CC BY
1250
УДК 332.872.4; 658.264 РАСЧЕТ НОРМАТИВНЫХ ПОТЕРЬ ТЕПЛА ЧЕРЕЗ ИЗОЛЯЦИЮ ТРУБОПРОВОДОВ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
В.Ф Бадах1, А.Д. Кузнецова2
Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7
Аннотация - Проведен анализ возможности измерения потерь в тепловых сетях. Предложен способ совершенствования существующей структуры норм потерь через изоляцию трубопроводов путем учета их удельной (на один метр длины трубопровода) теплопроводности. Даны рекомендации по расчёту нормативных потерь тепла через изоляцию трубопроводов тепловых сетей.
Ключевые слова: тепловые сети, нормативные потери тепла; изоляция трубопроводов.
CALCULATION OF STANDARD LOSSES OF HEAT THROUGH ISOLATION OF
PIPELINES OF THERMAL NETWORKS
V. F.Badah, A.D. Kuznetsova
St.-Petersburg state university of service and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, streetKavalergardsky,7, lit. A Summary - the analysis of possibility of measurement of losses in thermal networks is carried out. The way of perfection of existing structure of norms of losses through isolation of pipelines by their account specific (on one meter of length of the pipeline) is offered heat conductivity. Recommendations about calculation of standard losses of heat through isolation of pipelines of thermal networks are made. Keywords: thermal networks, standard losses of heat; isolation of pipelines.
За последние годы проведения энергоаудита на теплоснабжающих предприятиях ЖКХ Ленинградской области возникло много вопросов, замечаний и предложений по применению «Порядка расчета и обоснования нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии», утв. Приказом Мин-промэнерго России от 4 октября 2005 г. № 265, (далее - Приказ 265) и сменившей его «Инструкции по организации в Минэнерго России работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии», утв. приказом Минэнерго России от 30 декабря 2008 года № 325 (далее -Приказ №325). Все затрагиваемые вопросы рассматриваются в рамках нижеприведённых нормативных документов [1 -8].
Измерение потерь тепловой энергии в сетях теплоснабжения
Потери тепловой энергии через изоляцию трубопроводов тепловой сети технически неизбежны. В современных российских условиях большая часть по-
требителей не имеет приборы учета тепла, поэтому отпущенная (продаваемая) им тепловая энергия определяется как разница между измеренной на источнике отпущенной тепловой энергией и потерями в тепловой сети.
Потери в тепловых сетях в небольших городах при малоэтажной застройке могут достигать 10-20 и более процентов от тепла, отпущенного с источника. Поэтому определение потерь в тепловых сетях является чрезвычайно важной задачей.
Технической базой для определения фактических потерь все упомянутые методики называют испытания по РД
34.09.255-97. Суть этих испытаний состоит в выделении из тепловой сети циркуляционного кольца без подключенных потребителей, прокачке по этому кольцу теплоносителя в течении времени, необходимого для установления стационарного режима, и измерении температур в начале (^) и в конце ^2) (при выходе теплоносителя с источника и возврате на него).
Поскольку все потребители отключены от циркуляционного кольца, падение температуры теплоносителя на кольце будет связано только с потерями тепла через изоляцию трубопроводов циркуляционного кольца. Измерив Дt = t1
- t2 и расход теплоносителя, можно эти потери рассчитать.
РД 34.09.255-97 имеет ряд ограничений (п.2.4.2):
1. Разница средней температуры теплоносителя и окружающей среды должна равняться среднегодовой для данной сети.
2. Понижение температуры теплоносителя на кольце должно быть не менее 8 оС.
3. Понижение температуры теплоносителя на каждом участке с одинаковыми диаметром трубопровода и видом прокладки должно быть не менее 2 оС.
4. Минимальная сумма материальных характеристик испытываемых участков должна составлять не менее 20% материальной характеристики всей сети.
Ограничение №2 делает испытания невыполнимыми. При типичном температурном графике 95/70 в хорошо отрегулированной сети разница температур в подающем (95 оС) и обратном (70 оС) трубопроводах составляет 25 оС при расчетной температуре наружного воздуха, равной, например для Ленинградской области, -29 оС.
При среднегодовой (как требует ограничение №1) температуре наружного воздуха, которая для Ленинградской области может равняться (2-4) оС, Дt по температурному графику 95/70 будет менее 10 оС. И это при подключенной нагрузке, когда охлаждение теплоносителя происходит вследствие и потерь в тепловой сети, и использования тепла потребителями. Поэтому даже при создании циркуляционного кольца из всех трубопроводов сети и отключении всех потребителей, Дt будет еще меньше (пропорционально величине потерь). Даже при больших потерях в 20 % от отпуска в сеть Дt будет меньше 2 оС, что нарушает ограничение №2 и тем более ограничение №3.
Выполнение ограничения №4 вообще делает испытания бессмысленными. Ведь измерение фактических потерь
тепла на 20% трубопроводов равносильно инвентаризации (а измерение потерь тепла и есть инвентаризация продукции теплоснабжающей организации) только 20% склада.
Авторы РД 34.09.255-97 основывались, видимо, на пункте «Испытания на тепловые потери», приведенном на странице 374 монографии Соколова Е.Я. «Теплофикация и тепловые сети» - М. 1999 г.
Согласно этому пункту тепловые потери через изоляцию испытуемого участка с температурами воды ^ на входе и 12 на выходе равны
О = V ' р ср -12), ккал (1)
где: V - объемный расход воды, м /с; р -плотность воды, (~ 1000 кг/м3); ср - теплоемкость воды (~ 1 ккал/кг).
