2. Системы теплоснабжения

Расход теплоты, передаваемой по водяному теплопроводу, Вт [1]:

– при закрытой системе теплоснабжения

;

– при открытой системе теплоснабжения

.

Расход теплоты, передаваемой по паропроводу при неполном возврате конденсата:

,

где G – расход теплоносителя, кг/с;

с – теплоемкость воды, Дж/(кг·°С);

τ₁, τ₂ – температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах, °С;

G₁, G₂ – расходы воды в подающем и обратном трубопроводах, кг/с;

t_{х -}–- температура исходной холодной воды, °С;

h – энтальпия пара, Дж/кг;

G_к – количество возвращаемого конденсата, кг/с;

t_к – температура конденсата, °С.

Пример расчета

Задача 2.1. Потребителю отпущена теплота Q = l ГДж в виде сухого насыщенного пара с абсолютным давлением 0,5 МПа. Определить массу отпущенного пара, если от потребителя будет полностью возвращен конденсат с температурой τ_к = 100 °С. Определить также массу отпущенного пара, если от потребителя будет возвращено 50% конденсата. При расчете принять, что температура холодной воды у источников теплоснабжения и потребителя t_х = I0 °C.

Решение. По таблицам для водяного пара находим h = 2748 кДж/кг [3]. Масса отпущенного пара при полном возврате конденсата и Q = 1 ГДж равна:

кг.

Массу отпущенного пара для случая частичного возврата конденсата () и Q = 1 ГДж находим нз уравнения:

;

кг.

2. Режимы регулирования централизованного теплоснабжения

Тепловая нагрузка теплообменного аппарата, Вт [1]:

,

где и – эквиваленты расхода первичного и вторичного теплоносителей, Дж/(с·°С) или Вт/°С,

здесь и – теплоемкости первичного и вторичного теплоносителей, Дж/(кг·°С);

и – температуры первичного теплоносителя на входе в теплообменный аппарат и на выходе из него, °С;

и – массовый расход первичного и вторичного теплоносителей, кг/с;

и – температуры вторичного теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата и на входе в него, °С;

– коэффициент теплопередачи, Вт/(м²·°С);

– площадь поверхности нагрева, м;

– температурный напор в теплообменном аппарате, °С;

– безразмерная удельная тепловая нагрузка;

– меньший эквивалент расхода теплоносителя, Дж/(с·°С);

– максимальная разность температур теплоносителей, °С.

Относительная тепловая нагрузка:

,

где – максимальная тепловая нагрузка, Вт.

Относительная нагрузка системы отопления:

,

где и – текущая и расчетная (при температуре t_н.о.) нагрузки отопительных установок, Вт;

и – текущее и расчетное значения эквивалентов расхода сетевой воды на отопление, Вт/°С;

и – текущее и расчетное значения температуры сетевой воды в подающем трубопроводе систем отопления, °С;

и – то же в обратном трубопроводе, °С;

t_в и t_в.р. – текущее и расчетное значения температуры воздуха внутри отапливаемых помещений, °С;

t_н и t_н.о. – текущая и расчетная температуры наружного воздуха для проектирования отопления, °С.

Безразмерная удельная тепловая нагрузка системы отопления:

,

где – коэффициент смешения элеватора;

– режимный коэффициент.

Режимный коэффициент:

,

где и – коэффициент теплопередачи отопительного прибора при любом режиме и при расчетном режиме, Вт/(м²·°С);

F – площадь поверхности нагрева отопительных приборов, м²;

– разность температур сетевой воды на отопительном вводе при расчетном режиме, °С;

– температурный напор отопительного прибора при расчетном режиме, °С;

– температура воды в подающем стояке отопительной системы при расчетном режиме, °С.

Уравнение для расчета эквивалента расхода воды и расхода воды на вентиляцию:

;

;

,

где – расход теплоты на вентиляцию (тепловая нагрузка вентиляционных калориферов) при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования вентиляции t_н.в., Вт.

