ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Курсовая работа по теплоснабжению является ответственным этапом в подготовке специалистов для села, завершающим самостоятельную доработку курса «Применение теплоты в сельском хозяйстве» с целью получения навыков в проектно- графической работе и ознакомления с нормативными материалами по централизованному теплоснабжению сельскохозяйственных комплексов.

Проект выполняется в объеме расчетно- пояснительной записки (30-40 рукописных страниц) и чертежей на листе формата А1.

Проектное задание выдается студенту на основе типовых схем производственных или коммунально- бытовых сельскохозяйственных комплексов, разработанной кафедрой, или, что особенно поощряется, на основе предложенной перспективной теплофикации аналогичных потребителей по месту жительства студента.

Содержание расчетно- пояснительной записки должно отразить расчеты основных элементов внешней тепловой сети и фрагменты расчетов отдельных систем теплофикации.

На листе формата А1 изображаются: схема внешних теплопроводов тепловой сети с расположением тепловых каналов, компенсаторов и неподвижных опор: безразмерные сечения тепловых каналов и виды в плане компенсаторных ниш и тепловых камер с полной экспликацией их типоразмеров для всей сети; экспликация тепловых нагрузок по видам теплопотребления.

Оформление расчетной записки и чертежей должно соответствовать требованиям к оформлению дипломных и курсовых проектов.

Для облегчения практического использования разделы методических указаний расположены в рекомендуемой последовательности выполнения расчета разделов проекта. В приложениях к указаниям приведены полностью необходимые нормативные и справочные материалы.

Учитывая краткость и методическую направленность указаний, студент обязан, не ограничиваясь приведенными материалами, дать полное освещение каждого раздела проекта на основе проработки соответствующих литературных источников.

Раздел I. Расчет тепловой сети

1.1. Содержание расчета тепловой сети

В общем случае для комплекса отапливаемых зданий с централизованным теплоснабжением в холодный период года необходимо компенсировать расход теплоты на отопление помещений или технический обогрев сооружений защищенного грунта, подогрев приточного воздуха в системах вентиляции, воды в системе горячего водоснабжения и на технологические нужды. Этот суммарный расход теплоты является тепловой нагрузкой для центральной котельной.

Содержание расчета тепловой внешней сети является : определения указанных расходов теплоты и соответствующих им расходов теплоносителя при выбранной схеме теплоснабжения; установление режимов отпуска теплоты по видам теплопотребления; проведение гидравлического расчета с целью выбора диаметров теплопроводов и и определение гидравлических сопротивлений сети; выбор схем присоединения потребителей к сети, арматуры и конструкции опор, способов прокладки элементов тепловой сети.

При выполнении данного раздела студентам дается полная характеристика проектируемого комплекса с описанием организации технологических процессов в производственных зонах и постановка задач для проектирования теплоснабжения.

1.2. Привязка генерального плана комплекса

В учебном проектировании студенту выдается паспорт генерального плана комплекса, в котором уже отработано размещение зон и зданий в них с учетом противопожарных и санитарных разрывов . Учитывая, что задание геодезических отметок затруднено, привязка генплана к местности производится без учета ее рельефа, а лишь путем ориентации зданий по отношению к госпотсвующим ветрам по среднегодовой розе ветров.

Условно принимается для всех населенных мест Краснодарского края среднегодовая роза ветров для г. Краснодар (рис 1), на которой по румбам изображены в определенном масштабе повторяемости ветра в процентах средние за январь- июль месяцы.

Ориентация продольной оси зданий при содержании животных для лучшей инсоляции, как правило. Должна быть меридиональной, но с учетом розы ветров допускаются отклонения до 30⁰ или 45⁰ соответственно в пунктах севернее или южнее 50⁰ с.ш. В пунктах, расположенных южнее 50⁰ с.ш. при > -20⁰ С. Допускается так же широтная ориентация и отклонения от нее до 45⁰. Птичники с односторонним естественным освещением ориентируются в широтном направлении.

