RMNT.RU / Нормативные документы / СанПиНы, руководящие документы / ВСН

ВСН 56-87, часть 3

10 -водоразборный кран; 11- отопительный прибор; 12 -расширительный бак

Рис.8. Закрытая двухтрубная геотермальная система теплоснабжения

1 -геотермальные скважины термоводозабора; 2 -сборный бак-аккумулятор геотермальной воды; 3 -сетевой теплообменник; 4 -сетевой насос геотермальной воды; 5 -сетевой насос водопроводной воды; 6 -бак-аккумулятор водопроводной воды; 7 -регулятор подпитки; 8 -водоразборный кран ГВ; 9 -отопительный прибор

Рис.9. Геотермальная система теплоснабжения с зависимым

присоединением отопления (ГВ отсутствует)

1 -геотермальные скважины; 2 -промежуточный бак-аккумулятор геотермальной воды; 3 -сетевой насос; 4 -отопительные приборы

В случае обратной закачки или возможности сброса вблизи термоводозабора применима схема 4г (рис.8). Здесь геотермальная вода поступает в ЦТПГ, расположенный вблизи термоводозабора, где отдает свою теплоту негеотермальному теплоносителю в теплообменных аппаратах, после чего закачивается в пласт или сбрасывается. Подготовленный негеотермальный теплоноситель транспортируется от потребителя до ЦТПГ и обратно по двухтрубной распределительной сети, имеющей транзитный участок. В данной схеме (как и у всех схем с расположением ЦТПГ вблизи термоводозабора) положительной является малая протяженность трубопроводов тепловой сети, соприкасающихся с геотермальной водой.

2.3. Закрытые геотермальные системы теплоснабжения, обеспечивающие только отопление.

При непитьевом качестве геотермального теплоносителя и отсутствии воды питьевого качества возможно применение систем теплоснабжения, обеспечивающих только отопление зданий и сооружений.

Схема 5а (рис.9). Эта схема двухтрубной системы с зависимым присоединением отопления применима при отсутствии угрозы интенсивной коррозии и солеотложения. Система обеспечивает только отопление.

При расположении места сброса в отдалении от термоводозабора применима схема 5б. Эта схема отличается от 5а наличием однотрубных подающей и сбросной транзитных тепловых сетей. Распределительная сеть двухтрубная. Система обеспечивает только отопление.

Предварительный выбор принципиальной схемы с учетом перечисленных факторов может быть произведен с помощью табл.1. Оборудование этих систем может быть подобрано с помощью табл.2.

Б. Принципиальные схемы геотермальных систем теплоснабжения с повышенной эффективностью

использования геотермальной теплоты

1. Бессливная система геотермального теплоснабжения

При соответствии качества геотермального теплоносителя требованиям на питьевую воду может быть применена бессливная система геотермального теплоснабжения (рис.10), обеспечивающая минимальный расход геотермальной воды на единицу расчетной отопительной нагрузки, равный среднечасовому расходу горячего водоснабжения. В этой системе при наименьшем удельном расходе воды (по сравнению со всеми другими схемами) имеют место наибольшая мощность пикового источника теплоты и наибольший расход топлива. Регулирование отопительной нагрузки системы производится путем постепенного сокращения доли пикового догрева, работающего большую часть отопительного сезона с последующим переходом на пропуски. Эффективность такой системы тем выше, чем больше доля ГВ в суммарной тепловой нагрузке.

Таблица 1

Исходные данные проектирования

Сброс вблизи объекта теплоснабжения

Обратная закачка или сброс вблизи термоводозабора

Характеристика

Источник

Расположение источника питьевой воды

геотермального

теплоносителя

питьевой воды -

водопровод

в населенном пункте

водопровод

в населенном пункте

вблизи

термоводозабора

Характер теплопотребления

ГВ

ГВ и отоп-

ление

отоп-

ление

ГВ

ГВ и

отоп-

ление

отоп-

ление

ГВ

ГВ и

отоп-

ление

отоп-

ление

Вода:

питьевого

1а

2а

5б

1а

2а

5а

1а

2а

5а

качества

1б

2б

1б

2б

1б

2б

непитьевого

3б

4а

5б

3в

4г

5а

3а

4г

5а

качества

4б

4в

Таблица 2

Свойства геотермального теплоносителя

общие

частные

Оборудование

случай-

ная ис-

ходная

темпе-

ратура,

однок-

ратное

исполь-

зование

и необ-

ходи-

мость

сброса

малое

устье-

вое

давле-

ние и

недос-

таточ-

ный

дебит

сква-

жин

срав-

ни-

тель-

но

низ-

кая

тем-

пера-

тура

нали-

чие

взве-

шен-

ных

час-

тиц

гор-

ных

пород

высо-

кое

газо-

содер-

жание

высо-

кая

кор-

рози-

онная

ак-

тив-

ность

интен-

сив-

ное

соле-

отло-

жение

в трубо-

прово-

дах и

обору-

дова-

нии

нали-

чие

вред-

ных

ве-

ществ

выше

ПДК

Отопительные приборы повышенной теплоплотности

Водовоздуш-

ные теплооб-

менники

Теплонасосные установки (ТНУ)

Промежуточ-

ные баки-аккумуляторы геотермальной воды

Погружные скважинные насосы

Пиковые котельные

Гидроциклоны

Дегазаторы

Теплообмен-

ники водово-

дяные в анти-

коррозионном

исполнении

Трубы и арма-

тура в антикор-

розионном исполнении

Дозаторы химреагентов

Ультразвуко-

вые антинакип-

ные установки

Установки для обработки сбросной воды

Рис.10. Принципиальная схема бессливной системы геотермального теплоснабжения

1 -скважина; 2 -система отопления; 3 -система горячего водоснабжения;

4 -пиковая котельная; 5 -бак-аккумулятор; 6 -насос; 7 -регулятор постоянства расхода;

8 -регулятор постоянства температуры; 9 -элеватор

Система работает следующим образом. Геотермальная вода по однотрубной магистрали от скважины 1 подается к пиковой котельной. Расход этой воды равен среднечасовому расходу на горячее водоснабжение , а в подающем трубопроводе двухтрубной распределительной сети среднечасовой расход составляет

(1)

где

добавочный расход теплоносителя, равный расходу в обратном трубопроводе распределительной сети и определяемый по формуле

. (2)

В пиковой котельной 4 суммарный расход воды догревается до и подается в системы отопления 2 через регулятор постоянства расхода 7 и элеватор 9, а также в системы ГВ 3. Суточная неравномерность водопотребления ГВ уравнивается баком-аккумулятором 5, установленным на обратном трубопроводе распределительной сети, циркуляция в этой сети создается насосом 6.

Возможны три варианта соотношений между температурой геотермальной воды и нормируемой температурой теплоносителя в системах ГВ:

а)

Вся отопительная нагрузка и часть нагрузки ГВ при этом покрывается пиковой котельной. Доля нагрузки горячего водоснабжения покрываемая пиковой котельной в расчетном режиме, подсчитывается по формуле

(3)

Расчетная теплопроизводительность пиковой котельной равна

(4)

где

расчетная тепловая нагрузка объекта;

доли отопления и горячего водоснабжения в расчетный период.

Пиковая котельная работает круглый год. Величина значение определяется по уравнению

(5)

где

доля нагрузки горячего водоснабжения, покрываемая пиковой котельной в летнем режиме:

(6)

где

температура водопроводной воды летом;

б)

Пиковая котельная подбирается на расчетную отопительную нагрузку, т.е. и работает в течение всего отопительного сезона.

Величина величина =0;

в)

В этом случае пиковый догрев обеспечивает часть отопительной нагрузки

(7)

Доля пикового догрева для отопления определяется по формуле

(8)

Величина =0.

Работа пиковой котельной продолжается до тех пор, пока вносимое геотермальное водой количество теплоты не станет равным необходимой теплопроизводительности отопительной системы, т.е.

(9)

2. Геотермальная система теплохладоснабжения с тепловыми насосами

При технико-экономическом обосновании экономии геотермальной теплоты рекомендуется геотермальная система теплоснабжения с применением теплонасосных установок (ТНУ). В летний период такая система может работать в режиме хладоснабжения.

Теплонасосные установки следует размещать на обратной линии геотермальных систем. На рис.11 показана упрощенная схема с пиковой котельной и ТНУ.

Системы геотермального теплохладоснабжения могут выполняться централизованными или децентрализованными.

2.1. Система централизованного теплохладоснабжения с компрессионными тепловыми насосами.

Принципиальная схема системы изображена на рис.12.

