ОБОСНОВЫВАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

К СХЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

ГОРОДА КОЗЛОВКА

ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

НА ПЕРИОД ДО 2032 ГОДА

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА КОЗЛОВКА

№ 0223/2022.ОМ-АСТ.003

г. Козловка, 2022 год

ОБОСНОВЫВАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

К СХЕМЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

ГОРОДА КОЗЛОВКА

ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

НА ПЕРИОД ДО 2032 ГОДА

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА КОЗЛОВКА  

№ 0223/2022.ОМ-АСТ.005

г. Казань, 2022 год

СПИСОК ДОКУМЕНТОВ ОБОСНОВЫВАЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ

СОДЕРЖАНИЕ ГЛАВЫ 3

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ.. 5

ВВЕДЕНИЕ. 6

СПИСОК ОПРЕДЕЛЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ.. 7

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА КОЗЛОВКА.. 9

3.1. Графическое представление объектов системы теплоснабжения с привязкой к топографической основе поселения. 9

3.1.1. Исходные данные для создания модели тепловой сети. 9

3.1.2. Информационно-графическое описание объектов системы теплоснабжения  11

3.1.3. Описание топологической связности объектов. 14

3.2. Паспортизация объектов системы теплоснабжения. 14

3.3. Паспортизация и описание расчетных единиц территориального деления, включая административное. 14

3.4. Гидравлический расчет тепловых сетей любой степени закольцованности, в том числе гидравлический расчет при совместной работе нескольких источников тепловой энергии на единую тепловую сеть. 14

3.5. Моделирование всех видов переключений, осуществляемых в тепловых сетях, в том числе переключений тепловых нагрузок между источниками тепловой энергии. 15

3.5.1. Моделирование всех видов переключений, осуществляемых в ТС.. 15

3.5.2. Моделирование переключений тепловых нагрузок между источниками тепловой энергии. 16

3.6. Расчет балансов тепловой энергии по источникам тепловой энергии и по территориальному признаку. 16

3.7. Расчет потерь ТЭ через изоляцию и с утечками теплоносителя. 16

3.8. Расчет показателей надежности теплоснабжения. 16

3.9. Групповые изменения характеристик объектов (участков тепловых сетей, потребителей) по заданным критериям с целью моделирования различных перспективных вариантов схем теплоснабжения. 17

3.9.1. Групповые изменения характеристик нагрузок абонентов ТС по заданным критериям. 17

3.9.2. Групповые изменения характеристик ТС по заданным критериям. 18

3.10. Сравнительные пьезометрические графики для разработки и анализа сценариев перспективного развития тепловых сетей. 19

3.11. Схемы теплоснабжения источников г. Козловки. 20

3.12. Отладка и калибровка электронной модели. 21

3.13. Результаты расчетов гидравлического режима для существующей схемы теплоснабжения г. Козловки. 26

ВЫВОДЫ.. 32

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.. 33

СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

ВВЕДЕНИЕ

Схема теплоснабжения г. Козловка разработана с целью обеспечения надежного и качественного теплоснабжения на основе анализа фактических тепловых нагрузок потребителей с учетом прогноза перспективного градостроительного развития до 2032 года, структуры топливного баланса региона, оценки состояния существующих источников тепла и тепловых сетей и возможности их дальнейшего использования, а также определения необходимых мероприятий и затрат на решение выявленных проблем, реконструкцию и модернизацию тепловых сетей и энергоисточников.

Схема теплоснабжения определяет стратегию и единую политику перспективного развития централизованных систем теплоснабжения города.

Основой для разработки схемы теплоснабжения г. Козловка до 2032 года являются:

• Федеральный закон от 27.06.2010 года № 190-ФЗ «О теплоснабжении» (Статья 23. Организация развития систем теплоснабжения поселений, городских округов), регулирующий всю систему взаимоотношений в теплоснабжении и направленный на обеспечение устойчивого и надёжного снабжения тепловой энергией потребителей;
• Постановление Правительства РФ от 22.02.2012 года №154 «О требованиях к схемам теплоснабжения, порядку их разработки и утверждения» в редакции постановления Правительства РФ от 16.03.2019 года № 276 «О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам разработки и утверждения схем теплоснабжения в ценовых зонах теплоснабжения»;
• Приказ Министерства энергетики РФ от 5 марта 2019 г. № 212 "Об утверждении Методических указаний по разработке схем теплоснабжения";
• документы территориального планирования;
• техническое задание на выполнения работ.

