Изобретение относится к области модернизации систем теплоснабжения при реконструкции отдельных зданий и объединенных месторасположением групп зданий посредством уширения и/или повышения этажности существующих и постройки новых зданий с целью уплотнения застройки при существующей инфраструктуре. Согласно изобретению при модернизации двухтрубных систем теплоснабжения производят перераспределение подачи теплоносителя между потребителями тепла, присоединенными к одному ответвлению сети теплоснабжения таким образом, что для перевода на газ отопления и горячего теплоснабжения части газифицированных зданий, подключенных к одному ответвлению сети теплоснабжения, их дополнительно оборудуют квартирными или домовыми газовыми источниками отопления и горячей воды, а освобождаемую при этом тепловую мощность сети направляют для теплоснабжения реконструируемых и/или новых зданий, присоединенных к этому же ответвлению сети теплопровода.

[0001] Способ модернизации двухтрубной системы теплоснабжения реконструируемых и новых зданий микрорайона или жилого массива, заключающийся в том, что с целью сохранения существующей сети и режима теплоснабжения производят перераспределение подачи теплоносителя между потребителями тепла, присоединенными к одному ответвлению сети теплоснабжения посредством того, что снабжение теплом и горячей водой части газифицированных зданий, подключенных к одному ответвлению сети теплоснабжения, переводят на газ путем их дополнительного оборудования квартирными или домовыми газовыми источниками отопления и горячей воды, а освобождаемую при этом тепловую мощность сети направляют для теплоснабжения реконструируемых и/или новых зданий, подключенных к этому же ответвлению сети теплопровода, отличающийся тем, что при каждом перераспределении подачи теплоносителя между потребителями тепла для сохранения постоянства гидравлического режима функционирования системы теплоснабжения дополнительно производят гидравлическую увязку его параметров следующим образом:на основании определения сопротивления участков сети и проводимости потребителей для нормального режима теплоснабжения по известным значениям потери напора и расхода воды и последующего определения сопротивления и проводимости участков сети после перевода на газовый источник тепла одного или нескольких потребителей и их отключения от центральной сети теплоснабжения вычисляют общие гидравлические сопротивления системы теплоснабжения и составляют графики напоров для указанных режимов и далее соответствующим образом изменяют гидравлическое сопротивление сети теплоснабжения в сторону обеспечения его постоянства.

[0002] Способ по п.1, отличающийся тем, что локальные отводы в тепловые пункты реконструируемых или новых зданий от наружной сети теплоснабжения подключают перед отводами по ходу движения горячего теплоносителя в здания с переведенным на газ теплоснабжением.

Изобретение относится к области модернизации систем теплоснабжения при реконструкции отдельных зданий и объединенных месторасположением групп зданий посредством уширения и/или повышения этажности существующих и постройки новых зданий с целью уплотнения застройки при существующей инфраструктуре.

Возможное увеличение площади и объема жилого здания при его реконструкции может составлять в 2-4 раза. При таком увеличении площади и объема дополнительное утепление ограждающих конструкций старой части здания становится совершенно недостаточным для компенсации роста теплопотребления для обеспечения нормального отопления реконструированного здания и возникает потребность в получении дополнительной тепловой энергии.

При условии сохранения старой распределительной сети теплоснабжения дополнительное тепло для реконструированного дома можно получить за счет других потребителей и, в частности, за счет тепловой реабилитации соседних старых домов, не планируемых к реконструкции по разным причинам.

Однако перераспределение тепловых нагрузок между потребителями теплоснабжения при повсеместном использовании качественного регулирования и зависимом присоединении (через гидроэлеваторы) потребителей приводит к изменению гидравлического режима системы теплоснабжения. Для компенсации изменения гидравлического режима системы теплоснабжения и сохранения необходимой подачи тепла к каждому потребителю при значительном перераспределении тепловых нагрузок необходимо применение не только качественного, но и количественного регулирования, что связано с необходимостью изменения режима работы насосных установок. Последнее для сохранения высокого КПД насосных установок требует регулировки оборотов электроприводов, что требует их дооборудования. Кроме того, изменение гидравлического режима путем повышения давления в старой системе теплоснабжения нежелательно из-за возможного роста аварийности системы.

Поэтому необходимо использовать такой способ реконструкции двухтрубной системы теплоснабжения, при котором остается неизменным режим работы насосных установок без повышения давления в системе.

