Проектирование автоматизированного индивидуального теплового пункта

Заключение
К системе отопления предъявляются два основных требования.
– обеспечение наибольшего комфорта в отапливаемых помещениях, и удовлетворение требований по тепловому комфорту;
– обеспечение первого требования с минимальными энергетическими затратами.
Данные требования удовлетворяются при применении выбранных в работе оборудования ИТП. Применяются сдвоенные сетевые насосы с автоматическим управлением. Для защиты электродвигателей и насосов применена сигнализация по давлению воды на всасе. Управление подачей теплоносителя осуществляется с помощью регулирующего клапана, подключенного к контроллеру.
В системах отопления в настоящее время применяются надежные термостатические клапаны, регулирующие тепловой режим. Но при несоблюдении условий правильного функционирования они будут работа ...

Введение 3
Глава 1. Обзор применяемых решений 5
1.1 Подходы к реализации энергоэффективного теплового пункта 5
1.2 Обзор применяемых схем отопления 7
1.3 Проектные решения по автоматизации ИТП 8
Глава 2. Технологический раздел проекта 16
2.1 Теплотехнические характеристики ИТП 16
2.2 Оборудование ИТП 25
2.3 Режимы работы и принципы управления оборудованием ИТП 51
2.4 Решение по автоматизации ИТП 55
Глава 3 Расчет эффективности проекта ИТП 66
3.1 Подогреватели воды в системах ГВС и отопления на ЦТП 66
3.2 Тепловой расчёт резервного пароводяного подогревателя ГВС 71
3.3 Гидравлические расчёты подогревателей 73
3.4 Гидравлический расчёт системы ГВС 75
Глава 4. Организационно-экономический раздел 80
4.1 Технико-экономическое обоснования выполнения проекта 80
Глава 5. Охрана труда 86
5.1 Безопасность при эксплуатации ИТП и разработка противопожарных мероприятий 86
Заключение 91
Список используемой литературы 92

Введение
Проектирование инженерных систем как внутри, так и снаружи зданий претерпевает сегодня значительное изменение. Все с большей уверенностью применяют автоматическое оборудование, которое призвано обеспечить тепловой комфорт в помещениях при минимальных эксплуатационных затратах. В то же время, отсутствие в полной мере научно-технической литературы, поясняющей специфику работы нового оборудования во всех режимах эксплуатации, порой приводит к неосознанному его применению либо неуверенности в его работоспособности.
Автоматическое оборудование в подавляющем большинстве случаев перестраховывает проектировщика от всевозможных недоработок в нормировании, методиках расчета, монтаже и наладке, но оно требует особого рассмотрения для выработки комплексного понимания взаимосвязи между всеми э лементами системы и принятия наиболее энергоэффективного решения.
Целостная картина восприятия инженерных систем – основа современного подхода при определении их энергетической эффективности. Рассмотрение взаимодействия всех элементов наружных и внутренних инженерных систем на пути от потребителя до источника теплоты позволяет раскрыть и реализовать в полной мере потенциал в энергосбережении. Первый шаг этого пути уже пройден. Следующим шагом являются вопросы, возникающие при проектировании индивидуальных тепловых пунктов, являющихся связующим звеном внутренних и внешних гидравлических систем.
Индивидуальные тепловые пункты претерпевают в настоящее время значительные изменения не только в техническом оснащении и расширении выполняемых функций, но и в изменении способа регулирования теплопотреблением зданий. Повсеместное применение терморегуляторов у отопительных приборов систем отопления привело к переходу от качественного регулирования к качественно-количественному. Это потребовало соответствующего научного, технического и практического подхода в обеспечении эффективной работоспособности системы отопления и системы централизованного теплоснабжения, рассматриваемых как единое целое.
Безусловно, существующие теплосети не в полной мере отвечают о временным условиям регулирования теплопотребления зданий.
