Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Источники и системы теплоснабжения. Методические материалы для решения практических задач с элементами расчета в пакете Mathcad. Учебное пособие
.pdf
11
Рисунок 1.9. Построение графика функций в Mathcad
Кроме непосредственного ввода функции, как указано на рисунке 1.9, можно задать функцию аналитически или массивом (дискретно). Пример такого построения показан на рисунке 1.10.
12
Рисунок 1.10. Построение функции из массива данных
Редактирование поля графика позволяет отрегулировать масштаб, настроить различные функции и сделать более удобное восприятие графической информации – рисунок 1.11.
13
Рисунок 1.11. Окно форматирования двумерного графика
Математический пакет Mathcad обладает широким функционалом обработки экспериментальных данных, построения сложных
графиков, решения дифференциальных уравнений и других возможностей. Отдельно необходимо выделить возможность программирования и создания достаточно сложных программ, в том числе для решения задач тепломассообмена.
Например, данные теплофизического справочника [6] (электронная версия http://twt.mpei.ac.ru/rbtpp/) обработаны с применением математического пакета Mathcad.
По мере решения примеров настоящего методического пособия
для отдельных глав будут показаны употребляемые функции и их
правильное применение с необходимыми пояснениями.
Источники [1–5 и др.] позволят более детально подготовиться к
расчету задач при использовании Mathcad. Отдельно необходимо отметить возможность создавать отчеты по выполняемым работам.
Студенты при выполнении ниже поставленных задач могут использовать Mathcad как для решения, так и для оформления работ и
сдачи их на проверку.
14
2. ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ
Тепловая нагрузка системы теплоснабжения состоит из нескольких составляющих. К ним относятся нагрузки на отопление,
вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды.
Расчет тепловой нагрузки системы отопления осуществляется
по нормативным документам, например [7], и справочным данным
[8]. В данном разделе и далее необходимо использовать только актуальные справочные данные.
Отопление. Максимальный часовой расход тепла на отопление
зданий может быть вычислен по следующей формуле:
( )
( )
max 3
1 10
o o v r r
Q q V t t K
−
= − +
Дж/ч, (2.1)
где α – поправочный коэффициент, учитывающий отличие расчетной
наружной температуры воздуха для проектирования отопления в
местности, где расположено рассматриваемое здание, от температуры –30 °С, при которой определено соответствующее значение qo
[7]; qo – удельная отопительная характеристика здания в зависимости
от его объема и года постройки, кДж/(м3·ч·°C) [7]; V – объем здания
по наружному обмеру, м3; tv – расчетная температура воздуха в отапливаемом помещении, °C [7]; tr – расчетная температура наружного
воздуха для проектирования отопления в местности, где расположено здание, °C [7]; Kr – расчетный коэффициент инфильтрации,
обусловленный тепловым и ветровым напором (при укрупненном
расчете может не приниматься во внимание).
Удельную отопительную характеристику здания qo при отсутствии справочных данных можно определить по формуле
o
n
a
q
V
=
(2.2)
где а = 1,85 кДж/(м
2,83
·ч·°С), n = 6 – для зданий строительства
до 1958 г.; а = 1,52 кДж/(м
2,875
·ч·°С), n = 8 – для зданий строитель-
ства после 1958 г.
Расход тепла на отопление при температурах, отличающихся от
расчетных, может быть определен [7, 8]:
max
vn
oo
vr
tt
QQ
tt
−
=
−
, Дж/ч, (2.3)
15
где tn – температура наружного воздуха, при которой определяется
расход тепла, °C.
Приточная вентиляция. Максимальный расход тепла на вентиляцию при укрупненном расчете может быть определен:
( )
max 3
10
v v v r
Q q V t t
−
= −
, Дж/ч, (2.4)
где qv – удельная вентиляционная характеристика здания,
кДж/(м3·ч·°C) [7].
Расход тепла на вентиляцию при температурах, отличающихся
от расчетной, может быть определен [7]:
max
vn
vv
vr
tt
QQ
tt
−
=
−
, Дж/ч. (2.5)
Температуры внутри помещений определяются по нормативным документам [7]. Расчетная наружная температура определяется
в соответствии с местом расположения объекта, для которого вычисляется тепловая нагрузка, по нормативным документам [9].
Горячее водоснабжение. Расход тепла на горячее водоснабжение (ГВС) рассчитывается в зависимости от режима использования
тепловой нагрузки. Средненедельный расход теплоты по нагрузке
горячего водоснабжения определяется [8]:
( )
( )
1,2 55
hz p
gvs
c
m a b t c
Q
n
+ −
=
, Вт, (2.6)
где 1,2 – коэффициент, который учитывает потери тепла в абонентских системах ГВС; m – количество людей; a – норма расхода горя-
чей воды с температурой
55
g
t =
С на одного потребителя, л(кг)/сут.;
b – расход горячей воды с температурой
55
g
t =
С для общественных
зданий, отнесенный к одному жителю района (при отсутствии точных данных рекомендуется принимать b = 25 л/сут. на 1 человека;
thz – температура холодной воды в отопительный период, °C
(при отсутствии данных рекомендуется принимать 5 °C);
cp = 4190 Дж/(кг·К) – теплоемкость воды; nс – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение, с/сут. (при круглосуточной подаче nс = 24 · 3600 = 86400 с).
16
Если температура подаваемой к водоразборным кранам воды
отличается от нормированной, то фактический расход горячей воды
будет соответствовать соотношению
55
f
hz
gvs
f
g hz
t
aa
tt
−
=
−
, л(кг)/сут, (2.7)
где
f
g
t
– температура горячей воды фактическая.
