Анализ надёжности системы теплообеспечения зданий микрорайона

5 Анализ  надёжности системы теплообеспечения  зданий микрорайона

Система отопления  здания должна удовлетворять определённым требованиям:

• Возмещать потери теплоты через наружные ограждения помещений и поддерживать в них установленную нормами температуру (t_в);
• Быть индустриальной в изготовлении её деталей и в монтаже;
• Быть экономичной в эксплуатации.

Система теплообеспечения зданий микрорайона представляет комплекс технических средств, предназначенных  для использования тепловой энергии, поступающей из наружной тепловой сети на отопление зданий. Она состоит из оборудования и устройств внутриквартирного теплообеспечения (ЦТП, разводящая тепловая сеть отопления) и домовых систем отопления. Задачей функционирования системы является поддержание в помещения зданий благоприятных температурных условий в течение отопительных периодов на протяжении всего срока службы зданий. Успешное выполнение этой задачи возможно при условии достаточно надёжной работы системы.

Надёжность - свойство объекта сохранять в установленных  пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания и ремонтах. Надёжность является сложным свойством, которое в зависимости от назначения объекта и условий его применения состоит из сочетаний свойств:

• Безотказности;
• Долговечности;
• Ремонтоспособности;
• Сохраняемости, как для объекта в целом, так и для его составных частей.

Обеспечение надёжности объекта - совокупность организационно-технических  и научно-методических мероприятий, требований и правил, которые должны выполняться в процессе проектирования, производства и

эксплуатации  объекта с целью обеспечения  достижений или поддержания заданного  уровня надёжности на всех стадиях  существования объекта. Кроме того, надёжность системы зависит от способа соединения элементов в системе. При последовательном соединении элементов отказ любого из них вызывает ухудшение или прекращение теплоснабжения всех или части потребителей.

Продолжительность нахождения i-го элемента в состоянии отказа характеризуется временем восстановления его работоспособности τ_вост,i:

τ_вост,i = τ_pi+ τ_pi,

где τ_pi - время на отключение элемента, его ремонт и впуска в работу;

τ_pi - промежуток времени от момента отказа до начала производства ремонтно-восстановительных работ ( условно принимаем равным 1 час );

Выполнение  основной задачи технической эксплуатации зданий - обеспечение комфортного  использования помещений в течении  срока службы здания - обуславливают  следующие требования к надёжности системы теплоснабжения микрорайона:

1. Вероятность безотказной работы системы за отопительный период должна быть не менее нормативной. Принимаем, что

P_сист(∆τ_от) >0.8;

2. Элемент системы  время восстановления работоспособности  которого превышает минимум лимитированное τ_Д (t_н^р.от), должен быть зарезервирован;

3. Предельное  бремя начала ремонтно-восстановительных  работ по устранению отказа i-го элемента системы при различных температурах наружного воздуха t_H определяется условием

τ_оi(t_н) < τ_н(t_н)- τ_рi ,

где τ_н(t_н) - лимитированное время на устранение отказа при температуре наружного воздуха.

Расчет надёжности системы теплообеспечения начинаем с определения τ_д(t_н^р.от).

Лимитированное  время на устранение отказа τ_н(t_н) определяется с учётом температуры наружного воздуха t_н теплоустойчивости здания исходя из допустимости кратковременного понижения температуры воздуха в отапливаемых помещениях на 6°С от расчётного значения этой температуры. Минимальное значение температуры наружного воздуха t_н^р.от соответствует температуре по СНиП 4.02.01-03 "Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха" (параметр Б, приложение Е):

t_н^р.от ₌ -24 °С - для города Могилев.

Для определения τ_д(t_н^р.от) и τ_н(t_н) необходимо построить график понижения температуры воздуха в представительном помещении здания в результате аварийного прекращения теплообеспечения. В качестве представительного принимаем угловое помещение на промежуточном этаже.

Температура воздуха в  помещении t_в через время τ после прекращения теплоснабжения здания:

t_в=

,

где - расчётная температура внутреннего воздуха ( для жилой комнаты квартиры принимаем равной 18°С );

- условная температура  наружного воздуха, учитывающая  бытовые

теплопоступления  помещения,

где - удельная величина бытовых теплопоступлений, принимаем в размере 21 Вт\ м² площади помещения;

S_п- площадь представительного помещения (S_п=15,08 м²);

Удельные теплопотери  помещения q_п, Вт\°С, и показатель теплоустойчивости помещения принимаем в зависимости от конструкции наружных стен здания по данным таблицы 12(1):

Для кирпичной кладки q_п=48 Вт\°С, β =65 ч.

Коэффициент А  определяем по формуле:

Темп охлаждения нагревательного прибора системы  отопления m, ч^-1, и коэффициент К_t , учитывающий особенности конвективно-лучистого теплообмена в помещении, принимаем по данным таблицы 13(1).

Для радиаторов чугунных: т =1,4 ч^-1; К_Т =0,93.

