Массовая застройка «спальных районов» с отоплением от ТЭЦ – это успешная реализация коммунистической утопии «общества всеобщего равенства».
В предыдущей статье были рассмотрены вопросы генерации и распределения электричества в большой стране.
https://habr.com/ru/articles/800317/
Теперь же рассмотрим вопрос теплоснабжения мегаполиса Москва в увязке с электрогенерацией на ТЭЦ.
Россия – это единственная страна в мире, где присутствует стабильное отопление в жилье, причём централизованное на весь город.
Центральное отопление в мегаполисе- это весьма яркое и важное достижение социализма в СССР, обеспечившее высокий стандарт качества жизни широким слоям населения.
В тоже время в капиталистических страна тепло в домах зимой является предметом неслыханной роскоши. Так в Великобритании центрального отопления в домах вообще практически нет.
Как устроена городская система теплоснабжения в мегаполисе Москва.
В качестве основного источника тепла на отопление и нагрев ГВС в Москве используются городские ТЭЦ и в дополнение к ним отдельные районные или индивидуальные котельные.(см.рис.1)
Рис.1. Основные ТЭЦ Москвы
Почему в разговоре о теплоснабжении города опять звучат тепловые электростанции и их годовая выработка электроэнергии?
Ответ кроется в структуре затрат тепла при выработке электричества на ТЭЦ (КЭС, ГРЭС или ТЭС).
Так при КПД около 35% в режиме выработки электричества оставшиеся 65% вылетают в трубу (5%) и сбрасываются на градирнях (до 60%) в виде низкопотенциального тепла при конденсации пара.
Температура конденсации пара после последней 3-ей ступени паровой турбины составляет около +42С.
После конденсации пара на теплообмениках-конденсаторах охлаждающая вода с температурой уже +35С идёт на градирни охлаждения, где тепло сбрасывается в атмосферу в виде невидимого водяного пара и клубов водяного тумана после конденсации пара в холодном воздухе (см.рис. 2-7.)
Рис.2. Схема циркуляции охлаждающей воды от конденсаторов пара турбин до градирен охлаждения.
Рис.3. Схема работы градирни охлаждения воды на ТЭЦ.
Рис. 4. Чертёж градирни в разрезах и видах.
Рис.5. Клубы водяного тумана над градирнями ТЭЦ-20 в Москве. Интересно то, что все шесть градирен работают на охлаждение пара от турбин, то есть паровые турбины электрогенераторов работают на полную мощность, но при этом дым идёт только из 2-х высоких тонких дымовых труб от котлов. Из чего можно сделать вывод, что на улице сравнительно тепло, хотя и лежит местами первый снег, а мощности пиковых водогрейных котлов ещё не включены.
Рис.6. Та же ТЭЦ-20 в Москве с другого ракурса ранним летним утром (солнце светит с востока). Клубы водяного пара над градирнями видны, а дыма от высоких тонких труб от паровых котлов практически не видно из-за сравнительной сухости тёплого московского летнего воздуха. Интересно то, что всего четыре градирнии из шести работают на охлаждение пара от турбин. То есть четыре паровые турбины электрогенераторов работают на полную мощность, а другие две турбины работают в теплофикационном режиме, отправляя конденсационное тепло не в градирню, а в тепловую сеть на нужды нагрева ГВС в жилых кварталах.
Рис.7. Та же ТЭЦ-20 в Москве с другого ракурса зимним днём в сильный мороз (низкое зимнее солнце светит с юга). Клубы водяного пара над градирнями говорят о полной загруженности паровых турбин. Также виден дым над всеми дымовыми трубами, включая водогрейные пиковые котлы, что говорит о сильном морозе и высоком спросе тепла на отопление в городской сети. Зимой холодный воздух не может принимать большого количества водяного пара, а потому пар над градирнями и трубами сразу превращается в клубы водяного тумана, из мельчайших капель воды. Углекислый газ от сжигания метана в котлах при выходе из дымовых труб не бывает виден ни зимой, ни летом. Всё что мы видим над трубами газовых ТЭЦ и котельных – это клубы водяного тумана.