За отчетный (базовый) период актуализации утвержденной Схемы теплоснабжения г. Козловка принято состояние 2021 года. За расчетный срок долгосрочного планирования принят 2032 год.

Работы проводились на основании договора №ЭР-2022-55-П от 22.03.2022г.

Заказчиком работ является ГУП «Чувашгаз», которое является Единой теплоснабжающей организацией (ЕТО) г. Козловка Чувашской Республики.

Исполнитель: Общество с ограниченной ответственностью Инженерный центр «ЭнергоРазвитие» (ООО ИЦ «ЭнергоРазвитие») г.Казань.

СПИСОК ОПРЕДЕЛЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

Базовый период – год, предшествующий году разработки и утверждения первичной схемы теплоснабжения населенного пункта;

Базовый период актуализации – год, предшествующий году, в котором подлежит утверждению актуализированная схема теплоснабжения населенного пункта;

Зона действия источника тепловой энергии – территория населенного пункта или ее части, границы которой устанавливаются закрытыми секционирующими задвижками тепловой сети системы теплоснабжения;

Зона действия системы теплоснабжения – территория населенного пункта или ее части, границы которой устанавливаются по наиболее удаленным точкам подключения потребителей к тепловым сетям, входящим в систему теплоснабжения;

Мастер-план развития систем теплоснабжения населенного пункта – раздел схемы теплоснабжения, содержащий описание сценариев развития теплоснабжения населенного пункта и обоснование выбора приоритетного сценария развития теплоснабжения населенного пункта; 

Материальная характеристика ТС – сумма произведений значений наружных диаметров трубопроводов отдельных участков ТС и длины этих участков;

Местные виды топлива – топливные ресурсы, использование которых потенциально возможно в районах их образования, производства, добычи (торф и продукты его переработки, попутный газ, отходы с/х деятельности, отходы производства и потребления и иные виды топливных ресурсов), экономическая эффективность потребления которых ограничена районами (территориями) их происхождения;

Мощность источника тепловой энергии (ТЭ) нетто – располагаемая мощность источника ТЭ за вычетом тепловой нагрузки на собственные и хозяйственные нужды теплоснабжающей организации в отношении источника тепловой энергии;

Обосновывающие материалы – обосновывающие материалы к схеме теплоснабжения, являющиеся ее неотъемлемой частью, разработанные в соответствии с постановлением Правительства РФ от 22.02.2012 года №154;

Схема теплоснабжения населенного пункта – документ, содержащий материалы по обоснованию эффективного и безопасного функционирования системы теплоснабжения, ее развития с учетом правового регулирования в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

Располагаемая мощность источника ТЭ – установленная мощность источника ТЭ за вычетом объемов мощности, не реализуемых по техническим причинам, в том числе по причине снижения тепловой мощности оборудования в результате эксплуатации на продленном техническом ресурсе (снижение параметров пара перед турбиной, отсутствие рециркуляции в пиковых водогрейных котлах и др.);

Расчетная тепловая нагрузка – тепловая нагрузка, определяемая на основе данных о фактическом отпуске ТЭ за полный отопительный период, предшествующий началу разработки схемы теплоснабжения, приведенная в соответствии с методическими указаниями (МУ) по разработке схем теплоснабжения к расчетной температуре наружного воздуха;

Расчетный элемент территориального деления – территория населенного пункта или ее части, принятая для целей разработки схемы теплоснабжения в неизменяемых границах на весь срок действия схемы теплоснабжения;

Теплосетевые объекты – объекты в составе тепловой сети и обеспечивающие передачу ТЭ от источника до теплопотребляющих установок потребителей ТЭ;

Топливный баланс – документ с взаимосвязанными показателями количественного соответствия необходимых для функционирования системы теплоснабжения поставок топлива различных видов и их потребления источниками ТЭ в системе теплоснабжения, устанавливающий распределение топлива различных видов между источниками ТЭ в системе теплоснабжения и позволяющий определить эффективность использования топлива при комбинированной выработке ЭЭ и ТЭ;

Установленная мощность источника ТЭ – сумма тепловых мощностей всего принятого по актам ввода в эксплуатацию оборудования, предназначенного для отпуска ТЭ потребителям и для обеспечения собственных и хозяйственных нужд теплоснабжающей организации в отношении данного источника ТЭ;

Электронная модель системы теплоснабжения населенного пункта – документ в электронной форме, в котором представлена информация о характеристиках систем теплоснабжения населенного пункта.

