Проектування системи централізованого теплопостачання вулиці Мирної у м. Львів від газової котельні з аналізом можливостей застосування місцевих відновлювальних джерел енергії
Автор: Любуська Іван Романович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Теплогазопостачання і вентиляція
Інститут: Інститут будівництва та інженерних систем
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2022-2023 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Розподілення теплоти через розгалужену систему трубопроводів від джерела теплоти до споживачів називають централізованим теплопостачанням. В сучасних умовах системи централізованого теплопостачання в країнах Північної Європи досягають рівня 60 %, а в країнах колишнього Радянського Союзу – 80% від всіх систем, що подають теплоту до житлових та виробничих приміщень в містах та населених пунктах. Однією з головних переваг систем централізованого теплопостачання є можливість використання таких видів палива, які є оптимальними з техніко-економічної точки зору та забезпечують більшу екологічну чистоту навколишнього середовища. Наприклад, перехід від індивідуальної системи опалення до централізованої значно впливає на зменшення рівня забруднення атмосфери в містах. Досягнення аналогічного ефекту без використання системи централізованого теплопостачання потребує великих капіталовкладень в нові технології. Для збереження високої ефективності постає задача забезпечення доставки теплової енергії до споживача з найменшими втратами. Основними засобами транспорту теплоти при централізованому теплопостачанні є сталеві труби з різними видами теплової ізоляції, а переважаючим способом прокладання трубопроводів в містах є підземне прокладання. Ці трубопроводи з необхідним спорядженням утворюють теплові мережі. В Україні одна з найвищих у світі насиченість міст тепловими мережами. Загальна протяжність теплопроводів в нашій державі становить близько 47 тисяч кілометрів у двотрубному обчисленні. На балансі підприємств комунальної теплоенергетики України перебуває 20,8 тисяч кілометрів теплових мереж у двотрубному обчисленні діаметром від 32 до 1000 мм. Близько 80 % сучасних теплових мереж прокладені в непрохідних залізобетонних каналах з ізоляцією у вигляді мінеральної вати. Канали в більшості не захищені від проникнення ґрунтової та іншої води, що призводить до значних втрат теплової енергії, корозійного пошкодження теплопроводів і аварійного відключення споживачів. Загальні втрати теплової енергії в діючих мережах систем централізованого теплопостачання становлять в середньому 30 %, а у деяких регіонах досягають 40 %. Термін безаварійної експлуатації таких теплових мереж не перевищує 10–15 років. Зазначені обставини значною мірою є причиною того, що в Україні витрата теплоти на опалення об’єктів рівної площі в 2–3 рази більша, ніж у країнах Західної Європи. Головним напрямком науково-технічного прогресу у галузі централізованого теплопостачання є застосування нових теплоізоляційних матеріалів, конструкцій і технологій теплоізоляційних робіт. Найвищу ефективність з точки зору економії паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) і збільшення терміну безаварійної експлуатації теплових мереж забезпечує застосування теплоізоляційних матеріалів з покращеними характеристиками і прогресивної технології виробництва попередньоізольованих трубопроводів в заводських умовах. Відновлювана енергетика — енергетична галузь, що спеціалізується на отриманні та використанні енергії з відновлюваних джерел енергії. До відновлюваних джерел енергії належать періодичні або сталі потоки енергії, що розповсюджуються в природі і обмежені лише стабільністю Землі як космопланетарного елемента: променева енергія Сонця, вітер, гідроенергія, природна теплова енергія тощо. У 2013 році близько 21 % світового енергоспоживання було забезпечене з відновлюваних джерел енергії. Розвиток відновлюваної енергетики має величезне значення з огляду на подальшу долю людства, оскільки горючі корисні копалини, що є основою виробництва енергії на початку 21 ст., мають обмежені запаси, які рано чи пізно будуть вичерпані. Ідеальним для виживання людства був би сталий розвиток, концепція, за якою виробництво й споживання в суспільстві були б