При работе ТЭЦ-КЭС на полную мощность сброс тепла в атмосферу почти в 2 раза больше, чем выработка электроэнергии. Это связано с энергией конденсации воды, которая превышает как минимум в 2 раза энергию перегрева пара перед паровыми турбинами.
Именно это количество тепла и позволяет определить приблизительные тепловые нагрузки на ТЭЦ в городе.
Так при работе в теплофикационном режиме в ночное время, когда имеется провал спроса на электричество, турбины ТЭЦ начинают работать на малой мощности генерации электричества с конденсацией пара на температуре +160С после первой ступени турбины- ЦВД (цилиндр высокого давления).
То есть ночью на малой мощности электрогенерации ТЭЦ достигают наиболее высокого КПД использования топлива, который достигает в совокупности 80% с учётом потребления конденсационного тепла на отопление домов.
Что даёт применение ТЭЦ в городах РФ, кроме экономии топлива?
Использование больших ТЭЦ в мегаполисе даёт не только экономию топлива за счёт генерации электричества и тепла в одном цикле, но и значительно улучшают экологическую обстановку в городе.
Так на крупной ТЭЦ можно позволить себе построить дымовую трубу высотой 150-200м, чтобы клубы углекислого газа рассеивались с большой высоты, тем самым снижая задымление в ближайшей жилой застройке. (см.рис.8-10)
Рис.8. Высота дымовых труб в сравнении с высотой 12 этажного дома высотой 35м. Высота дымовых труб превышает 100м.
Рис.9. Чертёж градирен ТЭЦ разной производительности. Самая маленькая имеет высоту более 54м., самая большая- 90м. Большая градирня – это 175 МВт теплового сброса, маленькая- 60МВт
Рис.10. Мировые рекорды по высоте градирен ТЭС-АЭС
Крупные ТЭЦ в Москве построены на окраинах города рядом с МКАД или даже за его границей.(см.рис.11)
При этом роза ветров в Москве имеет восточное направлене.
То есть статистически установлено, что в Москве преобладают ветра с запада на восток (см.рис.12.)
Рис. 11. Основные ТЭЦ Москвы и годы их постройки.
Рис. 12. Доминирующие ветры в Москве.
Получается, что из всех крупных ТЭЦ Москвы на город дымит только одна западная ТЭЦ-25 в районе Очаково-Матвеевское, тогда как дым от остальных крупных ТЭЦ в районе МКАД вообще в город практически не заносит.
Правда все центральные старые и небольшие ТЭЦ, а также местные котельные дымят не только на центр города, но отправляют весь дым на восточные кварталы города, которые считаются промышленными.
Именно в восточных районах Москвы стояли старые металлургические заводы («Серп и молот») и другие грязные производства.
Эти заводы были построены в первой половине 20-го века, когда Москва была ещё маленькой, и не выходила за пределы нынешнего Третьего транспортного кольца (ТТК).
Так что заводы типа «Серп и молот», ЗиЛ и НПЗ в Капотне, а также Люблинские поля фильтрации канализационных стоков оказывались изначально за пределами города Москва в границах 1945 года, когда население столицы едва превышало 1 млн. человек.
Именно так позднее вокруг крупных заводов сформировались «пролетарские» районы типа Перово-Новогиреево вдоль шоссе Энтузиастов (Владимирского тракта) и Кузьминско-Выхинский район вдоль Рязанского и Волгоградского проспектов, идущих из центра города на восток.
После закрытия и сноса металлургического завода «Серп и молот» экологическая обстановка на востоке Москвы резко улучшилась, сделав жилую застройку на месте бывшего завода почти элитной. Но при этом население окружающих старых районов времён СССР осталось прежним, тем самым создав некоторое наследственное социально-классовое расслоение города по территориальному признаку.