Список используемых сокращений:

ГВС – горячее водоснабжение;

ИТП, ЦТП – индивидуальный тепловой пункт, центральный тепловой пункт;

КПД – коэффициент полезного действия;

МТС – магистральная тепловая сеть;

НС – насосная станция;

ППУ – пенополиуретан;

ПРК, ПО – программно-расчетный комплекс, программное обеспечение;

ПСВ, ОСВ – прямая и обратная сетевая вода;

СО – система отопления;

ТОА – теплообменный аппарат;

ТП – тепловой пункт;

ТС – тепловая сеть;

ТСО – теплоснабжающая организация;

ТЭ, ЭЭ – тепловая энергия, электрическая энергия;

ТЭР – топливно-энергетические ресурсы;

ХВС, ХПВ – холодное водоснабжение, хозяйственно-питьевая вода.

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ГОРОДА КОЗЛОВКА

Электронная модель выполнена на программно-расчетном комплексе Zulu Thermo, входящем в состав геоинформационной системы Zulu (ГИС Zulu) ООО «Политерм».

В электронную модель были включены все трубопроводы сетевой воды. В базу данных программу «Zulu» внесено описание всех соответствующих участков тепловой сети и других элементов. Проведен гидравлический расчет ТС.

Технической базой для разработки электронной модели схемы теплоснабжения являются:

• данные по участкам тепловых сетей, включая год начала эксплуатации, тип изоляции, тип прокладки, краткую характеристику грунтов в местах прокладки с выделением наименее надежных участков;
• подключенные тепловые нагрузки;
• схемы насосных станций и технические паспорта на оборудование насосных станций;
• технические паспорта компенсирующих устройств;
• паспорта на устройства защиты от повышения давления и самопроизвольного опорожнения тепловых сетей;
• паспорта на запорно-регулирующую арматуру на тепловых сетях;
• графики регулирования отпуска тепла в тепловые сети;
• данные режимных карт по расходам и давления теплоносителя в контрольных точках тепловой сети;
• описание типов присоединений теплопотребляющих установок потребителей к ТС с выделением наиболее распространенных, определяющих выбор и обоснование графика регулирования отпуска тепловой энергии потребителям.

3.1. Графическое представление объектов системы теплоснабжения с привязкой к топографической основе поселения

3.1.1. Исходные данные для создания модели тепловой сети

Перед началом инженерных расчетов, необходимо в ПРК «Zulu» занести исходные данные, достаточно полно характеризующие все основные объекты ТС. В зависимости от вида проводимого расчета, может потребоваться занести дополнительные данные к уже введенным. Исходные данные хранятся в соответствующей базе данных, которая подключается к схеме, описывающую топологию сети.

Перечень исходных данных, описывающих источник сети:

• геодезическая отметка, м;
• температура в подающем трубопроводе, °С;
• значение температуры сетевой воды в ПСВ, на которое было выполнено проектирование системы централизованного теплоснабжения;
• температура холодной водопроводной воды;
• температура наружного воздуха, °С;
• располагаемый напор на выходе из источника, м;
• напор в обратном трубопроводе на источнике, м;
• текущая температура наружного воздуха;
• другие данные, необходимые для некоторых типов расчетов.

Перечень исходных данных, описывающих потребителя тепловой энергии:

• высота здания потребителя, м;
• схема подключения потребителя – выбирается схема присоединения узла ввода;
• значение температуры сетевой воды, на которое было выполнено проектирование систем отопления (СО) и вентиляции (СВ);
• расчетная нагрузка на отопление, Гкал/ч;
• расчетная температура воды на входе в СО, °С;
• расчетная температура воды на выходе из СО, °С;
• расчетная температура внутреннего воздуха для СО, °С;
• наличие регулятора на отопление;
• для зависимых схем, с непосредственным, элеваторным или насосным смещением необходимо дополнительно занести расчетный располагаемый напор в СО, м;
• для независимых схем, подключенных через теплообменный аппарат необходимо дополнительно указать количество секций теплообменного аппарата (ТО) на СО, потери напора в секциях ТО на СО, м, и др.;
• фактически установленное оборудование: коэффициент пропускной способности регулятора СО, номер установленного элеватора, диаметр установленного сопла элеватора, мм, характеристики, установленных шайбы на СО;
• расчетная нагрузка на вентиляцию, Гкал/ч;
• расчетная температура наружного воздуха для СВ, °С;
• расчетная температура внутреннего воздуха для СВ, °С;
• установленные шайбы на систему вентиляции – количество и размеры;
• расчетная средняя нагрузка на ГВС, Гкал/ч;
• температура воды на ГВС, °C;
• наличие регулятора температуры;
• доля циркуляции от расхода на ГВС, %;
• для систем ГВС с закрытым водоразбором указываются количество секций ТО ГВС I ступени, количество параллельных групп ТО ГВС I ступень и т.д.