Использовав примерную величину скорости воды в тепловых сетях и=^$~ 1м/с, где S - площадь сечения трубы (м2), и нормативы удельных (на 1 м длины) потерь тепла q = Q / L, ккал/м*ч изолированными трубопроводами надземной прокладки, приведенных в таблице 4.5 Приказа №325, оценим, каково будет падение температуры воды Дt = ^ ^ на
трубопроводах нескольких диаметров длиной L по 100 метров, и на какой длине Ьгреб. произойдет падение температуры в 2 оС, указанное в ограничении №3. Результаты приведены в таблице 1.
Таблица 1. Падение температуры воды At на 100 м и расстояние Ьтреб., на котором At = 2 оС_________________________
Dy S q Дt (Ь=100 м) сч ^ 1 1 ^ о
мм 2 м ккал/м*ч оС м
100 0,0079 16 0,056 3555
200 0,033 24 0,020 9900
400 0,135 42 0,0086 23143
800 0,502 71 0,0039 50907
Из таблицы 1 следует, что падение температуры в результате потерь тепла через изоляцию на трубопроводе Dy = 400 мм длиной 100 метров составит всего
0,0086 оС. Измерить такое падение температуры невозможно. А для того, чтобы падение температуры превышало 2 оС, как требуется по РД 34.09.255097, длина трубопровода должна равняться 23143
метрам. Таких отрезков в сетях теплоснабжения не бывает.
Вывод очевиден: на реальных сетях невозможно определить потери через изоляцию, измеряя температуру воды в начале и конце трубопровода.
Тем не менее требование к теплоснабжающим организациям проводить испытания на тепловые потери по РД
34.09.255-97 присутствует во многих нормативных документах. Считаем такую ситуацию далее нетерпимой. Нет ничего для коррупции лучше, чем существование законов, которые нельзя выполнить.
Единственным способом измерить фактические потери в тепловых сетях является балансовый метод, по которому потери в сетях определяются как разность измеренной тепловой энергии, отпущенной с источника, и измеренным количеством тепловой энергии, полученной КАЖДЫМ потребителем. Но это возможно только тогда, когда КАЖДЫЙ потребитель будет иметь приборы учета тепловой энергии.
В настоящее время ЕДИНСТВЕННЫМ способом определить потери через изоляцию трубопроводов является расчет на основе норм тепловых потерь изолированными трубопроводами.
Кстати, пункт 2.8 СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» гласит: «Потери теплоты в тепловых сетях следует определять РАСЧЕТОМ с учетом тепловых потерь через изолированные поверхности трубопроводов и со среднегодовыми утечками теплоносителя».
Очевидно, что такой расчет достаточно приблизителен. Поэтому важно в существующей методике расчета исправить ошибки, устранить неопределенности, сделать методику более понятной и удобной для использования.
Нормы плотности теплового потока через поверхность изоляции трубопроводов
Метод расчета потерь тепла через изоляцию трубопроводов систем теплоснабжения основан на использовании норм плотности теплового потока через поверхность изоляции трубопроводов. Эти нормы требуют для каждого диаметра проектировать такую изоляцию, кото-
рая обеспечит при предполагаемых среднегодовых температурах теплоносителя потери тепла через изоляцию не выше, чем определенная норма. Со временем требования к снижению потерь через изоляцию трубопроводов ужесточились, поэтому появлялись новые редакции норм. В настоящее время существуют четыре редакции: для трубопроводов, спроектированных в 1959-1990 годах (далее -Нормы 1); для трубопроводов, спроектированных в 1990-1998 годах (далее -Нормы 2); для трубопроводов, спроектированных в 1998-2003 годах (далее -Нормы 3) и для трубопроводов проектируемых с 2004 года (далее - Нормы 4). Из таблиц 1.1-4.6 Приказа №265 видим, что каждая редакция норм имеет структуру, отличную от других. Это чрезвычайно затрудняет использование норм при расчете потерь тепла в системах теплоснабжения.
Рассмотрим эти затруднения более подробно.
Нормы потерь тепла через изоляцию трубопроводов при бесканальной прокладке
В таблице 2 приведены все четыре нормы для двухтрубной прокладки в непроходных каналах и надземной прокладки трубопроводов с диаметрами Бу 100 мм и Бу 400 мм.
Из графиков, построенных на основе таблицы 2 (рис.1), видно, что нормы постоянно снижались со временем, причем особенно резко в 1990 году.
Однако в Нормах 1 и Нормах 3 нормы для трубопроводов бесканальной прокладки такие же, как и для трубопроводов при прокладке их в непроходных каналах. В то же время в Нормах 2 и Нормах 4 нормы для трубопроводов бес канальной прокладки на 50 - 70% превышают нормы для трубопроводов, проложенных в непроходных каналах (таблицу 3).
Считаем, что при расчете потерь в трубопроводах бесканальной прокладки, введенных в эксплуатацию в 1959 - 1990 и 1998 - 2003 годах должны использоваться показатели, полученные на основе Норм 2 и 4 в тех же пропорциях, что и соответствующие нормы для трубопро-
водов, проложенных в непроходных каналах (рис.2).
_________Таблица 2. Нормы тепловых потерь изолированными водяными теплопроводами
Диаметр трубопроводов Нормы1 (1959- 1990) Нормы 2 (1990-1998) Нормы 3 (1998-2003) Нормы 4 (с 2004 г.)