Именно из- за розы ветров и строительства жилья вокруг крупных заводов сложилась известная селибельная карта Москвы (см. рис.13. )
Рис.13. Карта Москвы по социально-классовому составу согласно заселению со времён СССР, связанной с развитой промышленности города.
В сравнительно чистой центральной и западной части Москвы (левой половине) располагались научные учреждения: РАН , Курчатовский институт , отраслевые НИИ, проектные институты (ПИ) и закрытые номерные институты (Почтовые ящики-ПЯ). Также в западной и центральной части Москвы располагались и образовательные учреждения (МГУ, МИФИ, МФТИ).
К этим местам чисто интеллектуальной работы также были привязаны и жилые кварталы для научной-академических работников и их семей. В последствии эти районы начали считаться «элитными» из-за сравнительно более высокого по уровню культуры населения.
После развала СССР и само жильё в юго-западных районах Москвы стали считать «элитным», хотя по типу жилой застройки там были точно такие же панельные новостройки, что и в любом другом спальном районе Москвы.
Центральное теплоснабжение Москвы как пример успешно реализованной коммунистической утопии
Применение крупных ТЭЦ для отопления массового жилья в Москве и крупных городах СССР создало интересный социально-культурный феномен: «общества равного бытового комфорта».
Так централизованное отопление крупных стандартных многоквартирных домов от ТЭЦ стало обеспечивать одинаковый и очень высокий уровень социального комфорта для всех жителей этих домов, не взирая на уровень их зарплаты и их социальный статус.
Отопление в этих новых многоквартирных домах было одинаковым для всех жильцов, и в отдельной квартире отопление никак не регулировалось.
В зависимости от температуры в квартире жилец мог только открыть форточку для проветривания зимой, если становилось жарко и душно, или закрыть форточку при снижении температуры в комнате.
Так простым центральным регулированием температуры воды в батареях на весь дом можно было заставить людей жить в комфортном тепле с нужной здоровой вентиляцией при периодическом проветривании, не нагружая жильцов сложными экономическими расчётами стоимости отопления в целях сомнительной экономии.
Ведь отопление и вентиляция имеют для государства не только прямую стоимость по цене сожжённого топлива, но и косвенную стоимость здоровья работника, живущего в тепле и комфорте. Так коммунистическое руководство страны получало выгоду тогда, когда отдохнувший в тёплой квартире человек на утро готов к новому рабочему дню с полным запасом сил и рабочего энтузиазма.
Устройство систем отопления и теплоснабжения стандартных панельных домов
Строительство больших ТЭЦ было начато в 1960-х вместе с началом массовой застройки окраин Москвы типовыми панельными 9-12-16 этажными домами «брежневских» серий.
Рис. 14. Параллельная застройка длинными панельными многоподъездными домами.
Рис.15. Вид на стандартную квартальную застройку панельными 9-этажными домами «брежневских» серий со стороны районной вылетной магистрали.
Строительство крупных ТЭЦ сопрягалось с прокладкой тепловых магистралей через территории бывших подмосковных деревень под будущую застройку этих пустых площадей целыми новыми микрорайонами.
По мере строительства новых домов производилось их поочерёдное подключение к магистральным трубам теплоснабжения от ТЭЦ, уже заранее проложенным в соответствии с генпланом будущей застройки территории.
В плановой советской экономике очень трепетно относились к эффективности и низкой стоимости всех систем массового строительства и использования.
Системы управления центральным теплоснабжением жилых домов также отличались предельной простотой и надёжностью.
Так ТЭЦ и тепловые сети были жёстко увязаны между собой как по температурному графику подаваемой воды (погодозависимое качественное регулирование), так и по давлению в магистралях (постоянный расход воды при постоянном перепаде давления между подачей и обраткой).
Для подключения отдельного дома к общим тепловым сетям применялось устройство дозирования теплоносителя, называемый «элеваторный узел с подмесом обратки» (элеватор) (см.рис.16.).
Рис.16. Элеваторный узел в чертежах, схемах и практическом воплощении на фото.