Рис.11. Принципиальная схема системы геотермального теплоснабжения с применением пикового догрева и тепловых насосов

1 -скважина; 2 -система отопления; 3 -система горячего водоснабжения;

4 -пиковая котельная; 5 -теплонасосная установка; 6 -бак-аккумулятор;

7 -насос; 8 -конденсаторы; 9 -испарители

Рис.12. Система централизованного теплохладоснабжения

с тепловыми насосами

1 -источник; 2 -дегазация; 3 -насосная станция; 4 -транзитная теплосеть; 5 -пиковая котельная; 6 -агрегаты теплового насоса; 7 -конденсаторы; 8 -испарители; 9 -циркуляционный насос; 10 -абоненты системы отопления; 11 -абоненты горячего водоснабжения; 12 -смеситель системы отопления; 13 -смеситель горячего водоснабжения; П, О -прямая и обратная вода системы отопления; Г -линия горячего водоснабжения; В -вентили (задвижки)

В этой системе при работе в режиме теплоснабжения:

а) трехтрубная тепловая сеть - открыты вентили закрыты вентили Вентиль закрыт в период работы пиковой котельной;

б) двухтрубная тепловая сеть - открыты вентили закрыты вентили

При работе в режиме хладоснабжения открыты вентили (или ); закрыты вентили (или ),

Рис.13. Система децентрализованного теплохладоснабжения с тепловыми насосами

1 -источник; 2 -дегазация; 3 -насосная станция; 4 -транзитная теплосеть; 5 -пиковая котельная; 6 -агрегаты теплового насоса; 7 -конденсаторы; 8 -испарители; 9 -насос; 10 -система отопления и охлаждения; 11 -система горячего водоснабжения; 12 -смеситель системы отопления; 13 -смеситель системы горячего водоснабжения; П, О -прямая и обратная вода системы отопления; Г -линия горячего водоснабжения; В -вентили (задвижки)

При работе в режиме теплоснабжения с низкотемпературными источниками теплоты ( ) открыты вентили закрыты вентили

Примечание: При достаточном дебите термоводозабора возможен режим работы с закрытым вентилем .

2.2. Система децентрализованного теплохладоснабжения с компрессионными тепловыми насосами.

Принципиальная схема этой системы изображена на рис.13. При работе в режиме теплоснабжения открыты вентили закрыты вентили вентиль закрыт в период работы пиковой котельной. При работе в режиме хладоснабжения открыты вентили закрыты вентили

Распределительные сети в централизованных системах при работе только в режиме теплоснабжения являются 2-трубными. При работе по летнему режиму - 3-трубными (прямая и обратная линии холодной воды и линия горячего водоснабжения) или 4-трубными (с циркуляционной линией ГВ).

Распределительные сети в децентрализованных системах представляют собой в основном однотрубную прокладку, за исключением участков между абонентами, если ТНУ установлены на групповом вводе.

Эффективность работы тепловых насосов возрастает при использовании низкотемпературных отопительных систем, а также за счет последовательно-противоточного включения нескольких агрегатов.

Соотношение расходов нагреваемой в конденсаторах ТНУ воды и сбрасываемой через испарители определяется по формуле

(10)

где

и -

расчетные температуры воды на выходе из конденсаторов и испарителей (сброс), °С; величина принимается 5-25°С;

расчетная температура обратной воды в тепловой сети после систем отопления, °С;

отопительный коэффициент ТНУ, при ориентировочных расчетах принимается

= .

Ориентировочная установленная мощность ТНУ и годовой расход электроэнергии определяются по формулам:

(11)

(12)

где

и -

доля расчетной и среднегодовой тепловой мощности теплового насоса соответственно;

среднегодовой отопительный коэффициент ТНУ;

продолжительность отопительного сезона;

среднегодовой коэффициент отпуска теплоты, который можно вычислить по формуле (3) п.2.6. Норм.

3. Открытая геотермальная система с комбинацией водяного и воздушного отопления

При исходных условиях проектирования аналогичных предыдущему пункту и высоком качестве геотермальной воды может быть рекомендована открытая геотермальная система теплоснабжения с последовательным включением водяного и воздушного отопления (рис.14).

В соответствии со схемой геотермальная вода из скважины 1 направляется параллельно в системы ГВ 7 и отопления. Вода, поступающая на отопление, проходит пиковый догрев 2 и затем подается в системы водяного отопления 3 и параллельно в калориферы второго подогрева 6 системы воздушного отопления 4. Обратная вода после калориферов второго подогрева 6 и систем водяного отопления 3 поступает в калориферы первого подогрева 5 и затем сбрасывается. Наличие пикового догрева в схеме не является обязательным и зависит от величины

Регулирование системы производится путем уменьшения доли пикового догрева с переходом на пропуски при его отключении. Если пиковая котельная отсутствует или нежелательно переходить на ранние пропуски, то может производиться качественное регулирование путем подмешивания обратной воды. С учетом циркуляционной линии ГВ распределительные сети имеют четырехтрубную прокладку.