Корректировка ориентации на обдуваемость в пределах в пределах рекомендуемых секторов принимается оптимальной для зданий основного назначения из соотношения: минимальный периметр в направлении господствующего зимнего ветра(минимальные теплопотери) и направленность господствующего летнего ветра к продольной оси под углом не менее 45⁰(улучшение аэрации). Оптимизация осуществляется путем взаимного поворота розы ветров (по методичке) и генплана комплекса. Возможен поворот генплана на 90⁰ или 180⁰ с учетом размещения зон комплекса: производственная зона должна располагаться с наветренной стороны по отношению ветеринарно- лечебным зданиям, навозохранилищам и очистным сооружениям ; родильные отделении, инкубаторий и здания для молодняка располагаются с наветренной стороны к другим зданиям, промышленное стадо- с подветренной стороны к племенному; котельная размещается в центре тепловых нагрузок с условием минимального загрязнения зон.

Найденное решение фиксируется и производится вычерчиванием генплана в ортогональных проекциях только по контуру отапливаемых зданий в масштабе, обеспечивающим заполняемость формата А4 до 50%. Изображение розы ветров переносится из методички в правый верхний угол листа с ориентацией северного направления к верхнему образцу.

1.3. Выбор системы теплоснабжения и теплоносителей для тепловой сети и систем теплопотребления

Системы теплоснабжения могут быть централизованными и децентрализованными (местными).

Выбор системы теплоснабжения следует производить с учетом концентрации тепловых нагрузок. Для малоквартирной застройки низкой плотности, отдельных животноводческих, птицеводческих и культивационных помещений преимущественное развитие получает децентрализованное теплоснабжение от местных генераторов теплоты. Общественно- коммунальная застройка, многоквартирные секционные дома с плотностью населения 100 чел/ га и более, крупные животноводческие комплексы и тепличные комбинаты обслуживаются теплоснабжением от центральных котельных котельных.

По виду теплоносителя системы теплоснабжения подразделяются на паровые и водяные.

В тепловых (внешних) сетях при централизованном теплоснабжении жилых, общественных и производственных потребителей должна применятся перегретая вода. Пар как теплоноситель применяется для технологических и производственных целей и при этом лишь в системах отопления производственных зданий при технико- экономическом обосновании.

Паровые системы могут быть двухтрубными и однотрубными (без возврата конденсата). Выполняется по тупиковой схеме. Сбор и возврат конденсата рекомендуется осуществлять по закрытой схеме.

Из водяных систем чаще применяются двухтрубные закрытые, но более перспективны двухтрубные открытые. В первом случае вода используется только как теплоноситель, во втором- часть циркулирующей в сети воды разбирается для горячего водоснабжения. Реже применяются трех- и четырехтрубные системы. Водяные сети выполняются всегда радиальными тупиковыми, иногда с перемычками по ответвлениям двух магистралей.

Температура воды в подающем теплопроводе двухтрубных сетей при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления должна приниматься > 105⁰С (желательно до 150⁰), а в обратном - 70⁰С. Для поселковых сетей с тепловой нагрузкой до 6 МВт допускается температура воды в подающей магистрали 95-105 ⁰С, в обратной - 70⁰С. В местных системах отопления расчетные параметры воды 95/70⁰С, а подключение калориферов желательно к перегретой воде.

При выборе теплоносителей систем теплопотребления должны учитываться выбранные практикой рекомендации.

Для всех животноводческих и птицеводческих помещений предпочтительной является система воздушного отепления, совмещенная с приточной механической вентиляцией и дополняемая в помещениях для содержания молодняка животных инфракрасными и газовыми излучателями, электрическими лампами накаливания, электрообогреваемыми полами в родильных отделениях, брудерами в цехах выращивания цыплят. Для нагрева воздуха применяются калориферы паровые, водяные и электрические. В бройлерниках и цехах выращивания цыплят и ремонтного молодняка в качестве основной используется система водяного отопления.

Все жилые и вспомогательные здания оборудуются системами водяного отопления.