Однако их рано списывать за ненадобностью. Они содержат значительный потенциал, который еще следует реализовать в ближайшем будущем. В настоящее время теплоэлектроцентрали несут на себе существенную нагрузку по тепло и электроснабжению городов и населенных пунктов.
Распределение и регулирование тепловой энергии как внутри, так и снаружи зданий в соответствии с потребностью являются одними из основополагающих подходов энергосбережения. Для этих задач необходимо производить весь спектр автоматического запорно-регулирующего и измерительного оборудования любых схемных решений тепловых пунктов новых и реконструируемых систем. Однако, это недостаточно для выяснения полной взаимосвязи регулирующих клапанов и происходящих гидравлических процессов. Поэтому применено новое понятие «базового авторитета», позволившее установить степень искажения идеальной расходной характеристики клапана в зависимости от его конструктивных особенностей. Затем показано дальнейшее искажение этой характеристики под влиянием «внешнего авторитета». Суммарное искажение идеальной расходной характеристики «базовым авторитетом» и «внешним авторитетом» определено понятием «полный внешний авторитет». Такой подход дал возможность увязать воедино теорию, конструктивные особенности регулирующего клапана и происходящие гидравлические процессы при регулировании инженерных систем здания.

Таким образом, регулирование пропусками с позиционным регулированием не имеет преимуществ в экономии энергоресурсов. Кроме того, соленоидный клапан создает скачки давления теплоносителя как в теплосети, так и в системе отопления. Чем выше регулируемый расход теплоносителя, тем выше эти скачки и тем пагубнее последствия. Даже устанавливаемые регуляторы перепада давления на абонентских вводах соседних зданий и на стояках либо приборных ветках системы отопления не способны сглаживать резкие скачки давления вследствие инерционности передачи импульсов давления в мембранные коробки этих регуляторов. Соленоидный клапан не регулирует расход, а перекрывает поток.Соленоидный клапан относят к запорной арматуре. Поскольку запорной арматурой является трубопроводная арматура, предназначенная для перекрытия потока рабочей среды. Регулирующей арматурой является трубопроводная арматура, предназначенная для регулирования параметров рабочей среды посредством изменения ее расхода. Поэтому не допускается принимать запорную арматуру в качестве регулирующей. Это требование относится к соленоидным клапанам как в сочетании с гидроэлеваторами, так и с насосами. Особую группу устройств на абонентском вводе представляют регулируемые гидроэлеваторы (рис. 2.1,б). С гидравлической точки зрения и современного технического оснащения систем отопления зданий, они имеют те же недостатки, что и нерегулируемые. Их применение как в новом строительстве, так и при реконструкции не имеет перспективы, поскольку согласно правительственной программы поэтапного оснащения систем отопления средствами регулирования тепловой энергии все системы отопления должны быть с терморегуляторами, а их работа несовместима с гидроэлеваторами. Поэтому, установив гидроэлеватор сегодня, его необходимо будет заменить смесительно-циркуляционным насосом завтра.Насос в схеме присоединения абонента позволяет применить наиболее энергосберегающие автоматизированные решения по регулированию систем абонента, учитывая погодные факторы по датчику температуры наружного воздуха, тепловые характеристики здания и теплогидравлические характеристики систем. Появляется возможность не только качественного, но и количественного регулирования системы отопления практически в любом диапазоне, учитывая специфику теплового режима здания и помещения при одновременном сокращении потребляемого теплоносителя.Принципиальные схемы включения насосов показаны на рис. 2.1.