С его помощью не только обеспечивался постоянный расход теплоносителя к данному дому от тепловой сети, но и создавалось циркуляционное давление в системе радиаторного отопления, позволявшее обходится без циркуляционных насосов в достаточно больших и современных домах.
Элеваторный узел создавал небольшую дополнительную тягу в дополнение к гравитационной естественной тяге в высокой вертикальной однотрубной систем.
Хотя сама движущая тяга от элеватора всего около 350 мм вод.столба и менее, но даже эта небольшая величина сопоставима или превышает циркуляционную гравитационную тягу , которая даже в максимальный мороз не превышает 12*50/2=300 мм.вод.ст.
Тяга элеватора зависит от перепада давления между подачей и обраткой, погашаемого в струе элеватора. Сам же перепад давления может манятся от 5атм до 1 атм в зависимости от дальности до ТЭЦ .
При постоянном коэффициенте смешивания 1:2 подачи с обраткой с графика тепловой сети 130/70 до графика в батареях 90/70 при перепаде дР=5 бар (500кПа) скорость в струе элеватора составляет:
V=(500000*2/1000)^0,5=31,6 м/с
При давлении дР=1атм скорость струи составит:
V=(100000*2/1000)^0,5=14,1 м/с.
Рис.17. Кирпичная 14-этажная «башня Вулыха».
Рис.18. Кирпичная 14-этажная «башня Вулыха», в которых применена вертикальная однотрубная система радиаторного отопления низкого сопротивления с секционными чугунными батареями. В этих домах мог быть применён элеваторный узел без дополнительных насосов. Дома этих серий стояли в приличных центральных районах и были обычно ведомственного подчинения. На верхних этажах батареи там топили немыслимо жарко, так что ходить зимой можно было в трусах, а форточки были всегда открыты. Правда, я сужу по 12-мо этажу, на котором часто бывал, а вот на нижних этажах там должно было быть значительно прохладнее.
В расчётном 14-этажном стояке из радиаторов по 1кВт расход теплоносителя составляет
G=43*1*14=602л/ч =0,167л/с
Считаем присоединение радиаторов трубами Ду25мм ( ёмкость трубы 0,49 л/м.п), что обеспечивает скорость поток.
V=0,167/0,49=0,34м/с
Сопротивление такого стояка составляет 5мм/м.п (50Па/м.п), что на полной длине 70м (с учётом выноса байпаса) даст общее сопротивление:
70*5=350 мм.вод.ст
То есть в номинальном режиме при расчётном графике 90/70С при минус-28С на улице почти хватает гравитационной тяги в размере 12*50/2=300мм.вод.ст.
Вот только проблемы начинаются при осенне-весеннем режиме отопления с перепадом температур всего дТ=5С между подачей и обраткой, когда естественная тяга падает в те же 4 раза до 75 мм.вод.ст..
В переходных режимах отопления нормальная расчётная циркуляция в контуре может быть обеспечена только за счёт принудительного побуждения от элеваторного узла.
Если считать элеваторный узел на один стояк для перепада 5 бар, то тяга струи на скорости 31м/с составит:
дР= F/S= ((31,6-0,34)*0,167/3)/(4,9/10000)=3551Па или 362мм.вод.ст.
Для перепада 1 бар скорость упадёт до 14,1м/с, а тяга элеватора упадёт до величины:
дР= F/S= ((14,1-0,34)*0,167/3)/(4,9/10000)=1563Па или 159 мм.вод.ст
Получается, что вдали от ТЭЦ, где перепад давления составляет всего дР=1атм, элеваторные узлы становятся уже почти не применимы для расчётного варианта однотрубной системы со стояком Ду25.
Так в отдалении от ТЭЦ надо переходить на стояк диаметром Ду 32мм с сопротивлением 15Па/м.п, то есть почти в 3,5 раза меньше, чем для диаметра Ду25 с тем же расходом теплоносителя.
Или можно установить небольшой циркуляционный насос после элеватора (см.рис.19)
Рис.19. Характеристика насоса, который можно установить в башню Вулыха для улучшения циркуляции теплоносителя по однотрубной вертикальной системе отопления.