Для упрощения гидравлического расчета тепловой сети в проекте допускается предусмотреть централизованное горячее водоснабжение лишь для кормоцехов, доильных залов и молочных, ветсанпропускников. В остальных помещениях ферм предусматриваются местные водонагреватели.

При проектировании необходимо произвести выбор системы теплоснабжения, вида теплоносителя по видам теплопотребления и для тепловой сети, наличие одно-, двух- или многотрубных участков тепловой сети.

1.4. Выбор расчетных метеорологических данных для холодного периода года

В зависимости от климатических условий местности в соответствии с СНиП II- А.6- 72 принимаются следующие расчетные параметры наружного воздуха для холодного периода:

- средняя относительная влажность в 13 часов самых холодных суток, % ; -средняя температура самых холодных суток, °С;

-средняя температура наиболее холодной пятидневки для проектирования отопления (параметр Б для холодного периода), °С;

-средняя температура наиболее холодного периода для проектирования вентиляции (параметр А для холодного периода), °С;

- средняя температура за отопительный период, °С;

-продолжительность отопительного периода, сутки.

Для населенных пунктов Краснодарского края указанные параметры можно принимать по приложению 1.

Расчетная внутренняя температура воздуха для холодного периода регламентируется санитарно- гигиеническими требованиями, предъявляемыми к данному помещению. Для животноводческих и птицеводческих помещений (оптимальная) и принимаются в соответствии с ОНТП- СХ и СНиП (приложение 4), а для жилых , оющественных и производственных помещений по данным СНиП П-Г.10-62 можно принять =18°С, для детских учреждений, больниц и поликлиник =20°С и =40-60%.

1.5. Расчет теплового баланса производственных помещений

Производится для одного из производственных зданий, в котором по зданию проектируется система воздушного отопления.

Расчетная тепловая нагрузка систем отопления и вентиляции определяется из теплового баланса помещения при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления.

= + + - - (1)

Где - теплота, подаваемая системой отопления для поддержания теплового баланса с целью обеспечения нормируемых параметров микроклимата помещения, кВт;

, , -расходные статьи теплового баланса- потери теплоты через наружные ограждения, с вентиляционным выбросом отработанного воздуха и на испарение влаги со смоченных поверхностей, кВт;

, - приходные статьи теплового баланса- явное тепловыделение животных и птицы и дополнительные тепловыделения, кВт.

Ниже производится определение составляющих теплового баланса.

1.5.1. Расчет тепловых потерь отапливаемых помещений

Потери теплоты помещений, согласно СНиП 11-А.7-71, определяются суммой основных и добавочных потерь теплоты через все его наружные ограждения и теплопотерь через пол

(2)

Потери теплоты через наружное ограждение с учетом добавочных теплопотерь

(3)

Где κ- коэффициент теплопередачи ограждения, Вт/( К);

𝒯- поверхность ограждения, ;

- расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, °С;

Ψ- поправочный коэффициент к расчетной разности температур, принимаемый для чердачных покрытий 0.8 -0.9 и для остальных ограждений и бесчердачных покрытий – 1.0;

n= – коэффициент, учитывающий возможные добавочные теплопотери за счет инфильтрации наружного воздуха ориентация к странам света , обдувания ветром , наличия двух и более наружных стен , проникание наружного воздуха через двери (приложение 7).

По типовому проекту или по прототипам принимаются конструкции ограждений, а затем определяются для них коэффициенты теплопередачи: для стен и перекрытий по приложению 8,; для остекления, дверей и ворот по приложению 9. В случае отсутствия данных значение К вычисляется по формулам тепопередачи для многослойных ограждений. По условию удовлетворения санитарно- гигиеническим требованиям ( комфортности) или невыпадения влаги (помещения с > 60%) значение коэффициента теплопередачи для наружных стен и покрытий не должно превосходить максимально допустимого

≤ (4)

где - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения (приложение 10 и 11), ( .К)/ Вт;

∆ - нормируемый перепад температур на внутренней поверхности ограждения, °С.

