Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Подбор теплоутилизационного оборудования приточных вентиляционных установок (кондиционеров) типа КЦКП. Методические указания к курсовому и дипломному
.pdf
Величина f
L
ном
b×h, см
fг, м
2
f
, м2, при числе ходов:
Fо, м2, при шаге пластин, мм
2 4 6
1,8
2,0
2,2
2,5
3,0
3,5
3,15
043-065
0,2795
0,000634
0,000317
0,000212
7,75
7,0
6,35
5,65
4,75
4,1 5 073-065
0,4745
0,000634
0,000317
0,000212
12,4
11,9
10,8
9,8
8,5
6,9
6,3
103-065
0,6695
0,000634
0,000317
0,000212
18,3
16,8
15,3
13,8
11,3
9,7 8 073-090
0,657
0,000951
0,000476
0,000317
23,6
21,6
19,7
17,9
14,6
11,9
10
103-090
0,927
0,000951
0,000476
0,000317
25,3
24,1
22,9
19,1
17,0
13,6
12,5
103-120
1,236
0,001268
0,000634
0,000423
33,8
30,9
28,2
25,5
22,0
18,1
16
133-120
1,596
0,001268
0,000634
0,000423
43,6
39,9
36,9
33,0
28,2
23,4
20
163-120
1,956
0,001268
0,000634
0,000423
53,5
48,9
44,6
40,4
33,1
28,6
25
163-150
2,445
0,001585
0,000793
0,000529
66,9
61,1
55,8
50,5
41,4
35,8
31,5
163-180
2,934
0,001902
0,000951
0,000634
80,2
73,4
66,9
60,6
49,7
42,9
40
185-180
3,33
0,001902
0,000951
0,000634
92,2
84,1
75,9
67,1
56,4
48,7
50
185-200
3,7
0,002114
0,001057
0,000705
108,1
92,5
84,4
81,8
62,7
54,1
63
223-200
4,46
0,002114
0,001057
0,000705
123,4
111,4
102
89,9
75,5
65,3
80
275-200
5,5
0,002114
0,001057
0,000705
151,2
136,5
124
110
92,5
81,5
100
2×
163-200
6,53
0,002114
0,001057
0,000705
180,5
163
148
131
110
97,3
представляет собой произведение сечения одной трубки и числа
w.о
параллельно включенных трубок в одном ряду.
Таблица 3
Геометрические характеристики воздухонагревателей для установок КЦКП
w,о
- определяем значение коэффициента теплопередачи воздухонагревателя:
18,037,0
w)v(21K U
п
, Вт/(м2·К).
- вычисляем среднюю разность температур антифриза и воздуха в воздухо-
нагревателе. Так как перепады температур в воздухонагревателе достаточно ма-
лы, для получения правильных результатов используем логарифмическую раз-
''
tt
мб
§
¨
¨
'
©
, оС.
·
'
t
б
¸
¸
t
м
¹
ность температур:
Здесь Δt
= Т2 – tн, Δtм = Т1 – tут – соответственно бòльшая и мèньшая раз-
б
'
t
ср
ln
ность температур воздуха и промежуточного теплоносителя в теплообменнике
(на входе и на выходе из него).
Q
ут
- находим требуемую поверхность нагрева:
F'
tK
, м2.
ср
11
- выбираем шаг пластин (за начальный рекомендуется принимать 1,8 мм) и
o
F
F
N
82,1
W
w9720Р '
Шаг пластин, мм
1,8
2,0
2,2
2,5
3,0
3,5
Коэффициент А
2,69
2,47
2,25
2,00
1,72
1,72
вычисляем число рядов трубок:
ряда при выбранном шаге пластин (по таблице 3). Если N не равно N
маем вместо N
величину N и уточняем fw, а лучше меняем шаг пластин и по-
нач
, где Fo – поверхность нагрева для одного
, прини-
нач
вторяем расчет. Полученное целое число принимаем за расчетное количество
рядов N
, причем N
расч
- находим запас поверхности нагрева:
> N. Лучше, если N
расч
будет четным (4, 6, 8 и т.д.).
расч
NN
расч
'
N
расч
%100
(нормальное
значение от 0 до 5%). Если запас больше, изменяем шаг пластин до тех пор, пока
N не будет максимально приближаться к целому (с мèньшей стороны).
- определяем аэродинамическое сопротивление воздухонагревателя:
74,1
)v(АNР U '
, Па, где коэффициент А принимается в зависимости от
врасчк
шага пластин по таблице 4.
