отриманої корисної роботи (енергії) і втрат, що виникають в системних процесах. Таким чином, збільшення ККД системи (а значить і підвищення її економічності) можна досягти тільки зниженням величини непродуктивних втрат, що виникають у процесі роботи. Це і є головним завданням енергозбереження.
Основною ж проблемою, що виникає при вирішенні цього завдання, є виявлення найбільш великих складових цих втрат і вибір оптимального технологічного рішення, що дозволяє значно знизити їхній вплив на величину ККД. Причому кожен конкретний об'єкт (мета енергозбереження) має ряд характерних конструктивних особливостей і складові його теплових втрат різні за величиною. І кожного разу, коли мова заходить про підвищення економічності роботи теплоенергетичного обладнання (наприклад, системи опалення), перед прийняттям рішення на користь використання якого-небудь технологічного нововведення, необхідно обов'язково провести детальне обстеження самої системи і виявити найбільш істотні канали втрат енергії. Розумним рішенням буде використання тільки таких технологій, які істотно знизять найбільш великі непродуктивні складові втрат енергії в системі і при мінімальних витратах значно підвищать ефективність її роботи.
2.1 Джерела втрат.
Будь-яку теплоенергетичних систем з метою аналізу можна умовно розбити на три основні ділянки:
1. ділянка виробництва теплової енергії (котельня);
2. ділянку транспортування теплової енергії споживачу (трубопроводи теплових мереж);
3. ділянка споживання теплової енергії (опалювальний об'єкт).
Кожен з наведених ділянок володіє характерними непродуктивними втратами, зниження яких і є основною функцією енергозбереження. Розглянемо кожну ділянку окремо.
1.Участок виробництва теплової енергії. Існуюча котельня.
Головною ланкою на цій ділянці є котлоагрегат, функціями якого є перетворення хімічної енергії палива в теплову і передача цієї енергії теплоносію. У котлоагрегаті відбувається ряд фізико-хімічних процесів, кожен з яких має свій ККД. І будь-який котлоагрегат, яким би досконалим він не був, обов'язково втрачає частину енергії палива в цих процесах. Спрощено схема цих процесів зображено на малюнку.
На ділянці виробництва теплової енергії при нормальній роботі котлоагрегату завжди існують три види основних втрат: з недожогом палива і газами, що йдуть (зазвичай не більше 18%), втрати енергії через обмурівку котла (не більше 4%) і втрати з продувкою і на власні потреби котельні ( близько 3%). Зазначені цифри теплових втрат приблизно близькі для нормального не нового вітчизняного котла (з ККД близько 75%). Більш досконалі сучасні котлоагрегати мають реальний ККД близько 80-85% і стандартні ці втрати у них нижча. Однак вони можуть додатково зростати:
Таким чином, постійні неявні додаткові втрати тільки при виробництві тепла в котельні можуть досягати величини 20-25%!
2. Втрати тепла на ділянці його транспортування до споживача. Існуючі трубопроводи тепломереж.
Зазвичай теплова енергія, передана в котельні теплоносія, надходить в теплотрасу і слід на об'єкти споживачів. Величина КПД даної ділянки зазвичай визначається наступним:
3. Втрати на об'єктах споживачів тепла. Системи опалення та ГВП існуючих будівель.
Найбільш істотними складовими теплових втрат у теплоенергетичних системах є втрати на об'єктах-споживачах. Наявність таких не є прозорим і може бути визначено тільки після появи в теплопункті будівлі приладу обліку теплової енергії, т.зв. теплолічильника. Досвід роботи з величезною кількістю вітчизняних теплових систем, дозволяє вказати основні джерела виникнення непродуктивних втрат теплової енергії. У найпоширенішому випадку такими є втрати:
Головною непрямою причиною наявності та зростання перерахованих вище втрат є відсутність на об'єктах теплоспоживання приладів обліку кількості споживаного тепла. Відсутність прозорої картини споживання тепла об'єктом обумовлює випливає звідси нерозуміння значимості прийняття на ньому енергозберігаючих заходів.
3. Теплова ізоляція
Теплоізоляція, теплова ізоляція, термоізоляція, захист будівель, теплових промислових установок (або окремих їх вузлів), холодильних камер, трубопроводів та іншого від небажаного теплового обміну з навколишнім середовищем. Так, наприклад, у будівництві та теплоенергетиці теплоізоляція необхідна для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище, в холодильній і кріогенної техніки - для захисту апаратури від припливу тепла ззовні. Теплоізоляція забезпечується пристроєм спеціальних огорож, виконуваних з теплоізоляційних матеріалів (у вигляді оболонок, покриттів і т. п.) і ускладнюють теплопередачу; самі ці теплозахисні кошти також називаються теплоізоляцією. При переважній конвективному теплообміні для теплоізоляції використовують огорожі, що містять шари матеріалу, непроникного для повітря; при променистому теплообміні - конструкції з матеріалів, що відображають теплове випромінювання (наприклад, з фольги, металізованої лавсановій плівки); при теплопровідності (основний механізм переносу тепла) - матеріали з розвиненою пористою структурою.
