Построение зависимости расхода теплоты от продолжительности стояния температур наружного воздуха

Данная зависимость показывает годовое число часов использования тепловой мощности. Так, например, при расчётной температуре наружного воздуха для проектирования системы отопления t_н.о тепловая нагрузка максимальна, но годовое число часов использования максимума мало.

На горизонтальной оси следует отложить годовую продолжительность отопительного периода n_о (в часах).

При проектировании принимается, что во время летнего неотопительного сезона работает только система горячего водоснабжения, расход тепла на которое остаётся постоянным и может быть перенесён с левой части графика.

График тепловой нагрузки в отопительный период представляет собой кривую линию. Для построения этой кривой необходимо через каждые 5 С переносить из левой части значения суммарной тепловой нагрузки до пересечения с перпендикуляром к горизонтальной оси, восстановленным в точке со значением годового числа часов использования, найденным по формуле:

, где

Суммарная площадь получившейся сложной фигуры, ограниченной осями координат и полученной ломаной, выражает в соответствующем масштабе годовой расход тепла Q^год.

ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКОВ РЕГУЛИРОВАНИЯ

ПОСТРОЕНИЕ ГРАФИКА ЦЕНТРАЛЬНОГО КАЧЕСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ (ОТОПИТЕЛЬНЫЙ ГРАФИК)

Необходимо построить зависимость температур сетевой воды _о1 и _о2 соответственно в подающей и обратной магистралях от температуры наружного воздуха. Это делается с помощью следующих формул, С:

,

,

где t_в = +18 С;

Температурный напор отопительных приборов:

Относительная нагрузка, изменяется от 0 до 1:

, где

Перепад температур воды в тепловой сети:

Перепад температур в местной системе отопления при расчётном режиме:

, где

– температура сетевой воды, С , в подающей магистрали при температуре t_{н. о}

– температура сетевой воды, С , в обратной магистрали при t _н.о ;

– температура воды, С , в абонентской установке после элеватора при t _н.о ;

u – коэффициент смешения элеватора, принимаемый равным 2,2 .

Для построения отопительного графика определяем по формулам значения _о1 и _о2 при различных значениях .

Определим температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях:

При :

,

Дальнейший расчёт проводится аналогично при

	0	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
	18	47,6	72,6	96,3	119,2	141,6
	18	33,6	44,6	54,3	63,2	71,6

Центральное регулирование по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения закрытых стс

Центральное регулирование ведётся по типовой тепловой нагрузке, характерной для большинства абонентов района. Такой нагрузкой может быть как один вид нагрузки, так и несколько разных видов при определённом их количественном соотношении. В жилых районах в холодное время года основной тепловой нагрузкой является отопительная.

Существенное распространение приобрело также горячее водоснабжение. Доля вентиляционной нагрузки значительно меньше. Поэтому центральное регулирование ориентируют обычно на чисто отопительную нагрузку или на совмещённую нагрузку отопления и горячего водоснабжения.

Центральное регулирование СТС по совмещённой нагрузке отопления и горячего водоснабжения находит широкое применение, так как при этом методе удовлетворение нагрузки горячего водоснабжения возможно без дополнительного увеличения (или с незначительным увеличением) расчётного расхода воды в сети по сравнению с расчётным расходом воды на отопление. Значительное уменьшение расчётного расхода воды в тепловой сети приводит к уменьшению диаметров трубопроводов тепловых сетей, а следовательно – к уменьшению затрат.

Центральное регулирование по совмещённой нагрузке ориентируется в этом случае на типичную для данного района относительную нагрузку горячего водоснабжения , равную отношению расчётных значений регулируемых нагрузок:

В закрытых СТС при использовании регуляторов отопления центральное регулирование по совмещённой нагрузке принципиально может применяться в любом районе, где имеются оба вида тепловой нагрузки (отопление и горячее водоснабжение), независимо от относительного количества абонентов с обоими видами нагрузки.

При использовании регуляторов расхода центральное регулирование по совмещённой методике отопления и горячего водоснабжения применяют не в любом районе, а только в том случае, когда большинство (не менее 75 %) жилых и общественных зданий района имеют установки горячего водоснабжения.

