Обосновывающие материалы к схеме теплоснабжения города Королев на период с 2014 до 2029 года
ГЛАВА 3
Электронная модель системы теплоснабжения поселения, городского округа
Оглавление
Введение 3
1. Графическое представление объектов системы теплоснабжения 8
Введение
Под электронной моделью системы теплоснабжения города Королев понимается математическая модель этой системы, привязанная к топографической основе города, предназначенная для имитационного моделирования всех процессов, протекающих в системе теплоснабжения.
Электронная модель системы теплоснабжения города Королев предназначена для хранения и актуализации данных о тепловых сетях и сооружениях на них, включая технические паспорта объектов системы теплоснабжения и графическое представление объектов системы теплоснабжения с привязкой к топографической основе города с полным топологическим описанием связности объектов.
На базе электронной модели системы теплоснабжения города Королев разработчиком были проведены расчеты с использованием дополнительных модулей программного комплекса <<ТеплоЭксперт>>. Разработчиками использована система автоматизированного ведения расчетов режимов эксплуатации и наладки внутренних тепловых сетей позволяющая:
1. По реальному режиму отпуска теплоты любой сложности определять расчетные и плановые значения расходов теплоты и греющего теплоносителя для подачи каждому абоненту сети.
2. Воспроизводить существующую гидравлическую и тепловую картину любого режима эксплуатации при любой температуре наружного воздуха с предоставлением данных о величине установившихся при этом фактических значений:
* расходов, узловых перепадов, активных напоров, абсолютных и относительных потерь на любом участке и узле сети;
* расходов теплоты, греющего теплоносителя, температур внутреннего воздуха и горячей воды у каждого потребителя;
* температур теплоносителя на выходе из систем отопления, горячего водоснабжения и вентиляции;
* средневзвешенной температуры теплоносителя, возвращаемого на источник теплоснабжения по обратной магистрали.
3. Моделировать вышеуказанные условия с учетом:
* изменения режима регулирования отпуска теплоты;
* присоединения или отключения тех или иных (новых) потребителей, ветвей и отдельных участков сети;
* замены одних трубопроводов на другие.
Расчет систем теплоснабжения производится с учетом утечек из тепловой сети и систем теплопотребления, а также тепловых потерь в трубопроводах тепловой сети. Расчет тепловых потерь ведется либо по нормативным потерям, либо по фактическому состоянию изоляции.
Дополнительные модули, используемые разработчиками при формировании схемы теплоснабжения:
- модуль наладочного расчета;
- модуль поверочного расчета;
- модуль конструкторского расчета;
- модуль построения пьезометрического графика;
- модуль расчета нормативных потерь тепла через изоляцию.
Наладочный расчет тепловой сети выполняется с целью достижения качественного обеспечения всех потребителей, подключенных к тепловой сети, необходимым количеством тепловой энергии и сетевой воды при оптимальном режиме работы системы централизованного теплоснабжения в целом. В результате наладочного расчета определяются номера элеваторов, диаметры сопел и дросселирующих устройств, а также места их установки. Расчет проводится с учетом различных схем присоединения потребителей к тепловой сети и степени автоматизации подключенных тепловых нагрузок. При этом на потребителях могут устанавливаться регуляторы расхода, нагрузки и температуры. В тепловой сети устанавливаются насосные станции, регуляторы давления, регуляторы расхода, кустовые шайбы и перемычки.
Поверочный расчет тепловой сети выполняется с целью определения фактических расходов теплоносителя на участках тепловой сети и у потребителей, а также количества тепловой энергии, получаемой потребителем при заданной температуре воды в подающем трубопроводе и располагаемом напоре на источнике.
Математическая имитационная модель системы теплоснабжения, предназначенная для решения поверочной задачи, позволяет анализировать гидравлический и тепловой режим работы системы, а также прогнозировать изменение температуры внутреннего воздуха у потребителей. Расчеты проводятся с различными исходными данными, в том числе при аварийных ситуациях: отключении отдельных участков тепловой сети, передаче воды и тепловой энергии от одного источника к другому по одному из трубопроводов и т.п.
Расчёт тепловых сетей проводится с учётом:
* утечек из тепловой сети и систем теплопотребления;
* тепловых потерь в трубопроводах тепловой сети;
* фактически установленного оборудования на абонентских вводах и тепловых сетях.