наружный условный ккал/м*ч ккал/м*ч Нормы2/ Нормы1 ккал/м*ч Нормы3/ Нормы1 ккал/м*ч Нормы 4/ Нормы1
двухтрубная прокладка в непроходных каналах Дt = (;под. + іобр.) - ігрунта = 65оС
108 100 88 50 0,57 43 0,49 34 0,39
426 400 203 99 0,49 84 0,41 83 0,41
один трубопровод надземнай прокладки Дінадз. = і - інар.возд. = 95оС
108 100 55 43 0,78 30 0,55 29 0,53
426 400 128 105 0,82 72 0,56 72 0,56
Нормы 2 и 3 взяты при работе в год более 5000 часов
Таблица 3. Сравнение норм потерь тепла изолированными водяными трубопроводами при двухтрубной прокладке в непроходных каналах и при бесканальной укладке
Дt = 0лод. + іобр.) / 2 - ігрунта = 65 оС, работа в год более 5000 часов
Условный диаметр Вид прокладки Нормы1 (1959- 1990) Нормы 2 (19901998) Нормы 3 (19982003) Нормы 4 (с 2004 г.)
мм ккал/м*ч
100 канальная 88 50 43 34
бесканальная 88 86 43 50
бесканальная (предложение) 151 86 74 50
400 канальная 203 99 84 83
бесканальная 203 158 84 127
бесканальная (предложение) 324 158 134 127
Сравнение норм потерь тепла изолированными водяными трубопроводами при двухтрубной прокладке в непроходных каналах и бесканально а) трубопроводы 0у=100мм
Рисунок 2. Нормы тепловых потерь для трубопроводов, проложенных в непроходных каналах
Совместный или раздельный учет в подающем и обратном трубопроводах
Приказ №265 требует учитывать потери через изоляцию для трубопроводов подземной прокладки совместно для подающего и обратного трубопроводов. В Нормах 1 и Нормах 4 приведены показатели именно суммарные для подающего и обратного трубопроводов. Однако в Нормах 2 и Нормах 3 приведены показатели отдельно для подающего и отдельно для обратного трубопроводов, что конечно удобнее, поскольку иногда диаметры подающего и обратного трубопроводов не одинаковы, в одном канале могут быть проложены три и более трубопроводов и так далее.
Суммарные показатели в Нормах 1 и Нормах 4 могут быть разделены между подающем и обратным трубопроводами в тех же пропорциях, что и в Нормах 2 и Нормах 3.
Температурный напор
Нормы потерь тепла через изоляцию трубопроводов взяты из СНиП
2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» при некоторых температурах теплоносителя (а не разностях температур теплоносителя и окружающей среды). Процитируем СНиП
2.04.14-88: «настоящие строительные нормы и правила следует соблюдать при проектировании тепловой изоляции». Проектирование тепловой изоляции состоит в выборе материала и толщины изоляции таких, чтобы при предполагаемых среднегодовых условиях эксплуатации проектируемых трубопроводов плотность теплового потока через поверхность изоляции этих трубопроводов не превышала приведённые в СНиП 2.04.1488 нормы.
Выбор материала и толщины изоляции для трубопровода (для простоты -надземной прокладки) с наружным диаметром с1и осуществляется по формуле
п -- л(*
Ч. СНиП А
1п[«+25)/<]
1
(2)
2к„, а«+25)
где: qСНuщ - норма часовых потерь через изоляцию для одного метра длины трубопроводов і-ого диаметра, ккал/м*ч; 3 -толщина изоляции, м; Хиз - теплопровод-
ность материала изоляции, ккал/ч*м*оС; а
- коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к наружному воздуху, ккал/ч*м2 оС; t - средняя за рассматриваемый период температура теплоносителя, оС; tHB. - средняя за рассматриваемый период температура наружного воздуха, С.
На практике проектировщик выбирает трубопровод с изоляцией заводского изготовления, проверяя по формуле
(1), чтобы тепловые потери через изоляцию не превысили допускаемые СНиП
2.04.14-88. После этого выбранный трубопровод будет иметь постоянное (если не учитывать физический износ) тепловое сопротивление, не меньшее Ri.
R, = —^ = const . (3)
ЧсНиП ,i
Фактически СНиП 2.04.14-88 нормируют не тепловые потери, а тепловое сопротивление трубопровода. Однако в СНиП 2.04.14-88 не упоминается температурный напор Д^НиП, при котором нормируется тепловой поток через изоляцию трубопроводов. Там используется температура теплоносителя, причём в диапазоне от 20 до 600 оС. Утверждение в методических указаниях СО 153-34.20.523(3) - 2003 (пункт 3.1.9) о том, что разработчики СНиП подразумевали, что среднегодовая температура грунта и (!) наружного воздуха равна 5 оС, не выдерживает критики. Трудно поверить, чтобы в нормативном документе подразумевались некие неочевидные величины, но об этом не было бы сказано ни слова. Однако для выбора материала и толщины изоляции (а именно таково назначение СНиП 2.04.14-88) указание температуры теплоносителя, а не температурного напора, вполне допустимо. А вот в методике расчёта потерь в сетях теплоснабжения в таблицах с нормами потерь для каждого столбца температурный напор Д^ниП., для которого приведены нормы, должен быть указан обязательно.