Перечень исходных данных, описывающих обобщенного потребителя тепловой энергии:

• геодезическая отметка, м;
• способ задания нагрузки - указывается способ задания нагрузки на обобщенном потребителе: расходом или сопротивлением;
• требуемый напор, м;
• доля водоразбора из подающего трубопровода - задается доля отбора воды (от 0 до 1) из подающего трубопровода при открытом водоразборе системы горячего водоснабжения;
• при задании нагрузки расходом указывается суммарный расход воды на СО, СВ и закр системы ГВС, т/ч;
• расход воды на открытый водоразбор или величина расхода, учитывающего утечки теплоносителя в подающем трубопроводе, т/ч.

Перечень исходных данных, описывающих участок тепловой сети:

• длина участка, м;
• внутренний диаметр подающего и обратного трубопроводов, м;
• шероховатость подающего и обратного трубопроводов, м;
• коэффициент местного сопротивления подающего и обратного трубопроводов;
• местные сопротивления подающего и обратного трубопроводов.

Дополнительно к рассмотренным элементам системы теплоснабжения, необходимы исходные данные по другим объектам ТС, такие как насосные станции, центральные тепловые пункты, регуляторы давления и расхода.

При проведении соответствующих расчетов тепловой сети с учетом тепловых потерь через теплоизоляцию трубопроводов, рассчитываемых по нормам или по фактическому состоянию изоляции, также необходимы дополнительные данные по участкам тепловой сети (тип прокладки, среднегодовые температуры сетевой воды, воздуха и грунта, тип теплоизоляционного материала и др.).

3.1.2. Информационно-графическое описание объектов системы теплоснабжения

На этапе описания объектов системы теплоснабжения было проведено информационно-графическое описание существующих объектов системы.

В состав плана г. Козловки входят следующие слои: дороги, строения, городская черта, адресный план и названия улиц.

В качестве исходного материала для позиционирования объектов системы теплоснабжения (источники тепловой энергии, тепловые сети, потребители) на карте города были использованы схемы тепловых сетей теплоисточников.

В электронной модели тепловая сеть состоит из узлов и ветвей, связывающих эти узлы. К узлам относятся следующие объекты: источники, тепловые камеры, задвижки, потребители и т.д. Ряд элементов, такие как тепловые камеры, потребители и т.д., допускают дальнейшую классификацию.

Различаются следующие технологические типы узлов:

• источник в состоянии «Работа»;
• источник в состоянии «Отключен»;
• тепловая камера;
• разветвление;
• потребитель в состоянии «Работа»;
• потребитель в состоянии «Отключен»;
• задвижка в состоянии «Открыта»;
• задвижка в состоянии «Закрыта».

Всем узлам присваиваются уникальные имена.

Ветви являются графическим изображением трубопроводов и представляют собой многозвенные ломаные линии, соединяющие узлы. Доступны для создания следующие типы участков тепловой сети: 

• участок в состоянии «Включен» / «Отключен»;
• участок с отключенным подающим трубопроводом;
• участок с отключенным обратным трубопроводом.

Параллельно данному этапу проводился этап информационного описания объектов системы теплоснабжения: источников тепловой энергии, потребителей, участков тепловых сетей. Основой семантических данных об объектах системы теплоснабжения были базы данных по нагрузкам потребителей, а также информация по участкам тепловых сетей, источникам, потребителям. В существующей базе данных электронной модели описаны следующие паспортные характеристики по приведенным ниже типам объектов системы теплоснабжения. Состав информации по каждому типу объектов носит как справочный характер (например: материал камеры, балансовая принадлежность и т.д.), так и необходим для функционирования расчетной модели. Полнота заполнения базы данных по параметрам зависит от наличия исходных данных.

Таким образом, в результате выполнения данного этапа работ была создана карта города, выполнена привязка всех объектов системы теплоснабжения к карте и сформирована база данных по объектам. Общий вид разработанной электронной модели системы теплоснабжения представлен на рисунке 3.1

Рисунок 3.1. Графическое представление объектов системы теплоснабжения города Козловки.

3.1.3. Описание топологической связности объектов

На данном этапе была описана топологическая связность объектов системы теплоснабжения (источники тепловой энергии, тепловые камеры, участки тепловых сетей, потребители). Описание топологической связности представляет собой описание гидравлической структуры узлов системы. В результате выполнения данного этапа работ была создана гидравлическая модель системы теплоснабжения, отражающая существующее положение системы теплоснабжения города.