- вычисляем гидравлическое сопротивление воздухонагревателя по проме-
жуточному теплоносителю:
условия ΔР
< 25 кПа. Если это условие не выполняется, корректируем расчет,
w
принимая мèньшее число ходов и соответственно более высокую величину f
, Па, и проверяем выполнение
.
w.o
Таблица 4
Аэродинамические характеристики воздухонагревателей
(для одного ряда)
- записываем обозначение воздухонагревателя в виде: УВНВ 243.1-b-h-c-d-f-
e, где b и h – длина трубок и высота трубной решетки воздухонагревателя, см,
принимаемые по таблице 3 (вторая колонка) в зависимости от типоразмера установки; с и d – соответственно число рядов и шаг пластин, мм; f – число ходов; е –
исполнение по стороне обслуживания (левое – 1, правое – 2), соответствующее
исполнению всей у
Пример подбора теплоотдающей секции
Пусть G
3
, Gw = 3,55 кг/с, Qут = 73483 Вт (см. п.3). Расчет ведем для установки КЦКП-
кг/м
становки.
= 12210 кг/ч, tн = –28оС, tут = –6,45оС, Т1 = +4оС, Т2 = –2оС, ρw = 1054
п
12
10 (см. п.2). Для соответствующего воздухонагревателя по таблице 3 fг = 0,927
2
; fw = 0.000476·5 = 0,00238 м2 (для N
м
= 5 и 4 ходов).
нач
Массовая скорость воздуха в сечении воздухонагревателя
12210
)v(
U
в
3600927,0
теплоносителя в трубках
66,3
кг/(м2·с) – лежит в оптимальных пределах. Скорость
w
55,3
105400238,0
1,42 м/с – также лежит в оптималь-
ных пределах. Коэффициент теплопередачи воздухонагревателя
18.037.0
42.166,321К
Средняя логарифмическая разность температур
Требуемая поверхность нагрева
36,3 Вт/(м2·К).
73483
F
45,64282
t
'
ср
ln
1,173,36
120 м2. Требуемое число рядов
282
§
¨
©
·
¸
45.64
¹
о
С.
1,17
воздухонагревателя при шаге пластин 1,8 мм N = 120/25,3 = 4.75. Запас поверх-
ности нагрева:
пластин можно не менять. Таким образом, принимаем N
тельно, величина f
намическое сопротивление воздухонагревателя: ΔР
75,45
5
была принята правильно, и пересчет не требуется. Аэроди-
w
5% – лежит в допустимых пределах, поэтому шаг
%100
= 5 = N
расч
=
к
66,3569,2
, следова-
нач
74,1
128 Па.
Длина воздухонагревателя равна 360 мм (см. п.2). Вычисляем гидравлическое
сопротивление воздухонагревателя по промежуточному теплоносителю:
82,1
42,19720Р '
W
= 18400 Па < 25 кПа. Обозначение воздухонагревателя:
УВНВ-243.1-103-090-5-2.2-6-2.
5. РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗВЛЕКАЮЩЕЙ СЕКЦИИ
(ВЫТЯЖНАЯ УСТАНОВКА)
Аналогично теплоотдающей секции, расчет сводится к определению необ-
ходимой поверхности охлаждения для извлечения из воздуха требуемого коли-
чества теплоты и к выбору соответствующей конструкции теплообменника, т.е.
числа ходов, рядов трубок и шага пластин, а также аэродинамического сопро-
тивления охладителя для последующего подбора вентилятора и гидравлического
сопротивления по воде для выбора циркуляционно
13
го насоса.
Для расчета охладителя необходимы исходные данные, аналогичные требу-
емым для воздухонагревателя: массовый расход уходящего воздуха G
, м3/ч,
у
условная температура уходящего воздуха до и после теплообменника в пересчете на эквивалентный «сухой» процесс охлаждения (соответственно t
см. рис.2),
ходе из охладителя (соответственно Т
также количество утилизируемой теплоты Q
о
С, и температура промежуточного теплоносителя на входе и на вы-
и Т1), оС, его плотность ρw и расход Gw, а
2
(см. п.3).