В животноводческих и птицеводческих помещениях для стен ∆ = и для перекрытия . В жилых зданиях для стен ∆ = 60°С и перекрытий -4 °С;

- температура точки росы, °С. Определяется по значениям из i=d диаграммы влажного воздуха (приложение 3);

- расчетная температура внутреннего воздуха, °С.

Для производственных помещений при расчетах по формулам (3) и (4) для перекрытий принимается

+ (0.8…,0)h

h- высота помещения, м;

–расчетная температура наружного воздуха, °С.

Предварительно по приложению 8 назначается степень массивности и принимается : для ограждений массивных (М)- = , легких (Л) )- = и средней массивности (С) )- = 0.5 /( ).

Значения определяются для стены и перекрытия.

Поверхности ограждения в соответствии со СНиП 11-Г.7-62 определяются их линейными размерами из строительных чертежей или обмером по натуре с точностью до 0.1 м. площади окон, дверей и ворот принимаются по наименьшим размерам их проемов; размеры поверхности потолков или полов- по осям наружных стен; высота стен- от уровня пола до верха утепляющего слоя перекрытия.

При проектировании для производственных зданий можно принимать размеры: дверь одностворчатая – 0.9x2.2 м; двухстворчатая- 1.5х3.2 м; ворота двухстворчатые – 2.6х2.6 м. площадь оконных проемов назначается по нормам естественной освещенности (в процентах от площади пола) по приложению 5. Оконные проемы располагаются только в продольных стенах.

Для зон, расположенных южнее 50 ° с.ш., применяются одинарное остекление и одинарные двери и ворота без амбуров.

Теплообмен между смежными помещениями учитывается при температурном перепаде более 5°С.

Потери теплоты через неутепленные полы ( λ≥1.16 Вт/ (м К)) определяются по зонам шириной 2 м , параллельным внутренним стенам (нумерация зон от стен)

∑ кВт, (5)

Где - площадь одной зоны, . Разбивка зон производится от внутреннего периметра помещения. Для 1-ой зоны угловые площадки 2х2 м, учитываются дважды, т.е. площадь зоны увеличивается на 16 ;

- условное термическое сопротивление теплопередаче (независимо от конструкции пола) для зон: =2.16; =4.31; ; = 14.2 ( К)/ Вт.

Расчет потерь теплоты помещением (зданием) согласно выражениям (3) и (5) удобно производить по форме, указанной в табл.1.

Таблица 1

Расчет потерь теплоты помещением (зданием)

Ограждения ( Н – наружная стена; -остекление стены; ПТ- потолок; покрытие; Н - наружная дверь; Н - наружные ворота; - зона пола

Ориентация: С, СВ, В, ЮВ и т.д.

Площадь ограждения , ,

Расчетные темпер- атуры , °С в

Коэф- фици- енты

Коэффициенты добавочных теплопотерь

Потери теплоты, кВт

-

ψ

1.5.2. Расход теплоты на вентиляцию

Назначение вентиляции- поддержание при расчетных зимней и летней температурах наружного воздуха за счет нормируемой краткости или величины воздухообмена оптимальных значений параметров микроклимата помещения: температуры, относительной влажности, газового состава, скорости движения внутреннего воздуха и т.д.

Обычно для сельскохозяйственных производственных помещений избыточные тепловыделения в зимний период не являются определяющими при расчете воздухообмена и учитываются только в тепловом балансе.

Расход вентиляционного воздуха определяется для каждого помещения по количеству возможных вредных выделений:

При газовыделениях (6)

При влаговыделениях (7)

Где и W – газовыделение, л/ч, и влаговыделения, г/ч;

- концентрация углекислоты предельно допустимая (примечание к приложению 4) и в приточном воздухе , л/ . Для сельской местности = 0.33 , л/ ;

- плотность внутреннего воздуха, /кг (приложение 2);

- влагосодержание удаляемого и приточного воздуха, г/кг. Определяются из i=d диаграммы влажного воздуха (приложение 3) по значениям .