3.2. Паспортизация объектов системы теплоснабжения

В электронной модели системы теплоснабжения г. Козловки семантическая информация базы данных существует у каждого объекта тепловой сети: источник, потребитель, участок, узел, тепловая камера, задвижка и т.д.

Табличная форма базы данных по тепловым сетям, представлена в Электронной модели системы теплоснабжения города.

3.3. Паспортизация и описание расчетных единиц территориального деления, включая административное

Разбивка объектов по территориальному делению в составе ГИС «Zulu» электронной схемы теплоснабжения г. Козловки, паспортизация и описание расчетных единиц территориального деления, включая административное, сформировано в соответствии с Правилами землепользования и застройки муниципального образования г. Козловки, с выделением планировочных районов и планировочных микрорайонов.

Паспортизация и описание расчетных единиц территориального деления, включая административное, представлены в электронной модели системы теплоснабжения г. Козловки.

3.4. Гидравлический расчет тепловых сетей любой степени закольцованности, в том числе гидравлический расчет при совместной работе нескольких источников тепловой энергии на единую тепловую сеть

Гидравлический расчет программно-расчетного комплекса (далее ПРК) ZuluThermo включает в себя полный набор функциональных компонент и соответствующие им информационные структуры базы данных, необходимых для гидравлического расчета и моделирования тепловых сетей.

Модель ТС города Козловки в своем расчете имитирует гидравлический режим ТС в таком виде, как это фактически реализовано.

ПРК ZuluThermo состоит из двух гидравлических расчетов: наладочного и поверочного. В данной части рассматриваются:

• фактический гидравлический режим от источников централизованного теплоснабжения;
• расчетный гидравлический режим с максимальными (договорными) нагрузками потребителей тепловой энергии.

3.5. Моделирование всех видов переключений, осуществляемых в тепловых сетях, в том числе переключений тепловых нагрузок между источниками тепловой энергии

3.5.1. Моделирование всех видов переключений, осуществляемых в ТС

ПРК ZuluThermo позволяет проводить моделирование всех видов переключений в «гидравлической модели» сети. ПРК ZuluThermo автоматически отслеживает состояния запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов в базе данных описания тепловой сети. Любое переключение на схеме ТС влечет за собой автоматическое выполнение гидравлического расчета, и, таким образом, в любой момент времени пользователь видит тот гидравлический режим, который соответствует текущему состоянию всей совокупности запорно-регулирующей арматуры и насосных агрегатов на схеме тепловой сети.

Переключения могут быть как одиночными, так и групповыми, для любой выбранной (помеченной) совокупности переключаемых элементов. Для насосных агрегатов и их групп в модели доступны несколько видов переключений:

• включение/выключение;
• дросселирование;
• изменение частоты вращения привода.

Задвижки типа «дроссель», помимо двух крайних состояний (открыта / закрыта), могут иметь промежуточное состояние «прижата», определяемое в либо в процентах открытия клапана, либо в числе оборотов штока. При этом состоянии задвижка моделируется своим гидравлическим сопротивлением, рассчитанным по паспортной характеристике клапана.

При любом переключении насосных агрегатов в насосной станции или на источнике автоматически пересчитывается суммарная расходно-напорная характеристика всей совокупности работающих насосов.

Для регуляторов давления и расхода переключением является изменение уставки. Для потребителей переключением является любое из действий:

• включение/отключение одного или нескольких видов тепловой нагрузки;
• ограничение одного или нескольких видов тепловой нагрузки;
• изменение температурного графика или удельных расходов теплоносителя по видам тепловой нагрузки.

Предусмотрена генерация специальных отчетов об отключенных / включенных абонентах и участках ТС, состояние которых изменилось в результате произведенного единичного или группового переключения. Эти отчеты могут содержать любую информацию об этих объектах, содержащуюся в базе данных.

3.5.2. Моделирование переключений тепловых нагрузок между источниками тепловой энергии

Подсистема гидравлических расчетов позволяет моделировать произвольные режимы, в том числе аварийные и перспективные. Гидравлическое моделирование предполагает внесение в модель каких-то изменений с целью воспроизведения режимных последствий этих изменений, которые искажают реальные данные, описывающие эксплуатируемую тепловую сеть в ее текущем состоянии.