Как при использовании регуляторов отопления, так и при использовании регуляторов расхода режим центрального качественного регулирования по совмещённой нагрузке рассчитывается из условия постоянного расхода сетевой воды для удовлетворения суточного расхода теплоты на отопление и горячее водоснабжение абонентов с типичным для района значением  .

Наиболее рациональной зависимой схемой присоединения абонентов при рассматриваемом методе центрального регулирования является схема с двухступенчатым последовательным подогревом воды для горячего водоснабжения.

Основные преимущества этой схемы:

• выравнивание неравномерности суточного графика совмещённой нагрузки за счёт использования аккумулирующей способности строительных конструкций отапливаемых зданий без установки специальных аккумуляторов;

• минимальный расчётный расход сетевой воды, равный для типовых вводов расчётному расходу воды на отопление;

• пониженная температура обратной воды благодаря использованию теплоты этой воды для частичного покрытия нагрузки горячего водоснабжения.

ПОСТРОЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАФИКА ДЛЯ ЦЕНТРАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ПО СОВМЕЩЁННОЙ НАГРУЗКЕ ОТОПЛЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЗАКРЫТЫХ СТС (ПОВЫШЕННЫЙ ГРАФИК)

Повышенное регулирование требуется, если   0,15 .

Задача расчёта заключается в определении температур сетевой воды и соответственно в подающей и обратной линиях сети при различных температурах наружного воздуха .

В общем случае исходными данными для расчёта являются:

1. значение  для типового абонента;

2. расчётный график температур для отопления , , построенный по формулам качественного регулирования;

3. типовой суточный график горячего водоснабжения.

Поскольку суточный график горячего водоснабжения весьма неравномерен, то основной расчёт проводится по так называемой «балансовой» нагрузке горячего водоснабжения :

, где

_б – поправочный коэффициент для компенсации небаланса теплоты на отопление, вызываемого неравномерностью суточного графика горячего водоснабжения.

При отсутствии аккумуляторов горячей воды можно принимать для жилых зданий ориентировочно _б = 1,2. Возможные неточности, связанные с ориентировочным выбором значения _б , устраняются путём проверочного расчёта температурного графика центрального регулирования по суточному тепловому балансу отопительных установок с типовым отношением нагрузок горячего водоснабжения и отопления.

Температуру наружного воздуха в точке излома графика следует принять равной температуре начала и окончания отопительного сезона:

=+8 С

Расчёт температурного графика ведётся следующим образом:

1. Задаются недогревом в нижней ступени, то есть разностью между температурой обратной воды после системы отопления и температурой водопроводной воды после нижней ступени подогревателя при нагрузке и наружной температуре :

Значение должно определяться технико-экономическим расчётом. Предварительно его следует принять равным 510 С.

2. Определяют температуру водопроводной воды после подогревателя нижней ступени по формуле:

,

где – определенная по отопительному графику температура сетевой воды в обратной магистрали при + 8 С.

3. Определяют перепад температур сетевой воды в нижней ступени подогревателя горячего водоснабжения ₂ при и по формуле:

, где

4. Определяют значение ₂ при и t_н.о по формуле:

, где

– определенная по отопительному графику температура сетевой воды в подающей магистрали при +8 С.

5. При нагрузке горячего водоснабжения суммарный перепад температур =₁+₂ постоянен при всех температурах наружного вохдуха и равен:

6. Перепады температур в подогревателе верхней ступени при +8 С и при определяются соответственно по формулам:

7. Температуры сетевой воды в подающей магистрали при +8 С и при определяются соответственно по формулам:

8. Температуры сетевой воды в обратной магистрали при +8 С и при определяются соответственно по формулам:

9. По значениям, найденным в пп. 7 и 8, строится повышенный график регулирования.

10. Для дальнейших расчётов по построенному повышенному графику необходимо определить температуры сетевой воды , С, в подающей и обратной магистралях соответственно при температуре.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Задачи гидравлического расчёта:

• Определение диаметров трубопроводов

• Определение давления или напора

• Определение давления в различных точках сети

• Увязка всех точек системы при статическом и динамическом режиме работы.

В результате гидравлического расчёта решаются следующие задачи:

1. Определение капиталовложений, расхода металла и основного объёма работ по сооружениям теплосети.

2. Установление характеристик циркуляционного и подпиточного насосов: их количество и размещение.

3. Выбор схем присоединения абонентских установок тепловой сети.

4. Выбор системы автоматического регулирования.