Известен способ регулирования давления текучей среды [2], относящийся к трубопроводному транспорту, в частности для снабжения большого числа потребителей текучей средой с повышенным давлением. Для обеспечения всех потребителей необходимой текучей средой, в частности теплоносителем, принимают регулировочную характеристику, которая задается между минимумом и максимумом таким образом, что в направлении возрастающего давления характеристика лежит выше прямой, соединяющей точки минимального давления и максимального давления. На регулятор давления постоянно подают сигнал, пропорциональный количеству протекающей среды или скорости ее потока. При отклонении действительного значения количества или скорости среды и соответственного давления от заданного регулируют число оборотов двигателя с целью компенсации отклонения. Техническим результатом этого изобретения, как сказано в описании [2], является снижение нагрузки на систему труб с имеющимися агрегатами. К отрицательным факторам данного способа следует отнести усложнение системы теплоснабжения из-за ввода специального регулятора давления с управляющим устройством, излишний расход энергии на прокачку теплоносителя при отрицательном регулировании клапаном и необходимость системы регулировки числа оборотов двигателя. Поэтому данный способ мало пригоден для осуществления цели регулировки перераспределения подачи тепла потребителям.

В качестве прототипа принят способ регулирования распределения теплоносителя в системе теплоснабжения с использованием основного и дополнительного источников тепла и система для его осуществления [3]. В этом изобретении рассматривается случай, когда в конце одного из ответвлений теплосети появляется дополнительный источник с постоянным отпуском тепла. Задачей этого изобретения являлось рациональное использование этого источника тепла без капитальной переделки существующей теплосети, что достигается регулированием подачи теплоносителя в системе теплоснабжения путем периодического и поочередного подключения части потребителей, ближайших к дополнительному источнику тепла и подключенных к основному трубопроводу, и, соответственно, отключения этих потребителей от основного источника тепла.

При этом в системе на участке подключаемых к дополнительному источнику тепла потребителей поддерживают требуемое давление в обратном трубопроводе за счет подпитки насосами из основного обратного трубопровода, подключенного к основному источнику тепла. В системе теплоснабжения для регулирования распределения теплоносителя по прототипу устанавливаются секционные заглушки или вентили для подключения (или отключения) их к дополнительному источнику тепла или отключения (или подключения) от основного источника тепла, а на обратном трубопроводе к обеим сторонам секционных заглушек этой части потребителей подключены обводные трубопроводы, связанные с подпиточными насосами.

Таким образом, модернизация двухтрубной системы теплоснабжения в прототипе предлагаемого изобретения заключается в том, что для получения дополнительного тепла и регулирования тепловой нагрузки между основным и дополнительным источниками тепла предусмотрены создание дополнительного источника тепла и существенная конструктивная реконструкция имеющейся сети теплоснабжения. Такой принцип экономически и технологически не рационален для использования в модернизации двухтрубной системы теплоснабжения при реконструкции существующего жилого фонда и обеспечения теплом новых зданий, построенных на свободных площадях данного квартала и(или) микрорайона.

Задачами предлагаемого способа реконструкции двухтрубной системы теплоснабжения являются:

высвобождение части тепловой мощности сети теплоснабжения для ее использования в реконструируемых (надстраиваемых и/или расширяемых) и/или новых зданиях;

сохранение неизменного гидравлического режима сети теплоснабжения с целью исключения необходимости в ее реконструкции;

регулирование режимных параметров системы теплоснабжения путем изменения гидравлических сопротивлений отдельных участков;

повышение экономических и материальных показателей при реконструкции систем энергообеспечения зданий.

Достижение технического результата в соответствии с указанными задачами обеспечивается предлагаемым способом реконструкции двухтрубной системы теплоснабжения, включающим сохранение существующей сети теплопровода и режима теплоснабжения, отличие которого в том, что, согласно изобретению, производят перераспределение подачи теплоносителя между потребителями тепла, присоединенными к одному ответвлению сети теплоснабжения, таким образом, что для перевода на газ отопления и горячего теплоснабжения части газифицированных зданий, подключенных к одному ответвлению сети теплоснабжения, их дополнительно оборудуют квартирными или домовыми газовыми источниками отопления и горячей воды, а освобождаемую при этом тепловую мощность сети направляют для теплоснабжения реконструируемых и/или новых зданий, присоединенных к этому же ответвлению сети теплопровода.

Присоединение локальных отводов в тепловые пункты реконструируемых или новых зданий или группы зданий от наружной сети теплоснабжения производят преимущественно перед отводами по ходу движения горячего теплоносителя в здания, дополнительно оборудованные квартирными или домовыми газовыми источниками отопления и горячей воды, т.е. отопление и горячее теплоснабжение которых переводят на газ.

При каждом перераспределении тепла между потребителями дополнительно производят гидравлическую увязку параметров функционирования системы теплоснабжения.