Подсистема гидравлических расчетов содержит специальный инструментарий, позволяющий для целей моделирования создавать и администрировать специальные «модельные» базы – наборы данных, клонируемых из основной базы данных описания тепловой сети, на которых предусматривается произведение любых манипуляций без риска исказить или повредить контрольную базу. Данный механизм также обеспечивает возможность осуществления сравнительного анализа различных режимов работы тепловой сети, реализованных в модельных базах, между собой. В частности, наглядным аналитическим инструментом является сравнительный пьезометрический график, на котором приводятся изменения гидравлического режима, произошедшее в результате тех или иных манипуляций.

3.6. Расчет балансов тепловой энергии по источникам тепловой энергии и по территориальному признаку

Расчет балансов тепловой энергии по источникам в модели тепловых сетей города организован по принципу того, что каждый источник привязан к своему административному району. В результате получается расчет балансов тепловой энергии по источникам тепловой энергии и по территориальному признаку.

3.7. Расчет потерь ТЭ через изоляцию и с утечками теплоносителя

В ПРК ZuluThermo есть функция расчета потерь тепловой энергии в тепловых сетях. Расчет потерь тепловой энергии в тепловых сетях при передаче через изоляцию и с утечкой теплоносителя выполнен в соответствии с Приказом Министерства энергетики РФ № 325 «Об организации в министерстве энергетики РФ работы по утверждению нормативов технологических потерь при передаче ТЭ».

Целью данного расчета является определение нормативных тепловых потерь через изоляцию трубопроводов. Тепловые потери определяются суммарно за год с разбивкой по месяцам. Просмотреть результаты расчета можно как суммарно по всей тепловой сети, так и по каждому отдельно взятому источнику тепловой энергии и каждому центральному тепловому пункту (ЦТП). Расчет может быть выполнен с учетом поправочных коэффициентов на нормы тепловых потерь.

3.8. Расчет показателей надежности теплоснабжения

Расчет показателей надежности теплоснабжения проведен в составе расчетного комплекса ZuluThermo в соответствии с методикой, определенной в Приказе Минэнерго России и Минрегиона России от 29.12.2012 № 565/667 «Об утверждении методических рекомендаций по разработке схем теплоснабжения».

ZuluThermo рассчитывает количественные показатели надежности теплоснабжения (вероятность безотказной работы) потребителей тепла от любого источника тепловой компоненты, с учетом:

• сроков службы трубопроводов тепловой сети;
• климатических характеристик;
• аккумулирующей способности зданий;
• допустимого снижения температуры в помещениях;
• среднего времени ликвидации повреждений на тепловых сетях.

Таким образом, ZuluThermo определяет «радиус качественного теплоснабжения» для каждого источника тепла, характеризуемый минимально допустимой вероятностью безотказного снабжения потребителей ТЭ. Это, в свою очередь, дает возможность определить «слабые» места в тепловой сети и спланировать мероприятия по повышению надежности работы системы теплоснабжения в целом.

3.9. Групповые изменения характеристик объектов (участков тепловых сетей, потребителей) по заданным критериям с целью моделирования различных перспективных вариантов схем теплоснабжения

3.9.1. Групповые изменения характеристик нагрузок абонентов ТС по заданным критериям

В подсистеме гидравлических расчетов имеется специальный инструмент для осуществления изменений характеристик нагрузок потребителей с целью моделирования таким образом, чтобы при этом не менять паспортные значения нагрузок абонентов ТС. Этот инструмент позволяет применить общее правило изменения характеристик тепловой нагрузки одновременно для некоторой совокупности потребителей, определяемой заданным критерием отбора, в частности:

• по всей базе данных описания тепловой сети;
• по одной из связных компонент (тепловой зоне источника);
• по графической области, заданной произвольным многоугольником;
• по типу объектов теплоснабжения (жилье, административные здания, промышленность и т.д);
• по признаку ведомственной подчиненности;
• по признаку административного деления;
• по признаку территориального деления.

Критерии отбора могут быть любыми, единственное существенное требование: соответствующая информация, на основании которой строится критери-альный отбор, должна в явном виде присутствовать в базе данных описания потребителей системы теплоснабжения г. Козловки.

Для потребителей, отобранных по заданному критерию, можно выполнить любое из следующих изменений характеристик нагрузки:

• включение/отключение одного или нескольких видов тепловой нагрузки;
• ограничение одного или нескольких видов тепловой нагрузки (в % от пас-портной, в т.ч. и более 100%);
• изменение температурного графика и/или удельных расходов теплоносителя по видам тепловой нагрузки;
• изменение способа задания тепловой нагрузки из списка, имеющегося в паспорте (проектная/договорная/фактическая).

