VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Показана методика выбора системы теплоснабжения с помощью постановки и решения оптимизационной задачи. Критерием оптимальности был выбран минимум удельных полных затрат на строительство или эксплуатацию. Оптимизация проводится путём выбора наиболее подходящего количество систем теплоснабжения для определённого участка теплоснабжения.

Введение

В России около 70% тепловой энергии производится централизованно. Из них около 40% производится на ТЭЦ. У централизованной системы есть свои преимущества, но также они обладают значительными недостатками.

Любая система теплоснабжения (рис. 1) состоит из:

• Источника теплоты

• Тепловой сети

• Потребителей

Рис. 1. Система теплоснабжения

Наиболее слабым место централизованной системы отопления является тепловая сеть, поскольку:

• в ней теряется значительная часть теплоты

• низкое качество ремонта может привести к прорывам и как следствие потерям рабочего тела

• значительная протяжённость тепловой сети приводит к увеличению гидравлических сопротивлений и увеличению затрат электроэнергии

Но при этом в централизованной системе отопления снижаются удельные затраты на выработку теплоты поскольку увеличение мощности источника теплоты:

• снижает удельный расход топлива

• уменьшает количество обслуживающего персонала

Метод оптимизации

При проектировании нового населённого пункта ставится задача определения оптимального количества систем теплоснабжения на территории населённого пункта, при этом считается, что известны: тип зданий, количество жителей и плотность их расселения.

Населённый пункт площадью F разбивают на участки, каждому из которых соответствует своя система теплоснабжения. На рисунке 2 представлены возможные варианты теплоснабжения населённого пункта.

 

Рис 2. Возможные варианты теплоснабжения населённого пункта.

В качестве ограничения принимаются соотношения:

,

,

где, Fn; Fi– площадь населённого пункта и его участка по рассматриваемому варианту, m – количество районов и обслуживающих их систем теплоснабжения

– среднее за срок службы системы годовое количество теплоты, потреблённое населённым пунктом и его отдельными частями

– количество теплоты, потреблённое населённым пунктом (его частью) в k-ом году, (кВт∙ч/год); - срок службы системы, год

–удельный расход потреблённой теплоты, (кВт∙ч/м²∙год).

Количество потреблённой теплоты определяется по Приложению А (удельные тепловые характеристики для отопления и вентиляций зданий и температуры воздуха внутри помещений).

Полная мощность отдельно взятой котельной определяется исходя из потребляемой мощности отапливаемого участка и тепловых потерь во время транспортировки тепловой энергии с помощью коэффициента β, как известно тепловые потери увеличиваются при расширении тепловой сети, поэтому коэффициент β является функцией от площади участка – β=f(

Оптимальное количество систем теплоснабжения определяется по минимуму полных удельных затрат:

– удельные затраты соответственно полные, на выработку и на транспортировку тепловой энергии (Дж/руб)

Соответственно запишем:

где (К₁+S₁) капитальные и текущие затраты на выработку теплоты, (К₂+S₂) – капитальные и текущие затраты на транспортировку.

Капитальные затраты (К) и текущие затраты (S) также являются функциями от площади отапливаемого участка К= f(F), S=f(F)

Соответственно решение поставленной задачи находится как минимум функции .

Пример решения оптимизационной задачи:

Необходимо рассчитать систему теплоснабжения для населенного пункта, включающегося жилые 5-этажные дома, школу, детский сад, магазины.

Вначале определяем необходимые минимальные удельные затраты теплоты на отопление зданий и сооружений, из данных в условии задачи (Приложение А).

Затем рассматриваем возможные разбиение населенного пункта на участки теплоснабжения, определяем полное количество теплоты на отопление зданий в каждом из участков и выбираем соответственно наиболее подходящие котельные установки. Также рассчитываем капитальные затраты на монтаж тепловой магистрали к каждому из возможных вариантов, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

Капитальные затраты при различных вариантах теплоснабжения

Возможные варианты	Проект котельной	Стоимость [руб]	Затраты на тепл. магистраль
ИТП	БМК – 0,1 «ЭКОНОМ»	1 530 000 х 32	5 300 000
ЦТП (1 участок)	БМК – 4,8 «КОМФОРТ»	7 880 000 х 1	11 000 000
ЦТП (4 участков)	БМК – 1,0 «КОМФОРТ»	3 430 000 х 4	9 320 000
ЦТП (8 участков)	БМК – 0,6 «КОМФОРТ»	2 780 000 х 8	7 500 000

После определения удельных капитальных затрат проводится расчет текущих затрат на предложенные варианты распределения систем теплоснабжения и соответственно вычисляются полные удельные затраты, приведенные в таблице 2.

Таблица 2

Полные удельные затраты

Возможные варианты	∏уд1[руб/кВт*ч]	∏уд2 [руб/кВт*ч]	∏уд [руб/кВт*ч]
ИТП	2.76	0,44	3,2
ЦТП (1 участок)	0,73	1,25	1,98
ЦТП (4 участков)	1,15	0,7	1,85
ЦТП (8 участков)	1,97	0,52	2,49

Из результатов вычислений, приведенных в таблице 2, мы видим, что минимум удельных затрат достигается при разбиении населенного пункта на 4 участка теплоснабжения, что в данном примере является наиболее оптимальным вариантом теплоснабжения населенного пункта.

Список использованной литературы

1. Фролов Ф.М. Эксплуатация водяных систем теплоснабжения. - М.:Стройиздат , 1981.239 с.

2. https://ru.wikipedia.org/

Код для цитирования: Скопировать