Ефективність теплоізоляції при перенесенні тепла теплопровідністю визначається термічним опором (R) ізолюючої конструкції. Для одношарової конструкції R = d / l, де d - товщина шару ізолюючого матеріалу, l - його коефіцієнт теплопровідності. Підвищення ефективності теплоізоляції досягається застосуванням високопористих матеріалів і пристроєм багатошарових конструкцій з повітряними прошарками.
Завдання теплоізоляції будівель - знизити втрати тепла в холодний період року і забезпечити відносну сталість температури в приміщеннях протягом доби при коливаннях температури зовнішнього повітря. Застосовуючи для теплової ізоляції ефективні теплоізоляційні матеріали, можна істотно зменшити товщину і знизити масу огороджувальних конструкцій і таким чином скоротити витрату основних будматеріалів (цегли, цементу, сталі та ін) і збільшити допустимі розміри збірних елементів.
У теплових промислових установках (промислових печах, котлах, автоклавах і т. п.) теплоізоляція забезпечує значну економію палива, сприяє збільшенню потужності теплових агрегатів і підвищення їх ККД, інтенсифікації технологічних процесів, зниженню витрати основних матеріалів. Економічну ефективність теплоізоляції в промисловості часто оцінюють коефіцієнтом заощадження тепла h = (Q 1 - Q 2) / Q 1 (де Q 1 - втрати тепла установкою без теплоізоляції, а Q 2 - c теплоізоляцією). Теплоізоляція промислових установок, що працюють при високих температурах, сприяє також створенню нормальних санітарно-гігієнічних умов праці обслуговуючого персоналу в гарячих цехах та запобігання виробничого травматизму.
3.1 Теплоізоляційні матеріали
Основні області застосування теплоізоляційних матеріалів - ізоляція огороджувальних будівельних конструкцій, технологічного обладнання (промислових печей, теплових агрегатів, холодильних камер і т. д.) і трубопроводів.
Від якості ізоляційної конструкції теплопроводу залежать не лише теплові втрати, але і його довговічність. При відповідній якості матеріалів і технології виготовлення теплова ізоляція може одночасно виконувати роль антикорозійного захисту зовнішньої поверхні сталевого трубопроводу. До таких матеріалів, відносяться поліуретан і похідні на його основі - полімербетон і бион.
Основні вимоги до теплоізоляційних конструкцій полягає в наступному:
· Низька теплопровідність як у сухому стані так і в стані природної вологості;
· Мале водопоглинання і невелика висота капілярного підйому рідкої вологи;
· Мала корозійна активність;
· Високий електричний опір;
· Лужна реакція середовища (pH> 8,5);
· Достатня механічна міцність.
Основними вимогами для теплоізоляційних матеріалів паропроводів електростанцій та котелень є низька теплопровідність і висока термостійкість. Такі матеріали зазвичай характеризуються великим вмістом повітряних пір і малої об'ємною щільністю. Остання якість цих матеріалів зумовлює їх підвищені гігроскопічність і водопоглинання.
Одне з основних вимог до теплоізоляційних матеріалів для підземних теплопроводів полягає в малому водопоглинання. Тому високоефективні теплоізоляційні матеріали з великим змістом повітряних пір, легко всмоктуючі вологу з навколишнього грунту, як правило, непридатні для підземних теплопроводів.
Розрізняють тверді (плити, блоки, цегла, шкаралупи, сегменти та ін), гнучкі (мати, матраци, джгути, шнури та ін), сипучі (зернисті, порошкоподібні) або волокнисті теплоізоляційні матеріали. По виду основної сировини їх підрозділяють на органічні, неорганічні і змішані.