Благодаря появлению малошумных бесфундаментных ступенчато либо автоматически регулируемых насосов эти схемы повсеместно вытесняют схемы с гидроэлеваторами. Насосы, за счет универсальности и гибкости управления, позволяют решать любые задачи регулирования систем абонента. Соответственно под эти задачи выбирают место установки насоса. Насос располагают на перемычке между подающим и обратным трубопроводом (рис. 2.1,в) при давлении в трубопроводах теплосети на вводе, превышающем статическое давление в системе отопления не менее чем на 0,05...0,1 МПа, но не более допустимого для нее предела. Такая схема считается наиболее экономичной, так как через перемычку проходит меньший расход воды, чем в подающем либо обратном трубопроводе. Следовательно, применяется меньший насос и меньше потребляется электроэнергии. Однако при таком расположении насоса на работу системы отопления влияют колебания давления в теплосети. Устраняют эти колебания дополнительным регулирующим клапаном стабилизации расхода в контуре системы отопления с постоянным гидравлическим режимом. Но, даже в этом случае, на концевых участках теплосети, где зачастую присутствуют малые и нестабильные перепады давления, не устраняется вероятность не до получения необходимого количества сетевой воды у потребителя. Кроме того, расход на перемычке изменяется в зависимости от работы регулятора теплового потока, что требует применение насоса с регулируемой частотой вращения. Поэтому данная схема не рекомендуется к применению (перечеркнута пунктирными линиями). Указанные недостатки исключаются при установке насоса на подающем либо обратном трубопроводе, где достигаемая надежность системы превалирует над незначительным увеличением мощности насоса.Наиболее применяемые схемы смешения теплоносителя показаны на рис. 2.1,г и 2.1,д. Необходимая температура теплоносителя в системе отопления устанавливается электронным регулятором ECL по заданному температурному графику путем воздействия на трехходовой либо двухходовой клапан регулятора теплового потока (РТ). Чаще используют двухходовой клапан вследствие лучшего обеспечения требуемого расхода теплоносителя в системе отопления с необходимой температурой.Трехходовой смешивающий клапан выбирают по большему значению пропускной способности из результатов расчета на входе и на выходе, поскольку различны температуры теплоносителя, а, следовательно, различны и расходы теплоносителя при равенстве переносимой тепловой энергии. При централизованном теплоснабжении клапан выбирают по расходу в системе отопления. Результатом такого выбора смесительного трехходового клапана является неудовлетворительная их работа по стороне теплосети. Устраняют этот недостаток применением трехходового разделительного клапана на обратном трубопроводе. Но в том и в другом случаях при неправильном обеспечении внешних авторитетов клапана по обоим контурам циркуляции теплоносителя могут образовываться значительные отклонения от требуемого расхода, ухудшающие линейность регулирования температуры теплоносителя. Значительно лучших результатов регулирования достигают при использовании двухходового регулятора теплового потока. Его располагают либо на подающем, либо на обратном трубопроводе. Зачастую регулятор теплового потока располагают на том же трубопроводе, что и смесительный насос. При высокой температуре теплоносителя в подающем трубопроводе перед клапаном предпочтительным размещением клапана является обратный трубопровод. Клапан работает в более благоприятных условиях. Для преодоления сопротивления системы отопления, при разной сопоставимости с перепадом давления в теплосети устанавливают насосы по схемам на рис. 2.1,г и 2.1,д. Этим достигают необходимой дополнительной разности давления. Насос на подающем трубопроводе после подмешивающей перемычки устанавливают при статическом давлении системы, равном либо превышающем давление в подающем трубопроводе тепловой сети, а также при необходимости увеличения располагаемого давления для системы. В последнем случае насос выполняет смесительно-циркуляционную и повысительную функции. Однако, следует иметь ввиду, что такие функции были присущи насосу в системе отопления без регулятора теплового потока. Поэтому ранее при необходимости повышения давления подбирали насос по разности между потерей давления в системе отопления и перепадом давления на вводе теплосети, а также расходу теплоносителя в системе отопления. В современной системе с таким регулятором предполагается, что он может быть полностью закрыт. Тогда напор насоса будет излишним для обеспечения требуемой циркуляции. Техническим решением в этом случае является установка двух насосов: один для выполнения повысительной функции, второй – смесительно-циркуляционной. Для любых функций, возлагаемых