Теплофикация и тепловые сети. Практикум

Задача №9

Для условий задачи №8 определить оптимальную величину толщины изоляционного слоя одного из участков надземной паровой сети (выбрать самостоятельно). В расчетах принять пенополимерминеральнную изоляцию (λиз = 0,05 Вт/м К) с покровным слоем из рулонного материала. Стоимость изоляционного материала принять Сиз = 3500 руб./м3, покровного слоя Спс = 500 руб./м2, коэффициент отчислений на амортизацию, ремонт и обслуживание теплопровода р = 0,05 1/год, стоимость тепловой энергии, транспортируемой по трубопроводу СQ = 1200 руб/Гкал, доля местных потерь теплоты β = 0,1, среднегодовая температура наружного воздуха t0 = 4°С, продолжительность работы трубопровода в годовом периоде τраб = 8500 ч/год, срок эксплуатации системы пароснабжения Т = 25 лет.

Задача №10

Для условия задачи №8 выполнить расчет толщины изоляции для всех участков сети, годовые потери теплоты, КПД системы теплоснабжения при надземной прокладке сети и использовании пенополимерминеральнной изоляции. Для новой изоляции принять коэффициент теплопроводности 0,05 Вт/м К. Толщину изоляции рассчитать в соответствии с СНиП «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Продолжительность работы сети принять равной τраб = 8500 ч/год, число часов использования максимальной нагрузки τи = 5500 ч/год.

Задача №11

Для условия задачи №7 выполнить расчет годовых потерь теплоты, КПД тепловой сети, эксплуатационных издержек и удельную себестоимость транспорта теплоты. В расчетах принять продолжительность работы системы теплоснабжения τраб = 8500 ч/год, стоимость электроэнергии на перекачку Сэ = 3,5 руб/кВт·ч, стоимость потерь тепловой энергии транспортируемой по трубопроводу СQ = 290 руб/ГДж, оплата труда одного человека 20000 руб/мес. Капитальные вложения в тепловую сеть оценить

спомощью данных, представленных в табл. П9.

2.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Задача № 1

Решение задачи производится в следующей последовательности:

1.По заданному городу с использованием климатологических характеристик, приведенных в [1], выписывается расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления tнв(о).

2.Определяются следующие характеристики здания: объем – V, м3; площадь занимаемая зданием – S, м2; периметр здания – P, м.

11

3. Рассчитываются теплопотери через ограждающие конструкции здания, Вт

Qогр = (tвн – tнв(о))[(P/S) + кст + φ(кст – кок) + (1/с)(ψ1кпт + ψ2кпл)],

где ψ1,ψ2 – коэффициенты, принимаемые равными соответственно 0,9

и 0,7.

4. Общая полезная площадь здания, м2

Fпол = V/коб.

5. Определяются внутренние тепловыделения, Вт

Qвн = qтвFпол

6. Нагрузка отопления здания, обеспечиваемая от внешнего источника теплоснабжения, Вт

Qот = (1 + μ) Qогр – Qвн.

7.Количество жителей в здании, чел.

М= Fпол / f.

8.Средненедельная нагрузка горячего водоснабжения зимнего пери-

ода, Вт

Qсргвс.н,з gгв М св (tгв – tхв) / 24 · 3,6.

9. Максимальная нагрузка горячего водоснабжения зимнего периода, Вт

Qгвсmax,з хсхнQсргвс.н,з.

10. Средненедельная нагрузка горячего водоснабжения летнего периода, Вт

Qсргвс.н,л φгвQсргвс.н,з (tгв – tхвл ) / (tгв – tхвз).

11. Максимальная нагрузка горячего водоснабжения летнего периода, Вт

Qгвсmax,л хсхнQсргвс.н,л.

Задача №2

1.По данным [1] для заданного в задаче №1 города выписываются расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции

tнв(в), продолжительность отопительного периода τоп, продолжительность стояния температур наружного воздуха в течение отопительного периода. Продолжительность неотопительного периода τл = τраб – τоп.

2.Определяется расчетная вентиляционная нагрузка в соответствии

сзаданием.

3.Определяются минимальные тепловые нагрузки, Вт:

– отопления

12

Qотmin = Qот (tвн – tнв,*) / (tвн – tнв(о))

где tнв,* – температура наружного воздуха, при которой включается или отключается отопление и вентиляция здания, °С (tнв,* = 8°С),

– вентиляции

Qвmin = Qв (tвн – tнв,*) / (tвн – tнв(в)).

4.Суммируя Qот , Qв и Qсргвс.н при различных температурах наружного воздуха, находим коммунально-бытовую тепловую нагрузку здания Qт.

5.На графике производится построение зависимостей Qот , Qв ,

Qсргвс.н и Qт от температуры наружного воздуха. Пример построения показан

на рис. 3а.

6. График продолжительности тепловой нагрузки Qт от времени строится с учетом времени стояния температур наружного воздуха в течение отопительного периода, приведенные в п.1 задачи. Пример построения графика продолжительности тепловой нагрузки во времени приведен на рис. 3б.