Органічні в свою чергу діляться на органічні природні й органічні штучні. До органічних природних матеріалів відносяться матеріали, одержувані переробкою неділової деревини та відходів деревообробки (деревноволокнисті плити і деревостружкові плити), сільськогосподарських відходів (солома, очерет та ін), торфу (торфопліти) та ін місцевого органічної сировини. Ці теплоізоляційні матеріали, як правило, відрізняються низькою водо-і біостійкістю. Зазначених недоліків позбавлені органічні штучні матеріали. Дуже перспективними матеріалами цієї підгрупи є пінопласти, одержувані шляхом спінювання синтетичних смол. Пінопласти мають дрібні замкнуті пори і цим відрізняються від поропластов - теж спінених пластмас, але мають з'єднуються пори і тому не використовуються в якості теплоізоляційних матеріалів. Залежно від рецептури і характеру технологічного процесу виготовлення пінопласти можуть бути жорсткими, напівжорсткими і еластичними з порами необхідного розміру; виробам можуть бути додані бажані властивості (наприклад, зменшена горючість). Характерна особливість більшості органічних теплоізоляційних матеріалів - низька вогнестійкість, тому їх застосовують зазвичай при температурах не вище 150 ° С.
Більш вогнестійкі матеріали змішаного складу (фіброліт, арболіт та ін), отримані з суміші мінерального в'яжучого речовини і органічного наповнювача (деревні стружки, тирса і т. п.).
Неорганічні матеріали. Представником цієї підгрупи є алюмінієва фольга (альфоль). Вона застосовується у вигляді гофрованих листів, укладених з утворенням повітряних прошарків. Перевагою цього матеріалу є висока відбивна здатність, що зменшує променистий теплообмін, що особливо помітно при високих температурах. Іншими представниками підгрупи неорганічних матеріалів є штучні волокна: мінеральна, шлаковая і скляна вата. Середня товщина мінеральної вати 6-7 мкм, середній коефіцієнт теплопровідності λ = 0,045 Вт / (м * К). Ці матеріали не горючі, не прохідні для гризунів. Вони мають малу гігроскопічність (не більше 2%), але велика водопоглинання (до 600%).
Легкі і комірчасті бетони (головним чином газобетон і пінобетон), піноскло, скляне волокно, вироби з спученого перліту та ін
Неорганічні матеріали, використовувані як монтажних, виготовляють на основі азбесту (азбестові картон, папір, повсть), сумішей азбесту і мінеральних в'яжучих речовин (асбестодіатомовие, асбестоизвестковокремнеземистые, азбестоцементні вироби) та на основі спучених гірських порід (вермикуліту, перліту).
Для ізоляції промислового обладнання і установок, що працюють при температурах вище 1000 ° С (наприклад, металургійних, нагрівальних та ін печей, топок, котлів і т. д.), застосовують так звані легковагі вогнетриви, що виготовляються з вогнетривких глин або високовогнетривких окислів у вигляді штучних виробів (цегли, блоків різного профілю). Перспективно також використання волокнистих матеріалів теплоізоляції з вогнетривких волокон і мінеральних в'яжучих речовин (коефіцієнт їх теплопровідності при високих температурах в 1,5-2 рази нижче, ніж у традиційних).
Таким чином, є велика кількість теплоізоляційних матеріалів, з яких може здійснюватися вибір в залежності від параметрів і умов експлуатації різних установок, які потребують теплозахисту.
Теплова мережа - це система міцно і щільно з'єднаних між собою учасників теплопроводів, за якими теплота за допомогою теплоносіїв (пари або гарячої води) транспортується від джерел до теплових споживачам.
Основними елементами теплових мереж є трубопровід, що складається із сталевих труб, з'єднаних між собою за допомогою зварювання, ізоляційна конструкція, призначена для захисту трубопроводу від зовнішньої корозії та теплових втрат, і несуча конструкція, яка сприймає вага трубопроводу і зусилля, що виникають при його експлуатації.
Найбільш відповідальними елементами є труби, які повинні бути достатньо міцними і герметичними при максимальних тисках і температурах теплоносія, мати низьким коефіцієнтом температурних деформацій, малою шорсткістю внутрішньої поверхні, високим термічним опором стінок, що сприяє збереженню теплоти, незмінністю властивостей матеріалу при тривалій дії високих температур і тисків .
Постачання теплотою споживачів (систем опалення, вентиляції, гарячого водопостачання і технологічних процесів) складається з трьох взаємопов'язаних процесів: повідомлення теплоти теплоносія, транспорту теплоносія і використання теплового потенціалу теплоносія. Системи теплопостачання класифікуються за такими основними ознаками: потужності, виду джерела теплоти і виду теплоносія.
За потужністю системи теплопостачання характеризуються дальністю передачі теплоти і числом споживачів. Вони можуть бути місцевими та централізованими. Місцеві системи теплопостачання - це системи, в яких три основних ланки об'єднані і знаходяться в одному або суміжних приміщеннях. При цьому отримання теплоти і передача її повітрю приміщень об'єднані в одному пристрої і розташовані в опалювальних приміщеннях (печі). Централізовані системи, в яких від одного джерела теплоти подається теплота для багатьох приміщень.