Высвобождение тепловой мощности системы теплоснабжения осуществляется за счет замены централизованной системы отопления и горячего водоснабжения для части газифицированных зданий, теплоснабжение которых производится от одного ответвления сети теплоснабжения, на поквартирное или домовое теплоснабжение с использованием газовых квартирных или домовых отопительных приборов. Дальнейшее перераспределение высвободившейся тепловой мощности заключается в ее использовании в отоплении и горячем водоснабжении реконструируемых или строящихся зданий, подключенных к этому же ответвлению теплосети. В качестве квартирных или домовых газовых источников отопления и горячей воды могут быть применены современные газовые крышные отопители, которые имеют высокий тепловой КПД (92-93%), соответствующий крупным котельным установкам, и безопасные камеры сгорания с высоким уровнем автоматизации. Указанные отопители признаны в настоящее время наиболее экономичными источниками тепла.

Следует также учесть величину транспортных потерь тепла в магистральных теплопроводах и отводах к зданиям и ЦТП или ТП. Применение локально расположенных домовых отопителей часто оказывается более эффективным по сравнению с централизованными системами теплоснабжения.

Сущность изобретения поясняется при помощи фиг. 1 и 2.

Фиг. 1 отображает графическое представление гидравлического режима работы двухтрубной системы теплоснабжения, а фиг. 2 - условную схему присоединения потребителей и графики напоров для нее при нормальном и новом режимах системы снабжения для трех потребителей тепла и горячей воды.

Двухтрубная система теплоснабжения, в частности централизованная, представляет собой исходящую от центрального источника теплоснабжения (городской или районной ТЭЦ или котельной) разветвленную магистральную сеть теплоснабжения с ответвлениями, оборудованными соответствующими центральными тепловыми пунктами (ЦТП), относящимися к группам домов и с локальными отводами от них к отдельным тепловым пунктам (ТП) зданий. Главной особенностью двухтрубной системы теплоснабжения является параллельность присоединения потребителей, обусловленная необходимостью вывода отработанного теплоносителя в обратную магистраль.

Гидравлический режим работы двухтрубной системы теплоснабжения в принципе определяется точкой пересечения кривой зависимости:

Hi = RiQi2,

где H _i - напор, производимый турбонасосом, м (м. вод.ст.), R _i - гидравлическое сопротивление системы теплоснабжения при турбулентном режиме движения, Q _i - расход теплоносителя, м ³ /с;

и кривой характеристики турбомашины, как показано на фиг. 1, точки R ₁ , R ₂ , R ₃ для разных значений R _i , причем R ₃ < R ₁ < R ₂ . В данном случае такой турбомашиной является насос.

Поэтому любое изменение гидравлического сопротивления R _i сети, на которую работает насос, приводит к изменению напора и расхода теплоносителя (точки R ₃ - при уменьшении сопротивления и точки R ₂ - при его увеличении). Отсюда следует, что для сохранения постоянства гидравлического режима необходимо обеспечить постоянство величины гидравлического сопротивления системы теплоснабжения.

Схема водяной сети системы теплоснабжения (см. фиг. 2) представлена в виде, аналогичном приведенным в [4, рис. 6.3]. На ней условно показаны потребители 1, 2, 3 теплоснабжения, соответствующие участки 4 теплоснабжения и графики напоров для водяной сети системы теплоснабжения, при нормальном режиме - кривая 5, при новом режиме - кривая 6.

При переводе на газовый источник тепла одного из потребителей (здания) производят его отключение от центральной сети теплоснабжения. Любое отключение одного из потребителей теплоснабжения (1, 2 или 3), означающее R _i → ∞, приводит к изменению общего гидравлического сопротивления R.

Выключение одного из участков должно привести к росту R _i и смещению (фиг. 1) точки R ₁ в положение R ₂ , а давление H _i и расход Q _i должны измениться до Н ₂ и Q ₂ . Однако повышение давления в начале системы теплоснабжения должно привести к некоторому изменению давлений во всей системе, а изменение расходов теплоносителя может отрицательно повлиять на режимы отопления зданий, присоединенных к системе теплоснабжения по зависимой схеме, т.е. через гидроэлеваторы.

При независимой схеме присоединения системы отопления дома к сети теплоснабжения (т.е. при наличии домовых теплообменников) колебания гидравлических параметров в последней влияют на ее работу в меньшей степени.

Для сохранения неизменности гидравлического режима при отсутствии одного из потребителей в системе теплоснабжения следует соответственно изменить гидравлическое сопротивление. Поэтому отключение одного или нескольких домов от централизованного теплоснабжения и/или включение других потребителей требует соответствующей гидравлической увязки.

В качестве примера приводится расчет параметров водяной сети с тремя потребителями, в ходе которого необходимо определить расходы воды у потребителей и построить график напоров при отключении потребителя 2 по причине перевода его снабжения горячей водой с централизованного на локальное с использованием газовых квартирных или домовых отопительных приборов. При расчете необходимо принять, что напор, создаваемый насосом станции, для обоих режимов остается постоянным и равным 40 м.