на насос, и схем его расположения необходимо обеспечивать перед ним достаточное избыточное давление в соответствии с кавитационной характеристикой. Некоторым предпочтением, с этой точки зрения является размещение насоса на обратном трубопроводе. Расположение насоса на обратном либо на подающем трубопроводе имеет свою аргументацию. Обычно это зависит от предпочтений проектировщиков и эксплуатационников. Размещением насоса на подающем трубопроводе уменьшают, например, вероятность засорения при заполнении и эксплуатации системы отопления. В то же время, при пропадании электроэнергии в насос попадает высокотемпературный теплоноситель за счет незначительной циркуляции через него под разностью давлений в подающем и обратном трубопроводе теплосети, поскольку не всегда выполняются рекомендации о необходимости отсечения местной системы отопления в таких ситуациях. При расположении насоса на обратном трубопроводе, устраняют влияние повышенного давления в обратной магистрали теплосети, часто наблюдаемое в концевых участках теплосети, и создают более благоприятные температурные условия для его работы. Эпизодические отключения электроэнергии требуют прогнозированного обеспечения поведения системы местных систем и разработки мер защиты от пагубных последствий. С этой целью на подмешивающей перемычке устанавливают обратный клапан, предотвращающий попадание теплоносителя из подающего в обратный трубопровод теплосети. Кроме того, учитывают пропуск теплоносителя через обесточенный насос. Пропускаемый расход зависит от этого перепада и от сопротивления системы отопления. Двухтрубные системы отопления, имея большее гидравлическое сопротивление, чем однотрубные, надежнее в таких ситуациях. Они пропускают меньший расход теплоносителя. Ориентировочно – 10...20 % от расчетного значения, но и этого может оказаться чрезмерно много для температурного удлинения трубопроводов, деструкции уплотнительных материалов и т. п. при значительном превышении температуры теплоносителя в теплосети над расчетной температурой теплоносителя в системе отопления. Поэтому общим требованием является необходимость предусмотрения защиты местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя [3; 11], например, применением регулятора теплового потока, закрывающегося при пропадании электричества. Полное отсечение системы отопления современных зданий, имеющих большую тепловую инерцию, не приводит к ее замораживанию в течение нескольких дней. Более незащищенными являются системы отопления малоинерционных и неутепленных зданий. Иногда делают обводной трубопровод вокруг насоса с установкой обратного клапана (рис. 2.2,а и рис. 2.2,б). Воздействие перепада давления, развиваемого насосом, держит клапан в закрытом состоянии. При обесточенном насосе под противоположно направленной (относительно насоса) разностью давления в трубопроводах теплосети открывается обратный клапан и попадает теплоноситель в систему отопления.Особого подхода в обеспечении работоспособности требуют инженерные системы высотных зданий и зданий, расположенных на возвышенности. Ранее применяли схему с насосом на подающем трубопроводе и наделяли его при необходимости повысительной функцией. Сегодня преимущественным способом является независимое подключение абонента, гидравлически отсоединяющее систему отопления от теплосети и минимизирующее аварийные ситуации. Вариантом абонентского ввода является комбинированное подключение системы отопления к теплосети. Его применяют при зонировании системы отопления высотного здания. Нижнюю зону подключают по зависимой схеме со смешиванием, а верхнюю – по независимой. Вариантом комбинированного подключения является применение независимого подключения всех зон системы отопления высотного жилого здания и зависимого подключения встроенного или пристроенного гаража.Рис. 2.2. Обеспечение работоспособности системы отопления при обесточенных насосахНезависимое присоединение системы отопления применяют для создания местного тепло-гидравлического режима при tг < Т1. Гидравлическое разделение теплосети от системы отопления осуществляют поверхностным теплообменником. Принимают такое решение при превышении давления в теплосети над допустимым давлением для системы отопления либо наоборот – когда статическое давление системы превышает допустимый предел для теплосети. Кроме того, в обосновании выбора независимого присоединения все чаще становятся эксплуатационные требования работоспособности современных систем отопления.