Рис. 3. Графики тепловых нагрузок в зависимости от температуры наружного воздуха (а) и по продолжительности (б): 1 – суммарная коммунально-бытовая нагрузка (Qт); 2 – нагрузка отопления (Qот); 3 – нагрузка ГВС (Qгвс); 4 – нагрузка вентиляции (Qв)

Задача №3

Схема теплового узла здания приведена на рис. 4.

13

3. По средним температурам греющей и нагреваемой воды с использованием справочных данных П1 определяются плотности теплоносите-

лей, ρсв, ρот.

4. Рассчитываются живые сечения для прохода сетевой и нагреваемой воды, fтр, fмтр, м2

f = G / ρ w.

В межтрубное пространство подогревателя рекомендуется направить поток с наибольшим расходом, в трубное пространство – с меньшим расходом. Скорость теплоносителей рекомендуется принять 0,8 м/с с последующим уточнением.

5.На основе рассчитанных проходных сечений по справочным данным, приведенным в П2, подбирается стандартный типоразмер водоводя-

ного подогревателя и выписываются значения fтр,*, fмтр,*, внутренний диаметр труб dвн, эквивалентный диаметр межтрубного пространства dэ, площадь теплообмена одной секции F1.

6.Для принятых значений проходных сечений уточняются скорости движения воды в трубах wтр,* и межтрубном пространстве wмтр,*.

7.Вычисляется коэффициент теплоотдачи от греющей среды к стенке, Вт/м2К

α1 = А(wтр,*)0,8 / (dвн)0,2,

где А – коэффициент, зависящий от средней температуры воды в трубах, принимаемый по данным П3.

8. Вычисляется коэффициент теплоотдачи от стенки к нагреваемой

среде

α2 = А(wмтр,*)0,8 / (dэ)0,2.

9.Рассчитывается коэффициент теплопередачи

к= βз / [(1 / α1) + (1 / α2)].

10.Определяется средний логарифмический температурный напор

при условии противоточного движения теплоносителей tср. 11. Определяется площадь теплообмена подогревателя

F = Q / к tср.

12. Количество секций составит с округлением n = F / F1.

Задача №5

Решение задачи рекомендуется выполнить в следующей последовательности:

1. По заданному городу выписать по данным [1] расчетные значения температур наружного воздуха для проектирования отопления tнв(о), вентиляции tнв(в).

15

2. Регулирование отопительной тепловой нагрузки в диапазоне температур наружного воздуха температура точки излома температурного графика – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления осуществляется качественным способом путем изменения температур подающей и обратной воды при сохранении постоянным расхода теплоносителя. Для построения температурного графика принимают три значения температур наружного воздуха, например tнв(о), tнв(в) и tнв = -5°С и вычисляют относительные отопительные нагрузки по выражению

где tнв – текущие значения принятых температур наружного воздуха.

3. Определяют температуры сетевой воды для качественного регулирования и принятых температур наружного воздуха, °С:

– в подающей магистрали,

где t срр (t03 + t02) / 2 – tвн, °С – расчетный средний температурный напор

в отопительной системе, δtoр = t01 – t02, °С – расчетная разность температур

сетевой воды на входе в элеватор и выходе из отопительной системы, θр = t03 – t02, °С расчетная разность температур на входе и выходе из отопительной системы.

В приведенных выше выражениях переменной будет только относительная отопительная тепловая нагрузка, остальные характеристики останутся постоянными.

4. По результатам вычислений t1, t3 и t2 производится построение температурного графика сетевой воды в зависимости от температуры наружного воздуха. При температуре сетевой воды в подающей магистрали 70°С дальнейшее снижение температуры ограничивается по условию подогрева воды для горячего водоснабжения до 60°С. По температуре сетевой воды в подающей магистрали 70°С определяется температура наружного воздуха в точке излома температурного графика

tнвти . В диапазоне температур наружного воздуха от точки излома до мо-

мента включения или отключения отопительной нагрузки tнв,* регулирование отопительной тепловой нагрузки количественное, которое осуществляется при постоянной температуре воды в подающей магистрали,

16

равной 70°С и переменном расходе сетевой воды через отопительную установку.

5. При температуре наружного воздуха в точке излома tнвти определя-

ются следующие величины:

– разность температур сетевой воды на входе и выходе из теплоузла здания, °С

δtнвти t1ти t2ти ,

– разность температур сетевой воды на выходе из элеватора и после отопительной системы, °С

θти t3ти t2ти,

– средний температурный напор в отопительной системе, °С tсрти (t3ти + t2ти) / 2 – tнв.

6. Относительные тепловая нагрузка отопления и расход сетевой воды при tнв = 8°С рассчитываются по выражениям

Qот,* ttвн ttнв,* ,

вн нв,(о)

7. Температура сетевой воды после отопительной системы при tнв = 8°С определяется как

8. Расчетное значение коэффициента смешения элеватора

ut10 t30 / t30 t20 .