Именно так и сделано в первых нормах для трубопроводов, спроектированных с 1959 по 1990 годы. Однако, во всех последующих нормах приведены уже температуры теплоносителя, а упоминание о том, что подразумевается, что
температура грунта и наружного воздуха равны +5 оС, исчезли.
Тепловые потери через изоляцию выбранного трубопровода зависят от его теплового сопротивления (постоянного, если не учитывать старения, увлажнения изоляции; а существующие методики их не учитывают) и температурного напора ^ _ ^геплонос. — ^окр.среды (4)
Плотность теплового потока через изоляцию qi выбранного трубопровода і-ого диаметра при любом температурном напоре Лі определяется уравнением
® = * (5)
Подставляя сюда Ri из уравнения
(2), получим
М М
Ч, — "7Г — С1снпп — (6)
Я
At,
СНиП
Более удобно использовать величину, обратную тепловому сопротивлению Ri, которую можно назвать удельной (на 1 метр длины трубопровода) теплопроводностью изоляции трубопровода i-ого диаметра:
КниП = — = = COnSt ’
Я А/,
ккал/м*оС*ч. (7)
Нормативная удельная теплопроводность изоляции может быть рассчитана на основании данных таблиц 1 - 3 Приказа 265 для всех периодов проектирования, способов прокладки и диаметров трубопроводов. Тогда удельные часовые потери через изоляцию трубопроводов /-ого диаметра будут определяться по формуле
qi = %. ■ &, ккал/м*ч. (8)
Отметим, что в формулах (3) и (6) присутствует только температурный напор Д1;, а температуры теплоносителя и наружного воздуха по отдельности не важны.
Пересчет табличных значений норм тепловых потерь на фактические температуры
В Приказе №265 требуется пересчитывать табличные значения норм тепловых потерь на среднегодовые условия функционирования. Формула для такого пересчета приведена в Методике Рос-коммунэнерго (п.4.3.7):
А 7 - А^т
а =а т + (а т — а т)--------------------4(9)
^ИЗ.Н Л- ИЗ.нТ^ \^ИЗ.нТ2 ^ИЗ-НТ} / ’V /
Т2 Т1
т.е. нормативные тепловые потери через изоляцию трубопровода определяются линейной интерполяцией по двум смежным табличным значениям норм потерь и среднегодовой разнице температур теплоносителя и окружающей среды.
Считаем это указание ошибочным, поскольку нормы потерь в СНиП 2.04.1488 нелинейно зависят от температурного напора и уравнение (3) для них не выполняется. Чтобы удовлетворить требованиям СНиП 2.04.14-88, трубопроводы одного диаметра при значительно отличающихся температурных напорах должны иметь различную толщину изоляции, т.е. тепловое сопротивление у них будет различным.
Например, в предположении, что в СНиП 2.04.14-88 действительно подразумевалось, что средняя температура окружающего воздуха равна 5 оС, тепловое сопротивление изоляции трубопровода с условным диаметром 400 мм при надземной прокладке должно составлять:
при Д; = 50 - 5 = 45 оС Язо =
45оС
------— = 0,918 оС*м/Вт,
49Вт / м
при Д; = 100 - 5 = 95 оС Я100 =
95оС
------— = 1, 145 оС*м/Вт,
83Вт / м
при Д; = 150 - 5 = 145 оС =
145оС
145 С = 1,26 оС*м/Вт.
115Вт / м
А ведь тепловое сопротивление изоляции трубопровода зависит только от конструкции и материала изоляции (увлажнение и износ методики не учитывают), определяется при проектировании тепловой сети (точнее, при изготовлении изоляции) и не зависит от температурного напора.
Отметим, что в пункте 4.3.19 Методики Роскоммунэнерго приводится формула перерасчета годовых потерь на среднемесячные условия функционирования тепловых сетей
Омес. _ Огод * Д мес. /Дид , (10)
которая показывает, что тепловое сопротивление сети считается постоянным
Дмес/Омес. Дгод/Огод COnSt. (11)
И это правильно. Неправильно при использовании каждой новой среднегодовой температуры считать, что тепловое сопротивление трубопроводов по каким-то непонятным причинам изменилось.
Обратим внимание также на примечание к таблице 4.3 (почему-то только к одной) приложений к Приказу № 265: «Расчетные среднегодовые температуры в водяных тепловых сетях 65/50, 90/50 и 110/50 оС соответствуют температурным графикам 95-70, 150-70 и 180-70 оС». Это означает, что необходимо использовать тот столбец из таблиц с нормами потерь, который соответствует проектному температурному графику данной тепловой сети, а не определять нормы интерполяцией по среднегодовой разности температур.
Суммируя вышеизложенное, считаем, что правильное использование таблиц с нормами потерь должно происходить в следующей последовательности:
1. выяснение проектного температурного графика;
2. определение по норме потерь из соответствующего столбца таблиц и температурному напору теплового сопротивления изоляции данного трубопровода по формуле Ri=дtcнип/Qcнип,i;
3. расчет нормированных потерь данного трубопровода за любой промежуток времени n (час) и при любом среднем за данный промежуток времени температурном напоре Дt (оС) производить по формуле:
Qi = Li * в * Дt * n / Ri} ккал, (12) где: Li - длина трубопровода, м; в - коэффициент, учитывающий местные тепловые потери (арматурой, компенсаторами, опорами). Потери в тепловой сети не зависят от того, меньше или больше 5000 часов в год она функционирует.