ут
у.усл
и t
о.усл
–
Расчет охладителей проводится в основном по той же методике, что и рас-
чет воздухонагревателей, с некоторыми поправками, связанными с изменением
направления потока тепла (методика раздела 15.7 [4] с учетом рекомендаций
[3]). Так как конструкция охладителей аналогична воздухонагревателям (добав-
ляется только поддон и сепаратор для улавливания возможного конденсата), ха-
, f
рактеристики f
и Fo по-прежнему принимаются для выбранного типоразмера
г
w.о
установки по таблице 3 для расчета воздухонагревателей, только начальное число рядов для определения f
рекомендуется принимать около 6 – 8.
w
Последовательность расчета:
- находим массовую скорость воздуха в геометрическом сечении охладите-
G
у
ля:
)v(
U
у
- вычисляем скорость теплоносителя в трубках охладителя:
3600f
г
, кг/(м2·с).
wU
G
w
, м/с.
f
ww
Как и для воздухонагревателей, число ходов теплообменника и соответственно
величина f
принимаются с таким расчетом, чтобы значение w лежало в преде-
w
лах 0,5 – 2,5 м/с. Поскольку расход антифриза в охладителе будет равным его
расходу в воздухонагревателе, число ходов в охладителе нужно принимать та-
ким же, как и в воздухонагревателе.
- определяем значение коэффициента теплопередачи охладителя:
18,037,0
, Вт/(м2·К).
w)v(21K U
у
- вычисляем среднюю логарифмическую разность температур в охладителе:
''
tt
'
t
ср
ln
мб
§
¨
¨
©
, оС.
·
'
t
б
¸
¸
'
t
м
¹
14
Здесь Δtб = t
– Т1, Δtм = t
у.усл
– Т2 – соответственно бòльшая и мèньшая
о.усл
разность температур воздуха и промежуточного теплоносителя в теплообменни-
ке (на входе и на выходе из него).
Q
ут
- находим требуемую поверхность охлаждения:
F'
, м2. Определе-
tK
ср
ние количества рядов, выбор шага пластин и расчет аэродинамического сопро-
тивления производятся аналогично воздухонагревателям, причем при теплоути-
лизации соответствующие значения должны получаться близкими к характери-
стикам воздухонагревателя. Заметим только, что для охладителя шаг пластин не
следует брать меньше 2,5 мм из-за возможности конденсации водяных паров.
При наличии конденсации аэродинамическое сопротивление нужно допо
л-
нительно умножить на коэффициент 1,38.
- если в охладителе происходит конденсация, определяем расход конденса-
3
та:
оууконд
, кг/ч, где dу и dо – влагосодержание охлаждаемого
10)dd(GG
воздуха до и после охладителя (в точках У и О – см. рис. 1), определяемые по
построению в I-d-диаграмме.
- вычисляем гидравлическое сопротивление охладителя по промежуточному
82,1
теплоносителю:
W
w9720Р '
, Па и проверяем выполнение условия ΔРw <
25 кПа. Если это условие не выполняется, корректируем расчет, принимая
мèньшее число ходов и соответственно более высокую величину f
w.o
.
- записываем обозначение охладителя в виде: УВОВ 243.1-b-h-c-d-f-e, где
параметры b, h, с, d, f и е имеют тот же смысл, что и для воздухонагревателя (см.
п.4).
Пример подбора воздухоохладителя
Пусть G
1054 кг/м
= 11970 кг/ч, t
у
3
, Gw = 3,55 кг/с, Qут = 73483 Вт, dу = 6,25 г/кг, do = 4,35 г/кг (см. п.3).
= +27,2оС, t
у.усл
= +5оС, Т1 = +4оС, Т2 = –2оС, ρw =
о.усл
Расчет ведем для установки КЦКП-10 (см. п.2). Для соответствующего воздухонагревателя по таблице 3 f
= 0,927 м2; fw = 0,000317·8 = 0,002536 м2 (для N
г
нач
= 8
и 6 ходов).
15
Массовая скорость воздуха в сечении охладителя
59,3
3600927,0
11970
)v(
в
U
2
·с) – лежит в оптимальных пределах. Скорость воды в трубках
кг/(м
w
55,3
1054002536,0
ент теплопередачи охладителя
Средняя логарифмическая разность температур
Требуемая поверхность охлаждения
1,33 м/с – также лежит в оптимальных пределах. Коэффици-
18,037.0
33,159,321К
t
'
ср
73483
F
52,136,35
152,7 м2. Число рядов
35,6 Вт/(м2·К).
2542,27
42,27
§
ln
¨
©
·
¸
25
¹
13,52оС.
охладителя при шаге пластин 2,5 мм N = 152,7/19,1 = 7,99 – почти полностью
совпадает с N
ности охлаждения равен:
делах. Принимаем N
. Следовательно, менять шаг пластин не нужно, а запас поверх-
нач
= 8 = N
тр
99,78
'
8
, поэтому fw была определена правильно, и пере-
нач
= 0,12% - лежит в допустимых пре-
%100
счет не требуется. Аэродинамическое сопротивление охладителя с учетом нали-
74,1
чия конденсации ΔР
конденсата
конд
=
х
)59,3800,2(38,1
204 Па. Количество удаляемого
3
кг/ч. Из-за наличия конденса-
7,2210)35,425,6(11970G
та требуется установка охладителя с каплеуловителем. Каплеуловитель для
охладителей в установках КЦКП предусмотрен стандартным исполнением, и его
длина составит 700 мм (см. п.2). Вычисляем гидравлическое сопротивление
82,1
охладителя по воде:
W
15,19720Р '
= 12540 < 25 кПа. Обозначение возду-
хонагревателя: УВОВ-243.1-103-090-8-2.5-6-2.