По виду джерела теплоти системи централізованого теплопостачання поділяють на районне теплопостачання та теплофікацію. При системі районного теплопостачання джерелом теплоти служить районна котельня, теплофікації-ТЕЦ.
По виду теплоносія системи теплопостачання діляться на дві групи: водяні і парові.
Теплоносій - середовище, що передає теплоту від джерела теплоти до нагрівальних приладів систем опалення, вентиляції і гарячого водопостачання.
Теплоносій отримує теплоту в районній котельні (або ТЕЦ) і по зовнішніх трубопроводах, які носять назву теплових мереж, надходить в системи опалення, вентиляції промислових, громадських і житлових будівель. У нагрівальних приладах, розташованих усередині будівель, теплоносій віддає частину акумульованої в ньому теплоти і відводиться по спеціальних трубопроводах назад до джерела теплоти.
У водяних системах теплопостачання теплоносієм є вода, а в парових - пар. У Білорусі для міст і житлових районів використовуються водяні системи теплопостачання. Пар застосовується на промислових майданчиках для технологічних цілей.
Системи водяних теплопроводів можуть бути однотрубних і двотрубних (в окремих випадках багатотрубному). Найбільш поширеною є двотрубна система теплопостачання (по одній трубі подається гаряча вода споживачеві, за іншою, зворотної, охолоджена вода повертається на ТЕЦ або в котельню). Розрізняють відкриту та закриту системи теплопостачання. У відкритій системі здійснюється "безпосередній водоразбор", тобто гаряча вода з подаючої мережі розбирається споживачами для господарських, санітарно - гігієнічних потреб. При повному використанні гарячої води може бути застосована однотрубна система. Для закритої системи характерно майже повне повернення мережевої води на ТЕЦ (або районну котельню).
До теплоносія систем централізованого теплопостачання висувають такі вимоги: санітарно-гігієнічні (теплоносій не повинен погіршувати санітарні умови в закритих приміщеннях - середня температура поверхні нагрівальних приладів не може перевищувати 70-80), техніко-економічні (щоб вартість транспортних трубопроводів була найменшою, маса нагрівальних приладів - малої і забезпечувався мінімальний витрата палива для нагрівання приміщень) та експлуатаційні (можливість центрального регулювання тепловіддачі систем споживання у зв'язку зі змінними температурами зовнішнього повітря).
Напрямок теплопроводів вибирається з теплової карті району з урахуванням матеріалів геодезичної зйомки, плану існуючих і намічені надземних і підземних споруд, даних про характеристику грунтів і т. д. Питання про вибір типу теплопроводу (надземний або підземний) вирішується з урахуванням місцевих умов та техніко-економічних обгрунтувань.
При високому рівні грунтових і зовнішніх вод, густоті існуючих підземних споруд на трасі проектованого теплопроводу, сильно пересіченій ярами та залізничними шляхами в більшості випадків перевага віддається надземним теплопроводів. Вони також найчастіше застосовуються на території промислових підприємств при спільному прокладанні енергетичних і технологічних трубопроводів на загальних естакадах або високих опорах.
У житлових районах з архітектурних міркувань зазвичай застосовується підземна кладка теплових мереж. Варто сказати, що надземні теплопровідні мережі довговічні і ремонтопрігодни, в порівнянні з підземними. Тому бажано вишукування хоча б часткового використання підземних теплопроводів.
При виборі траси теплопроводу слід керуватися в першу чергу умовами надійності теплопостачання, безпеки праці обслуговуючого персоналу і населення, можливістю швидкої ліквідації несправностей і аварій.
В цілях безпеки та надійності теплопостачання, прокладка мереж не ведеться в загальних каналах з киснепроводу, газопроводами, трубопроводами стисненого повітря з тиском вище 1,6 МПа. При проектуванні підземних теплопроводів за умовами зниження початкових витрат слід вибирати мінімальну кількість камер, споруджуючи їх тільки в пунктах установки арматури і приладів, які потрібно обслуговувати. Кількість потребуючих камер скорочується при застосуванні сильфонних або лінзових компенсаторів, а також осьових компенсаторів з великим ходом (здвоєних компенсаторів), природного компенсації температурних деформацій.
На не проїзної частини допускаються виступаючі на поверхню землі перекриття камер і вентиляційних шахт на висоту 0,4 м. Для полегшення спорожнення (дренажу) теплопроводів, їх прокладають із ухилом до горизонту. Для захисту паропроводу від попадання конденсату з конденсатопроводу в період зупинки паропроводу або падіння тиску пари після конденсатовідвідників повинні встановлюватися зворотні клапани або затвори.