5. Разработка режима эксплуатации.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЁТНЫХ ЧАСОВЫХ РАСХОДОВ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

На отопление:

Для квартала 1:

Дальше расчёт проводится по аналогии.

На вентиляцию:

, где

Для квартала 1:

Дальше расчёт проводится по аналогии.

Среднечасовой расход тепла на ГВС:

Максимальный часовой расход тепла на ГВС:

Расчётный часовой расход в летний период на ГВС:

- коэффициент уменьшения расхода в летнее время.

Суммарный расчётный часовой расход теплоносителя:

РАСЧЁТНЫЕ ЧАСОВЫЕ РАСХОДЫ ВОДЫ

№ квартала	Gо, т/ч	Gв, т/ч	Gгвср, т/ч	Gгвmax, т/ч	Gгвл, т/ч	Gр, т/ч
1	50,7	34,4	57,3	114,5	91,6	142,3
2	44,3	30,1	50,1	100,1	80,1	124,4
3	91,5	62,1	103,4	206,8	165,4	257,0
4	131,4	89,2	148,4	296,9	237,5	369,1
5	65,2	44,2	73,6	147,2	117,8	183,0
6	23,5	15,9	26,5	53,0	42,4	65,9
7	43,4	29,5	49,1	98,1	78,5	122,0
8	104,3	70,8	117,8	235,5	188,4	292,8
9	39,5	26,8	44,7	89,3	71,4	111,0
10	47,1	31,9	53,2	106,3	85,1	132,2
11	42,4	28,8	47,8	95,7	76,6	119,0
12	69,9	47,5	79,0	158,0	126,4	196,4
13	58,3	39,6	65,8	131,7	105,3	163,7
14	51,7	35,1	58,4	116,8	93,4	145,2
15	89,9	61,0	101,6	203,2	162,5	252,6
16	53,8	36,5	60,7	121,5	97,2	151,0
17	123,8	84,0	139,9	279,7	223,8	347,7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРОВ ТРУБОПРОВОДОВ И РАСЧЁТ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ НА УЧАСТКАХ

Подбор диаметров трубопроводов осуществляется по номограмме для гидравлического расчёта трубопроводов.

Потери давления на участках определяем по формуле:

, где

R-удельные потери давления на участке, Па/м

• для магистральных R=60÷80 Па/м

• для распределительных R. до 300 Па/м

Длины расчётных участков определяются по генплану.

α – доля местных потерь.

• для магистральных сетей α=0,3

• для распределительных сетей α=0,4

Результаты гидравлического расчета

№ уч- ка	G,м/с	L,м	α	dH,Sмм	Dy, мм	R,Па/м	ΔP,Па	Σ ΔP,Па
0-1	847,43	225	0,3	72012	700	63	18428	18128
1-2	495	225	0,3	63011	600	43,7	12782	31210
2-3	461,42	375	0,3	63011	600	43,7	21304	52514
3-4	370,33	150	0,3	5309	500	70,6	13767	66281
4-5	202,21	300	0,3	4269	400	69,9	27261	93542
5-5’	92,71	150	0,4	2737	250	155	32550	158642
0-5	-	-	-	-	-	-	-	158642
5-5”	109,5	150	0,4	2737	250	188	39480	66741
0-6	-	-	-	-	-	-	-	348472
4-6	168,12	1020	0,4	3258	300	174	248472	90254
6-6’	80,71	150	0,4	2797	250	126	26460	374932
6-6”	87,41	150	0,4	2737	250	126	26460	401392
0-3								52514
3-3’	60,21	150	0,4	2196	200	209	43890	96404
3-3”	30,88	150	0,4	2196	200	60,7	12747	109151
0-2								31210
2-2’	33,58	150	0,4	2196	200	60,7	12747	43957
1-7	352,43	120	0,3	5309	500	57,2	8923,2	8923,2
7-8	318,85	290	0,3	5309	500	45,2	17040,4	25963,6
8-9	197,08	825	0,3	4269	400	57,2	61347	87310,6
9-9”	82,36	150	0,4	2737	250	126	26460	113770,6
0-9								87310,6
9-9’	114,72	150	0,4	2737	250	223	46830	134140,6
0-8								25963,6
8-8’	85,65	150	0,4	2737	250	126	26460	52423,6
8-8”	36,12	150	0,4	2196	200	79,3	16653	69076,6
0-7								8923,2
7-7’	33,58	150	0,4	2196	200	79,3	16653	25576,2

Диаметр выбирается в зависимости G от R.

