Конспекты лекций (Конс_1)

Посмотреть архив целиком

9



Министерство общего образования Российской Федерации


Южно-Уральский государственный университет


Кафедра промышленной теплоэнергетики






КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ



ПО ДИСЦИПЛИНЕ


"ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ"



ВВЕДЕНИЕ


Различают два вида теплоснабжения – централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:

  1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;

  2. районное – ТС городского района;

  3. городское – ТС города;

  4. межгородское – ТС нескольких городов.

Процесс ЦТС состоит из трех операций – подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.

Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.

Различают две основные категории потребления тепла.

  1. Для создания комфортных условий труда и быта ( коммунально-бытовая нагрузка ).

Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование.

2. Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на:

- низкопотенциальное, с температурой до 150 0С;

- среднепотенциальное, с температурой от 150 0С до 400 0С;

- высокопотенциальное, с температурой выше 400 0С.

Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам.

Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 0С (в прямом трубопроводе), минимальная – 70 0С (в обратном).

Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1.4 МПа.

В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.


1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ


Тепловую нагрузку можно разделить на сезонную и круглогодичную. Изменение сезонной нагрузки зависит главным образом от климатических условий – температуры наружного воздуха, его влажности, скорости ветра, солнечной радиации и т.п. Основную роль играет изменение температуры наружного воздуха. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой. К сезонной нагрузке относят нагрузки отопления, вентиляции (зимние нагрузки), кондиционирования (летняя нагрузка). К круглогодичной нагрузке относятся нагрузка горячего водоснабжения (ГВС) и технологическая нагрузка. График технологической нагрузки зависит от характера производства. График нагрузки ГВС зависит от благоустройства зданий, состава населения, графика рабочего дня, режима работы коммунальных предприятий. Технологическая и нагрузка ГВС слабо зависят от времени года.


1.1. Сезонная нагрузка.


Цель отопления – поддержание температуры внутреннего воздуха в помещении на заданном уровне. Температура воздуха в помещении зависит от назначения помещения, а в промышленных зданиях от характера выполняемых работ. Значения температуры воздуха в помещениях принимаются согласно [1,2]. В частности,

- для жилых зданий - от 18 до 20 0С;

- для промышленных зданий - от 16 до 20 0С;

- для общественных зданий - от 14 до 25 0С.


      1. Расчет отпуска тепла на отопление.


Для поддержания температуры воздуха в помещении постоянной необходимо обеспечить равенство теплопотерь и теплопритоков. Потери тепла обусловлены теплопередачей через ограждения, на которых перепад температур более 5 0С - Qт, а также инфильтрацией, Qинф - затрат тепла на нагрев воздуха, поступающего извне через неплотности ограждений.

,

- коэффициент инфильтрации.

В производственных помещениях тепло расходуется также на нагрев материалов и транспортных средств, поступающих извне - Qмт.

Приток тепла в помещения осуществляется через отопительные установки - Qо и от внутреннего тепловыделения - Qвт.

В общем случае баланс тепла можно записать в виде

.

Для жилых и общественных зданий:

Qмт = Qинф = Qвт = 0 , тогда Qо = Qт .

Для производственных помещений:

Qо = Qт (1 + ) + Qмт - Qвт

в производственных помещениях может составлять 25...35 % от Qо

Здесь: bпостоянная инфильтрации, b=(35…40) 10-2;


g- ускорение свободного падения;

L- высота проема в который поступает воздух;

Тн- температура наружного воздуха, К;

Тв- температура воздуха в помещении, К;

W- скорость ветра, м/с.

Потери тепла теплопередачей рассчитываются по уравнению

, или

, (1.1)

где:

n- поправка на температурную разность. Учитывается для пола 1-го этажа и потолка верхнего (n 1);


- коэффициент, учитывающий добавки на ориентацию относительно сторон света, этажность здания, скорость ветра, размещения помещения в здании. Приводится в СНиП.

где - поправка, учитывающая ориентацию по сторонам света.

Формулой (1.1) пользуются при проектировании систем отопления конкретного здания, то есть по результатам расчетов определяется количество отопительных приборов, устанавливаемых в помещениях.

При проектировании источников тепла потребность тепла на отопление может быть определена по укрупненным показателям.


1.1.1.1. Определение расхода тепла на отопление по объему здания .


где:

qо- отопительная характеристика здания, зависящая от объема и назначения здания. Приводится в СниП, а также в [1,2]. ; V- объем здания по наружному замеру.

Максимальные потери тепла и, соответственно, максимальный отпуск тепла на отопление определяется по расчетной температуре для отопления - tно. Это есть средняя температура наиболее холодной пятидневки из восьми зим за последние 50 лет.

При расчете по укрупненным показателям при отсутствии перечня зданий с указанием их назначения tв принимают равной 18 0С, если tно -31 0С и равной 20 0С, если

tно -31 0С.