Условия эксплуатации насосов, поквартирных расходомеров, автоматических регуляторов тепло-гидравлических параметров теплоносителя, терморегуляторов, штампованных стальных радиаторов... в большинстве своем требуют применения качественного теплоносителя. Например, без твердых примесей, без спуска воды из системы в теплый период года... Обеспечить такие условия возможно лишь при независимом подключении к теплосети. Преимуществом независимого подключения является также тот факт, что система отопления в значительно меньшей мере подвержена влиянию изменения гидравлического режима теплосети со временем и меньше сама влияет на теплосеть. Независимое подключение способствует уменьшению объема теплоносителя в теплосети, а значит снижению затрат на водоподготовку. Особо важным является уменьшение инерционности теплосети, что в итоге приводит к улучшению качества предоставляемой услуги по отоплению зданий за счет своевременного реагирования центрального качественного регулирования на изменение погодных условий. Поэтому независимое подключение является предпочтительным и перспективным техническим решением. Наибольшее распространение получили схемы независимого подключения с одним теплообменником (рис. 2.3,а и 2.3,б). Приемлемым вариантом является проектное решение с применением неразборного теплообменника. Считается, что вода в теплосети и системе отопления прошла специальную обработку от интенсивного образования накипи в теплообменнике. Лучший вариант с эксплуатационной точки зрения – применение разборного теплообменника. В обоих случаях следует предусматривать запорную арматуру для отключения теплообменников: шаровые краны, поворотные заслонки, задвижки. Однако следует иметь ввиду, что многие автоматические регуляторы выполнены многофункциональными. Они могут иметь запорную функцию. В этом случае запорный клапан, например, на рис. 2.3, изображенный рядом с РТ, не устанавливают. Это упрощает схему. Удобна при эксплуатации также запорно-регулирующая арматура со встроенными дренажными кранами.Рис. 2.3. Независимое присоединение системы отопленияВзаимное расположение насоса и теплообменника не имеет особого значения. Современные насосы способны эффективно работать как на подающем, так и на обратном трубопроводе. Однако у каждого размещения есть незначительные преимущества, которыми, как правило, пренебрегают. Насос на обратном трубопроводе имеет несколько больший кавитационный запас и лучший теплоотвод от двигателя с мокрым ротором. В то же время он перекачивает теплоноситель с большей плотностью, увеличивая потребляемую мощность на валу двигателя и, соответственно, энергопотребление по сравнению с насосом на подающем трубопроводе.Кроме схем с одним теплообменником для системы отопления, применяют схемы и с двумя теплообменниками. Два параллельно включенных теплообменника (рис. 2.3,в) устанавливают на абонентских вводах зданий, не допускающих перерывов в подаче теплоты. Каждый теплообменник рассчитывают на 100 % теплопотерь здания.Два параллельно включенных теплообменника применяют также при независимом подключении системы отопления с пофасадным регулированием (на рис. 2.3, г). Эта схема целесообразна для базовой либо дежурной системы отопления без терморегуляторов на отопительных приборах. Например, для системы отопления общественного здания, совместно работающей на нагрев воздуха с системой кондиционирования. В этом случае тепловым комфортом управляют терморегуляторы на фанкойлах. При этом уменьшаются колебания давления теплоносителя в системе кондиционирования, и улучшаются ее регулировочные характеристики. Для пофасадных схем с теплообменниками применяют также схемы с одним циркуляционным насосом на обе фасадные ветви. Однако такое решение не обеспечивает в полной мере эффективного регулирования, т. к. при одном насосе смешиваются теплоносители из обратных трубопроводов разных фасадов, создавая потребность в корректировке параметров каждой фасадной ветви. Управление фасадными ветвями осуществляют электронным регулятором по датчику температуры наружного воздуха text. Корректируют работу системы