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПРИМЕНЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ
Технико-экономическое обоснование производится для сравнения следую-
щих инженерных решений:
- применение теплоутилизации с промежуточным теплоносителем в конструк-
ции вентустановок – основной вариант;
16
- приточная установка полностью (на 100%) обеспечивается тепловой энергией
от городских сетей теплоснабжения – альтернативный вариант.
Расчет предусматривает оценку экономической эффективности теплоутилизации
с определением сроков окупаемости дополнительных капитальных затрат на
теплоутилизационное оборудование.
Определяем капитальные затраты на закупку и установку оборудования
проектируемых систем. Расчет проводим для установок КЦКП-10 (см. п.2). В
нашем случае целесобразно рассматривать только дополнительное оборудование
в приточной и вытяжной системах без учета стоимости остальных секций, так
как варианты будут различаться только наличием или от
сутствием теплоутили-
зирующего оборудования.
Таким образом, капитальные затраты К
на закупку теплоутилизирующего
1
оборудования для первого варианта (применение теплоутилизатора) будут скла-
дываться из его стоимости К
монтажа К
. Значения Кту следует определять по данным производителя. Ориен-
м
тировочно без учета автоматики К
(с учетом стоимости автоматики) и стоимости
ту
= Кп/3, где Кп – стоимость приточной уста-
ту
новки соответствующей производительности с базовой комплектацией (прием-
ная секция, фильтровальная, воздухонагревательная и вентиляторная). В данную
величину входит стоимость теплообменников и дополнительного оборудования:
циркуляционный насос, трубопроводы, регулирующий клапан, расширительный
бак и т.д. [7]. При отсутствии данных можно принимать К
= 10 – 45 тыс. м3/ч, и (30 … 35)·Lп, руб, при Lп < 10 или Lп > 45 тыс. м3/ч.
при L
п
Повышающий коэффициент к величине К
на автоматизацию можно счи-
ту
= (24 … 26)·Lп, руб,
п
тать равным 1,3. Затраты на монтаж рекомендуется принимать в размере 50 –
70% от стоимости оборудования с учетом автоматики. В данном случае К
25·10000 = 250000 руб; К
руб. Всего К
= 108300 + 65000 = 173300 руб.
1
= 1,3·250000/3 = 108300 руб; Км = 0,6·108300 = 65000
ту
п
=
Для второго варианта из-за отсутствия теплоутилизационного оборудования
дополнительные капитальные затраты составят К
= 0 руб.
2
Определяем годовые эксплуатационные затраты.
17
А. Затраты на потребление электроэнергии вентиляционной установкой опреде-
Вид энергии
Потребитель
Ед. изм.
Тариф
Источник
Электрическая
Прочие (свободный ры-
кВт·ч
Около 4 руб.
(низкое напряже-
прогноз)
«Мосэнергосбыт»
Население (эл. плиты)
3 руб. 15 коп.
Население (газ. плиты)
4 руб. 50 коп.
Тепловая
Население
Гкал
1558 руб. 47 коп.
ОАО «МОЭК»
Прочие
1558 руб. 47 коп.
ляются по следующей формуле:
СNNZЭ
, руб/г.;
элустрабрэл
где Z
– число часов в сутки, когда вентиляционное оборудование работает; в
р
нашем примере Z
= 12; N
р
из режима работы объекта; N
тродвигателей вентиляторов), кВт. Значение N
– число рабочих дней в году, определяемое, исходя
раб
– установочная мощность оборудования (элек-
уст
определяется после подбора
уст
электродвигателей приточной и вытяжной установок. В нашем примере считаем
= 365, т.е. объект функционирует без выходных дней.
N
раб
При наличии теплоутилизации N
будет выше из-за повышенного аэроди-
уст
намического сопротивления установок. В нашем примере сопротивление при-
точной установки возрастает на 107 Па (см. п.4), а вытяжной – на 204 Па (см.
п.5). Поэтому если для второго варианта (без утилизации) N
кВт, то для первого варианта N
С
– стоимость электроэнергии, руб/(кВт·ч), принимаемая в зависимости от
эл
типа потребителя по табл. 5. В нашем примере С
= 6,0 + 4,4 = 10,4 кВт.
