Система теплоснабжения — это комплекс устройств и трубопроводов, предназначенных для производства, транспорта, распределения и потребления тепловой энергии, обеспечивающий отопление, горячее водоснабжение и другие нужды потребителей.
Основная цель системы теплоснабжения состоит в обеспечении потребителей необходимым количеством теплоты требуемого качества. Система работает по принципу: источник тепла вырабатывает теплоноситель (горячую воду или пар), который транспортируется по тепловым сетям и передаёт энергию потребителям через теплоприборы.
Основные компоненты системы теплоснабжения
Любая система теплоснабжения состоит из следующих функциональных частей:
1. Источник тепловой энергии — котельная (газовая, угольная, электрическая), теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), атомная станция (АЭС) или другой источник, генерирующий тепловую энергию.
2. Тепловые сети (трубопроводы) — магистральные и распределительные сети, служащие для транспортировки теплоносителя от источника к потребителям.
3. Тепловые пункты — промежуточные узлы, регулирующие и распределяющие теплоноситель; включают центральные тепловые пункты (ЦТП), районные тепловые пункты (РТП) и индивидуальные тепловые пункты (ИТП).
4. Теплопотребляющие приборы — радиаторы отопления, калориферы в системах вентиляции, теплообменники горячего водоснабжения, полотенцесушители, трубопроводы внутридомовых систем отопления.
Классификация систем теплоснабжения
По месту расположения источника тепла:
Централизованные системы — источник тепловой энергии работает на теплоснабжение группы зданий (целого района, города или их части) и связан тепловой сетью с приборами потребления тепла. Они обслуживают множество потребителей, но требуют развитой сети магистральных и распределительных трубопроводов.
Децентрализованные системы — разделяются на две подгруппы:
- Индивидуальные — теплоснабжение каждого помещения (комнаты, квартиры, участка цеха) обеспечивается от отдельного источника (печное отопление, поквартирное отопление)
- Местные — теплоснабжение каждого здания обеспечивается от отдельного источника теплоты, обычно от местной или индивидуальной котельной. К этой категории относится центральное отопление зданий
Децентрализованные системы с тепловой мощностью менее 50 МВт часто применяются в коттеджных посёлках, многоквартирных домах с индивидуальными газовыми котлами и небольших зданиях.
По виду теплоносителя:
Водяные системы — используют горячую воду в качестве теплоносителя (до 150°С), наиболее распространены для коммунального хозяйства, отопления жилых и общественных зданий. В России водяные сети составляют около 48% от общей длины всех тепловых сетей.
Паровые системы — используют пар в качестве теплоносителя (давление 1,2-3,9 МПа), применяются главным образом на промышленных предприятиях для технологических нужд, требующих высокотемпературной теплоты.
По способу подачи воды на горячее водоснабжение (для водяных систем):
Открытые (разомкнутые) системы — сетевая вода отбирается непосредственно из тепловой сети на горячее водоснабжение. Это упрощает систему, но требует тщательной подготовки воды для предотвращения коррозии.
Закрытые (замкнутые) системы — сетевая вода циркулирует в тепловой сети только как теплоноситель, из сети не отбирается; горячее водоснабжение подготавливается отдельно через подогреватели. Вода для горячего водоснабжения забирается из водопровода и подогревается в теплообменниках.
По количеству трубопроводов
Двухтрубные сети — включают подающую и обратную трубы, наиболее распространённый и оптимальный тип. Являются лучшим технико-экономическим компромиссом, снижают потери тепла и потребление электроэнергии.
Однотрубные сети — допускаются при технико-экономическом обосновании для надземной прокладки при длине транзита до 5 км.
Трёхтрубные и четырёхтрубные сети — применяются в специальных случаях, например, в промышленных районах с разнородными потребителями разного потенциала.
По способу обеспечения потребителей
Одноступенчатые системы — потребителей тепла присоединяют непосредственно к тепловым сетям. Узлы присоединения называют абонентскими вводами или местными тепловыми пунктами (МТП). На абонентском вводе устанавливают подогреватели горячего водоснабжения, элеваторы, насосы, арматуру и контрольно-измерительные приборы. Эти системы применяют для ограниченного числа потребителей от котельных с небольшой длиной тепловых сетей, так как высокое давление, необходимое для транспорта теплоносителя, опасно для отопительных приборов.
Многоступенчатые системы — между источником тепла и потребителями размещают промежуточные пункты: центральные тепловые пункты (ЦТП) или контрольно-распределительные пункты (КРП). ЦТП оборудуются насосными установками, регулирующей арматурой, контрольно-измерительными приборами, предназначенными для обеспечения группы потребителей в квартале или районе теплом необходимых параметров.
С помощью насосов магистральные трубопроводы (первая ступень) гидравлически изолируются от распределительных сетей (вторая ступень). Полная гидравлическая изоляция является важнейшим мероприятием повышения надёжности теплоснабжения и увеличения дальности транспорта тепла. Многоступенчатые системы в десятки раз уменьшают число подогревателей, циркуляционных насосов и регуляторов, устанавливаемых в МТП при одноступенчатой системе.
Трёхступенчатая структура
Современные системы теплоснабжения строятся преимущественно по трёхступенчатой схеме:
Первая ступень — источники тепла разных типов (ТЭЦ, котельные, когенерационные установки), соединённые между собой в единую закольцованную систему. Магистральные тепловые сети работают с высокой температурой теплоносителя 130-150°C.
Вторая ступень — центральные тепловые пункты (ЦТП), присоединённые к магистральным сетям. В ЦТП температура снижается до максимальной 110°C в соответствии с потребностями потребителей. У малых систем уровень ЦТП может отсутствовать.
Третья ступень — индивидуальные тепловые пункты (ИТП), расположенные непосредственно в зданиях и получающие тепловую энергию от ЦТП. К зданию подключено только три трубы: две для теплоносителя и одна для водоснабжения, упрощая структуру трубопроводов.
Особенности систем отопления и горячего водоснабжения
- Системы отопления зданий и сооружений
- Системы вентиляции и кондиционирования воздуха
- Системы горячего водоснабжения (ГВС)
- Технологические установки промышленных предприятий
При присоединении систем отопления потребителей к тепловым сетям применяются две схемы подключения:
Зависимая схема — давление в абонентской установке зависит от давления в тепловой сети. Используется при наличии элеваторов.
Независимая схема — давление в местной системе не зависит от давления в тепловой сети. Применяется при наличии теплообменников, разделяющих магистральные сети от внутридомовых систем.
Управление и оптимизация
Современные системы теплоснабжения оснащаются автоматизированными системами управления (АСУ), включающими автоматизацию процессов производства, транспортировки, распределения и потребления тепловой энергии. Управление обеспечивает:
- Поддержание оптимальных параметров теплоносителя с учётом внешних условий
- Минимизацию потерь тепла в сетях
- Снижение потребления электроэнергии на транспортировку теплоносителя
- Обеспечение надёжности и комфорта для потребителей
- Контроль над экономией энергетических ресурсов
Преимущества централизованного теплоснабжения
Централизованное теплоснабжение предпочтительно по сравнению с распределённой выработкой тепла в каждом доме, так как:
- Обеспечивает более эффективное использование топливных ресурсов
- Уменьшает загрязнение окружающей среды
- Позволяет применить квалифицированное обслуживание и управление
- Обеспечивает большую экономию при использовании комбинированной выработки тепла и электроэнергии наа ТЭЦ