По трасі теплових мереж будується поздовжній профіль, на який наносять планувальні та існуючі відмітки землі, рівень стояння грунтових вод, існуючі та проектовані підземні комунікації, та інші споруди перетинаються теплопроводів, із зазначенням вертикальних відміток цих споруд.
2. Втрати теплової енергії при передачі.
Для оцінки ефективності роботи будь-якої системи, в тому числі теплоенергетичної, зазвичай використовується узагальнений фізичний показник, - коефіцієнт корисної дії (ККД). Фізичний сенс ККД - відношення величини отриманої корисної роботи (енергії) до витраченої. Остання, у свою чергу, являє собою суму отриманої корисної роботи (енергії) і втрат, що виникають в системних процесах. Таким чином, збільшення ККД системи (а значить і підвищення її економічності) можна досягти тільки зниженням величини непродуктивних втрат, що виникають у процесі роботи. Це і є головним завданням енергозбереження.
Основною ж проблемою, що виникає при вирішенні цього завдання, є виявлення найбільш великих складових цих втрат і вибір оптимального технологічного рішення, що дозволяє значно знизити їхній вплив на величину ККД. Причому кожен конкретний об'єкт (мета енергозбереження) має ряд характерних конструктивних особливостей і складові його теплових втрат різні за величиною. І кожного разу, коли мова заходить про підвищення економічності роботи теплоенергетичного обладнання (наприклад, системи опалення), перед прийняттям рішення на користь використання якого-небудь технологічного нововведення, необхідно обов'язково провести детальне обстеження самої системи і виявити найбільш істотні канали втрат енергії. Розумним рішенням буде використання тільки таких технологій, які істотно знизять найбільш великі непродуктивні складові втрат енергії в системі і при мінімальних витратах значно підвищать ефективність її роботи.
2.1 Джерела втрат.
Будь-яку теплоенергетичних систем з метою аналізу можна умовно розбити на три основні ділянки:
1. ділянка виробництва теплової енергії (котельня);
2. ділянку транспортування теплової енергії споживачу (трубопроводи теплових мереж);
3. ділянка споживання теплової енергії (опалювальний об'єкт).
Кожен з наведених ділянок володіє характерними непродуктивними втратами, зниження яких і є основною функцією енергозбереження. Розглянемо кожну ділянку окремо.
1.Участок виробництва теплової енергії. Існуюча котельня.
Головною ланкою на цій ділянці є котлоагрегат, функціями якого є перетворення хімічної енергії палива в теплову і передача цієї енергії теплоносію. У котлоагрегаті відбувається ряд фізико-хімічних процесів, кожен з яких має свій ККД. І будь-який котлоагрегат, яким би досконалим він не був, обов'язково втрачає частину енергії палива в цих процесах. Спрощено схема цих процесів зображено на малюнку.
На ділянці виробництва теплової енергії при нормальній роботі котлоагрегату завжди існують три види основних втрат: з недожогом палива і газами, що йдуть (зазвичай не більше 18%), втрати енергії через обмурівку котла (не більше 4%) і втрати з продувкою і на власні потреби котельні ( близько 3%). Зазначені цифри теплових втрат приблизно близькі для нормального не нового вітчизняного котла (з ККД близько 75%). Більш досконалі сучасні котлоагрегати мають реальний ККД близько 80-85% і стандартні ці втрати у них нижча. Однак вони можуть додатково зростати:
- Якщо вчасно і якісно не проведена режимна наладка котлоагрегату з інвентаризацією шкідливих викидів, втрати з недожогом газу можуть збільшуватися на 6-8%;
- Діаметр сопел пальників, встановлених на котлоагрегаті середньої потужності зазвичай не перераховується під реальне навантаження котла. Однак підключена до котла навантаження відрізняється від тієї, на яку розрахована пальник. Ця невідповідність завжди призводить до зниження тепловіддачі від смолоскипів до поверхонь нагріву і зростанням на 2-5% втрат з хімічним недожогом палива і газами, що йдуть;
- Якщо чищення поверхонь котлоагрегатів проводиться, як правило, один раз на 2-3 роки, це знижує ККД котла з забрудненими поверхнями на 4-5% за рахунок збільшення на цю величину втрат з димовими газами. Крім того, недостатня ефективність роботи системи хімводоочищення (ХВО) призводить до появи хімічних відкладень (накипу) на внутрішніх поверхнях котлоагрегату значно знижують ефективність його роботи.
- Якщо котел не обладнаний повним комплектом засобів контролю та регулювання (паромерамі, теплолічильниками, системами регулювання процесу горіння і теплового навантаження) або якщо засоби регулювання котлоагрегату налаштовані неоптимально, то це в середньому додатково знижує його ККД на 5%.
