Сравнение тепловых потерь в окружающую среду тепловой сети по двухтрубной тепловой схеме и по типу «труба в трубе»

По данным на 2020 год потери в тепловых сетях составляют 20-30 %. Множество факторов влияет на это. К примеру, большинство теплосетей работают с превышением срока службы, а также используют двухтрубную схему тепловой сети. Это является острой проблемой в нашей стране.

В данной работе приведено экономическое обоснование теплосети по типу «труба в трубе». Использование данного решения приводит к снижению расхода топлива на котельных установках и одновременно происходит снижение тепловых потерь при транспортировке в сравнении с двухтрубной сетью.

Тепловая сеть, функционирующая по типу «труба в трубе», представляет собой тепловую схему, в которой прямая линия с «горячим» теплоносителем поступает к потребителю по внутренней трубе, а обратная по кольцевому сечению и подогревается от прямой линии. Это позволяет получить более высокую температуру в конце обратной линии (рис.).

Прямая линия сети устанавливается во внешней трубе на специальных распорках, имеющих прямоугольную форму со скругленными концами, угол между которыми составляет 120 °С, что уменьшает гидравлические сопротивления.

Рис. Схема тепловой сети типа труба в трубе: а - поперечное сечение теплотрассы; б - сечение вдоль теплотрассы

Параметры сетевой воды для классической схемы тепловой сети принимаем при температуре наружного воздуха -20℃ по опытным данным:  [1].

Размеры трубы двухтрубной тепловой схемы: d=0,53 м;l=10 км; δст=0,006 м; δиз=0,1 м [1].

Рассчитаем коэффициент теплопередачи [2]:

где t₁ - начальная температура теплоносителя, ℃; t₂ – конечная температура теплоносителя, °С; t_гр – температура греющей среды, которую принимаем равной температуре грунта 8℃; М – массовый расход теплоносителя; С_р - изобарная теплоемкость теплоносителя, принимается равной 4,187 ; H= πdl – поверхность теплообмена м².

Определяем конечную температуру t₂ прямой линии теплотрассы типа «труба в трубе», массовые расходы в тепловых сетях принимаем одинаковыми [3]:

где t_гр – температура грунта, которую мы принимаем равной температуре обратной линии 70℃; t₁ – начальная температура теплоносителя, принимается равной начальной температуре теплоносителя для классической схемы теплосетей, ℃; k – коэффициент теплопередачи принимается равным коэффициенту теплопередачи для классической схемы теплосети, ; H – поверхность теплообмена принимается равной поверхности теплообмена классической схемы тепловой сети; М – массовый расход горячей воды; С_р – теплоемкость теплоносителя при постоянном давлении, принимается равной 4,187 .

Определяем конечную температуру  обратной линии тепловой сети типа «труба в трубе» по уравнению теплового баланса, теплоемкости и массовые расходы горячей воды в подающей и обратной линии считаем равными [3]:

где   - начальная температура теплоносителя в обратной линии, принимается ниже конечной температуры теплоносителя в прямой линии на 16°С.

Определим тепловые потери в грунт в подающей линии тепловой сети классической схемы [3]:

где k – коэффициент теплопередачи, ; D – наружный диаметр трубы с теплоизоляцией, м; l – длина подающего участка тепловой сети, м; t₁ – начальная температура теплоносителя в падающей линии, °С; t₂ – конечная температура теплоносителя в падающей линии, °С; t_гр – температура грунта 8°С.

Определим тепловые потери в грунт в обратной линии тепловой сети классической схемы по формуле [3]:

Суммарные потери в грунт по всей длине классической тепловой сети:

Q=Q₁+Q₂=72695,3 Вт 

Определим тепловые потери в грунт для тепловой сети типа «труба в трубе» по формуле [3]:

Определим на сколько снизились тепловые потери с применением теплосети по типу «труба в трубе»:

Определим денежную разницу тепловых потерь в окружающую среду:

Тариф на тепловую энергию (на примере города Самара) 1740 руб/Гкал [4].

1Вт = 0,238 Гкал

Разница тепловых потерь:

∆Q=Q-Q'=7115,7 Вт

Экономия составит:

∆Q_d=1693∙1740=29455820 рублей.

Вывод

Результаты проведенных расчётов показывают, что применение данной тепловой сети приводит к годовой экономии денежных средств и уменьшении теплопотерь на 9,78 % за один циркуляционный цикл горячей воды, что в свою очередь приводит к экономии почти 3 миллионов рублей в год.