Уравнение характеристики отопительных установок:

,

где – перепад температур воды в отопительной системе в расчетном режиме, °С.

Температуры воды при качественном регулировании нагрузки воздушных систем отопления:

;

.

Температуры воды при любом режиме регулирования нагрузки водяных систем отопления и зависимой схеме их присоединения:

;

;

,

где – отношение текущего и расчетного расходов сетевой воды на отопление (относительный расход воды на отопление).

Относительный расход или относительный эквивалент расхода воды в сети удобно описывать эмпирическим уравнением . При качественном регулировании отопления и ; при качественно-количественном регулировании и .

Относительный расход сетевой воды при количественном регулировании отопительных систем ():

,

Здесь при водяной системе отопления n = 0,8, при воздушной системе отопления n = 1.

Число часов ежесуточной работы отопительных установок при регулировании пропусками для ( – температура наружного воздуха, соответствующая точке «излома» температурного графика):

.

Доля расхода воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода при открытой системе теплоснабжения:

,

где , – эквиваленты расхода воды на горячее водоснабжение из подающего трубопровода и общего при открытой системе теплоснабжения, Вт/ °С;

t_г – температура горячей воды в системе горячего водоснабжения, °С.

Относительный расход воды на отопление при постоянном расходе воды в подающем трубопроводе открытой системы теплоснабжения, любом расходе теплоты на отопление Q₀ и балансовой нагрузке горячего водоснабжения Q^Б:

,

где – отношение балансовой нагрузки горячего водоснабжения к расчетной отопительной нагрузке;

t_х – температура холодной воды, °С.

При следует принимать .

Примеры расчета

Задача 3.1. При расчетной температуре наружного воздуха для отопления °С температура воды в подающем трубопроводе отопительной сети °С и в обратном °С. Расчетная внутренняя температура отапливаемых помещений °С. Определить температуру воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при °С, если эта сеть работает по графику центрального качественного регулирования. К тепловой сети подключены системы водяного отопления, у которых коэффициент теплопередачи нагревательных приборов изменяется с изменением температуры воды; на отопительных вводах установлены элеваторы, работающие с коэффициентом смешения u = 2,2.

Решение. Расчетная температура воды в подающем стояке отопительной системы [2]:

°С.

Расчетные температурные перепады в отопительной системе и сети, температурный напор в нагревательных приборах отопительной системы:

°С;

°С;

°С.

Отопительная тепловая нагрузка при °С равна:

.

Температуры воды в подающем и обратном трубопроводах при °С находим по следующим формулам:

°С;

°С.

Таким образом, при t_н = – 7 °С и прочих равных условиях температура воды в подающем трубопроводе сети при водяных системах отопления на 4,8 ºС выше, чем при воздушных системах отопления.

Задача 3.2. Построить график температур воды в подающем и обратном трубопроводах отопительной тепловой сети, а также в подающем трубопроводе водяных отопительных систем при центральном качественном регулировании (). При расчетной температуре наружного воздуха t_н.о. = – 25 °С температура воды в подающем трубопроводе сети °С, в подающем трубопроводе отопительных систем °С и в обратном трубопроводе сети °С. Внутренняя температура помещений °С.

Решение. Задаваясь несколькими значениями , определяем по приведенным формулам значения , и . а также температуры наружного воздуха, соответствующие принятым значениям :

°С;

°С;

°С;

;

;

;

.

Результаты расчета сводим в таблицу 3.1.

Таблица 3.1- Результаты расчета

	tн, °С	°С	°С	°С
0	+18	18	18	18
0,2	+8,6	33,3	38,3	49,3
0,4	+0,8	44,0	54,0	76,0
0,6	-7,8	53,5	68,5	101,5
0,8	-16,4	62,0	82,0	126,0
1,0	-25	70,0	95,0	150,0

По табличным данным производим построение температурного графика (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 – Температурный график