Для сельскохозяйственных нетоксичных помещений в газовыделениях определяющим является количество углекислоты, выделяемое животными и птицей.

л/ч, (8)

Где - количество животных или птиц данной половозрастной группы, голов;

- количество углекислоты, выделяемое одним животным или птицей данного вида, л/ч (приложене 14-16). Для птицы m/m- расчетная масса птицы, кг; - газовыделения на 1 кг массы птицы,, л/ч ;

- коэффициент, учитывающий изменение тепло-, газо- и влаговыделений животных и птицы при групповом содержании. Для всех видов - = 1.03

Возможные влагопоступления в животноводческих и птицеводческих помещениях, г/ч:

От животных или птицы

(9)

От испарений со смоченных поверхностей

(10)

От испарений из помета

(11)

Где - количество водяных паров, выделяемое одним животным или птицей, г/ч (приложене 14-16). Для птицы ;

- коэффициент, учитывающий изменение тепло- и влаго- выделений животных и птицы в зависимости от ( приложения 17 и 18);

ξ - коэффициент надбавок на испарение воды со смоченных поверхностей в животноводческих помещениях. При удовлетворительном содержании животных и наличии подстилки ξ=0.1, при нерегулярной работе канализации и отсутствии подстилки – ξ=0.25;

- среднесуточный выход помета от одной птицы, г/гол (приложение 19);

0,7-коэффициент усушки помета.

Суммарные влаговыделения в животноводческих помещениях

(12)

И в птицеводческих помещениях

(13)

Расчетный воздухообмен L принимается по наибольшему из значений и должен быть не менее нормативного

/ч, (14)

Где l- минимальный воздухообмен на 100 кг расчетной массы животного или птицы, /ч (приложение 4);

m- расчетная масса животного или птицы, кг.

Для животноводческих и птицеводческих помещений значение величин воздухообмена определяется для зимнего и переходного периодов с целью установления максимальной мощности принудительной вентиляции. В летний период недостающий воздухообмен компенсируется за счет организации дополнительной естественной вентиляции.

Потреи теплоты с вентиляционным выбросом удаляемого из помещения воздуха

кВт, (15)

Где - плотность наружного воздуха , кг/ ( приложение 2);

С- теплоемкость воздуха. Принимается С= 1.0 кДж/(кг К).

1.5.3. Расход теплоты на испарение влаги со смоченных поверхностей

Для животноводческих помещений

кВт, (16)

Для птицеводческих помещений

кВт, (17)

Где λ= 2.495 кДж/г- скрытая теплота парообразования воды.

1.5.4. Тепловыделения животных или птицы

Свободная теплота, выделяемая животными или птицей при групповом содержании κ видов

кВт, (18)

Где - количество явной теплоты, выделяемой одним животным или одной птицей данного вида, Вт ( приложения 14-16). Для птицы = m;

-коэффициенты, учитывающие изменения тепловыделений животными или птицей в зависимости от фактического количества по сравнению с расчетными и уменьшение тепловыделений в состоянии покоя (ночное вр емя). Принимаются: для крупнорогатого скота и =0.8; свиней =0.8; птицы = 0.6.

1.5.5. Дополнительные тепловыделения в помещении

Могут складываться из тепловыделений от механической энергии работающего оборудования ( в расчете не учитываются)

кВт, (19)

И тепловыделений от осветительных приборов

= кВт, (20)

Где - номинальная мощность электродвигателей и осветительных приборов, кВт;

= 0.15-0.7- коэффициент, учитывающий использование установочной мощности, загрузку, одновременность работы электродвигателей и ассимиляцию теплоты;

= 0.6-1.0-коэффициент, учитывающий вид осветительной арматуры;

- нормативная удельная мощность освещения, Вт/ , в помещении площадью ℱ, (приложение 6).

1.5.6. Анализ теплового баланса. График теплового баланса.