уст,1
= 4 руб/(кВт·ч) для потреби-
эл
= 5,5 + 3,5 = 9
уст.2
телей – нежилых зданий. Таким образом:
1эл
2эл
Затратами электроэнергии на привод циркуляционного насоса можно прене-
бречь, т.к. они невелики.
Тарифы на электрическую и тепловую энергию в Москве (2013 год)
18220844,1036512Э
1576804936512Э
руб/г.;
руб/г.
Таблица 5
нок)
ние –
ОАО
18
Б.Затраты теплоты на вентиляцию определяются по следующей формуле:
19,4/10С)k1(ГСОПсGZЭ
6
тэфвпpт
, руб/г.;
где
– градусо-сутки отопительного периода; tот и Zот –
Z)tt(ГСОП
ототв
средняя температура и продолжительность отопительного периода в районе
строительства по [2]; t
– средняя температура внутреннего воздуха в здании; Ст
в
– стоимость единицы тепловой энергии, руб/Гкал, принимаемая в зависимости
от типа потребителя по табл.5. В нашем примере С
тивность утилизатора k
п.3), во втором варианте k
= 12210 кг/ч, с
= 1,005 кДж/(кг·К) (см. п.3), ГСОП = (18+3,1)·214 = 4515 (для
в
для нашего примера в первом варианте равна 0,43 (см.
эф
= 0, т.к. утилизация отсутствует. Другие данные: Gп
эф
= 1558,47 руб/Гкал. Эффек-
т
Москвы).
Таким образом:
1т
2т
6
6
19,4/1047,1558)43,01(4515005,11221012Э
140954 руб/г.;
19,4/1047,1558)01(4515005,11221012Э
247288 руб/г.
В. Годовые амортизационные отчисления на дополнительное оборудование
определяются по следующей формуле:
К5.1Э
ам
где К – капитальные затраты, руб, для соответствующего варианта; Т
, руб/г.;
Т
ам
– расчет-
ам
ный срок службы оборудования, г. В нашем примере принят срок 15 лет. Приве-
денная формула учитывает расходы на полное возмещение стоимости, а также
капитальный и текущий ремонт оборудования.
Таким образом:
1ам
15
1733005.1
Э
17330 руб/г.; Э
= 0, т.к. К2 = 0.
ам2
Суммарные годовые эксплуатационные затраты по вариантам:
ЭЭЭЭ
, руб/год. Таким образом:
амтэл
Э
= 182208 + 140954 + 17330 = 340492 руб/г.;
1
Э
= 157680 + 247288 + 0 = 404968 руб/г.
2
19
Определяем совокупные дисконтированные затраты.
>@
Если считать, что для приобретения дополнительного оборудования привлека-
ются собственные средства инвестора, и эксплуатационные расходы за каждый
год одинаковы, тогда совокупные (за Т лет) дисконтированные затраты СДЗ,
приведенные к концу расчетного срока, для каждого варианта определяются по
следующей формуле [8]:
ТТ
)р/100(1)100/р1(Э)100/р1(КСДЗ
, руб;
где p – норма дисконта, %. Она учитывает упущенную выгоду от того, что сред-
ства вложены инвестором в энергосбережение вместо размещения под проценты
в банке, или расходы на оплату годового процента за кредит, если используются
заемные средства. В расчетах ее можно принимать равной среднерыночной бан-
ковской ставке по кредитам и не ниж
е ставки рефинансирования Центрального
Банка РФ, которая по состоянию на середину 2013 года равна 8.25 %. Величина
р связана с текущей величиной этой ставки, а также с коммерческими рисками
капиталовложений. В [9] предлагается принимать р = 10%.
Для оценки эффективности дополнительных капитальных вложений и опре-
деления срока их окупаемости необходимо построить графики зависимости СДЗ
и СДЗ
от Т и найти их точку пересечения (рис. 3, сплошная линия – СДЗ1, пунк-
2
тирная – СДЗ
Таким образом, расчетный срок окупаемости Т
).
2
дополнительных капиталь-
ок
ных вложений при устройстве теплоутилизации в нашем примере составил всего
3,35 года, что значительно меньше, чем Т
= 15 лет. Поэтому, начиная с Т = Ток,
ам
мы будем получать чистую прибыль за счет энергосбережения. Следовательно,
теплоутилизация является экономически эффективной. Если графики не пересе-
каются или пересекаются при Т > Т
, теплоутилизация нецелесообразна.
ам
1
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]