Экономическое обоснование применения Элеваторов
Целесообразность увеличения диаметра труб в стояках отопления или установки насоса проверяется прямым сравнением стоимости обоих вариантов с учётом сроков эксплуатации систем.
Для сравнения двух вариантов нужно знать не только стоимость насоса, но и знать разницу в стоимости труб разного диаметра(см.рис.20.)
Рис.20. Трубы Ду 32 и Ду 25 который можно установить в башню Вулыха для улучшения циркуляции теплоносителя по однотрубной вертикальной системе отопления.
Так если учесть расход электроэнергии даже на слабенький в 0,25кВт циркуляционный насос, то переплата за трубу окупается менее чем за 10 лет.
То есть даже на таких больших диаметрах труб в стояках переплата по стоимости трубы всё равно оказывается выгоднее, чем установка маленьких циркуляционных насосов типа UPS 50-60 c расходом 15м3 при напоре 1 м.вод.ст (10кПа) (см.рис.21)
Рис.21. Таблица расчёта целесообразности увеличения затрат на стальную трубу большего диаметра в сравнении с установкой дополнительного циркуляционного насоса после элеваторного узла. Срок окупаемости более толстых труб оказался всего 8 лет, что сильно меньше регламентного срока службы систем отопления в 25 или даже 50 лет.
Надо ещё учесть, что в то время в СССР не было налажено массового производства небольших маломощных циркуляционных насосов с мокрым ротором типа UPS.
При этом имеющиеся насосы КН с сухими асинхронными двигателями очень капризны и дороги при эксплуатации из-за постоянно текущих уплотнений вала насоса.
Правда, для длинных многоподъездных домов с однотрубными системами отопления высокого сопротивления уже однозначно требовались дополнительные циркуляционные насосы, которые устанавливались в отдельно стоящих во дворе ЦТП (Центральный тепловой пункт). (см.рис.22.)
Рис.22. Схема теплоснабжения жилой застройки от квартального ЦТП с разделительными теплообменниками, присоединёнными к городской тепловой сети от ТЭЦ. Разделительный теплообменник нужен при теплоснабжении современных зданий повышенной этажности высотой более 50м ( выше 16 этажей), что соответствует давлению более 5 атм, то есть выше давления в обратном трубопроводе на ТЭЦ. Поддерживать давление не ниже 5 атм. в обратке перед ТЭЦ необходимо для соблюдения условия не вскипания воды при +160С в теплообменника конденсатора-водоподогревателе после ЦВД турбины.(см.рис.23.)
Рис. 23. Таблица температуры вскипания воды при различных давлениях окружающей среды.
Тепловая мощность квартальной ЦТП
Зная СССР-овскую привычку к стандартизации, можно предположить, что квартальные ЦТП были также стандартизирован, как и квартальные комплектные трансформаторные подстанции на 1000кВА (КТП-1000), которые также установлены во дворе квартала неподалёку от здания ЦТП. (см.рис.24-25)
Рис. 24. Типовое здание квартального ЦТП во дворе дома.
Рис.25. Стандартная трансформаторная будка КТП-1000КВА во дворе жилого квартала.
Из предыдущей статьи про энергетику России мы помним, что на одну КТП-1000 приходится около 900 квартир.(См.статью)
https://habr.com/ru/articles/800317/
На стандартном этаже панельной 9-12-этажки расположено 4 квартиры разной комнатности: две трёшки, двушка и однушка. Таким образом на этаже присутствует 14 окон, аименно: от 4 кухонь, 9 комнат и одного лестнично-лифтового холла.
В среднем получается 3,5 радиатора на квартиру.
Можно считать среднюю нагрузку на отопление в те же 1 кВт на помещение с учётом вентиляции (старый СССР-овский фонд со стенами R=1м2/Вт*с).
