1. Построение графиков изменения подачи теплоты каждому объекту в диапазоне изменения температур наружного воздуха. Определение годового запаса условного топлива для теплоснабжения

Первым этапом проектирования системы теплоснабжения является определение расходов и необходимых параметров теплоты для всех присоединенных к этой системе потребителей.

Годовое потребление состоит из расходов на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС) и технологию. Они, в свою очередь, складываются из теплопотреблений отдельных объектов теплоснабжения и по характеру протекания во времени подразделяются на сезонные и круглогодичные. Сезонные нагрузки очень зависят от климатических условий (в нашем случае основным условием будет являться температура наружного воздуха). К сезонным относятся нагрузки отопления и вентиляции. Круглогодичные – фактически не зависят от климатических условий, таковыми являются нагрузки ГВС и технологические.

В нашем проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и жилой район. Расходы теплоты промышленным предприятием нам заданы, необходимо определить величину теплопотребления в жилых районах.

Для построения графиков изменения подачи теплоты объектам необходимо знать максимальные расчётные значения составляющих теплового потребления. В нашем случае указаны тепловые нагрузки для промышленного предприятия и расчёта не требуют. А для жилого района такой расчёт необходим. Расчёт будет производить согласно [1].

Согласно исходным данным город-местоположение котельной – Оренбург. Климатологические параметры расчетного города для холодного периода года принимаем по [2] и заносим их в Таблицу 1.1.

Таблица 1.1 Климатологические параметры расчётного города
Наименование	Обозначение	Размерность	Величина
Расчетная температура воздуха	tнр	ºС	- 32
Продолжительность отопительного периода	nо	сутки	195
Средняя температура воздуха в отопительный период	tср	ºС	- 6,9

Согласно [1] при разработке схем теплоснабжения расчетные тепловые нагрузки определяются:

а) для намечаемых к строительству промышленных предприятий — по укрупненным нормам развития основного (профильного) производства или проектам аналогичных производств;

б) для намечаемых к застройке жилых районов — по укрупненным показателям плотности размещения тепловых нагрузок или по удельным тепловым характеристикам зданий и сооружений согласно генеральным планам застройки районов населенного пункта.

Расчётнуюнагрузкуна отопление жилых и общественных зданий определяем по следующему выражению, Вт

Q_o=q_oА(1+k₁), (1.1)

где q_o- удельный расчётный расход тепла на одного жителя, Вт/м²,

A– отапливаемая площадь;

k₁– коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным 0,25.

Для жилого района:

Высота зданий – 20 м, высота потолков ≈ 3м, этажность – 7 этажей. Здания возведены после 1985 года. Согласно СП 124.13330.2012 наше здание постройки до 1995 года, этажность равна 7, а температура -32°С, следовательно, получаем q_о = 83 Вт/м² для жилого района.

Q_o= 83380000^.(1+0,25) = 41,33МВт.

Расчётная нагрузка на вентиляцию:

Q_в=k₁ k₂Аq_о, (1.2)

где k₂– коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий;k₂= 0,6, так как зданиепостроено после 1985 года.

Для жилого района:

Q_в= 0,250,638000083=4,96МВт.

Для общественных зданий, расположенных в жилом районе, а также если для них неизвестны расходы воды, рекомендуется по [1]расчет расхода теплоты определять в целом по жилому району:

, Вт (3.3)

где коэффициент 1,2 учитывает выстываение горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения [3].

а – средненедельная норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55ºС на одного человека в сутки, проживающего в здании с горячим водоснабжением. Принимаем как для жилых домов квартирного типа с централизованным горячим водоснабжением, оборудованных душами и ваннами длиной от 1,5 до 1,7 м, в соответствии с [3], а = 105 л/(сут·чел);

b – норма расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях, при температуре 55ºС, т.к. мы не располагаем более точными данными, по [3] рекомендуется принятьb = 25 л/(сут·чел);

t_з – температура холодной (водопроводной) воды. Т.к. отсутствуют данные о температуре холодной водопроводной воды, ее принимаем в отопительный периодt_з = 5ºC[1];

с_ср – средняя теплоёмкость воды в рассматриваемом интервале температур, с_ср = = 4 190 кДж/(кг·К)[4];

8,65МВт.

