Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Подбор теплоутилизационного оборудования для центральных кондиционеров UTR и ANR. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию
.pdf
Здесь Δtб = Т2 – tн, Δtм = Т1 – tут — соответственно бòльшая и мèньшая
FNF
разность температур воздуха и промежуточного теплоносителя в теплообменнике (на входе и на выходе из него);
находим требуемую поверхность нагрева:
Q
Kt
ут
ср
F
выбираем шаг пластин (в данном случае 2,5 мм) и вычисляем чис-
, м ;
2
ло рядов трубок:
,
o
где F
— поверхность нагрева для одного ряда при выбранном шаге
o
пластин (табл. 3). Если N не равно N
ну N и уточняем f
количество рядов N
. Полученное целое число принимаем за расчетное
w
, причем N
расч
расч
, принимаем вместо N
нач
> N. Лучше, если N
величи-
нач
будет чет-
расч
ным (4, 6, 8 и т.д.);
находим запас поверхности нагрева:
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:
красчв
1,74
( ρ ,) Па,РАNv
где коэффициент А принимается равным 2,0 при используемом шаге
пластин 2,5 мм;
вычисляем гидравлическое сопротивление воздухонагревателя по
промежуточному теплоносителю:
9720
Р w
W
1,82
, 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
записываем обозначение воздухонагревателя в виде
w.o
;
ANR7L/G1-b-h-c-d.f-e, где b и h — длина трубок и высота трубной
решетки воздухонагревателя, см, принимаемые по табл. 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 ис-
нию
полне
всей установки.
11
Таблица 3
Геометрические характеристики воздухонагревателей для установок ANR
Типоразмер
Ряд-
ность
b × h, см f
, м2 f
г
w.o
, м2
Число
ходов
F
, м2, при шаге
o
пластин 2,5, мм
UTR 50-25 8 50×25 0,1 0,00010410 11,2 2,8
UTR 50-30 8 50×30 0,125 0,00012492 10,6 3,2
UTR 60-30 8 60×30 0,15 0,00012492 10,6 3,9
UTR 60-35 8 60×35 0,18 0,00014574 13,3 4,9
UTR 70-40 8 70×40 0,245 0,00014574 8 6,2
UTR 80-50 8 80×50 0,36 0,00020820 7,46 8,98
UTR 90-50 8 90×50 0,405 0,00020820 7 10,29
UTR 100-50 8 100×50 0,45 0,00020820 5,89 11,45
ANR6 8 860×800 0,688 0,00054019 4 14,8
ANR7 8 844×1075 0,9073 0,00072588 4 19,1
ANR8 8 1064×1075 1,1438 0,00086638 4 24,5
ANR12 8 1160×1125 1,305 0,00104099 4 30,6
ANR20 8 1385×1400 1,939 0,00070977 4 43,14
ANR25 8 1655×1785 2,95 0,00112560 4 72,18
Примечание. b и h — длина трубок и высота трубной решетки воздухонаг-
ревателя в зависимости от типоразмера установки;
величина f
параллельно включенных трубок в одном ряду;
Fo — поверхность нагрева для одного ряда трубок при выбранном шаге пластин;
fг — геометрическое сечение воздухонагревателя для прохода воздуха.
представляет собой произведение сечения одной трубки и числа
w.o
Пример подбора теплоотдающей секции
Пусть G
= 1054 кг/м3, Gw = 3,55 кг/с, Q
w
= 12210 кг/ч, tн = –28 °С, tут= –6,45 °С, T1 = +4°С, Т2= –2 °С,
п
= 73483 Вт (см. п. 3). Расчет ведем
ут
для установки ANR7 (см. п. 2). Для соответствующего воздухонагревателя по табл. 3 f
= 0,99073 м2; fw = 0,00073·8 = 0,00584 м2.
г
12
Массовая скорость воздуха в сечении воздухонагревателя
( ρ)3,74
v
Скорость теплоносителя в трубках
12210
п
0,9073 3600
кг/(м2с) — лежит в оптимальных пределах.