Для построения графика изменения температуры, расчёт производим через интервал времени 4 ч (до 32 ч) при t_н = -5; -10; t_н^р.от= -30; -35°С.

tн, °С	t(н.у), °С
-5	1,60
-10	-3,40
-24	-17,40
-30	-23,40
-35	-28,40

 

τ, ч	tв при t(н.у)=1,6	tв при t(н.у)=-3,4	tв при t(н.у)=-17,4	tв при t(н.у)=-23,4	tв при t(н.у)=-28,4
4	16,11	15,53	13,92	13,23	12,65
8	15,24	14,41	12,05	11,05	10,21
12	14,43	13,34	10,30	8,99	7,90
16	13,66	12,34	8,64	7,06	5,73
20	12,94	11,40	7,09	5,24	3,70
24	12,27	10,52	5,63	3,53	1,78
28	11,63	9,69	4,25	1,92	-0,02
32	11,03	8,91	2,96	0,41	-1,71

 

 

 

 

График изменения  температуры внутреннего воздуха  при аварийном отключения отопления

 

 

 

Величина τ_н(t_н) равна промежутку времени, за который температура внутреннего воздуха понизиться относительно на 6 °С.

С учётом времени  восстановления работоспособности  элементов (таблица 14 (1)) принимаем способ устранения отказа элементов, а для элементов, у которых время восстановления с учётом замены на запасной (τ_р + τ_о) больше, τ_д(t_н^р.от), необходимо предусматривать резервирование.

Таблица 3 - Выбор  способа восстановления работоспособности  элементов

Наименование  элементов	Тр. ч		Принятый способ устранения
	замена на запасной	ремонт на месте	τн(-5) =17,4 ч	τн(-10) =11,8 ч	τн(-24) =6,3 ч	τн(-30) =4,4 ч	τн(-35) =3,7 ч
Насос массой до 100 кг	4.5	>11	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Замена на  запасной	Резервирование	Резервирование
Задвижка диаметром 100 мм	2.5	>14	Ремонт  на месте	Замена на  запасной	Замена на  запасной	Замена на  запасной	Замена на  запасной
Обратный клапан диаметром 50 мм	1.9	>6.5	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Замена на  запасной	Замена на  запасной	Замена на  запасной
Регулятор расхода  РР-100	3	>10	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Замена на  запасной	Замена на  запасной	Замена на  запасной
Водонагреватель наружный с 2-мя секциями	6,6 - 11	-	Замена на запасной	Замена на запасной	Резервирование	Резервирование	Резервирование
Внутриквартальная тепловая сеть диаметром 0,1-0,2 м	-	6	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Резервирование	Резервирование
Трубопровод системы  отопления	-	3	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте	Ремонт  на месте
Отопительный прибор	4	-	Замена на  запасной	Замена на  запасной	Замена на  запасной	Замена на запасной	Резервирование

Для принятого  способа устранения отказа каждого  элемента определяем предельное время  начала ремонтно-восстановительных  работ.

Вероятность безотказной работы системы, состоящей из т последовательно соединённых элементов, подсчитываем по формуле:

Где - вероятность безотказной работы i-го элемента за отопительный период.

Продолжительность отопительного периода  принимаем по СНБ 2.04.02-2000 «Строительная климатология».

Вероятность исправной работы системы за отопительный период определяется по формуле:

Для i-го элемента системы:

Где

Для Гомеля:

,

,

,

Средний срок службы элемента определяем по следующей формуле:

где х_i- конкретные значения сроков службы элементов здания, зафиксированные в результате обследования,

m_i-число элементов, имеющих данный срок службы;

m- общее число обследованных элементов. Среднеквадратическое отклонение срока службы:

где - дисперсия, т.е. мера отклонения конкретного значения срока службы от его среднего значения,

где - статическая вероятность конкретного значения срока службы элемента системы. Принимаем равной 0,95.

 Рассчитаем  средний средний срок службы  и среднеквадратическое отклонение  для следующих элементов: Теплообменники:

Задвижки:

Обратные клапаны:

Насосы:

Трубопроводы  в здании:

Отопительные  приборы:

Трубопроводы  квартальной сети:

Расчёт вероятности  исправной работы системы за отопительный период сводим в таблицу 4.

Таблица 4 - Расчёт вероятности исправной работы системы  за отопительный период

Элемент	τ1	τ2	F(τ1)	F(τ2)	Ризн( )
Теплообменник	0,35	0,17	0,12930	0,09095	0,906
Задвижка	0,23	0,11	0,13307	0,05567	0,826
Обратный клапан	0,3А	0,16	0,12930	0,09095	0,906
Насос	0.35	0,17	0,12930	0,09095	0,906
Трубопроводы  в здании	0,49	0,23	0,19847	0,12552	0,805
Отопительный  прибор	0,48	0,23	0,19847	0,12552	0,805
Трубопроводы  квартальной сети	0,35	0,16	0,12930	0,09095	0,906