Влияние температурного перепада в тепловой сети на выбор схемы теплового пункта

Актуальность. Снижение расчетной температуры воды в теплосети может привести к существенному увеличению ее расхода. Одной из наиболее эффективных мер для снижения расхода воды в теплосети является увеличение расчетной разности температур воды в системе отопления. Это будет возможно, если снизить расчетную температуру воды в обратной магистрали системы отопления. Известные исследования рассматривают в основном экономическую составляющую такого решения.

Цель работы - исследование возможности сокращения расходов сетевой воды за счет увеличения температурного перепада в системе отопления при обеспечении требуемой температуры внутреннего воздуха помещений.

Материалы и методы. В существующих схемах тепловых пунктов рекомендуется применять двухступенчатые схемы, в которых для предварительного нагрева водопроводной воды на горячее водоснабжение используется теплота обратной магистрали системы отопления. В низкотемпературных системах отопления этой теплоты может быть недостаточно, поэтому более эффективной может оказаться одноступенчатая параллельная схема теплообменников горячего водоснабжения. Расчеты проводились для теплового пункта с различным соотношением расчетных тепловых нагрузок горячего водоснабжения и отопления при различных расчетных температурах воды в подающей магистрали теплосети и обратной магистрали системы отопления как для двухступенчатых, так и для одноступенчатых схем теплового пункта.

Результаты исследования позволили выбрать оптимальную схему теплового пункта как по экономическим, так и по теплотехническим показателям, которыми являются расчетное соотношение тепловой мощности горячего водоснабжения и отопления и расчетные температуры воды в тепловой сети.

Выводы. В случае, когда расчетная тепловая нагрузка горячего водоснабжения составляет 40–60 % от нагрузки отопления, лучший температурный режим помещений обеспечит одноступенчатая параллельная схема теплообменников горячего водоснабжения при расчетной температуре воды в обратной магистрали системы отопления 40 °С. Если расчетная нагрузка горячего водоснабжения находится в пределах 60–80 % от нагрузки отопления, рекомендуется применять двухступенчатую смешанную схему при расчетной температуре воды в обратной магистрали 40 °С. При тепловой нагрузке горячего водоснабжения выше 80 % от нагрузки отопления возможно применение двухступенчатой смешанной схемы теплового пункта при расчетной температуре воды в обратной магистрали 70 °С. 

1. Brange L., Lauenburg P., Sernhed K., Thern M. Bottlenecks in district heating networks and how to eliminate them - A simulation and cost study // Energy. 2017. P. 1–10. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2017.04.097

2. Rosén T., Ödlund L. Active Management of Heat Customers Towards Lower District Heating Return Water Temperature // Energies. 2019. V. 12. P. 1863. DOI: 10.3390/en12101863

3. Беляев А.С., Горбатова Е.К., Мухин Н.В. Оценка целесообразности снижения температурного графика тепловых сетей ТЭЦ // Энергосбережение и водоподготовка. 2012. № 6 (80). С. 43–45. EDN: NXEOPM

4. Рафальская Т.А., Рудяк В.Я., Филатова Т.М. Выбор оптимального температурного графика системы теплоснабжения по условию минимума годовых эксплуатационных затрат // Известия вузов. Строительство. 2021. № 4. С. 48–64. DOI: 10.32683/0536-1052-2021-748-4-48-64. EDN: CRZOHM

5. Rebollar J.V., Himpe E., Laverge J., Janssens A. Influence of recirculation strategies in collective heat distribution system on the performance of dwelling heating substations // Proc. VIII Int. Conf. for Renewable Energy, Energy Saving and Energy Education. 2015. P. 1–10.

6. Середкин А.А., Кобылкин М.В., Риккер Ю.О. Анализ режимных параметров системы отопления с целью разработки оптимального метода местного регулирования подачи тепла // Грозненский естественнонаучный бюллетень. 2023. Т. 8. № 2 (32). С. 115–123. DOI: 10.25744/genb.2023.83.88.015. EDN: QYAFCV

7. Суворов Д.М., Татаринова Н.В. Эффективность работы ТЭЦ в системах теплоснабжения при переходе на пониженные и расширенные графики регулирования // Проблемы региональной энергетики. 2022. № 3 (55). С. 68–82. DOI: 10.52254/1857-0070.2021.4-52.10. EDN: CNKJNP

8. Laajalehto T., Kuosa M., Mäkilä T., Lampinen M., Lahdelma R. Energy efficiency improvements utilising mass flow control and a ring topology in a district heating network // Applied Thermal Engineering. 2014. V. 69. P. 86–95.

9. Pirouti M., Bagdanavicius A., Ekanayake J., Wu J., Jenkins N. Energy consumption and economic analyses of a district heating network // Energy. 2013. V. 57. P. 149–159.

10. Gustafsson J., Delsing J., Deventer J. Improved district heating substation efficiency with a new control strategy // Applied Energy. 2010. V. 87. P. 1996–2004.

11. Малая Э.М., Спирин А.В., Культяев С.Г. Оптимизация температурных и гидравлических параметров тепловых сетей // Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. 2011. Вып. 3. С. 24–33.EDN: OCDXPR

12. Суворов Д.М., Татаринова Н.В., Лыскова Е.А. Эффективность расширенных графиков регулирования отопления на ТЭЦ при понижении расчетной температуры прямой сетевой воды // Проблемы региональной энергетики. 2021. № 4(52). С. 99–114. DOI: 10.52254/1857-0070.2021.4-52.10. EDN: GFSVHF

13. Kuosa M., Kontu K., Mäkilä T., Lampinen M., Lahdelma R. Static study of traditional and ring networks and the use of mass flow control in district heating applications // Applied Thermal Engineering. 2013. V. 54. P. 450–459.

14. Vigants G., Blumberga D. Modelling of the District Heating System's Operation // Scientific Journal of Riga Technical University. 2011. V. 6. P. 132–137. DOI: 10.2478/v10145-011-0019-x

15. Garbai L., Jasper A., Sánta R. Optimization of the operation of existing district heating systems // International Review of Applied Sciences and Engineering. 2023. V. 15. № 2. P. 1–10. DOI:10.1556/1848.2023.00692

16. Мельник И.А., Манзарханова Л.М. Влияние температурного графика теплоснабжения на эксергетический баланс здания // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2014. № 6 (11). С. 68–73. EDN: THNUFF

17. Рафальская Т.А. Обоснование применения центрального регулирования по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения в условиях низкотемпературного теплоснабжения // Известия вузов. Строительство. 2025. № 5. С. 116–130. DOI: 10.32683/0536-1052-2025-797-5-116-130. EDN: OIRWAM