Схема водяной сети с тремя потребителями и график напоров для нее при нормальном режиме - кривая 5, когда расход воды у каждого потребителя составляет V' ₁ = V' ₂ = V' ₃ = 0,1 м ³ /с, приведены на фиг. 2, где V' = расход воды у потребителя, м ³ /с.

Для проведения указанного расчета определяют сопротивления отдельных участков 4 (фиг. 2) сети (участков I - III) для нормального режима (табл. 1) и проводимости потребителей 1-3 по известным значениям δН и V. Здесь δH - потеря напора [м], равная δН= SV ² , где V расход воды, м ³ /с; S - сопротивление участка трубопровода или сети, м ∙с ² /м ⁶ . В свою очередь

S = As(l + lэ)/d5,25,

где l и l _э - длина трубопровода и эквивалентная длина местных сопротивлений, м; d - внутренний диаметр трубопровода, м;

A _s - постоянный коэффициент, зависящий от абсолютной эквивалентной шероховатости трубопровода и от системы единиц.

Таблица 1. Сопротивления участков I-III сети и проводимости потребителей 1-3 для нормального режима

Далее определяют сопротивления и проводимости участков 4 сети после отключения потребителя 2:

где а - проводимость соответствующего участка трубопровода, м ³ /(с ∙м ^0,5 ). Суммарное сопротивление сети после отключения потребителя 2

Суммарный расход воды после отключения потребителя 2

Расход воды у потребителей 1 и 3

Потери напора на участках сети и у потребителей:

По найденным значениям строим график напоров для нового режима (кривая 6 на фиг. 2).

Как видно из приведенных расчетов, суммарное сопротивление сети после отключения потребителя 2 увеличилось с 625 до 763 мс ² /м ⁶ , а суммарный расход воды уменьшился с 0,3 до 0,229 м ³ /с. При этом у потребителя №1 расход воды изменился с 0,1 до 0,107 м ³ /с, т.е. на 7%, но у потребителя №3 изменение расхода воды в 3 раза больше (с 0,1 до 0,122 м/с). Поэтому значительное уменьшение расхода воды у потребителя оказывает существенно большее влияние на остальных потребителей, расположенных дальше по ходу движения теплоносителя.

По приведенным в [1] сведениям в районе «Хорошево-Мневники » г. Москвы при незначительном увеличении площади застройки в результате реконструкции 5-этажного дома его общая площадь должна увеличиться с 3500 м до 11000 м ² , т.е. в 3,6 раза. При этом расчетная себестоимость реконструкции будет на 10% ниже строительства нового аналогичного дома. Проработка вариантов модернизации кирпичного 80-квартирного жилого дома серии 480-29Б, проведенная проблемной научно-исследовательской лаборатории Киевского государственного технического университета строительства, показала эффективность его надстройки до 10-16 этажей. Ширина надстраиваемых этажей больше существующих (15 м вместо 10,9 м). Поэтому общая площадь в результате реконструкции может увеличиться примерно в 4 раза. В Санкт-Петербурге фирмой АО «Строительный трест № 5 » совместно со специалистами ЛенНИИпроекта осуществлен эксперимент по реконструкции одного 5-этажного дома, находящегося в аварийном состоянии. Реконструкция такого дома дает возможность сохранить основные фонды (стены, фундамент) и снизить затраты, а также получить дополнительное жилье на прежнем участке застройки. При надстройке 4 этажей жилая площадь увеличилась с 2730 до 4280 м ² , т.е. в 1,6 раза, а строительный объем - с 16591 до 39658 м ³ , т.е. в 2,4 раза.

Экономические расчеты показывают, что применение представленного изобретения позволяет дополнительно уменьшить стоимость 1 м ² реконструированного жилья примерно на 10%.

Источники информации

1. Патент RU № 2224172, кл. F17D 3/01, F04D 15/00. Способ регулирования давления текучей среды (Хеннель Эвальд, Хеннель Майк, страна приоритета DE), 2001.

2. Патент RU № 2089790, кл. F24D 10/00. Способ регулирования распределения теплоносителя в системе теплоснабжения. (Скорняков В.В., Лагутин В.А., Хороших Б.А.), 1994.

3. Пилипенко В.М. Отечественный и зарубежный опыт реконструкций индустриальной жилой застройки. Мн.: РУП «Белстройцентр », Строительная наука и техника, № 4(1), 2006, с. 74-79.

4. Сафонов А.П. Сборник задач по теплофикации и типовым сетям. М.: Энергостройиздат, 1985, 232 с.