3,55
0,00584 105
0,57 мс4/w
также
лежит в оптимальных пределах. Коэффициент теплопередачи воздухонагревателя
26,5 3,74 0,5 40 Вт/ мК7·.K
0,42 0,17 2
Средняя логарифмическая разность температур
22846,45
рос
228
ln
46,4С5
17,1
Требуемая поверхность нагрева
.t
73483
40 17,
107, 4 .1мF
2
Требуемое
число рядов воздухонагревателя при шаге пластин 2,5 мм N = 102/16,6 = 6,4.
Запас поверхности нагрева
пределах, поэтому шаг пластин можно не менять. Таким образом, принимаем N
= 8 = N
расч
нач
86,4
100 % %820
, следовательно, величина fw была принята пра-
лежит в допустимых
вильно, и пересчет не требуется. Аэродинамическое сопротивление
воздухонагревателя:
283,7 159 Па.4Р
1,к74
Длина воздухона-
гревателя равна 575 мм (см. п. 2). Вычисляем гидравлическое сопротивление воздухонагревателя по промежуточному теплоносителю:
1,82
9720 0,57
P
W
= 3500 Па < 25 кПа. Обозначение воздухонагрева-
теля: ANR7L/G1-844-1075-8-2.5-6-1.
5. РАСЧЕТ ТЕПЛОИЗВЛЕКАЮЩЕЙ СЕКЦИИ
(ВЫТЯЖНАЯ УСТАНОВКА)
Аналогично теплоотдающей секции расчет сводится к определению
необходимой поверхности охлаждения для извлечения из воздуха требуемого количества теплоты и к выбору соответствующей конструкции
теплообменника, т.е. числа ходов, рядов трубок и шага пластин, а также
е
аэродинамического сопротивления охладителя для последующ
го подбора вентилятора и гидравлического сопротивления по воде для выбора
циркуляционного насоса.
Для расчета охладителя необходимы исходные данные, аналогичные
требуемым для воздухонагревателя: массовый расход уходящего возду-
, м3/ч, условная температура уходящего воздуха до и после тепло-
ха G
у
13
обменника в пересчете на эквивалентный «сухой» процесс охлаждения
(соответственно t
у.усл
и t
— см. рис. 2), С и температура промежу-
о.усл
точного теплоносителя на входе и на выходе из охладителя (соответственно Т
утилизируемой теплоты Q
и Т1), С, его плотность ρw и расход Gw, а также количество
2
(см. п. 3).
ут
Расчет охладителей проводится в основном по той же методике, что
и расчет воздухонагревателей, с некоторыми поправками, связанными с
изменением направления потока теплоты (методика раздела 15.7 [6] с
учетом рекомендаций [4]). Так как конструкция охладителей аналогична воздухонагревателям (добавляется только поддон и сепаратор для
, f
улавливания возможного конденсата), характеристики f
г
и Fo по-
w.о
прежнему принимаются для выбранного типоразмера установки по
табл. 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
охладителя:
G
w
у
360
f
г
G
w
f
ww
( ρ)
v
у
вычисляем скорость теплоносителя в трубках охладителя:
2
кг/(м0с);
, м/с.