Тогда можно считать, что на отопление типового квартала потребуется:
900*3,5*1= 3150кВт
Именно на такую стандартную мощность и должны подбираться насосы в ЦТП, что при графике 90/70С соответствует расходу 43л/кВт*ч
3150*0,043= 135,5 м3/ч
Учитывая необходимость подбора не менее 2-х насосов на постоянную нагрузку с 50% расходом от номинала, а также необходимость одного резервного насоса, то мы получаем приблизительный внешний вид насосной сборки ЦТП с тремя одинаковыми циркуляционными насосами. (см.рис.26.)
Рис.26. Примерный вид насосной группы из 3-х одинаковых фундаментных насосов с асинхронными двигателями с сухими роторами для системы отопления, которые устанавливают внутри дворового ЦТП. В данном случае представлены консольный насосы типа КН российского производства.
К полученному расходу циркуляции необходимо добавить сопротивление однотрубной системы с удельным сопротивлением стояка 1кПа/м.п , что для П-образной системы с нижним розливом составит 70*2=140м.п.
Сопротивление системы для подбора насоса, с учётом сопротивление подводящих горизонтальных коллекторов от ЦТП составит около:
140*1=140кПа (1,4атм) или 16-18 м .вод.ст.
Результатом расчёта будет подбор насоса с расходом 70м3/ч и напором 20м.вод.ст (см.рис.27-28)
Рис.27. Внешний вид современного импортного циркуляционного вертикального насос «в линию» (инлайн) типа ТР-80-240/2, подходящего для комплектования квартального ЦТП. Для этих насосов проще найти характеристики, чем для российских консольных насосов типа КН.
Рис.28. Рабочая характеристика циркуляционного вертикального насос типа ТР-80-240/2, подходящего для комплектования квартального ЦТП.
Дворовые котельные как альтернатива теплоснабжения от ТЭЦ
Что было бы, если бы не было в Москве центрального общегородского теплоснабжения?
Если бы не существовало централизованное теплоснабжение городских кварталов тепловыми сетями от ТЭЦ, то в каждом дворе пришлось бы ставить локальную котельную мощностью около 4МВт с учётом нужд ГВС. (см.рис.29.)
При этом во дворе пришлось бы делать значительную зону отчуждения для взрывоопасного промышленного объекта, каковым является газовая котельная. Так что двор был бы практически целиком занят, не оставляя места на расположение в нём школы или детского сада.
При этом посреди двора ещё бы возвышалась высоченная дымовая труба, чтобы выбрасывать дым от котельной выше крыш окружающих домов.
Рис.29. Модульная котельная 3,9МВт.
Одним словом картинка получалась бы крайне не радостная для жителей. И это ещё не обсудили проблемы с персоналом для таких котельных, которые в СССР ещё не могли быть полностью автономными, а должны были иметь круглосуточного оператора, что требовало бы не менее 4-х человек на котельную с графиком работы «сутки/трое».
Чтобы не загадить мегаполис лесом дымовых труб от нескольких тысяч дворовых котелен в СССР было принято решение отапливать новые жилые кварталы от больших ТЭЦ.
Для этого от ТЭЦ до самых удалённых домов новой квартальной застройки под землёй прокладывали теплоизолированные трубопроводы больших диаметров, по которым от ТЭЦ подавали нагретый теплоноситель с погодозависимым регулированием его температуры.
В 90-х и 2000-х годах в Москве начали набирать популярность установка крышных газовых котельных. Это позволяло построить отдельное новое здание без подключения его к общегородским тепловым сетям.
Но с этими крышными котельными тоже возникли сложности, так как сама котельная имела значительную высоту и требовало под собой располагать нежилой этаж.
Таким образом при устройстве крышной котельной застройщик терял больше 2-х этаже продаваемых квартир, что в итоге съедало всю экономию от подключения к тепловым сетям МОЭК.
Так тема крышных котельных в жилых домах быстро заглохла.
Как далеко можно проложить трубы от ТЭЦ?
Трубы от ТЭЦ до жилых домов имеют весьма значительную длину, что сопровождается достаточно заметными потерями тепла с их поверхности в окружающее пространство (в грунт или на воздух).