ПОСТРОЕНИЕ ПЬЕЗОМЕТРИЧЕСКОГО ГРАФИКА

ПОДБОР СЕКЦИОННОГО ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА

Тепловая нагрузка т/о:

Максимальная разность температур:

кДж/с ⁰С

Эквивалент расхода вторичного потока: кДж/с ⁰С

W_б=1669,46 кДж/с ⁰С W_M=596,24 кДж/с ⁰С

Безразмерная удельная тепловая нагрузка:

Параметр т/о:

Суммарная длина секций подогревателя:l=Ф/Ф_y=10Ф=26

Количкство последовательно вкл. секций подогревателя: n=l/n=26/4=7 шт.

Тепловая мощность: N=Q/n=41736,68/7=5962,4 кВт

ТО: тепловая мощность 4470 кВт.

ПОДБОР СЕТЕВОГО НАСОСА

При проектировании и эксплуатации разветвлённых тепловых сетей для учёта взаимного влияния профиля района, высоты абонентских систем, потери давления в тепловой сети пользуются пьезометрическим графиком. По нему можно легко определить давление и располагаемый перепад давления в любой точке сети и абонентской системе.

Для выбора сетевого насоса необходимо знать его производительность G м³/ч, и необходимую величину напора Н м. Общая производительность насоса на ТЭЦ принимаем равной расчетному расходу воды на начальном участке сети.

Требуемый напор сетевого насоса определяется как сумма потерь напора на источнике тепла, на абонентском вводе и в прямой и обратной магистрали:

– потери напора в подающем и обратном магистральном трубопроводе

– потери напора в тепловом источнике

– необходимый напор на вводе абонента

Выбираем насос с параметрами:

• Марка насоса 22НДс

• Полный напор H=105 м

• Подача Q=1300 л/сек

• Число оборотов n=960 об/мин

• Мощность на валу насоса N= 1250 кВт

• Мощность на валу электродвигателя N_эл=1350кВт

• КПД=92 %

• Допустимая вакуумная высота всасывания

• Диаметр рабочего колеса D=860 мм

РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ГВС

ПО ДВУХ СТУПЕНЧАТОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ СХЕМЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Расчётная наружная температура для проектирования систем отопления:

2. Расчётный расход тепла на отопление 10-го квартала:

3. Расчётный максимальный расход тепла на ГВС:

4. Наружная температура начала и конца отопительного сезона:

5. Температура сетевой воды в точке излома температурного графика:

• В подающей магистрали

• В обратной магистрали

6. Температура местной воды на выходе из подогревателя верхней ступени:

7. Температура местной воды на входе в подогреватель нижней ступени 8. Температура воды в подающей и обратной линиях системы отопления:

• В подающей магистрали

• В обратной магистрали

9. Коэффициент часовой неравномерности нагрузки:

10. Внутренняя температура отапливаемых помещений:

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЁТ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ГВС

1. Дополнительный расход сетевой воды на абонентский ввод:

, где

- температура воды после подогревателя верхней ступени

2. Расчётный расход сетевой воды на абонентский ввод:

, где

- расчётный часовой расход воды для

5-го квартала.

3. Максимальный расход воды на абонентскую установку:

4. Расход воды на местную установку ГВС:

, где

5. Определим производительность подогревателя нижней ступени при балансовой нагрузке ГВС:

6. Определим температуру сетевой воды в обратной магистрали:

7. Температурный напор в подогревателе нижней ступени:

8. Суммарный перепад температур в подогревателе верхней и нижней ступени:

9. Расход тепла на подогреватель нижней ступени:

10 Расход тепла на подогреватель верхней ступени:

11. Расход греющей воды на подогреватель нижней ступени:

12. Расход греющей воды на подогреватель верхней ступени:

13. Температура греющей воды на выходе из подогревателя нижней ступени:

14. Температура греющей воды на выходе из подогревателя верхней ступени:

ВЫБОР ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ ГВС

Определяем площадь живого сечения трубок:

, где

υ=(1÷2), м/с – предварительная скорость движения теплоносителя в трубах

- плотность воды

По площади живого сечения выбираем стандартный водоподогреватель:

Его параметры:

• площадь сечения трубок

• площадь межтрубного пространства

• длина секции L_M=4000 мм

• диаметр корпуса

• количество трубок в одной секции n=109

Расчёт подогревателя нижней ступени

Определяем скорость нагреваемой воды:

Скорость греющей воды:

Средняя температура теплоносителя:

1) греющего

2) нагреваемого

Коэффициент теплоотдачи:

1) от греющего теплоносителя к стенкам теплообменника:

1/с

2) от стенок к нагреваемому теплоносителю:

1/с

где А₁ и А₂ – коэффициенты, выбираемые в зависимости от средней температуры теплоносителя (по уч-ку Лебедева).

Коэффициент теплопередачи:

Средний температурный напор в подогревателе нижней ступени:

, где

Требуемая поверхность нагрева для подогревателя нижней ступени:

Количество секций подогревателя нижней ступени:

Округляем в большую сторону: n=7 секции.

Расчёт подогревателя верхней ступени

Расчет ведется аналогично, как и для нижней ступени

Определяем скорость нагреваемой воды:

Скорость греющей воды:

Средняя температура теплоносителя:

1) греющего

2) нагреваемого

Коэффициент теплоотдачи:

1) от греющего теплоносителя к стенкам теплообменника:

1/с

2) от стенок к нагреваемому теплоносителю:

1/с

где А₁ и А₂ – коэффициенты, выбираемые в зависимости от средней температуры теплоносителя (по уч-ку Лебедева).

Коэффициент теплопередачи:

Средний температурный напор в подогревателе нижней ступени:

, где

Требуемая поверхность нагрева для подогревателя нижней ступени:

Количество секций подогревателя нижней ступени:

Округляем в большую сторону: n=4 секции.

РАСЧЕТ ИЗОЛЯЦИИ

По формуле определим внутренний d_вэ и наружный d_нэ эквивалентные диаметры канала по внутренним (2,11,2 м) и наружным (2,381,47м) размерам его поперечного сечения

Определим по формуле термическое сопротивление внутренней поверхности канала R_пк

м ⁰С/Вт

Определим по формуле термическое сопротивление стенки канала R_к, приняв коэффициент теплопроводности железобетона _ст= 2,04 Вт/м град

Определим по формуле (2.76) при глубине заложения оси труб h = 1,3 м и теплопроводности грунта _гр= 2,0 Вт/м град термическое сопротивление грунта

Приняв температуру поверхности теплоизоляции 40 ⁰С, определим средние температуры теплоизоляционных слоев подающего t_тп и обратного t_то трубопроводов согласно.

Определим также, согласно коэффициенты теплопроводности тепловой изоляции (матов из стеклянного штапельного волокна) для подающего _., и обратного , трубопроводов

= 0,042 + 0,00028  t_тп= 0,042 + 0,00028 55= 0,0574 Вт/( м  ⁰С)

= 0,042 + 0,00028  t_то= 0,042 + 0,00028  30= 0,0504 Вт/( м ⁰С)

Определим по формуле термическое сопротивление поверхности теплоизоляционного слоя, приняв предварительно толщину слоя изоляции _и= 50 мм = 0,05 м

Примем по приложению 10 учебн. пособия нормируемые линейные плотности тепловых потоков для подающего q₁₁ = 46,95 Вт/м и обратного q₁₂ = 23,36 Вт/м трубопроводов. По формуле определим суммарные термические сопротивления для подающего R_tot,1 и обратного R_tot,2 трубопроводов при К₁= 0,8 (см. приложение 11 учебного пособия)

м  ⁰С/Вт

м  ⁰С/Вт

Определим коэффициенты взаимного влияния температурных полей подающего и обратного трубопроводов

Определим требуемые термические сопротивления слоёв для подающего R_кп и обратного R_ко трубопроводов, м  град/Вт

R_КП =1,55-0,063-(1+0,29) (0,035+0,0187+0,095)=1,295 м ⁰С/Вт

R_КО =1,32-0,063-(1+3,5) (0,035+0,0187+0,095)=0,588 м ⁰С/Вт

Определим по формуле значения В для подающего и обратного трубопроводов

Определим требуемые толщины слоев тепловой изоляции для подающего _к1 и обратного _к2