Как и для воздухонагревателей, число ходов теплообменника и соответственно величина f
принимаются с таким расчетом, чтобы значе-
w
ние w лежало в пределах 0,5—2,5 м/с. Поскольку расход антифриза в
охладителе будет равным его расходу в воздухонагревателе, число ходов
в охладителе нужно принимать таким же, как и в воздухонагревателе;
определяем значение коэффициента теплопередачи охладителя:
31,5 ( ρ), ()Вт/ мК;Kvw
вычисляем среднюю разность температур антифриза и воздуха в
0,37 0,1
y
28
воздухонагревателе. Так как перепады температур в воздухонагревателе
достаточно малы, для получения более точных результатов используем
логарифмическую разность температур:
ср
бм
14
t
, .lnС
t
б
t
м
tt
Здесь Δtб = t
– Т1, Δtм = t
у.усл
– Т2 – соответственно бòльшая и мèнь-
о.усл
шая разности температур воздуха и промежуточного теплоносителя в
теплообменнике (на входе и на выходе из него);
находим требуемую поверхность охлаждения:
Q
ут
2
F
К t
.м,
ср
Определение количества рядов, выбор шага пластин и расчет аэродинамического сопротивления производятся аналогично воздухонагревателям, причем при теплоутилизации соответствующие значения должны получаться близкими к характеристикам 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 ну
дополн
ительно умножить на коэффициент 1,38:
если в охладителе происходит конденсация, определяем расход
жно
конденсата:
3
() 10кг/ч, ,GGdd
конд у у о
где dу и dо — влагосодержание охлаждаемого воздуха до и после охладителя (в точках У и О — см. рис. 2), определяемые по построению в
I-d-диаграмме;
вычисляем гидравлическое сопротивление охладителя по проме-
жуточному теплоносителю:
9720 ,
Р w
W
1,82
Па и проверяем выпол-
нение условия ΔРw < 25 кПа. Если это условие не выполняется, корректируем расчет, принимая мèньшее число ходов и соответственно более
высокую величину f
записываем обозначение охладителя в виде: ANR7P/G2-b-h-c-d-f-e,
w.o
;
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
= –2 °С, w = 1054 кг/м3, GW = 3,55 кг/с, Qут = 73483 Вт, dу = 6,25 г/кг,
Т
2
d
= 4,35 г/кг (см. п. 3). Расчет ведем для установки ANR7 (см. п. 2). Для
о
= 12210 кг/ч, t
у
соответствующего воздухонагревателя по табл. 3 f
= 0,00072588·8 = 0,00584 м2 (для N
f
w
= +27,2 °С, t
у.усл
нач
= +5 °С, T1 = +4 °С,
о.усл
= 8 и 6 ходов).
= 0,9073 м2;
г
Массовая скорость воздуха в сечении охладителя
( ρ)3,74
v
y
12210
0,9073 3600
кг/(м2·с) лежит в оптимальных пределах.
15
Скорость воды в трубках
3,55
0,00584 105
0,57 мс4/w
также лежит в
оптимальных пределах. Коэффициент теплопередачи охладителя
21 3,74 0 41,59,7К
разность температур
Требуемая поверхность охлаждения
0,42 0,17
t
27, 2 4 5 2
ср
ln
Вт/(м2·К). Средняя логарифмическая
27,2 4
2
13,52
С5.
73483
F
41,9 13
129,,57 м .
2
2
Число рядов охладителя при шаге пластин 2,5 мм N = 129,7/19,2 = 6,75
почти полностью совпадает с N
. Следовательно, менять шаг пластин
нач
не нужно, а запас поверхности охлаждения равен:
86,75
100 %815 %
и лежит в допустимых пределах. Принимаем
= 8 = N
N
тр
, поэтому fw была определена правильно, и пересчет не
нач
требуется. Аэродинамическое сопротивление охладителя с учетом
наличия конденсации
удаляемого
конденсата
1,38 (2,00 8 3,74 ) 219 Па.
Р
х
12210 (6,25 4, кг/3 ч.5) 10 23,2 G
конд
1,74
3
Количество
Из-за
наличия конденсата требуется установка охладителя с каплеуловителем. Каплеуловитель для охладителей в установках ANR предусмотрен
стандартным исполнением, и его длина составит 575 мм (см. п. 2). Вычисляем гидравлическое сопротивление охладителя по воде:
1,82
9720 0, 57
P
W
= 3500 < 25 кПа.
Обозначение воздухонагревателя: ANR7P/G2-844-1075-8-2.5-6-2.
6. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ПРИМЕНЕНИЯ УТИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОТЫ
Технико-экономическое обоснование производится для сравнения
следующих инженерных решений: применение теплоутилизации с промежуточным теплоносителем в конструкции вентиляционных установок — основной вариант; использование приточной установки, которая
полностью (на 100 %) обеспечивается тепловой энергией от городских
сетей теплоснабжения — альтернативный вариант.
фективности теп-
Расчет предусматривает оценку экономическо
й эф
лоутилизации с определением сроков окупаемости дополнительных
капитальных затрат на теплоутилизационное оборудование.
16
Определяем капитальные затраты на закупку и установку обо-
рудования проектируемых систем. Расчет проводим для установок
ANR7 (см. п. 2). В нашем случае целесообразно рассматривать только
дополнительное оборудование в приточной и вытяжной системах без
учета стоимости остальных секций, так как варианты будут различаться
только наличием или отсутствием теплоутилизирующего оборудования.
Таким образом, капитальные затраты K
на закупку теплоутилизи-
1
рующего оборудования для первого варианта (применение теплоутилизатора) будут складываться из его стоимости К
По данным фирмы-производителя для установки ANR7 К
и стоимости монтажа Км.
0
= 125000 р.
0
Затраты на монтаж рекомендуется принимать в размере 50—70 % от
стоимости оборудования, или в данном случае К
Всего K
ния К
К
0
= 125000 + 75000 = 200000 р. Для других типоразмеров значе-
1
следует определять по данным производителя. Ориентировочно
0
= Кп/3, где Кп — стоимость приточной установки соответствующей
= 0,6125000 = 75000 р.
м
производительности с базовой комплектацией (приемная секция, фильтровальная, воздухонагревательная и вентиляторная) [8; 9]. 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
р., при L
= (45—52)Lп, р., при Lп = 16—45 тыс. м3/ч, и (67—82)Lп,
п
< 16 или Lп > 45 тыс. м3/ч. Для второго варианта из-за отсут-
п
ствия теплоутилизационного оборудования дополнительные капитальные затраты составят К
= 0 р.
2
Определяем годовые эксплуатационные затраты:
1. Затраты на потребление электроэнергии вентиляционной установ-
кой определяются по следующей формуле:
ЭС, р./год;ZN N
эл р раб уст эл
где Zр — число часов в сутки, когда вентиляционное оборудование
работает; в нашем примере Z
N
— число рабочих дней в году, определяемое исходя из режима
раб
= 12;
Р
работы объекта;
— установочная мощность оборудования (электродвигателей
N
уст
вентиляторов), кВт. Значение N
определяется после подбора электро-
уст
двигателей приточной и вытяжной установок. В нашем примере считаем N
чии теплоутилизации N
= 365, т.е. объект функционирует без выходных дней. При нали-
раб
будет выше из-за повышенного аэродинами-
уст
ческого сопротивления установок. В нашем примере сопротивление
приточной установки возрастает на 159 Па (см. п. 4), а вытяжной — на
219 Па (см. п. 5). Поэтому если для второго варианта (без утилизации)
= 5,5 + 3,5 = 9 кВт, то для первого варианта N
N
уст2
17
= 6,0 + 4,4 = 10,4 кВт;
уст1
Сэл — стоимость электроэнергии, р./(кВтч), принимаемая в зависи-
мости от типа потребителя по табл. 4. В нашем примере можно считать
= 4,2 р./(кВтч) для небюджетных потребителей. Таким образом,
С
эл
Э
=12·365·10,4·4,2 = 191318 р./год;
эл1
=12·365·9·4,2= 165564 р./год.
Э
эл2
Затратами электроэнергии на привод циркуляционного насоса мож-
но пренебречь, так как они невелики.
Таблица 4
Тарифы на электрическую и тепловую энергию в Москве (2015 г.)
Вид энергии Потребители
Прочие
Электрическая
Население
(эл. плиты)
Население
(газ. плиты)
Ед.
изм.
кВтч
Тариф Источник
4—4,5 р. (низкое
напряжение, прогноз)
3,28 р.
4,68 р.