Это следует из формул (2) и (12), и так было в нормах 1959 - 1990 годов. Однако в последующих нормах такое разделение появилось, по-видимому в результате формального переноса такого разделения из СНиП 2.04.14-88, которые, напомним, предназначены для проектирования. В спроектированной и смонтированной сети тепловые потери будут за-
висеть только от свойств изоляции, температурных напоров и времени функционирования. При времени функционирования 4950 часов в формуле (12) п будет равно 4950, а при времени функционирования 5024 часа п = 5024.
Рациональная структура норм потерь тепла в сетях теплоснабжения
Хотелось бы упомянуть ещё о некоторых мелочах, которые затрудняют пользование таблицами норм плотности теплового потока.
В первых нормах для 1959-1990 годов нормы приведены для наружных диаметров трубопроводов, а в последующих - для условных диаметров. Для удобства можно приводить в таблицах и те, и другие.
Потери тепла в теплоснабжении принято измерять в килокалориях в час. В таблицах нормы приведены ещё и в ваттах. Если кому потребуется знать потери в ваттах, наверное, он сможет перевести в эти единицы конечный результат, а не будет использовать данные из таблиц в ваттах. Поэтому нормы в ваттах надо из таблиц конечно убрать.
Постоянное упоминание в таблицах, что температуры среднегодовые, неверно и сильно запутывает. там вообще должны стоять температурные напоры, как в первых нормах 1959-1990 годов. Нормы же верны для указанных температурных напоров независимо от того, среднегодовые они, среднемесячные или любые другие.
В существующих методиках трубопроводы, проложенные в подвалах, полностью проигнорированы, хотя их доля в тепловых сетях достаточно велика. Совершенно непонятно, какие нормы и температурные напоры применять при расчёте потерь на этих трубопроводах.
Считаем, что по существующим нормам потерь тепла в водяных трубопроводах с учетом вышеизложенного можно рассчитать нормы теплопроводности трубопроводов Л для различных диаметров, видов прокладки и температурных графиков, и представить их в простой, понятной и удобной форме.
Потери трубопровода /-ого диаметра за промежуток времени п (час) будут определяться по формуле
Qi = ^ * Ь * в * Дt * п, ккал (13) где Дt - средняя за данный промежуток времени разница температур теплоносителя и окружающей среды.
Отметим, что в таблицах 1.1-4.6 Приказа 265 для трубопроводов подземной прокладки диапазон среднегодовых температур теплоносителя (110 - 65 = 45 оС), гораздо уже, чем для трубопроводов надземной прокладки (150 - 50 = 100 оС). Поэтому при расчете норм теплопровод-
ности трубопроводов по существующим нормам тепловых потерь считаем целесообразным для подающих трубопроводов использовать нормы потерь при температуре теплоносителя 100 оС, а для обратных трубопроводов - при температуре теплоносителя 50 оС.
С учетом всего вышеизложенного структура норм удельной теплопроводности может принять простой вид (таблица 4). При этом расчеты потерь через изоляцию трубопроводов тепловых сетей не станут ни менее точными, ни менее адекватными.
Таблица 4. Структура норм удельной (на 1 метр длины) теплопроводности (ккал/м*оС*ч) изолированных трубопроводов водяных систем теплоснабжения (для каждого диаметра трубопрово-
___________________________________________________________________________________________да)
Период проектирования канальная прокладка бесканальная прокладка надземная прокладка
проектный температурный график проектный температурный график трубопроводы
95-70 оС 150- 70оС 180- 70оС 95-70 оС 150- 70оС 180- 70оС обратный подающий
1959-1990 ^11 ^12 ^13 ^14 ^15 ^16 ^17 ^18
1991-1998 ^21 ^22 ^23 ^24 ^25 ^26 ^27 ^28
1999-2003 ^31 ^32 ^33 ^34 ^35 ^36 ^37 ^38
с 2004 ^41 ^42 ^43 ^44 ^45 ^46 ^47 ^48
Практическое осуществление расчетов потерь тепла через изоляцию трубопроводов систем теплоснабжения
Методика расчета потерь через изоляцию трубопроводов изложена в Приказе 265 всего лишь в подпункте 4 пункта 28 и содержит только одну формулу (4.14) (остальные формулы этого подпункта ей идентичны).В подпункте говориться, что «нормирование тепловых потерь производиться на основе сведений
о конструктивных особенностях тепловой сети (типы прокладки, виды тепловой изоляции, диаметр трубопроводов, длина участков) и норм тепловых потерь, приведенных в приложениях, пересчетом табличных значений на среднегодовые условия функционирования.
Разъяснений, как использовать нормы тепловых потерь и пересчитывать
табличные значения, Приказ 265 не содержит.
Поэтому считаем необходимым рассмотреть эти вопросы подробнее:
Исходные данные.
В «Примерном макете расчета и обоснования нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии» Минпромэнерго в таблице 4.2 приведен пример исходных данных, необходимых дли расчета (см. таблицу 5). Однако вид теплоизоляционного материала и средняя глубина заложения трубопроводов в расчетах никоим образом не используется, происхождение поправочных коэффициентов сомнительно, температурный график может быть указан отдельно, поскольку он одинаков для всех участков сети, а расчет часовых тепловых потерь для каждого участка отдельно может быть выполнен только вручную.
Число участков тепловой сети может быть достаточно велико. Например, в городе Тихвине оно равно 1450.
Поэтому считаем, что исходные данные тепловой сети могут быть представлены следующим образом (см. таблицу 6).
