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)
и
(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