ОАО
«Мосэнергосбыт»
Тепловая Население Гкал 1720,9 р. ОАО «МОЭК»
Прочие 1720,9 р.
2. Затраты теплоты на вентиляцию определяются по следующей фор-
муле:
т p пв эф т
6
,
рЭГСОП(1 ) С 10 / 4,19 /, г.; .ZGс k
где ГСОП = (tв – tот)·Zoт — градусо-сутки отопительного периода;
и Zoт — средняя температура и продолжительность отопительного
t
от
периода в районе строительства (по [3]);
— средняя температура внутреннего воздуха в здании;
t
в
— стоимость единицы тепловой энергии, р./Гкал, принимаемая в
С
т
зависимости от типа потребителя по табл. 4. В нашем примере для
предприятий и организаций Ст = 1720,9 р./Гкал. Эффективность утилизатора k
3), во втором варианте k
данные: G
для нашего примера в первом варианте равна 0,43 (см. разд.
эф
= 0, так как утилизация отсутствует. Другие
эф
= 12210 кг/ч, св = 1,005 кДж/(кг·К) (см. п. 3), ГСОП =
п
= (18+3,1)·214 = 4515 (для Москвы).
Таким образом
= 12·12210·1,005·4515(1 – 0,43)1720,9·10-6/4,19 = 156327 р./год;
Э
т1
= 12·12210·1,005·4515(1 – 0)1720,9·10-6/4,19 = 273059 р./год.
Э
т2
18
3. Годовые амортизационные отчисления на дополнительное обору-
дование определяются по следующей формуле:
К
ам
, 1,р. од;5гЭ /
Т
ам
где К — капитальные затраты, р., для соответствующего варианта;
Т
— расчетный срок службы оборудования, г. В нашем примере при-
ам
нят срок 15 лет. Приведенная формула учитывает расходы на полное
возмещение стоимости, а также капитальный и текущий ремонт оборудования.
Таким образом:
1,5 200000
Э
ам1
20000 р./ д5го ;
1
Э
= 0, так как К2 = 0.
ам2
Суммарные годовые эксплуатационные затраты по вариантам:
ЭЭ Э Э
эл т ам
= 191318 + 156327 + 20000 = 367645 р./год;
Э
1
= 165564 + 273059 + 0 = 438623 р./год.
Э
2
, р./год. Таким образом,
Определяем совокупные дисконтированные затраты.
Если считать, что для приобретения дополнительного оборудования
привлекаются 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; 10]:
ТТ
СДЗ (1 / 10 0) Э (1 / 1 0 0) 1 (1 0 0 / ), р.,
Кр р р
где p — норма дисконта, %. Она учитывает упущенную выгоду от того,
что средства 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 банковской ставке по кредитам и не
а
ниже ставки рефинансирования Центр
льного Банка РФ, которая по
состоянию на конец 2014 г. равна 17 %. Величина р связана с текущей
величиной этой ставки, а также с коммерческими рисками капиталовложений. В [11] предлагается принимать р = 10 %.
19
СДЗ, руб.
4000000
3500000
3000000
2500000
2000000
1500000
1000000
500000
0
01234567
Т, лет
Рис. 3. Зависимость СДЗ от Т по сравниваемым вариантам
Для оценки эффективности дополнительных капитальных вложений
и определения срока их окупаемости необходимо построить графики
зависимости СДЗ
сплошная линия – СДЗ
Таким образом, расчетный срок окупаемости Т
и СДЗ2 от Т и найти их точку пересечения (рис. 3,
1
, пунктирная – СДЗ2).
1
дополнительных
ок
капитальных вложений при устройстве теплоутилизации в нашем примере составил всего примерно 3,5 года, что значительно меньше, чем
= 15 лет. Поэтому, начиная с Т = Ток, мы будем получать чистую
Т
ам
прибыль за счет энергосбережения. Следовательно, теплоутилизация
является экономически эффективной. Если графики не пересекаются
или пересекаются при Т > Т
, теплоутилизация нецелесообразна.
ам
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]