Сортировка трубопроводов по видам прокладки, годам проектирования (ввода в эксплуатацию, перекладки) и диаметрам
При расчетах потерь тепла через изоляцию трубопроводов тепловой сети важным допущением, принятым по
умолчанию, является одинаковая температура теплоносителя во всех подающих трубопроводах 1под и обратных трубо-
проводах 1;обр. Это позволяет рассортировать все трубопроводы тепловой сети по видам прокладки, годам проектирования и диаметрам и представить результаты в компактном виде (см. таблицу 7). Расчёты при этом выполняются не для каждого участка, а целиком для суммы длин всех участков одинакового диаметра, времени проектирования и вида прокладки.
Таблица 5. Пример заполнения таблиц исходных данных по характеристике водяных тепловых сетей
Наименование участка Наружный диаметр трубопроводов на участке D.мм Длина участка (в однотрубном исчислении) 1,м Теплоизоляционный материал Тип прокладки Год ввода в эксплуатацию (перекладки) Средняя глубина заложения до оси трубопроводов на участке тт , , Температурный график работы тепловой сети с указанием температуры — Г' Ё е и ц и ■є ■є аэ § ик ы кз н еч ро св а арп о С Часовые тепловые потери. ккал/ч
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
НО-1-НО-24 92 3409 Маты минераловатные марки 125 надземная 1968 150/70 Оср =130) 1,1 ХХХ
НО-24 - НО- 38 426 1027 Армопенобетон надземная 1993 150/70 (їср =130) 1,1 ХХХ
НО-38 - НО- 52 219 2514 Пенополиуретан канальная 2000 1,6 150/70 (їср =130) 1 ХХХ
ТК-2-ТК-31 273 512 Маты минераловатные марки 100 канальная 1971 1,6 150/70 Оср =130) 1,1 ХХХ
ТК-31-ТК-46 53 1006 Армопенобетон бесканальная 1995 2,3 150/70 Оср =130) 1,1 ХХХ
ТК-46 - ТК-64 72 783 Пенополиуретан бесканальная 2001 2,7 150/70 Оср =130) 1 ХХХ
Нормирование тепловых потерь через изоляцию трубопроводов тепловых сетей
Если принять предложенные выше структуру норм потерь тепла, способ пересчета существующих норм в нормы удельной (на метр длины) теплопровод-
ности изоляции трубопроводов X (ккал/м*ч) и раздельный расчет подающего и обратного трубопровода, то расчет потерь через изоляцию трубопроводов может быть выполнен в рамках таблицы 7.
ных в непроходных каналах и спроектированных в 1999 - 2003 годах.
В следующих четырех столбцах приведены норма теплопроводности изоляции для всех диаметров и периодов. Например, для тепловой сети с проектным температурным графиком 95-70 оС Х26 пересчитывается по формуле
Х26 = 28 ккал/м*ч / (65-5)оС = 0.467 , ккал/м*ч* град , (14)
где 28 ккал/м*ч - норма тепловых потерь для подающего трубопровода Бу =150 мм. проложенного в непроходных каналах, из таблицы 2.1 Приказа 265.
В последнем столбце каждого блока произведен расчет часовых потерь по формуле (например. для трубопроводов с Бу = 100 мм. проложенных в непроходных каналах):
пкан4 = 1,2 * (1 к41 * ^14 + 1к42 * ^24 + 1к43 * ^34 +
1к44 * ^44) . ккал/ч* град. (15)
Таблица 6. Параметры трубопроводов сети ГВС п. Никольское (Проектный температурный график 95 - 70 оС)_____________________________________________________________
№ по по- Участок Наружный диаметр трубопроводов Длина в однотрубном исчислении Тип прокладки Год ввода в эксплуатацию (перекладки)
Начальный узел Конечный узел подающего обратного
мм мм м
1 ТК-1 ТК1" 100 100 14 надземная 1975
2 ТК1" ТК2 100 100 46 надземная 1975
3 ТК2 ТК3 100 100 170 надземная 1975
4 ТК3 ТК4 100 100 30 надземная 1975
5 ТК4 ТК6 100 100 188 канальная 1989
6 ТК6 ТК7 100 100 47 канальная 1989
7 ТК7 ТК8 100 100 35 канальная 1975
8 ТК8 ТК-23 100 70 106 канальная 1989
12 ТК8 ТК9 100 100 45 по подвалу 1975
13 ТК9 ТК10 100 100 71 по подвалу 1975
14 ТК10 ТК11 100 100 85 по подвалу 1975
15 ТК11 ТК-24 100 100 33 канальная 1989
16 ТК-24 Новая.14 100 100 27 канальная 1989
17 ТК-1 ТК-12 100 100 78 канальная 1975
20 ТК5 Советская.4 89 89 157 канальная 1989
21 ТК-5 Новая.1 76 57 8 канальная 1989
22 ТК-5 ТК-16 89 89 145 безканальная 2006
23 ТК-6 ТК-17 100 76 28 безканальная 2006
24 ТК-7 ТК-18 108 89 26 безканальная 2006
прокладки, но температурный напор для Для подвальной прокладки ис- этих трубопроводов будет 1под. - 1подв.
пользуются нормы теплопроводности Суммирование по всем диамет-
изоляции для трубопроводов надземной рам даст величину часовых потерь все-
Таблица 7 составляется для подающих трубопроводов, и такая же - для обратных трубопроводов.