Рис.14. Принципиальная схема системы геотермального теплоснабжения с комбинированным использованием систем водяного и воздушного отопления

1 -геотермальная скважина; 2 -пиковая котельная; 3 -система водяного отопления; 4 -система воздушного отопления; 5 и 6 -калориферы первой и второй ступени подогрева; 7 -водоразборный кран ГВ; 8 -бак-аккумулятор ГВ

Уравнение теплового баланса отопительных установок системы описывается выражением

(13)

где

доля систем воздушного отопления в общей расчетной отопительной нагрузке объекта;

расчетная отопительная нагрузка объекта, МВт;

расчетная теплопроизводительность систем воздушного отопления, МВт;

(14)

расчетный расход геотермальной воды в водяных системах отопления;

(15)

расчетный расход воды через калориферы второго подогрева; расчетная нагрузка и температура обратной воды калориферов 2-го подогрева.

Применение схемы, представленной на рис.14, возможно только при где снижение температуры геотермального теплоносителя из-за теплопотерь при транспортировании. При низкой схема может применяться без ГВ.

4. Комплексные геотермальные системы теплоснабжения

Комплексные геотермальные системы теплоснабжения могут охватывать отопление гражданских зданий и, например, весенних теплиц, отопление гражданских, промышленных зданий и обеспечение технологических нужд производств (автомойки, прачечные и пр.), а также отопление теплиц и горячее водоснабжение гражданских и производственных зданий; они способны обеспечить существенное повышение технико-экономических показателей термоводозаборов с одновременным достижением дополнительного социального эффекта.

Рис.15. Комплексная двухтрубная геотермальная система теплоснабжения с пиковой котельной

1 -геотермальные скважины; 2 -промежуточная сборная емкость; 3 -насосная станция; 4 -отопление тепличного комбината; 5 -насосная станция обратной закачки; 6 -скважины обратной закачки; 7 -сетевой теплообменник; 8 -сетевые насосы; 9 -подпиточный насос; 10 -регулятор подпитки; 11 -сетевой бак-аккумулятор; 12 -водоразборный кран; 13 -пиковая котельная; 14 -регулирующие задвижки; 15 -регулятор

Выбор принципиальной схемы комплексной системы теплоснабжения, как и у всякой геотермальной системы, зависит от ряда исходных природных данных, уже рассмотренных ранее.

4.1. Комплексные геотермальные системы теплоснабжения, обеспечивающие отопление теплиц и горячее водоснабжение (ГВ) гражданских и промышленных зданий.

Принципиальные схемы комплексных систем, обеспечивающих отопление теплиц и горячее водоснабжение других объектов (в том числе и на технологические нужды), изображены на рис.15 и 16.

Наличие транзитного участка распределительных двухтрубных сетей связано с необходимостью расположения ЦТПГ на термоводозаборе ввиду обратной закачки (в другом случае это может быть место сброса). Системы различаются лишь видом пикового источника теплоты. В схеме на рис.15 таким источником служит пиковая котельная, работающая на органическом топливе и расположенная в населенном пункте вблизи потребителя ГВ. В схеме на рис.16 эту функцию выполняет теплонасосная установка (ТНУ), необходимость расположения которой на термоводозаборе при данных условиях сброса (обратной закачке) очевидна.

Рис.16. Комплексная двухтрубная геотермальная система теплоснабжения с ТНУ

1 -геотермальные скважины; 2 -промежуточная емкость; 3 -насосная станция; 4 -отопление тепличного комбината; 5 -насосная станция обратной закачки; 6 -скважины обратной закачки; 7 -сетевой теплообменник; 8 -испарители ТНУ; 9 -конденсаторы ТНУ; 10 -сетевые насосы; 11 -подпиточный насос; 12 -регулятор подпитки; 13 -водоразборный кран; 14 -сетевой бак-аккумулятор; 15 -регулирующие задвижки; 16 -регулятор

Подобные системы могут быть применены в тех случаях, когда геотермальный теплоноситель не отличается повышенной коррозионной активностью, но его качество не соответствует требованиям, предъявляемым к питьевой воде. При этом источником питьевой воды служит водопровод населенного пункта.