- При порушенні цілісності обмурівки котла виникають додаткові присоси повітря в топку, що збільшує втрати з недожогом і газами, що йдуть на 2-5%
- Використання сучасного насосного обладнання в котельні дозволяє в два-три рази знизити витрати електроенергії на власні потреби котельні та знизити витрати на їх ремонт та обслуговування.
- На кожен цикл "Пуск-останов" котлоагрегату витрачається значна кількість палива. Ідеальний варіант експлуатації котельні - її безперервна робота в діапазоні потужностей, визначеному режимної карти. Використання надійної запірної арматури, високоякісної автоматики і регулюючих пристроїв дозволяє мінімізувати втрати, що виникають із-за коливань потужності та виникнення нештатних ситуацій у котельні.
Таким чином, постійні неявні додаткові втрати тільки при виробництві тепла в котельні можуть досягати величини 20-25%!
2. Втрати тепла на ділянці його транспортування до споживача. Існуючі трубопроводи тепломереж.
Зазвичай теплова енергія, передана в котельні теплоносія, надходить в теплотрасу і слід на об'єкти споживачів. Величина КПД даної ділянки зазвичай визначається наступним:
- ККД мережних насосів, які забезпечують рух теплоносія по теплотрасі;
- втратами теплової енергії по довжині теплотрас, пов'язаними зі способом укладання та ізоляції трубопроводів;
- втратами теплової енергії, пов'язаними з правильністю розподілу тепла між об'єктами-споживачами, т.зв. гідравлічної налаштованістю теплотраси;
- періодично виникаючими під час аварійних і позаштатних ситуацій витоками теплоносія.
- використання вітчизняних потужних мережевих насосів з низьким ККД практично завжди призводить до значних непродуктивних перевитрат електроенергії.
- при великій протяжності трубопроводів теплотрас значний вплив на величину теплових втрат набуває якість теплової ізоляції теплотрас.
- гідравлічна налагодженість теплотраси є основоположним чинником, що визначає економічність її роботи. Підключені до теплотрасі об'єкти теплоспоживання повинні бути правильно шайбіровани таким чином, щоб тепло розподілялося по них рівномірно. В іншому випадку теплова енергія перестає ефективно використовуватися на об'єктах споживання і виникає ситуація з поверненням частини теплової енергії по зворотному трубопроводу на котельню. Крім зниження ККД котлоагрегатів це викликає погіршення якості опалення в найбільш віддалених по ходу тепломережі будівлях.
- якщо вода для систем гарячого водопостачання (ГВП) підігрівається на відстані від об'єкта споживання, то трубопроводи трас ГВП обов'язково повинні бути виконані за циркуляційної схемою. Присутність тупикової схеми ГВС фактично означає, що близько 35-45% теплової енергії, що йде на потреби ГВП, витрачається даремно.
3. Втрати на об'єктах споживачів тепла. Системи опалення та ГВП існуючих будівель.
Найбільш істотними складовими теплових втрат у теплоенергетичних системах є втрати на об'єктах-споживачах. Наявність таких не є прозорим і може бути визначено тільки після появи в теплопункті будівлі приладу обліку теплової енергії, т.зв. теплолічильника. Досвід роботи з величезною кількістю вітчизняних теплових систем, дозволяє вказати основні джерела виникнення непродуктивних втрат теплової енергії. У найпоширенішому випадку такими є втрати:
- в системах опалення пов'язані з нерівномірним розподілом тепла по об'єкту споживання і нерациональностью внутрішньої теплової схеми об'єкта (5-15%);
- в системах опалення пов'язані з невідповідністю характеру опалення поточним погодним умовам (15-20%);
- в системах ГВП через відсутність рециркуляції гарячої води втрачається до 25% теплової енергії;
- в системах ГВП через відсутність або непрацездатності регуляторів гарячої води на бойлерах ГВП (до 15% навантаження ГВП);
- в трубчастих (швидкісних) бойлерах через наявність внутрішніх витоків, забруднення поверхонь теплообміну і труднощі регулювання (до10-15% навантаження ГВП).
Головною непрямою причиною наявності та зростання перерахованих вище втрат є відсутність на об'єктах теплоспоживання приладів обліку кількості споживаного тепла. Відсутність прозорої картини споживання тепла об'єктом обумовлює випливає звідси нерозуміння значимості прийняття на ньому енергозберігаючих заходів.
