Б. Принципиальные схемы геотермальных систем теплоснабжения с повышенной эффективностью использования геотермальной теплоты
При соответствии качества геотермального теплоносителя требованиям на питьевую воду может быть применена бессливная система геотермального теплоснабжения (рис. 10), обеспечивающая минимальный расход геотермальной воды на единицу расчетной отопительной нагрузки, равный среднечасовому расходу горячего водоснабжения. В этой системе при наименьшем удельном расходе воды (по сравнению со всеми другими схемами) имеют место наибольшая мощность пикового источника теплоты и наибольший расход топлива. Регулирование отопительной нагрузки системы производится путем постепенного сокращения доли пикового догрева, работающего большую часть отопительного сезона с последующим переходом на пропуски. Эффективность такой системы тем выше, чем больше доля ГВ в суммарной тепловой нагрузке.
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 Сгв, а в подающем трубопроводе двухтрубной распределительной сети среднечасовой расход составляет
(1)
гдоб.,
Сд.г _ Сг.в + G
где Сдоб. — добавочный расход теплоносителя, равный расходу в обратном трубопроводе распределительной сети и определяемый по формуле
(2)
^доб.■
В пиковой котельной 4 суммарный расход воды Сяг догревается до ''.г и подается в системы отопления 2 через регулятор постоянства расхода 7 и элеватор 9, а также в системы ГВ 3. Суточная неравномерность водопотребления ГВ уравниваетсябаком-
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 пиковойкотельной. Доля нагрузки горячеговодоснабжения
уп,покрываемаяпиковой котельнойврасчетномрежиме,
подсчитывается по формуле
Уп = ('.в - '')/ (''.в - 5).(3)
Расчетная теплопроизводительность пиковой котельной равна
Qu = Q об. (a + УпУ),(4)
где Q об. — расчетная тепловая нагрузка объекта; a, у — доли отопления и горячего водоснабжения в расчетный период.
Пиковая котельная работает круглый год. Величина= 1,
игв
значение ип определяется по уравнению
Ив =
ып
УнГсез. + 0,65 уп (8500 - Тсез.) 5500 + 0,35Т_
где gn — доля нагрузки горячего водоснабжения, покрываемая пиковой котельной в летнем режиме:
Гп = (f'rJ> - Г'тУ (Ґ,в - /л),(6)
где /л — температура водопроводной воды летом:
б)tт=t'г.в.
Пиковаякотельная подбирается на расчетнуюотопительную
нагрузку, т.е.Qu =0'об. = а и работает в течениевсегоотопительного
сезона.
Величина d°T'= 1, величина dn в = 0;
в)tт>t'гв-
В этом случае пиковый догрев обеспечивает часть отопительной нагрузки
Qп = Qоб.а - с Сг.вУТ - tг.в^(7)
Доля пикового догрева для отопления d°T' определяется по формуле
(8)
d°T =
Величина dn в = 0.
Работа пиковой котельной продолжается до тех пор, пока вносимое геотермальное водой количество теплоты не станет равным необходимой теплопроизводительности отопительной системы, т. е.
(9)
Є^г.в(/т ~ tT.в)
С’о'б.а
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.
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
Системы геотермального теплохладоснабжения могут выполняться централизованными или децентрализованными.
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 Вь В9, В1Ь Bi2, B6, В3, В14, В7, Bio, Ві7; закрыты вентили В4, B5, B8, Bi3, Bi5, Bi6. Вентиль В2 закрыт в период работы пиковой котельной;
б) двухтрубная тепловая сеть — открыты вентили В1, В9, В11, Bi2, B6, В3, В7, Bi3, Bi7; закрыты вентили В4, B5, B8, В10, Bi4, Bi5, Bi6.
При работе в режиме хладоснабжения открыты вентили В4, В5, Bi7, B8, Bii, В14, Bi0, (или Bi4, Bi5); закрыты вентили Bi, Bi5 (или В10), Bi2, Bi3, В6, В3, B7, B9, Ві6.
При работе в режиме теплоснабжения с низкотемпературными источниками теплоты (ґ'т < Ґо), открыты вентили Bi, B9, В11, Bi2, Bi3, Bi6, B6, В3, Bi7, В7; закрыты вентили В10, Bi5, В14, В4, B5, B8.
Примечание:При достаточном дебите термоводозабора
возможен режим работы с закрытым вентилем В12.
Принципиальная схема этой системы изображена на рис. i3. При работе в режиме теплоснабжения открыты вентили Bi, В11, Bi2, B6, В3, Bi0, В7; закрыты вентили В8, В4, B5, B9; вентиль В2 закрыт в период работы пиковой котельной. При работе в режиме хладоснабжения открыты вентили Bi, B8, B5, B9, В4; закрыты вентили B6, В3, В7, В10, В11,
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)
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 Ск и сбрасываемой через испарители Си определяется по формуле
(10)
где Ґк и t'Q — расчетные температуры воды на выходе из конденсаторов и испарителей (сброс), °С; величина t'c принимается 5 — 25 °С; Ґо — расчетная температура обратной воды в тепловой сети после систем отопления, °С; m — отопительный коэффициент ТНУ, при ориентировочных расчетах принимается m = 3^4.
Ориентировочная установленная мощность ТНУ Л(..н и годовой расход электроэнергии Ртн определяются по формулам:
NT.H = (v,H Qm)!m(11)
и
(12)
/р_
где 'т.н и 'т.н
доля расчетной и среднегодовой тепловой мощности
теплового насоса соответственно; тср. — среднегодовой отопительный
Рт.н( 'т.н Qот.Тсез.^срЖі
коэффициент ТНУ; Тсез. — продолжительность отопительного сезона; jp. — среднегодовой коэффициент отпуска теплоты, который можно вычислить по формуле (3) п. 2.6. Норм.
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).
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
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 t'.
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.
Уравнение теплового баланса отопительных установок системы описывается выражением
(1-Ов)Qот + 0[в = с (G в + G 2п) (tт.г-t'a),(13)
где Ов — долясистем воздушногоотоплениявобщей расчетной
отопительной нагрузке объекта; QOT — расчетная отопительная нагрузка объекта, МВт; Q„ — расчетная теплопроизводительность систем воздушного отопления, МВт;
ОРт.А "Ов )
G в " С(^т.г - £)—(14)
расчетный расход геотермальной воды в водяных системах отопления;
^2п
G 2п " ^ г- ^о2)—(15)
расчетный расход воды через калориферы второго подогрева; Q'2п — расчетная нагрузка и температура обратной воды калориферов 2-го подогрева.
Применение схемы, представленной на рис. 14. возможно только при tт > (тв + dt, где dt — снижение температуры геотермального теплоносителя из-за теплопотерь при транспортировании. При низкой t т 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.
Выбор принципиальной схемы комплексной системы теплоснабжения как и у всякой геотермальной системы, зависит от ряда исходных природных данных, уже рассмотренных ранее.
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.
Рис. 15. Комплексная двухтрубная геотермальная система теплоснабжения с пиковой котельной
1 — геотермальные скважины; 2 — промежуточная сборная емкость; 3
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
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 рис. 16 эту функцию выполняет теплонасосная установка (ТНУ), необходимость расположения которой на термоводозаборе при данных условиях сброса (обратной закачке) очевидна.