При других исходных условиях возможны и другие схемные решения подобных комплексных систем. Например, возможно создание закрытой комплексной системы с однотрубной тепловой сетью ГВ (рис.17) при наличии вблизи термоводозабора источника питьевой воды и места сброса.

При расположении места сброса близ потребителей геотермальной теплоты ЦТПГ может быть расположен в населенном пункте. Однако такое его расположение удлиняет протяженность тепловой сети, по которой циркулирует геотермальный теплоноситель, что нежелательно из-за распространенной повышенной коррозионной активности геотермальной воды. Создание систем, аналогичных приведенным, возможно также при независимом присоединении системы отопления тепличного комбината.

Учитывая регулирование отопительной нагрузки тепличного комбината (см. разд.5 Норм), в годовом цикле работы изображенных комплексных схем можно выделить три режима эксплуатации в зависимости от коэффициента отпуска теплоты на отопление :

в летний период ( =0) термоводозабор имеет постоянный дебит геотермальной воды, обеспечивающий тепловую нагрузку ГВ;

Рис.17. Комплексная однотрубная закрытая геотермальная система теплоснабжения с ТНУ.

1 -геотермальные скважины; 2 -промежуточная емкость; 3 -сетевая насосная станция; 4 -тепличный комбинат; 5 -насосная станция обратной закачки; 6 -скважины обратной закачки; 7 -сетевой теплообменник ГВ; 8 и 9 -испарители и конденсаторы ТНУ;

10 -однотрубная транзитная теплосеть; 11 -сетевой бак-аккумулятор; 12 и 13 -сетевой и циркуляционный насосы; 14 -водоразборный кран; 15 -регулирующие задвижки; 16 -регулятор

с наступлением отопительного периода до включения пикового догрева ( дебит термоводозабора регулируется в зависимости от нагрузки отопления и полностью обеспечивает геотермальной теплотой потребности отопления и ГВ;

при низких температурах наружного воздуха ( ) дебит термоводозабора постоянен, равен максимальному и обеспечивает полностью потребность в теплоте отопления теплиц, в то время как на нужды ГВ теплоты не хватает. Нехватка геотермальной теплоты на нужды ГВ компенсируется пиковым догревом. Регулирование производится изменением тепловой мощности пикового источника теплоты.

При проектировании комплексных систем геотермального теплоснабжения, обеспечивающих отопление теплицы и ГВ зданий, за расчетные условия следует принимать расчетный режим эксплуатации системы отопления теплицы, т.е. при коэффициенте отпуска теплоты на отопление =1.

Установленная тепловая мощность пикового источника теплоты определяется при этом по формуле

(16)

где

с -

удельная теплоемкость геотермального теплоносителя, Дж/кг · °С;

среднесуточный расход питьевой воды в системе ГВ, кг/с;

расчетная начальная температура водопроводной воды в системе ГВ после пикового догрева, °С;

расчетная температура водопроводной воды системы ГВ после сетевого теплообменника, °С;

расчетная температура обратной воды в сети после системы отопления теплицы, °С;

разность температур теплоносителей на "горячем" конце противоточного теплообменника в расчетном режиме (рекомендуется выбирать

=5 10°С).

Значение коэффициента отпуска теплоты , соответствующее включению (выключению) пикового догрева, следует определять по формуле

(17)

где

(18)

ориентировочный коэффициент эффективности теплообменного аппарата системы ГВ в расчетном режиме;

расчетная температура водопроводной воды, поступающей в систему ГВ на подпитку, °С;

расчетная температура геотермальной воды, °С.

Температура наружного воздуха , соответствующая при которой должен включаться (выключаться) пиковый догрев, определяется по формуле

(19)

где

температура внутреннего воздуха теплиц, °С;

расчетная температура наружного воздуха, °С.

График регулирования тепловой мощности пикового источника теплоты , МВт, следует строить, пользуясь зависимостью

(20)

где

текущий коэффициент отпуска теплоты.

График общего расхода геотермального теплоносителя в режиме регулирования дебита термоводозабора следует строить по формуле

(21)

где

текущий расход геотермальной воды, кг/с;

коэффициент теплопередачи в расчетном режиме (Вт/ °С) и площадь поверхности нагрева теплообменного аппарата ГВ ( ).

ВСН 56-87, часть 3

Строительный каталог