збалансовані так, щоб не залежати від ресурсів, доступних лише тимчасово. Для теплопостачання з відновлюваних джерел енергії використовуються теплові насоси, водяні та повітряні сонячні колектори, сонячні термальні електростанції тощо. Системи виробництва теплової енергії є актуальним напрямком розвитку відновлюваної енергетики. При раціональному підході відновлювані джерела енергії (сонячне випромінювання, вітер, теплова енергія довкілля, енергія термальних вод) можуть бути використані в теплопостачанні набагато ефективніше, ніж в електропостачанні, так як виробництво теплової енергії, у порівнянні з виробництвом електричної енергії, хоча і потребує проміжного подвійного перетворення енергії, проте вимоги до якості отриманої електричної енергії, що використовується для отримання тепла не такі жорсткі. як при спрямуванні її в об’єднану електричну мережу. А з урахуванням екологічних факторів теплогенеруючі системи відновлюваної енергетики є, навіть, більш ефективними, ніж їх аналоги, які працюють на згоранні органічного палива. У даній магістерській роботі було запроєктовано окремостоячу газову котельню, теплову мережу та індивідуальний тепловий пункт для житлово масиву у м. Львів, розраховано теплові потоки для систем опалення, гарячого водопостачання та вентиляції, підібрано діаметри трубопроводів теплової мережі, розраховано та підібрано обладнання котельні та ІТП, розраховано і складено графік відпуску теплоти в залежності від температури зовнішнього повітря, розраховано втрати напорів у тепловій мережі та побудовано п’єзометричний графік. Усе обладнання підібрано з метою забезпечення максимальної енергоефективності та мінімізації тепловтрат. Крім того, розглянуто можливість та потенціал використання відновлювальних джерел у системах централізованого теплопостачання. Об’єкт дослідження – система централізованого теплопостачання Предмет дослідження – котельня, теплова мережа, ІТП Мета дослідження: визначити ефективність застосування централізованих систем теплопостачання, розрахувати та підібрати найбільш енергоефективне і сучасне обладнання, передбачити заходи для безперебійної роботи системи теплопостачання, аналіз відновлювальних джерел у Львівській області, можливості їх застосування у системах централізованого теплопостачання, порівняння з традиційними джерелами енергії. Ключові слова – теплова енергія, система теплопостачання, система гарячого водопостачання, система опалення, відновлювальні джерела енергії. Перелік використаних літературних джерел. 1. Ю. Башинська, З. Гамкало Нетрадиційні та відновлювальні джерела енергії //Львівська область: природні умови та ресурси. - Львів: Видавництво Старого Лева, 2018. — 592 с. 2. Talebi B., Mirzaei P.A., Bastani A. and Haghighat F. (2016) A Review of District Heating Systems: Modeling and Optimization. Front. Built Environ. 2:22. doi: 10.3389/fbuil.2016.00022 3. Chlosta, K., & Zima, W. (2021). Analysis of renewable energy sources and a heat storage tank application in a district heating substation. E3S Web of Conferences. 4. European Commission, Joint Research Centre, Galindo Fernandez, M., Bacquet, A., Bensadi, S., et al., Integrating renewable and waste heat and cold sources into district heating and cooling systems : case studies analysis, replicable key success factors and potential policy implications, Publications Office, 2021, https://data.europa.eu/doi/10.2760/111509 5. Stefan Puschnigg, Gabriela Jauschnik, Simon Moser, Anna Volkova, Matthias Linhart. A review of low-temperature sub-networks in existing district heating networks: examples, conditions, replicability, Energy Reports, Volume 7, Supplement 4, 2021, р. 18-26, https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.09.044. 6. O. Savchenko, V. Zhelykh, Y. Yurkevych, K. Kozak, S. Bahmet. Alternative energy source for heating system of woodworking enterprise. Energy Eng. Control Syst., 2018, Vol. 4, No. 1, pp. 27 – 30. https://doi.org/10.23939/jeecs2018.01.027 Liubuska I.R., Savchenko O.O. (head). Development of a centralized heat supply system for Myrna Street in Lviv from a gas boiler house with an analysis of the possibilities of using local renewable energy sources - Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2022.