Подстановкой в (1) определяется нагрузка на систему отопления. При этом возможны варианты решения: Q₀≤0 (положительный тепловой баланс) – отопление не планируется и избыточные тепловыделения удаляются вентиляцией; при Q₀>0 (отрицательный тепловой баланс) – значение Q₀ является расчетной тепловой нагрузкой для проектируемой системы отопления.

В системе воздушного отопления эта нагрузка компенсируется калориферным подогревом приточного вентиляционного воздуха с подводом теплоты

Q₀ = Q_во = 0,278·10^-3·L (t_в – t_но) кВт,

откуда определяется требуемая температура подогретого воздуха на выходе из калорифера

t_{п =} t_н.о + ⁰С. (21)

Производится упрощенное построение графика теплового баланса Q₀ = f(t_н) , т.е. зависимости изменения нагрузки на систему отопления в функции текущих значений температуры наружного воздуха.

Как видно из предыдущих расчетов, составляющие теплового баланса Q_ж , Q_доп. , Q_исп не зависят от , а значения Q_огр и Q_в пропорциональны лишь разности (t_в - ). Поэтому с учетом выражений (2, 3, 5, 15) на основе уравнения (1) при Q_о = 0 определяется так называемая температура переходного периода рассматриваемого отапливаемого помещения (температура включения и отключения отопления)

= t_о = t_в – (t_в – t_но ) ⁰С (22)

По двум точкам ординат тепловой нагрузки (Q_о = 0 при = t_о и Q_о = Q_в.о. в расчетном режиме при = t_но ) строится (см. рис. 2) график линейной зависимости Q₀ = f(t_н).

В интервале температур t_о… t_но при наличии дефицита теплоты помещение эксплуатируется в режиме отапливаемого с расходом теплоты Q₀ = f(t_н). При этом соблюдение тепловых балансов в помещении для каждого значения обеспечивается регулированием отпуска теплоты в соответствии с температурным графиком (см. ниже).

Теплоизбытки в интервале температуры t_в… t_о удаляются вентиляцией. Максимальные избытки явной или общей теплоты обычно являются определяющими при назначении объема вентиляции в переходной и летний период.

Необходимо помнить, что для всех здания без значительных внутренних тепло-газо-влаговыделений начало и конец отопительного периода определяется установлением среднесуточной температуры t_н =+8 ⁰С, а для производственных сельскохозяйственных помещений значение t_о.

Рис. 2. График теплового баланса

Q 0,квт200					Q0=Qво
100
0						Q’о
-100
-200
					tн,оС
	tв		t0	t’0	tн.о

1.6. Определение расчетной тепловой нагрузки для проектного расчета системы водяного отопления

Производится для здания (помещения), в котором по условиям задания на проектирование требуется определение поверхности нагрева нагревательных приборов и конструктивная компоновка системы водяного отопления (3-й лист, формат А2) по одному из нижеприведенных вариантов расчета.

Для произведенных ( всех животноводческих и птицеводческих зданий с внутренними тепловыделениями) эта нагрузка устанавливается из тепловых балансов из помещений по методике подраздела 1.5.

Для жилых и производственных помещений без дополнительных тепловыделений расчетная нагрузка на систему отопления определяется величиной суммарных потерь теплоты через наружные ограждения по методике пункта 1.5.1. с учетом следующих положений:

а) нормируемый теплоперепад в жилых, лечебных и детских помещениях для стен 6 и перекрытий 4 ⁰С, для остальных помещений соответственно 7 и 5,5 ⁰С;

б) при необходимости определения площади оконных проемов могут быть нормы естественной освещенности 1/7...1/10. Остекление двойное.

в) в случае применения утепленных полов на грунте термическое сопротивление i-ой зоны-полосы определяется по формуле

R_{i у.n.} = R_{i +}

а при расположений полов на лагах

R_in. = 1.18 R_iу.n.

где и - толщина, м, и коэффициент теплопроводности утепляющего слоя, Вт/(м*К).