по температурам внутреннего воздуха tin, отслеживаемым датчиками в характерных по преобладающему тепловому режиму помещениях с разных фасадов здания. Альтернативным вариантом является применение двух электронных регуляторов на каждую фасадную ветвь. В любом случае, теплообменники рассчитывают в соответствии с тепловой мощностью каждой фасадной ветви. Следует заметить, что в вертикальных и горизонтальных системах отопления с терморегуляторами на отопительных приборах и автоматическими регуляторами перепада давления на двухтрубных стояках (или приборных ветках) либо автоматическими регуляторами расхода на однотрубных стояках (или приборных ветках) пофасадное регулирование является нецелесообразным. С этой задачей более эффективно справляются указанные клапаны, устраняя перетоки теплоносителя не только между фасадными ветвями системы отопления, но и между стояками или приборными ветками фасадной ветви.Осуществить полную автоматизацию системы отопления можно только с циркуляционным насосом.Нерегулируемый и регулируемый гидроэлеватор не создает достаточного располагаемого давления ни для двухтрубной, ни для однотрубной системы отопления с терморегуляторами у отопительных приборов и автоматическими регуляторами гидравлических параметров на стояках либо приборных ветках.Регулирование пропусками теплоносителя соленоидными клапанами наабонентском вводе противоречит строительным нормам и неприемлемо для систем отопления многоэтажных зданий во всем температурном диапазоне отопительного периода. Независимое подключение системы отопления является идеальным решением для обеспечения ее автоматизации.Особенности присоединения систем отопления с переменным гидравлическим режимом Особенностью современных систем отопления (двухтрубных с переменным гидравлическим режимом) является количественное регулирование теплопотребления, осуществляемое терморегуляторами у отопительных приборов, в диапазоне от нулевого до превышающего расчетный расход теплоносителя. Наиболее целесообразным подходом для систем с терморегуляторами является применение автоматически регулируемых насосов. В противном случае, следует делать перемычки от подающего к обратному трубопроводу либо байпасы вокруг насоса по схемам на рис. 2.4. Ими обеспечивают работоспособность насоса и источника теплоты при нулевом расходе системы отопления (терморегуляторы на радиаторах закрыты). Следует отметить, что такие байпасы и перемычки в тепловом пункте не нужны, если они есть на стояках или приборных ветках двухтрубной системы отопления с переменным гидравлическим режимом. Они не нужны также, если система отопления имеет постоянный гидравлический режим, независимо от того с терморегуляторами она или без них, однотрубная она или двухтрубнаяРис. 2.4. Обеспечение работоспособности насосов и источников теплотыПеремычка либо байпас позволяет поддерживать рабочую точку на характеристике насоса, обеспечивая его работоспособность, а также предотвращая кавитацию, шумообразование и вибрацию. Выбор конкретной схемы зависит от необходимости поддержания минимального расхода теплоносителя на насосе либо котле. Кроме того, выбор схемы предопределяет эффективность работы терморегуляторов у отопительных приборов, если далее в циркуляционных кольцах системы отопления (например, на стояке или приборной поквартирной ветке) не установлены автоматические регуляторы перепада давления. В представленных схемах на рис. 2.4 рассмотрены клапаны различного конструктивного исполнения. Однако функционально они все относятся к перепускным клапанам. Общим подходом для всех клапанов при их выборе является необходимость завышения давления настройки примерно на 10 % в точке присоединения перемычки (байпаса) к подающему трубопроводу, что несколько улучшает работу системы отопления. Завышение вызвано тем, что в системах отопления с отопительными приборами, оборудованными терморегуляторами, нормативно должна быть увеличена тепловая мощность этих приборов на 10 %. При этом изменяется положение рабочей точки на характеристике насоса, что не учитывается в современной практике проектирования систем отопления. С такими отопительными приборами терморегуляторы будут несколько прикрыты и создавать бoльшее сопротивление системы отопления, относительно расчетного значения. Схему на рис. 2.