9.Температура воды после элеватора при температуре наружного воздуха 8°С

t3,* t1,* t2,*u / 1 u .

10.При температуре наружного воздуха 8°С достраиваем температурный график тепловой сети. Пример температурного графика приведен на рис. 5.

11.Расход сетевой воды на входе в узел смешения (элеватор), кг/с

– в диапазоне tнв,о - tнвти

G = Q / (t10 – t20) Cв,

– при температуре наружного воздуха tнв,* = 8°С

17

G* = G G ,

где Cв – теплоемкость воды, кДж/кг К.

Рис. 5. Температурный график тепловой сети

12. По полученным данным строится график зависимости расхода воды от температуры наружного воздуха.

Задача №6

Решение задачи осуществляется в следующей последовательности. А. При снижении температуры в подающем трубопроводе и сохра-

нении постоянным расхода сетевой воды.

1. Расчетный средний температурный напор в отопительной системе, °С

t срр (t30 + t20) / 2 – tвн.

2.Расчетная разность температур сетевой воды на входе в элеватор

ивыходе из отопительной системы, °С

δtoр = t10 – t20.

3. Расчетная разность температур на входе и выходе из отопительной системы, °С

θр = t30 – t20.

4. Принимается относительное снижение отопительной нагрузки

споследующим уточнением в пределах = 0,9 – 0,95.

5.По уравнению отопительной установки рассчитывается уточненное значение относительной величины тепловой нагрузки при относительном расходе воды = 1

18

6. Температура внутреннего воздуха, °С

tвн = tнв,о + (t р t , ) Q .

вн нв о от

7. Температура в обратном трубопроводе, °С

t20 = t10 – δtoр Qот .

Б. При снижении расхода сетевой воды на 20% и сохранении температуры воды в подающей магистрали.

1. Предварительно принимается относительный расход теплоты

Qотв пределах 0,85-0,95.

2.Уточняется величина относительного расхода теплоты при G = 0,8 по выражению, приведенному в п.5 задачи.

3.Температуры внутреннего воздуха и в обратном трубопроводе вычисляются по выражениям, приведенным в п. 6 и 7.

4.На основании выполненных расчетов формулируется заключение.

Задача №7

Решение задачи осуществляется в следующей последовательности. 1. Для заданной схемы расположения потребителей определяется

направление главной магистрали. При примерно одинаковых располагаемых напорах потребителей главной является направление до наиболее удаленного потребителя. Остальные участки труб являются ответвлениями. На рис. 1 к задаче 7 главными направлениями могут быть последовательности 0-1-5-6-7 или 0-1-2-3-4. Суммируя длины участков по указанным направлениям, выбирают наиболее удаленный потребитель, а магистраль до него будет называться главной. Допустим, что для представленной схемы главной магистралью будет направление 0-7.

2. Следующим этапом является определение тепловых нагрузок потребителей, МВт

Q j Q j Q

где Q j – относительные тепловые нагрузки j потребителей, Q – общая

тепловая нагрузка системы теплоснабжения, МВт.

3. Подставляя в приведенное выражение значения тепловых нагрузок потребителей при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления, определяют расходы каждому j-потребителю, кг/с

Gj = 103Qj / (tпс – tос) ηтс.

4. Расход воды на k участке находится суммированием Gj. Например, на участке 6-7 расход G6-7 = G7, на участке 5-6 – G5-6 = G6 + G7, на

19

участке 1-5 – G1-5 = G5 + G5-6, на участке 3-4 – G3-4 = G3 + G4, на участке

2-3 – G2-3 = G2 + G3-4, на участке 1-2 – G1-2 = G1 + G2-3 и на участке 0-1 –

G0-1 = G1-2 + G1-5.

5. Гидравлический расчет сети сначала выполняется для главной магистрали, затем – для ответвлений. В соответствии с рекомендациями

[2, 3] принимают удельную линейную потерю давления Rлгл на главной

магистрали в пределах 50-100 Па/м и рассчитывают диаметры труб по формуле [1], м:

аАвd 0,117 м0,62/кг0,19.

6.По расчетным внутренним диаметрам труб на участках по таблице

П4 принимаются ближайшие стандартные типоразмеры d'k . Дополнитель-

но из таблицы выписываются наружные и условные диаметры трубопроводов dн,k и do,k. Указанные диаметры участков удобно занести в таблицу.

7. Доли местных потерь давления на участках сети ( αk ) определяют-

ся в зависимости от вида теплоносителя, типа сети, условного диаметра участка, применяемых компенсаторов, приведенных в табл. П5 [3].

8. При принятых стандартных внутренних диаметрах производится уточнение удельных линейных потерь давления на участках [1], Па/м:

где АвR – коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости трубы

(принимается равным 13,62·10-6 м3,25·кг).

9. Гидравлическое сопротивление участков главной магистрали сети рассчитывается по выражению

рглk R'л,k lk (1 αk ),

где k – доля местных потерь давления на k участке.

10. Располагаемые напоры сетевого насоса и в узловых точках ответвлений от главной магистрали сети определяются как

20