В результате расчета определяются расходы и потери напора в трубопроводах, напоры в узлах сети, в том числе располагаемые напоры у потребителей, температура теплоносителя в узлах сети (при учете тепловых потерь), температура внутреннего воздуха у потребителей, расходы и температура воды на входе и выходе в каждую систему теплопотребления. При работе нескольких источников на одну сеть определяется распределение воды и тепловой энергии между источниками. Подводится баланс по воде и отпущенной тепловой энергией между источником и потребителями.
Конструкторский расчет тепловой сети выполняется с целью определения диаметров трубопроводов тупиковой и кольцевой тепловой сети при пропуске по ним расчетных расходов при заданном (или неизвестном) располагаемом напоре на источнике. Расчетный модуль используется при:
* проектировании новых тепловых сетей;
* реконструкции существующих тепловых сетей;
* выдаче разрешений на подключение новых потребителей к существующей тепловой сети.
В результате расчета определяются диаметры трубопроводов, располагаемый напор в точке подключения, расходы, потери напора и скорости движения воды на участках сети.
Целью построения пьезометрического графика является графическое представление результатов гидравлического расчета (наладочного, поверочного, конструкторского). Настройка графика выполняется оператором, при этом осуществляется вывод:
* линии давления в подающем трубопроводе;
* линии давления в обратном трубопроводе;
* линии поверхности земли;
* линии потерь напора на шайбе;
* линии вскипания;
* линии статического напора;
* высота здания потребителя.
В таблице под графиком выводятся для каждого узла сети наименование, геодезическая отметка, высота потребителя, напоры в подающем и обратном трубопроводах, величина дросселируемого напора на шайбах у потребителей, потери напора по участкам тепловой сети, скорости движения воды на участках тепловой сети и т.д. (Рисунок 1).
Рисунок 1. Пример пьезометрического графика
Расчет нормативных потерь тепла через изоляцию выполняется с целью определения нормативных тепловых потерь через изоляцию трубопроводов в течение года. Тепловые потери определяются суммарно за год с разбивкой по каждому месяцу. Анализ результатов расчета производится как по всей тепловой сети, так и по каждому источнику тепловой энергии или центральному тепловому пункту (ЦТП) (рисунок 2). Расчет может быть выполнен с учетом поправочных коэффициентов на нормы тепловых потерь. Результаты выполненных расчетов экспортируются в MS Excel.
Рисунок 2. Пример расчета потерь тепловой энергии
1. Графическое представление объектов системы теплоснабжения
Система теплоснабжения включает в себя следующие основные объекты: источник (котельная, ЦТП), участки, тепловые камеры, тепловые узлы, запорную арматуру (задвижки) и другие элементы, являющиеся объектами математической модели системы. Каждый объект математической модели относится к определенному типу и имеет режимы работы, соответствующие его функциональному назначению.
Источник - символьный объект тепловой сети, моделирующий режим работы котельной или ЦТП. В математической модели источник-котельная представляется сетевым насосом (создающим располагаемый напор) и подпиточным насосом (определяющим напор в обратном трубопроводе).
Элемент ЦТП предназначен для моделирования работы теплового пункта с функциями:
* передачи теплоты из одного контура тепловых сетей в другой с понижением температурного графика,
* с изменением напорных характеристик.
Этот элемент в одном контуре (главном) является потребителем теплоты, а во вторичном контуре будет представлять источник.
Рисунок 3. Пример информационного модуля источника-ЦТП
Участок - линейный объект, на котором не изменяются:
* диаметр трубопровода;
* тип прокладки;
* вид изоляции;
* расход теплоносителя.
Двухтрубная тепловая сеть изображается в одну линию и соответствует стандартному изображению сети по ГОСТ 21.605-82. Участок обязательно начинается и заканчивается одним из типовых узлов (объектом сети).
Трубопровод может быть разделен на разные участки в любом месте даже там, где тепловые и гидравлические свойства трубопровода не меняются. Например, трубопровод может быть разделен на участки задвижкой, смотровой камерой на магистрали или узлом, разграничивающим балансовую принадлежность.
При нанесении изображения участков теплопровода автоматически формируется направление, соответствующее заданному: от начального узла к конечному.