После проведения серии изменений характеристик нагрузок автоматически производится гидравлический расчет ТС, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа. Поскольку при изменении характеристик нагрузки паспорта потребителей не меняются, очень просто вернуться к исходному состоянию расчетной гидравлической модели, определяемому паспортными значениями тепловых нагрузок потребителей.

3.9.2. Групповые изменения характеристик ТС по заданным критериям

Данный инструмент применим для различных целей и задач гидравлического моделирования. Основным предназначением является калибровка расчетной гидравлической модели ТС. Трубопроводы реальной ТС всегда имеют физические характеристики, отличающиеся от проектных, в силу происходящих во времени изменений - коррозии и выпадения отложений, отражающихся на изменении эквивалентной шероховатости и уменьшении внутреннего диаметра вследствие зарастания. Эти изменения влияют на гидравлические сопротивления участков трубопроводов, и в масштабах ТС это приводит к значительным расхождениям результатов гидравлического расчета по «проектным» значениям с реальным гидравлическим режимом, наблюдаемым в эксплуатируемой тепловой сети.

С другой стороны, измерить действительные значения шероховатостей и внутренних диаметров участков действующей ТС не представляется возможным, поскольку это потребовало бы массового вскрытия трубопроводов, что вряд ли реализуемо. Поэтому эти значения можно лишь косвенным образом оценить на основании сравнения реального (наблюдаемого) гидравлического режима с результатами расчетов на гидравлической модели, и внести в расчетную модель соответствующие поправки. В этом, в первом приближении, и состоит процесс калибровки. Инструмент групповых операций позволяет выполнить изменение характеристик для подмножества участков ТС, определяемого заданным критерием отбора, в частности:

• по всей базе данных описания тепловой сети;
• по одной из связных компонентов ТС (тепловой зоне источника);
• по некоторой графической области, заданной многоугольником;
• вдоль выбранного пути.

При этом на любой из вышеперечисленных «пространственных» критериев может быть наложена суперпозиция критериев отбора по классифицирующим признакам:

• по подающим или обратным трубопроводам ТС, либо симметрично; 
• по виду ТС (магистральные, распределительные, внутриквартальные);
• по участкам тепловой сети определенного условного диаметра;
• по участкам тепловой сети с определенным типом прокладки, и т.п.

Критерии отбора могут быть произвольными при соблюдении основного требования: информация, на основании которой строится отбор, должна в явном виде присутствовать в паспортных описаниях участков тепловой сети.

Для участков тепловых сетей, отобранных по определенной совокупности критериев, можно произвести любую из следующих операций:

• изменение эквивалентной шероховатости;
• изменение степени зарастания трубопроводов;
• изменение коэффициента местных потерь;
• изменение способа расчета сопротивления.

После проведения серии изменений характеристик участков трубопроводов тепловой сети автоматически производится гидравлический расчет, результаты которого сразу же доступны для визуализации на схеме и анализа.

Поскольку при изменении характеристик участков сети тепловой сети их паспорта не модифицируются, в любой момент можно вернуться к исходному состоянию расчетной гидравлической модели, определяемому паспортными значениями характеристик участков тепловой сети.

3.10. Сравнительные пьезометрические графики для разработки и анализа сценариев перспективного развития тепловых сетей

Целью построения пьезометрического графика является наглядная иллюстрация результатов гидравлического расчета (наладочного, поверочного, конструкторского). Это основной аналитический инструмент специалиста по гидравлическим расчетам тепловых сетей. При этом на экран выводятся:

• линия давления в подающем и обратном трубопроводах;
• линия поверхности земли;
• линия потерь напора на шайбе;
• высота здания;
• линия вскипания;
• линия статического напора.

Цвет и стиль линий задается пользователем. В таблице под графиком выводятся для каждого узла сети наименование, геодезическая отметка, высота потребителя, напоры в подающем и обратном трубопроводах, величина дросселируемого напора на шайбах у потребителей, потери напора по участкам ТС, скорости движения воды на участках тепловой сети и т.д. Количество выводимой под графиком информации настраивается пользователем.

Построению пьезометрического графика предшествует выбор искомого пути. Для этой цели на схеме тепловой сети отмечаются не менее двух узлов, через которые должен пройти выбранный путь. Путь строится программой автоматически, найденный путь "подсвечивается" на экране цветом выделения. После выбора требуемого пути одним кликом мыши строится пьезометрический график. Пьезометрический график является незаменимым инструментом при калибровке гидравлической модели тепловой сети, поскольку графическая интерпретация гидравлического режима позволяет одновременно качественно и количественно оценить поправки, которые необходимо внести в расчетную модель, чтобы она адекватно повторяла "гидравлическое поведение" реальной ТС в эксплуатации.