3. Теплова ізоляція
Теплоізоляція, теплова ізоляція, термоізоляція, захист будівель, теплових промислових установок (або окремих їх вузлів), холодильних камер, трубопроводів та іншого від небажаного теплового обміну з навколишнім середовищем. Так, наприклад, у будівництві та теплоенергетиці теплоізоляція необхідна для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище, в холодильній і кріогенної техніки - для захисту апаратури від припливу тепла ззовні. Теплоізоляція забезпечується пристроєм спеціальних огорож, виконуваних з теплоізоляційних матеріалів (у вигляді оболонок, покриттів і т. п.) і ускладнюють теплопередачу; самі ці теплозахисні кошти також називаються теплоізоляцією. При переважній конвективному теплообміні для теплоізоляції використовують огорожі, що містять шари матеріалу, непроникного для повітря; при променистому теплообміні - конструкції з матеріалів, що відображають теплове випромінювання (наприклад, з фольги, металізованої лавсановій плівки); при теплопровідності (основний механізм переносу тепла) - матеріали з розвиненою пористою структурою.
Ефективність теплоізоляції при перенесенні тепла теплопровідністю визначається термічним опором (R) ізолюючої конструкції. Для одношарової конструкції R = d / l, де d - товщина шару ізолюючого матеріалу, l - його коефіцієнт теплопровідності. Підвищення ефективності теплоізоляції досягається застосуванням високопористих матеріалів і пристроєм багатошарових конструкцій з повітряними прошарками.
Завдання теплоізоляції будівель - знизити втрати тепла в холодний період року і забезпечити відносну сталість температури в приміщеннях протягом доби при коливаннях температури зовнішнього повітря. Застосовуючи для теплової ізоляції ефективні теплоізоляційні матеріали, можна істотно зменшити товщину і знизити масу огороджувальних конструкцій і таким чином скоротити витрату основних будматеріалів (цегли, цементу, сталі та ін) і збільшити допустимі розміри збірних елементів.
У теплових промислових установках (промислових печах, котлах, автоклавах і т. п.) теплоізоляція забезпечує значну економію палива, сприяє збільшенню потужності теплових агрегатів і підвищення їх ККД, інтенсифікації технологічних процесів, зниженню витрати основних матеріалів. Економічну ефективність теплоізоляції в промисловості часто оцінюють коефіцієнтом заощадження тепла h = (Q 1 - Q 2) / Q 1 (де Q 1 - втрати тепла установкою без теплоізоляції, а Q 2 - c теплоізоляцією). Теплоізоляція промислових установок, що працюють при високих температурах, сприяє також створенню нормальних санітарно-гігієнічних умов праці обслуговуючого персоналу в гарячих цехах та запобігання виробничого травматизму.
3.1 Теплоізоляційні матеріали
Основні області застосування теплоізоляційних матеріалів - ізоляція огороджувальних будівельних конструкцій, технологічного обладнання (промислових печей, теплових агрегатів, холодильних камер і т. д.) і трубопроводів.
Від якості ізоляційної конструкції теплопроводу залежать не лише теплові втрати, але і його довговічність. При відповідній якості матеріалів і технології виготовлення теплова ізоляція може одночасно виконувати роль антикорозійного захисту зовнішньої поверхні сталевого трубопроводу. До таких матеріалів, відносяться поліуретан і похідні на його основі - полімербетон і бион.
Основні вимоги до теплоізоляційних конструкцій полягає в наступному:
· Низька теплопровідність як у сухому стані так і в стані природної вологості;
· Мале водопоглинання і невелика висота капілярного підйому рідкої вологи;
· Мала корозійна активність;
· Високий електричний опір;
· Лужна реакція середовища (pH> 8,5);
· Достатня механічна міцність.
Основними вимогами для теплоізоляційних матеріалів паропроводів електростанцій та котелень є низька теплопровідність і висока термостійкість. Такі матеріали зазвичай характеризуються великим вмістом повітряних пір і малої об'ємною щільністю. Остання якість цих матеріалів зумовлює їх підвищені гігроскопічність і водопоглинання.
Одне з основних вимог до теплоізоляційних матеріалів для підземних теплопроводів полягає в малому водопоглинання. Тому високоефективні теплоізоляційні матеріали з великим змістом повітряних пір, легко всмоктуючі вологу з навколишнього грунту, як правило, непридатні для підземних теплопроводів.
Розрізняють тверді (плити, блоки, цегла, шкаралупи, сегменти та ін), гнучкі (мати, матраци, джгути, шнури та ін), сипучі (зернисті, порошкоподібні) або волокнисті теплоізоляційні матеріали. По виду основної сировини їх підрозділяють на органічні, неорганічні і змішані.