Для снижения теплопотерь трубы от ТЭЦ покрывают специальной теплоизоляцией.
Раньше такие трубы обматывали стекловатой и покрывали сверху жестяными кожухами.
Теперь же используют более эффективные и надёжные трубы в ППУ изоляции заводского производства. (см.рис.30-34.)
ППУ- это пенополиуретан, то есть тот же привычный нам жёсткий пенопласт, который мы используем в виде листов утеплителя или в виде баллонов с «пеной-герметиком».
Рис. 30. Труба для теплотрассы в ППУ изоляции с полимерной (полиэтилен) и стальной оцинкованной окожушкой.
Рис.31. Отвод для трубы теплотрассы в ППУ изоляции с полиэтиленовой окожушкой.
Рис.32. Наружная теплотрасса в ППУ изоляции с оцинкованной окожушкой.
Рис. 33. Сварной стык на наружной теплотрассе в ППУ изоляции с оцинкованной окожушкой.
Рис.34. Комплект утепления на сварной стык наружной теплотрассы в ППУ изоляции.
Несмотря на эффективную ППУ изоляцию труб, тем не менее теплопотери с теплотрасс остаются весьма значительными.
Мы все видели, как вытаивают лужайки во дворах, когда среди зимы на тёплом мокром грунте зеленеет трава, а буквально в нескольких метрах громоздятся сугробы.
Подобные оттаявшие среди зимы лужайки- это как раз и есть следствие теплопотерь с подземных теплотрасс. (см.рис.35.)
Рис. 35. Оттаявший среди зимы грунт с зелёной травой над подземной теплотрассой.
Учёт теплопотерь из труб теплотрассы при теплоснабжении от ТЭЦ дальних домов проводится в специальных технико-экономических обоснованиях.
Предельное расстояние от ТЭЦ до ЦТП определяется по тепло-экономическому расчёту, где определяются тепловые потери из трубы за год в Гкал и рублях, что после сравнения со стоимостью теплотрассы позволяет оценить её экономическую эффективность .
Пример такого справочного табличного расчёт приведён в таблице (см.рис.36.)
Рис. 36. Таблица для определения экономического предела дальности транспортировки тепла по теплотрассе в ППУ изоляции. Основной критерий- это потери тепла, которые составляют 5% от потока передаваемого тепла за весь год.
Из таблицы видно, что самым большим диаметром трубы Ф1020 мм можно снабдить теплом объект на расстоянии до 21км.
Правда расчёт сделан для трубы постоянного диаметра, а у нас в кварталах идёт постоянное ветвление магистрали к окрестным дворам.
Так что расчёт будем вести в обратном порядке от квартальной ЦТП на 3,7МВт по трубе Ду 150мм (Ф159мм). При этом использовать можно каждый раз только часть разрешённого расстояния по максимально допустимой дистанции на один диаметр трубы, оставляя остальную часть на потери тепла в следующих диаметрах.
Таким образом из квартальной ЦТП мы выходим трубой Ф159 и тащим её по коллектору не далее чем на 60-120м ( то есть 5-10% от 1236 м в коллекторной прокладке), до присоединения двух ЦТП к коллектору диаметром Ф219, которым прокладываем 300м ( 15% от 2215м длины) до следующего квартального присоединения в трубу Ф273 мм которым тянем ещё 600м (20% от 2918 м).
Итого 14 МВт от 4-х ЦТП мы утащили на расстояние 60+300+600= 960м, при этом израсходовав 5+15+20=40% длины.
Оставшуюся длину имеет смысл тянуть сразу большими диаметрами, соединив 5 шт Ф273 мм в труб Ф 478 на расстояние 2400 м (30% от 8216 м), после чего 7 шт Ф478 мм соединить в последний участок Ф1020 мм на 6300 м ( 30% от 21км)
Таким образом, мы получим дерево со стволом 6км и ветвями в стороны по 2,4км.
Именно такими ветвистыми «деревьями теплотрасс» и выложены дороги между кварталами спальных районов Москвы и других больших городов РФ. (см.рис.37-38.)