3.11. Схемы теплоснабжения источников г. Козловки

В данном разделе указаны, разработанные с помощью ПРК ZuluThermo, модели ТС схем теплоснабжения котельных города Козловки:

• схема теплоснабжения котельной №1;
• схема теплоснабжения котельной №9;

Схема тепловых сетей источников теплоснабжения приведены на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2. Схема тепловых сетей котельных №1, 9.

3.12. Отладка и калибровка электронной модели

Калибровка модели – процесс идентификации и тонкой настройки наборов исходных данных таким образом, чтобы обеспечить максимальное приближение результатов гидравлического расчета к фактическим параметрам в определенных реперных узлах системы теплоснабжения. Для организации процесса калибровки электронной модели выбираются реперные узлы в каждой из систем теплоснабжения, такие как: выводной коллектор на источнике, тепловые камеры, насосные станции, ЦТП, ИТП, по которым имеются фактические данные по расходам теплоносителя и располагаемым напорам за период, когда расходы теплоносителя были максимально приближены к номинальным.

В рамках данного этапа работ выполнена отладка работы расчетных математических модулей путем выявления ошибок в исходных данных и калибровка модели с целью достижения соответствия расчетных параметров модели фактическим параметрам работы системы теплоснабжения г. Козловки.

Для калибровки созданной электронной модели используется большой набор инструментариев, встроенных в ГИС Zulu. Одним из незаменимых инструментов при калибровке гидравлической модели ТС является пьезометрический график, поскольку графическая интерпретация гидравлического режима позволяет одновременно качественно и количественно оценить поправки, которые необходимо внести в расчетную модель. Примеры пьезометрических графиков, построенных для системы теплоснабжения г. Козловки на основе созданной электронной модели приведены на рисунках 3.3÷3.10.

Также для выполнения калибровки используют сгенерированные отчеты и справки об объектах из созданной базы данных, а также графическое представление параметров теплоносителя:

• результаты гидравлического расчета по участкам вдоль пути;
• расчетные параметры участков тепловых сетей;
• сведения о потребителе (нагрузки, гидравлические параметры);
• "гидравлическая" раскраска сети (данный режим позволяет разными цветами выделить включенные, отключенные и тупиковые участки тепловых сетей);
• специальные раскраски тепловой сети по значениям различных характеристик гидравлического режима;
• графические выделения (выделения цветом или иным способом узлов или участков ТС по критериям, например, потребители с превышением давления в обратной магистрали, узлы с располагаемым напором ниже заданного и т.п.);
• расстановка на схеме ТС значков – стрелок, указывающих направление движения теплоносителя по подающей или обратной магистрали.

Параллельно работе с вышеописанным инструментарием проводится корректировка изначально введенных данных по шероховатости трубопроводов, значениям местных сопротивлений, состоянию ЗРА и пр. с целью получения максимального соответствия параметров расчетной модели с фактическими параметрами систем теплоснабжения. 

Рисунок 3.3. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №1 до ул. Герцена, д. 13.

Рисунок 3.4. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №1 до ул. Лобачевского, д. 16а.

Рисунок 3.5. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №1 до ул. Лобачевского, д. 33.

Рисунок 3.6. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №1 до ул. Октябрьская, д. 13а.

Рисунок 3.7. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №9 до ул. Герцена, д. 10.

Рисунок 3.8. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №9 до ул. Герцена, д. 17.

Рисунок 3.9. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №9 до ул. Лобачевского, д. 26б.

Рисунок 3.10. Пьезометрический график в системе теплоснабжения г. Козловки на участке от котельной №9 до ул. Октябрьская, д. 87.

3.13. Результаты расчетов гидравлического режима для существующей схемы теплоснабжения г. Козловки

В данном разделе представлен пример результатов расчета гидравлического режима работы ТС в системе теплоснабжения г. Козловки, выполненного на основе созданной электронной модели. Расчет выполнен при расчетном значении температуры наружного воздуха. В таблицах 3.1÷3.2 приведены соответствующие данные по участкам тепловой сети, полученные в результате расчета на основе электронной модели.

Таблица 3.1. Данные по участкам тепловой сети котельной №1.

Таблица 3.1. Данные по участкам тепловой сети котельной №9.