Органічні в свою чергу діляться на органічні природні й органічні штучні. До органічних природних матеріалів відносяться матеріали, одержувані переробкою неділової деревини та відходів деревообробки (деревноволокнисті плити і деревостружкові плити), сільськогосподарських відходів (солома, очерет та ін), торфу (торфопліти) та ін місцевого органічної сировини. Ці теплоізоляційні матеріали, як правило, відрізняються низькою водо-і біостійкістю. Зазначених недоліків позбавлені органічні штучні матеріали. Дуже перспективними матеріалами цієї підгрупи є пінопласти, одержувані шляхом спінювання синтетичних смол. Пінопласти мають дрібні замкнуті пори і цим відрізняються від поропластов - теж спінених пластмас, але мають з'єднуються пори і тому не використовуються в якості теплоізоляційних матеріалів. Залежно від рецептури і характеру технологічного процесу виготовлення пінопласти можуть бути жорсткими, напівжорсткими і еластичними з порами необхідного розміру; виробам можуть бути додані бажані властивості (наприклад, зменшена горючість). Характерна особливість більшості органічних теплоізоляційних матеріалів - низька вогнестійкість, тому їх застосовують зазвичай при температурах не вище 150 ° С.
Більш вогнестійкі матеріали змішаного складу (фіброліт, арболіт та ін), отримані з суміші мінерального в'яжучого речовини і органічного наповнювача (деревні стружки, тирса і т. п.).
Неорганічні матеріали. Представником цієї підгрупи є алюмінієва фольга (альфоль). Вона застосовується у вигляді гофрованих листів, укладених з утворенням повітряних прошарків. Перевагою цього матеріалу є висока відбивна здатність, що зменшує променистий теплообмін, що особливо помітно при високих температурах. Іншими представниками підгрупи неорганічних матеріалів є штучні волокна: мінеральна, шлаковая і скляна вата. Середня товщина мінеральної вати 6-7 мкм, середній коефіцієнт теплопровідності λ = 0,045 Вт / (м * К). Ці матеріали не горючі, не прохідні для гризунів. Вони мають малу гігроскопічність (не більше 2%), але велика водопоглинання (до 600%).
Легкі і комірчасті бетони (головним чином газобетон і пінобетон), піноскло, скляне волокно, вироби з спученого перліту та ін
Неорганічні матеріали, використовувані як монтажних, виготовляють на основі азбесту (азбестові картон, папір, повсть), сумішей азбесту і мінеральних в'яжучих речовин (асбестодіатомовие, асбестоизвестковокремнеземистые, азбестоцементні вироби) та на основі спучених гірських порід (вермикуліту, перліту).
Для ізоляції промислового обладнання і установок, що працюють при температурах вище 1000 ° С (наприклад, металургійних, нагрівальних та ін печей, топок, котлів і т. д.), застосовують так звані легковагі вогнетриви, що виготовляються з вогнетривких глин або високовогнетривких окислів у вигляді штучних виробів (цегли, блоків різного профілю). Перспективно також використання волокнистих матеріалів теплоізоляції з вогнетривких волокон і мінеральних в'яжучих речовин (коефіцієнт їх теплопровідності при високих температурах в 1,5-2 рази нижче, ніж у традиційних).
Таким чином, є велика кількість теплоізоляційних матеріалів, з яких може здійснюватися вибір в залежності від параметрів і умов експлуатації різних установок, які потребують теплозахисту.
4. Список використаної літератури.
1. Андрюшенко А.І., Амінов Р.З., Хлебалін Ю.М. «Теплофікаційні установки та їх використання». М.: Вищ. школа, 1983.
2. Ісаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. «Теплопередача». М.: енергоіздат, 1981.
3. Р.П. Грушман «Що потрібно знати теплоізоліровщіку». Ленінград; Стройиздат, 1987.
4. Соколов В. Я. «Теплофікація і теплові мережі» Видавництво М.: Енергія, 1982.
5. Теплове обладнання та теплові мережі. Г.А. Арсеньєв та ін М.: Вища школа, 1988.
6. «Теплопередача» В.П. Ісаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. Москва; Енергоіздат, 1981.
1. Андрюшенко А.І., Амінов Р.З., Хлебалін Ю.М. «Теплофікаційні установки та їх використання». М.: Вищ. школа, 1983.
2. Ісаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. «Теплопередача». М.: енергоіздат, 1981.
3. Р.П. Грушман «Що потрібно знати теплоізоліровщіку». Ленінград; Стройиздат, 1987.
4. Соколов В. Я. «Теплофікація і теплові мережі» Видавництво М.: Енергія, 1982.
5. Теплове обладнання та теплові мережі. Г.А. Арсеньєв та ін М.: Вища школа, 1988.
6. «Теплопередача» В.П. Ісаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. Москва; Енергоіздат, 1981.