Максимальный часовой расход тепла на ГВС рассчитывается
max
gvs n c gvs
Q K K Q=
, Вт,………………..(2.8)
где Kn – коэффициент недельной неравномерности расхода горячей
воды, который для жилых и общественных зданий принимается 1,2,
для промышленных зданий 1; Kc – коэффициент суточной неравномерности расхода горячей воды, который рекомендуется применять
для населенных пунктов
1,7 2
, для промышленных предприятий 1.
Расход тепла на горячее водоснабжение в межотопительный период определяется
55
β
55
l
l
gvs gvs
hz
t
QQ
t
−
=
−
, Вт, (2.9)
где tl – температура воды в летний период, °С (при отсутствии данных можно принимать 15 °С); β – коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды в летний период, β = 0,8.
Технологические нужды. Расход тепловой энергии на технологические нужды определяется непосредственно по виду выпускаемой продукции (при известном удельном расходе теплоты на единицу продукции) или по требуемым параметрам теплоносителя, необходимым в конкретном технологическом процессе. Например, при
известном удельном расходе тепла на выработку единицы продукции
расход тепла на технологические нужды определяется
t con i i
Q Q q G= +
, Вт, (2.10)
где Q
con
– расход теплоты, не зависящий от выпуска продукции, Вт;
qi – удельный расход теплоты на выпуск единицы продукции,
Вт/шт.(т); Gi – производительность предприятия, шт. (т).
17
Пример выполнения расчета.
Определить укрупненную максимальную нагрузку отопления и
вентиляции для магазина, расположенного в городе Кемерово и имеющего следующие размеры по внешнему обмеру: длина 20 м, ширина 40 м, высота 7 м.
Решение.
В соответствии с геометрическими размерами рассчитываем
объем помещения по внешнему обмеру:
20 40 7 5600V = =
м3.
По данным места расположения объекта теплоснабжения определяем поправочный коэффициент α = 0,9, так как наружная расчетная температура составляет –39 °C. Для магазина внутренняя температура воздуха составляет 15 °C [7], удельная отопительная характеристика составляет 1,38 кДж/(м3ч°C), удельная вентиляционная характеристика составляет 0,33 кДж/(м3ч°C).
Рассчитываем максимальную нагрузку системы отопления
и вентиляции по формулам (2.1) и (2.4) с учетом размерностей основных величин:
( )
( )
max
1000
0,9 1,38 5600 15 39 104328
3600
o
Q = − − =
Вт;
( )
( )
max
1000
0,9 0,33 5600 15 39 24948
3600
v
Q = − − =
Вт.
По данным произведенного расчета видно, что тепловая
нагрузка системы отопления существенно превышает тепловую
нагрузку системы вентиляции.
Пример решения в пакете Mathcad.
Пример решения задачи в Mathcad приведен на рисунке 2.1.
18
Рисунок 2.1. Пример решения задачи в Mathcad
Задача № 2.1.
Рассчитать укрупненные тепловые нагрузки системы отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по данным таблицы 2.1.
Нормативный расход воды для системы горячего водоснабжения
в зависимости от строительно-климатического района [9] принять по
данным [10]. Расчетную длительность подачи теплоты на горячее водоснабжение принять по типу помещения.
19
Таблица 2.1
Исходные данные для расчета тепловых нагрузок
Параметр
Номер варианта
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
Вид
помещения
Жилое здание Магазин Детский
сад
Баня Гараж Жилое здание Административное
здание Кинотеатр Школа Больница
Объем
здания, м
3
3000
800
2000
1000
6000
9000
4500
1400
4900
8000
Место
расположе-
ния объекта
теплоснаб-
жения
Мурманск Кострома
Москва Владимир Казань Екатеринбург
Новосибирск Киров Сочи Тюмень
Число
потребите-
лей
200
10
100
25 2 300
45
50
160
220
20
3. ГРАФИКИ ТЕПЛОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ
Характер изменения тепловых нагрузок по отдельным видам
потребления является крайне важным параметром эксплуатации теплового оборудования. На основании расчетных параметров тепловой
нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды строятся графики теплового потребления,
по которым можно прогнозировать расход топлива, рациональное
использование теплового оборудования, а также выполнить техникоэкономические расчеты при проектировании и эксплуатации систем
теплоснабжения.
Наиболее часто используются графики, отражающие тепловое
потребление по часам и по месяцам.
График теплового потребления по месяцам. Строится в соответствии со средними температурами каждого месяца для местности,
в которой располагается объект для теплоснабжения. Средние температуры каждого месяца принимаются по справочным данным [9].
Далее по формуле (2.3) или (2.5) определяются тепловые нагрузки на
систему отопления и вентиляции. Тепловые нагрузки на систему
ГВС и технологические нужды не зависят от температуры окружающей среды, поэтому, как правило, на графике теплового потребления
по месяцам они представляют собой прямые линии.
Характерный вид графика теплового потребления по месяцам
показан на рисунке 3.1.
График продолжительности сезонной нагрузки. График продолжительности сезонной нагрузки строится в зависимости от
наружной расчетной температуры воздуха в интервале между значениями температур начала и окончания отопительного периода (формула (2.3), а также по длительности стояния данной температуры.
Длительность стояния температур наружного воздуха определяется,
например, по справочным данным [11] или другим нормативным материалам [12].
Характерный вид графика продолжительности сезонной
нагрузки представлен на рисунке 3.2
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]