В первом столбце приведены все диаметры трубопроводов, встречающиеся в данной тепловой сети, во втором - соответствующие им коэффициенты местных тепловых потерь. Далее блоками расположена информация раздельно о трубопроводах канальной, бесканальной, подвальной и надземной прокладки. Внутри блоков расположение информации и формулы вычислений идентичны.
В первых четырех столбцах каждого блока приведены суммы длин трубопроводов ього диаметра 1;, спроектированные в указанные периоды. Например, 1к33 представляет собой суммарную длину всех подающих трубопроводов с условным диаметром 80 мм, проложен-
ми подающими трубопроводами, проложенными в каналах
^од=Х Пкань ккал/ч* град. (16)
г
Полученные величины суммарных часовых потерь подающими трубопроводами Мкпод, ^^бподэ ^ппод, ^^нпод и
обратными трубопроводами Ккобр, Кбобр, Кпобр, Кнобр исчерпывающе описываю конструкцию тепловой сети, поскольку содержат информацию о наружном диаметре, длине, способе прокладки, времени проектирования каждого участка тепловой сети и соответствующего ему норматива теплопроводности изоляции.
Эти величины не зависят от режимов функционирования тепловой сети и могут непосредственно использоваться для расчета потерь тепла через изоляцию трубопроводов для любых интервалов времени п (час) и средних за этот промежуток времени температур теплоносителя в подающем ^под.) и обратном (^бр.) трубопроводах, грунта (^-рунт), окружающего воздуха (^кр .возд.) и воздуха в подвалах ^подв.) по формуле:
Оизол. = [Ккпод * 0-под. — ^Грущ) + Кбпод * 0-под. — 1грунт) + ^ппод * 0-под. — 1подв.) + ^нпод * 0-под. — ^окр.возд.) + ^кобр * Ообр. — 1грунт) + Кбобр * Ообр. — 1грунт) + ^побр. * Ообр. — 1подв.) + ^нобр * Ообр. —
1окр.возд.)] * П. (17)
Если в тепловой сети диаметры и длины подающего и обратного трубопровода одинаковы (Кпод = Кобр), то формула (17) упрощается:
Оизол. = (С^кан. + Кбеск.) * [0под. + ^обр^ / 2 — Струит] + ^подв. * [(1под. + 1обр.) / 2 — !подв.] + ^надз. * [0под. + 1обр.) / 2 — 1нар.возд. ]} * П
ккал. (18)
Если, как в существующих методиках, не рассматривать отдельно трубопроводы в подвалах, то формула (18) примет вид:
0изол=(С^ кан.+^беск.^Опод. +1обр.)/2— ^груш^+^надз. *[0под. +1обр.)/2 tнар.возд.]}*n,
ккал . (19)
Учёт износа трубопроводов и изоляции
Нормы потерь предназначены для новых, только что изготовленных, трубопроводов. Не вызывает сомнения, что с годами герметичность и свойства изоляции будут ухудшаться даже при хорошем обслуживании, не говоря о том, которое существует у нас в условиях недофинансирования, снижения дисциплины и уровня контроля.
Существующая методика допускает возможность увеличения в результате износа трубопроводов тепловых потерь в трубопроводах подземной прокладки на 40% и в надземных трубопроводах на 70% (однако учесть это можно только на основании испытаний на тепловые потери по методике РД 34.09.25597, которые, как мы считаем, провести невозможно). Почему бы это увеличение не учитывать равными долями в течение всего нормативного срока службы трубопроводов, или не использовать рекомендации «Правил оценки физического износа жилых зданий ВСН 53-86(р)» Госгражданстроя.
Литература
1. Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системе коммунального теплоснабжения. Утверждена зам. председателя Госстроя России 12.08.03;
2. Методика определения нормативных значений показателей функционирования водяных тепловых сетей систем коммунального теплоснабжения МДК 4-03.2001. Утверждена Госстроем России приказом №225 от 01.10.2001;
3. Методика определения количеств тепловой энергии и теплоносителя в водяных системах коммунального теплоснабжения МДС 414.2000. Утверждена приказом Госстроя России от 06.05.2000 №105;
4. РД 34.09.255-97 «Методические указания по определению тепловых потерь в водяных тепловых сетях». Утв. РАО «ЕЭС РОССИИ» 25.04.97 г.;
5. Методические указания по составлению энергетических характеристик для систем транспорта тепловой энергии по показателям «тепловые потери». — М.: СПО ОРГРЭС, 2003. СО 153-34.20.523(3)-2003. Утв. приказом Минэнерго России от 30.06.2003 г. №278;
6. Порядок расчета и обоснования нормативов технологических потерь при передаче тепловой
энергии. Утв. Приказом Минпромэнерго России от 4 октября 2005 г. № 265;
7. Инструкция по организации в Минэнерго России работы по расчету и обоснованию нормативов технологических потерь при передаче
тепловой энергии. Утв. приказом Минэнерго России от 30 декабря 2008 года № 325;
СНиП 2.04.14-88 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».
X
ш
N
ко
я
X
о
о
с
X
ш
н
я
н
ш
о
а
о
п
о
а
о
с,
х
о
і®
>.