Для построения графиков изменения подачи теплоты, пользуюсь уравнениями для расчета текущих тепловых нагрузок:

для отопления:

(1.4)

Для вентиляции:

(1.5)

Для горячего водоснабжения:

Q_гвс=Q_гвс(1.6)

Для технологии:

Q_т=Q_т(1.7)

где Q_о,Q_в,Q_гвс_, Q_т- расчётные нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологию, МВт;

t_в- температура воздуха внутри помещения,^оС;

t_н–текущаятемпературанаружноговоздуха,^оС.

Для жилых зданий t_в=20 С.

Зависимость тепловых нагрузок отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии от температуры наружного воздуха в соответствии с уравнениями (1.4) и (1.5) имеют прямые линии, поэтому для определения и построения графиков для систем вентиляции и отопления объектов достаточно двух значений, а для систем горячего водоснабжения и технологии всего одного.

В соответствии с формулами (1.4) и (1.5) получаем:

Для жилого района:

МВт;

МВт;

Q_гвс(+8о_С) =Q_гвс= 8,65 МВт.

Средний тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение жилых районов населенных пунктов в неотапливаемый период следует определять по формуле:

(1.8)

Для жилого района:

6,92 МВт.

Для характерных точек полученные данные о нагрузках сведем в таблицу.

Таблица 1.2Зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха

№ точки	t, ˚С	Q0, МВт	QВ, МВт	Qгвс, МВт	ΣQж, МВт
1 2 3 4 5 6	8 0 -10 -20 -30 -32	9,54 15,9 23,84 31,79 39,74 41,33	1,15 1,91 2,86 3,82 4,77 4,96	6,92 8,65 8,65 8,65 8,65 8,65	16,28 25,57 34,46 43,37 52,27 54,05

На основании выполненных расчётов строим графики изменения подачи теплоты объектам.

Дляжилого района график показан на рисунке1.1.

t_нр

Q, МВт

Нагрузка (Q) на: 1 – отопление жилого района; 2 – вентиляцию жилого района; 3 – ГВС жилого района (зимняя); 4 – ГВС первого жилого района (летняя); 5 – суммарный график.

Рисунок 1.1. – Графики изменения подачи теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в первом и втором жилых районах.

Выполним расчёт для построения графика изменения подачи теплоты для промышленного предприятия. По [2] для промышленного предприятия температура внутреннего воздуха t_в= 18^оС.

По заданию нам известно:

расчётная нагрузка на отопление Q_o= 15,0 МВт;

расчётная нагрузка на вентиляцию Q_в= 3,8 МВт;

расчётная нагрузка на горячее водоснабжение Q_гвс= 5,0 МВт;

расчётная нагрузка на технологию Q_т= 7,5 МВт.

В соответствии с формулами (1.4) и (1.5) получаем:

МВт;

МВт;

Q_гвс(+8о_С) =Q_гвс(ПП)= 5 МВт.

Q_т(+8о_С) =Q_т(ПП)= 7,5 МВт.

Значение летней нагрузки на горячее водоснабжение найдём по формуле (1.8):

МВт.

Все полученные данные о нагрузках в характерных точках сведем в таблицу.

Таблица 1.3Зависимость тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха для промышленного предприятия

№ точки	t, ˚С	Q0ПП, МВт	QВПП, МВт	Qгвс, МВт	Qт, МВт	ΣQпп МВт
1 2 3 4 5 6	8 0 -10 -20 -30 -32	3 5,4 8,4 11,4 14,4 15	0,76 1,37 2,13 2,89 3,65 3,8	4 5 5 5 5 5	7,5 7,5 7,5 7,5 7,5 7,5	15,26 19,27 23,03 26,79 30,55 31,3

На основании выполненных расчётов строю график изменения подачи теплоты промышленному предприятию, а также график изменения подачи теплоты котельной рисунок 1.2.

Q, МВт

t_нр

Тепловая нагрузка (Q) на: 1 – отопление; 2 – вентиляцию; 3 – ГВС (зимняя); 4 – ГВС (летняя); 5 – технологию.

Рисунок 1.2. – Графики изменения подачи теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в ПП.