Рисунок 4. Пример информационного модуля <<Участок>>
В поле <<начальный узел>> отображается код начального объекта (потребитель, камера и т.д.) с которым связан участок. В поле <<конечный узел>> код конечного объекта. Списки диаметров заполняются из справочников трубопроводов на основании выбранного "Типа материала", а так же выбранного в настройках программы типа диаметров (наружный, условный, внутренний). При необходимости в любой момент существует возможность перекрытия подающей и обратной. Вызов формы с информацией по авариям и ремонтам дает возможность вести всю статистику (дату, описание и т.д.) по каждой аварии на текущем участке.
В комплексе реализован механизм расчета тепловых потерь и оценки их влияния на тепловую картину всего объекта как по одному отдельному участку, так и по всей тепловой сети.
Рисунок 5. Пример расчета тепловых потерь на участке
Потребитель - символьный объект тепловой сети, характеризующийся потреблением тепловой энергии и сетевой воды. <<Потребитель>> - это конечный объект участка, в который входит один подающий и выходит один обратный трубопровод тепловой сети. Под потребителем понимается абонентский ввод в здание. Присоединение потребителя к тепловой сети и его внутреннее представление изображено на рисунке 6.
Рисунок 6. Пример присоединения потребителя к тепловой сети
Существует возможность смоделировать любую схему одновременного включения у потребителя разнородных абонентов теплопотребления в одном узле. В нижней части на странице присутствуют список систем отопления, опции подключения систем вентиляции с забором наружного и внутреннего воздуха, а также выпадающий список с различными системами ГВС.
Тепловая камера - символьный объект тепловой сети. В паспорте тепловой камеры хранится информация не только о ее наименовании, месторасположении и геодезической отметке. В нем присутствует список объектов, которые питаются от этой камеры и соединены с ней участком. (Рисунок 7).
Рисунок 7. Пример паспорта тепловой камеры
Тепловой узел - символьный объект тепловой сети, например, разветвление трубопровода, смена прокладки, вида изоляции или точка контроля для регулятора. В паспорте теплового узла также хранится информация о ее наименовании, месторасположении и геодезической отметке, присутствует список объектов, которые питаются от этого узла и соединены с ней участком. (Рисунок 8).
Рисунок 8. Пример паспорта теплового узла
Задвижка - символьный объект тепловой сети, являющийся отсекающим устройством. Задвижка, имеет два режима работы (открыта, закрыта) (Рисунок 9).
Рисунок 9. Пример паспорта задвижки
К прочим элементам относятся регулятор давления и магистральная шайба. Паспорт регулятора давления состоит из следующих полей: <<Код>> - поле для занесения уникального наименования регулятора (оно отображается на полотне схемы); <<напор в подающей>>, <<напор в обратной>> - напорные характеристики регулятора в метрах; такие поля, как <<Марка>>, <<Дата установки>>, <<Дата посл.ремонта>>, <<Дополнительная информация>> сами говорят за себя о своем функциональном смысле (Рисунок 10).
Паспорт магистральной шайбы состоит из полей: <<Код>> - уникальное наименование задвижки; <<Место установки>> - где располагается шайба: на подающей или на обратной; <<Диаметр участка и самой шайбы>>, а также остальная информация сами говорят за себя о своем функциональном смысле (Рисунок 11).
Рисунок 10. Пример паспорта регулятора
Рисунок 11. Пример паспорта магистральной шайбы
Изображение тепловой сети на карте
Тепловая сеть изображается на карте с привязкой к местности (с привязкой к окружающим объектам), что позволяет проводить теплогидравлические расчеты и решать другие задачи, исходя из точного местонахождения тепловых сетей. Пример изображения тепловой сети на карте приведен на рисунке 12.
Рисунок 12. Изображение тепловой сети на карте
Тепловая сеть изображается схематично, при этом важно, чтобы объекты тепловой сети (узлы) были соединены участками (дугами). Степень детализации при изображении тепловой сети на карте с привязкой к местности или при схематичном изображении может быть различной. Наличие компенсаторов и запорных устройств влияет на гидравлические потери в тепловой сети. Все местные сопротивления занесены в базу данных для адекватного моделирования гидравлических потерь. В связи с этим, точность и детальность отображения сети на карте на результаты расчетов не влияют.