с,
н
и
X
в
£
я
ет
О
X
X
&
ф
н
о
X
ш
3
а
о
о
41
3
х
X
я
а
о
&
*
&
о
К
Й
Я
1—1
I—I
к
ю
га
Н
п
о
&І
о
и
я оїі'оя о сіп 09 ХсІ ї ХННИПЬШП! Н СІП СІ 011 ППН0П|-, і $ п п ПІ а гя РІ сті Я ҐП « 5 СТІ Л3 у, 5 СТІ я 5 СТІ Є!3 40 и 5 СТІ я 'и РІ СТІ 00 « ч СТІ я 04 и 5 СТІ я РІ о в %
а Н шг о (Ґ ■№ ! 14 14 гч гч гч г< ҐП гч ґ-*ч ГЧ Г< ГЧ г< Щ ГЧ г< г~: гч г? оо гч г? Оч гч г<
<4 І а к а ° І л о еоог-6661 ґ-^ гя ■о со ґ< 04
0 1 я В § &§ о В р. <и Н 8661*1661 о с-^ гч о "1 о ґ-*ч 'Т о О Ґ*Ч ю о о о г? Оч о
ОббІ 0^ І гч л- ҐП л- •ч Оч І 40 Оч Л со 04 Оч
и 3 03 оз 3 о й н шг о ТГ ’в ■Ч- 1 ТГ Е ч- 1 X
н Ч й 1 и тг-бббі 15 'и 1-І
! І & 4 § и а ь4 8661*1661 гч СЙ гч гч 'и гч гч 00 Е гч Оч к гч к 1-І
%. 1 & ° к в 0661 № ’к 'к ”к "к ’м 1-І
а 1 5 ХЕїтяИои а •юї/ояосІїїодЛсІї. ИСІПСІОІІПІЧН0П|-, 1 14 14 й п о яс гч 03 4 о Я г« ч о & 15 ч о я й ч о я 40 й ч о я й ч о я со й п. о я Оч й ч о я РІ 0 1 %
0 1 03 03 й й Ю02 Э 1-І
а и Л 1- п * аЙ І и ч £002*6661 ҐП с ҐП 1 'к 1-І
«1 03 4 1 в- ^ п О И а р4 8661*1661 гч 1 гч 1 гч с гч 00 с ■а Н-І
в а ° к ОббІ оїї ’с ■"с ’с '9 40 С к с 1-І
н оїґон п сі 1109 Асі і ИЧНИЭЕЙЧШ ИСІПСІОІІ ПІЧН0П|-, ! 14 14 іо я 1 и і.О Я и 1-0 я и 1-0 я и 1-0 я 4р и и 1.0 Я и 1-0 я 00 и и 1-0 я 1 и 1-0 я 11 о к 'О %
ПІ я Н и кю2 ° Л 3 ҐП со Л 40 00 сю а.
а І Я к а ° І й « к £002*6661 ■№ 1 14 І4 І4' гч ҐП ч- ю Г" 1 - 00 г? Оч ■Г<
1 я 8 о В 666І-І66І і і*Ч Л5 ҐП ‘О с-^ і 40 40 с-^ 4 00 40 с-^ Оч 40 €-*•*
X Д н и ОббІ № ГЧ ҐП •ч- 4© Г” ґ? 00 Оч
9 м и 03 03 3 ° о Ю02 Э ^г 1.0 •ч ҐП ш ч ч- ш 'ГГ ю 1-І
ю Ч & В Й Я Й ° п 1 <и і=: £002*6661 ґП ҐП ш т •Ч ш Ір 1-І
" & Н 4 О 2 а ь4 8661*1661 гч ҐП ш гч •Ч ю гч щ гч 00 Ір < 1 ю _|
к а ОббІ 0^ 1.0 ш ц? 1.0 40 Ш [р ю 1-І
хвігвнви я аоІґоаосІиодАсІї исіпсіоіі пічноп^ 1 14 14 ’к ПІ Я ҐЧ и СТІ £ сй СТІ £ 15 СТІ £ 'м СТІ £ 40 К СТІ £ м СТІ 00 м СТІ £ Оч к СТІ £ 11 0 1 %
ІЗ и ИЮ2 9 у Л л 4 Ґ-*І 00 ґ? а-. 4 л Ч1 4
м | 0 1 в к 3 Є ЇЇ о Б й « ч £002*6661 ■№ ! 14 І4 ф с"Ч ГЧ ҐП с-% т ф <Ґ< ч- ҐП (Я <Ґ< <о (?І л Л 00 Оч <ТІ с-^
§ II о й 8661*1661 і*Ч г? ҐП ч- м £ Чї гч <Ґ< 00 Оч м с-%
я в ■о у И ОббІ № Д гч 2 40 ? 00 Оч
га І й 03 03 Я н Ю02 э 1-ї
ин 5 И в О £ а и ч £002*6661 ■й її її '3 1-І
1 в- ^ п 1 а а р4 8661*1661 гч 13 гч гч і£ гч "0 гч гч 00 13 _|
&0 к ОббІ оїї 'х У ґ2 и 00 а
Ч США ОН ХТІПОІГППХ ХТППППМ І.ІІПИІ!И(|іф(;0>| гч сч сч счл счл ІЛ ІЛ ІЛ ІЛ
сііаивиїґ цпнаоїгоА | о ІЛ о г- о оо о о ІЛ гч о ІЛ о о гч о ІЛ гч о о т
Бадах Владимир Федорович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ, тел.:+7 (812) 368 42 89, е-таіі:
ЬснЗуЇЇаі.уапсіех. т;
2 Кузнецова Анна Дмитриевна, доцент кафедры «Сервис торгового оборудования и бытовой техники» СПбГУСЭ, тел.:+7 (812) 368 42 89, е-таіі: [email protected]