Для жилых и общественных зданий расчетное количество тепла на отопление определяется по формуле

.

При

.

Для экономного использования топлива большое значение имеет правильный выбор начала и конца отопительного периода. По СниПу начало и конец отопительного периода принимается при значении среднесуточной температуры равной +8 0С. Для производственных помещений с внутренними тепловыделениями отопительный период начинается при той температуре наружного воздуха, при которой .

Для промышленных зданий:

- при tн tно



- при tн > tно


Qo

Длительность отопительного периода определяется числом суток с устойчивой среднесуточной температурой меньшей и равной +8 0С.

1


2

tн , 0С

+8 tно

1 – для жилых и общественных зданий;

2 – для промышленных зданий.

Рис.1.1. График отпуска тепла на отопление.


        1. Определение расхода тепла на отопление по площади застройки

    Такой способ определения расхода тепла применяется только для жилых районов. При ,

    где qF- отпуск тепла на 1 м2 площади застройки, Вт/ м2 [1,2]; F- площадь застройки, м2.

    F = fуд z , где z- число жителей;

    fуд = 12,5 м2 / чел – для зданий построенных до 1980 года; fуд = 18 м2 / чел – для зданий, построенных после 1980 года;

    k1=0.25- коэффициент, учитывающий отпуск тепла на отопление общественных зданий. При tн > tно

    1.1.2. Расчет отпуска тепла на вентиляцию

    Под вентиляционной нагрузкой понимают потребность в тепле для подогрева воздуха, подаваемого извне в помещения. В жилых зданиях без специальной приточной системы вентиляции расход тепла Qв = 0.

    Для общественных и промышленных зданий:

    Qв = C Vв (tв - tн) m ,

    где С - объемная теплоемкость воздуха, 1260 Дж/(м3К);

    Vв - объем вентилируемого помещения по внутреннему замеру;

    m - кратность обмена воздуха в помещении.

    При расчете по укрупненным показателям отпуск тепла определяют при известном

    объеме здания.

    Qв = qв V (tв - tн).

    Для общественных зданий, расположенных в жилом районе

    где k2 = 0,4 - для зданий старой постройки, k2 = 0,6 - для новых зданий.

    Различают три категории вентилируемых помещений:

    А - с незначительным выделением вредностей. Максимальный отпуск тепла для этих зданий определяется по расчетной температуре для вентиляции - tнв - средней температуры наиболее холодного периода, составляющего 15 % длительности отопительного сезона.

    При отпуск тепла на вентиляцию не увеличивается, при этом уменьшается кратность обмена воздуха. Минимального значения кратность обмена достигает при .

    .

    При

    .

    Б - здания со значительным выделением вредностей:

    В - при особом техническом обосновании (очень много вредностей) определяется по средней температуре наиболее холодных суток.

    А

    Qв

    Б

    +

    +8 tнв tно tн , 0С

    Рис.1.2. График отпуска тепла на вентиляцию

      1. Круглогодичная нагрузка.


К круглогодичной нагрузке относятся технологическая нагрузка и нагрузка ГВС. Технологическая нагрузка задается технологами и зависит от вида производства.

Нагрузка ГВС имеет существенно неравномерный характер как в течение суток, так и по дням недели. Наибольший расход горячей воды наблюдается в утренние и вечерние часы, из дней недели – в субботу.

Среднедельный расход тепла на ГВС отдельных жилых, общественных и промышленных зданий определяется по формуле

, где


Рис.1.3. Графики потребления тепла на ГВС.


aнорма расхода горячей воды с t=60 0С на единицу измерения; mколичество единиц измерения; с – теплоемкость воды, 4190 Дж/(кгК); tг, tх – температура горячей и холодной воды; ncрасчетная длительность подачи воды на ГВС, сек./сут. или час./сут. Зимой принимают tх =5 0C, летом – tх =15 0C. Величина а дается для tг = 60 0C. При других значениях tх

.

В местах водоразбора должна поддерживаться температура горячей воды для открытых систем – не ниже 60 0C и не выше 70 0C; для закрытых систем – не ниже 55 0C и не выше 75 0C. Для жилых зданий, больниц, детских садов, санаториев, домов отдыха и т.п. nc =86400 сек./сут., или 24 час./сут. При отсутствии данных о количестве и типе жилых и общественных зданий в новых районах средненедельный расход тепла на ГВС можно определять по формуле

а=80…120 л/сут на одного человека для жилых зданий, в=18…22 л/сут на одного человека для общественных зданий. Летом

.

Средний за сутки наибольшего водопотребления расход тепла на ГВС равен , где - коэффициент недельной неравномерности, равный для жилых и общественных зданий 1.2. Для производственных зданий =1. Расчетный (максимально-часовой) расход тепла на ГВС равен