Рис.37. Сектор экономически целесообразного обслуживания одной трубы Ф1020 мм, выходящей из ТЭЦ в город.
Рис.38. Зона обслуживания одной ТЭЦ восемью магистралями Ф1020 мм по 500 МВт. Видно что ветки деревьев сильно перекрываются, что позволяет резервировать ветви деревьев от соседних крон на случай аварии на магистралях.
С учётом полученного расстояния от дальнего ЦТП до ТЭЦ на МКАДе распределительное «дерево» из теплотрасс способно дотянутся на 9 км, то есть почти до центра Москвы с границами по третьему транспортному кольцу (ТТК) и с исторической старой застройкой внутри Садового кольца.
Так от ТЭЦ-25 , самой слабой из больших ТЭЦ в Москве (см рис.39), с тепловой мощностью 4088 Гкал/ч (4700 МВт), можно провести 8 магистралей Ф1020 мм, которые способны отопить более 1 тыс. стандартных кварталов жилой застройки с ЦТП на 4МВт (с учётом 0,5 Гкал/ч на нагрев ГВС) (см рис.38).
Рис.39. Основные характеристики ТЭЦ-25. Характерно, что электрическая мощность почти ровно в 3 раза меньше тепловой мощности ТЭЦ. При этом чисто водогрейный котлы для пиковых отопительных нагрузок составляют 180х12=2160Гкал/ч, то есть чуть более половины от общей тепловой производительности ТЭЦ. При этом оставшиеся 4088-2160=1928Гкал/ч снимаются с теплофикационного режима турбин.
То есть одна большая ТЭЦ-25 может снабжать горячей водой и отапливать жильё для 3 млн. жителей.
Таких ТЭЦ стоит целых 5 штук на МКАДе, что соответствует населению до 15 млн. человек в границах МКАД. Ещё одна ТЭЦ-27 расположена в подмосковных Мытищах (см.рис.40.)
Рис. 40. Схема зон теплоснабжения от пяти больших ТЭЦ Москвы. Хорошо видно, что сектора зон возможного обслуживания разных ТЭЦ не пересекаются. А зазоры связаны с естественными ландшафтными разрывами: лесопарк Лосиный остров между ТЭЦ-27 иТЭЦ-23, Серебряный бор и Москва –река между ТЭЦ-25 и ТЭЦ -21, Москва-река между ТЭЦ-26 и ТЭЦ-22.
Такая система перекрёстного теплоснабжения кварталов от больших ТЭЦ обеспечивает высокую надёжность теплоснабжения, а также оптимизирует затраты на эксплуатацию, что полностью соответствует критериям эффективности затрат эпохи СССР.
При этом в кварталах с центральным теплоснабжением от больших ТЭЦ стали устанавливать электрические плиты на кухнях, что избавило от необходимости тащить по городу дополнительные разветвлённые газовые сети.
Отказ от газовых плит в жилых домах позволил ещё более повысить безопасность в мегаполисе.
До этого взрывы бытового газа при утечках в жилых дома были достаточно частым явлением, но надёжно контролировать утечки газа в частных квартирах было практически невозможно.
Так образом, спасением от взрывов газа стал полный отказ от применение газа в быту для многоквартирных домов.
Заключение
Сейчас наступила эра капиталистического индивидуализма и погони за личной выгодой, причём даже в ущерб общественной целесообразности.
Эта тотальная индивидуализация и погоня за мелкой личной выгодой привела также к изменению нормативной базы для систем отопления.
Так сейчас стало нормой строительство домов с поквартирным теплоснабжением через индивидуальный теплосчётчик, или даже к установке поквартирных газовых котлов с газовыми счётчиками.
Губительность такого индивидуализма в отоплении многоквартирных домов я описывал ранее в статье на Хабре «Как в панельном доме заменить старый конвектор на новый радиатор, чтобы не пожалеть о полученном результате?»
https://habr.com/ru/articles/727472/