Для построения графика суммарного теплопотребления и графика годового теплопотребления необходимо знать число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха. Такие сведения возьмем из [3]:

Таблица 1.4Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха

Город	Число часовзаотопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, ч
	-35	-30	-25	-20	-15	-10	-5	0	8
Оренбург	5	35	166	500	1060	1810	2640	3770	4680

Годовой расход топлива:

, (1.9)

где Q^год– суммарное годовое потребление теплоты, МДж/год;

Q_н^р– низшая теплота сгорания условного топлива, МДж/кг; Q_н^р= 29,3 МДж/кг;

- КПД источника теплоснабжения; по [2] = 0,9.

Суммарное годовое потребление теплоты:

Q^год= Q_о^год+ Q_в^год+ Q_гвс^год+ Q_т^год, (1.10)

где Q_о^год, Q_в^год, Q_гвс^год, Q_т^год– годовые потребления теплоты на цели отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии, ГДж/год.

Q_о^год=n_отQ_о^ср86,4, (1.11)

где n_от– продолжительность отопительного периодасут/год,n_от= 195;

Q_о^ср- суммарное среднее потребление теплоты на отопление, МВт.

, МВт (1.12)

где t_н^ср– средняя температура воздуха за отопительный период,^оС.

МВт;

Годовая нагрузка на отопление находится по формуле (1.11):

Q_о^год=19521,3886,4= 360 210,24ГДж/год.

Годовой расход теплоты на отопление на промышленном предприятии, ГДж/год:

, (3.13)

где z_п.п – число часов работы промышленного предприятия в сутки, примемz_п.п=16 ч/сут;

МВт

Q_o^D – расход теплоты на дежурное отопление, МВт, определяется по формуле

, (3.14)

где t^д_в – температура воздуха внутри помещения во время работы дежурного отопления, ^оС; в соответствии с [4] принимается равной 5 ^оС.

Определяем годовой расход теплоты на отопление по (3.13)

Суммарный годовой расход теплоты на отопление жилых районов и промышленного предприятия:

Суммарное годовое потребление теплоты на вентиляцию по формуле

Q_в^год= Q_в^год+ Q_в(ПП)^год, (1.15)

где Q_в^год, Q_в(ПП)^год- годовое потребление теплоты на вентиляцию жилого района и промышленного предприятия, МВт.

Годовая нагрузка на вентиляцию в жилом районе:

Q_в^год=n₀zQ_в^ср3.6, (1.16)

где Q_в^ср- суммарное среднее потребление теплоты на вентиляцию в жилом районе, МВт;

, МВт (1.17)

МВт

Тогда по формуле (1.14)

Q_в^год= 1952,573,616= 28 866,24 ГДж/год.

Годовая нагрузка на вентиляцию на промпредприятии:

, ГДж/год (1.18)

МВт

Тогда по формуле (1.18):

ГДж/год

Суммарное годовое потребление теплоты на вентиляцию по формуле (1.15)

Q_в^год= 28 866,24 + 25 103,52 = 53 969,76 ГДж/год

Годовая нагрузка на горячее водоснабжение:

Q_гв^год= Q_{гв ж} ^год+ Q_гвпп^год, (1.19)

где Q_{гв ж} ^год- годовой расход теплоты на ГВС в жилом микрорайоне,

Q_гвпп^год– годовой расход теплоты на ГВС промпредприятия.

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилых районов:

, (1.20)

где n_у = 350 – расчетное количество суток в году работы системы горячего водоснабжения. При отсутствии данных следует принимать 350 суток [1].

ГДж/год.

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение промпредприятия:

,

ГДж/год.

Годовая нагрузка на горячее водоснабжение:

Q_гв^год= 238407.84+137808 =376215.84ГДж/год.

Годовой расход теплоты на технологию:

Q_тех^год= 3,6 ∙Q_т∙z_год= 3,6 ∙ 7,5 ∙ 5500= 148 500 ГДж/год. (1.21)

где z_год – годовое число часов использования максимума технологической тепловой нагрузки, ч/год, принятое значение соответствует 2^х-сменному режиму работы:

z_год = 5500 ч/год;

Суммарное годовое потребление теплоты:

Q^год=+53 969,76 +376 215,8 +148 500 =985 677,08 ГДж/год

Годовой расход топлива:

т/год.

Полученные результаты будут использованы при выборе и расчете источника теплоснабжения.

Рисунок 1.3. –График Россандера.

n,час

Q