Вентиляция помещения

Поток теплоты теряемый на нагрев приточного воздуха определяется соотношением

Ф =0,278×Q ×ρ c(t _в - t _н )

Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м ³ /ч

ρ - плотность воздуха ρ=1,2κг/м ²

c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг ^о С

Ф =0,278×3×1,2×1×24×122×14=41025 Вт

Для оценочного расчета максимального теплового потока расходуемого на вентиляцию воспользуемся методом укрупненных характеристик

Ф =q _в×V × (t _в - t _н )

Где q _в V- удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13 и объем помещения

Ф =0,2 ×5551× (18+6)=26645 Вт

Испарение влаги

Поток теплоты теряемый на испарение влаги с мокрых поверхностей

определяется соотношением

Ф =0,278×2,49×W _исп

Для данного случая эти потери не учитываются.

Нагрев инфильтрующего воздуха

Поток теплоты теряемый на нагрев наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, фрамуг, дверей и ворот определяется соотношением

Ф=Q ×ρ c (t _в - t _н )×Fп/3,6

Ф =3×1,2×1×24×122×14/3,6=40992 Вт

Тепловая мощность всей системы отопления определяется из уравнения теплового баланса и равна

Ф _от =283332+41025×4+40992×4= 607800Вт=0.607МВт.

Из соотношения 1МВт=0,86Гкал/ч найдем 0,607×0,86=0,52 Гкал/ч. Отопительный сезон составляет 182 дня, следовательно 0,52×182×24=2270 Гкал.

2.2.4 Математическая модель энергобаланса здания

Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям технологического процесса. Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких, теплота отдается с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Интенсивность теплоотдачи конвекцией в основном определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, а посредством лучеиспускания - температурой поверхностей ограждений, обращенных внутрь помещения.

Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств, теплофизических свойств наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения и, в какой-то мере, через внутренние ограждения, отделяющие данное помещение от смежных, имеющих более низкую температуру воздуха. Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через не плотности ограждений, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают снаружи в помещение.

При составлении энергобаланса промышленного предприятия удобно воспользоваться следующей обобщенной моделью. Q_i и Q_j - потоки теплоты, поступающие и удаляемые из объекта с потоками веществ G_i и G_j, например, с паром и конденсатом, топливом и уходящими газами и т. п.; Q_Gi и Q_Gj— потоки теплоты, подведенные к объекту и отведенные от него теплоносителями, циркулирующими по замкнутым контурам, например сетевой или оборотной водой; Q_Fi и Q_Fj - потоки теплоты, подведенные и отведенные через ограждения (стены, окна, полы, перекрытия зданий и др.); N_i и N_j — подведенная и отведенная электрическая или механическая энергия.

Понятно, что i ≠ j, поскольку в производстве имеют место многочисленные слияния и разделения потоков веществ, химические превращения, преобразования одних видов энергии в другие. Более того, количество различных видов потоков теплоты и энергии, подведенных к объекту и отведенных от него, как правило, также не совпадает.

В соответствии с принятой схемой уравнение энергобаланса объекта может быть представлено в виде:

ΣQi + ΣQGi + ΣQFi + ΣNi = ΣQj + ΣQGj + ΣQFj + ΣNj,

(2.11)

Правая часть уравнения включает как полезно используемые в дальнейшем потоки теплоты

ΣQi + ΣQGjn,

так и рассеиваемые в окружающую среду

ΣQioc + ΣQGioc + ΣQFi.

Поэтому уравнение (2.11) может быть преобразовано к виду:

ΣQi + ΣQGi + ΣQFi + ΣNi = ΣQjп + ΣQGjп + ΣQjо.с + ΣQGjо.с + ΣQFj + ΣNj,

(2.12)

В уравнении (2.11) отсутствуют составляющие ΣQ_Fjп, ΣQ_Fjo.c и ΣN_jп, ΣN_jo.c. Дело в том, что потоки теплоты через ограждения зданий, наружные поверхности оборудования и трубопроводов, расположенных на улице, — не что иное, как потери в окружающую среду, т. е. ΣQ_Fjo.c = ΣQ_Fj.

В учебном заведении имеются системы и установки с периодическим режимом работы. Поэтому для заведения, энергобаланс составляют не для произвольного

_і

момента, а для интервала времени, в течение которого рабочий цикл полностью заканчивается. В качестве такого интервала могут быть, рабочая смена, сутки, месяц, квартал, отопительный или летний сезоны, календарный год. Правильный выбор указанного периода позволяет использовать уравнения вида (2.11) и (2.12), не вводя в них дополнительные члены, для учета накопления или убыли энергии в элементах объекта во времени.

Принципиальная схема (см. рис. 2.6) позволяет рассмотреть основные подходы к составлению энергетических балансов.

Очевидно, что для большей части видов энергобалансов их составляющие следует представлять в единых единицах измерения (предпочтительно в тоннах условного топлива) за рассматриваемый промежуток времени.

Приходная часть энергобаланса ΣQ_прих (потребление энергии) может включать: получение топлива Q_mΣ, электрической Q_ээ и тепловой Q_тэ энергии со стороны и энергию, выработанную установками, утилизирующими энергию вторичных энергоресурсов, Q_вэр.

Топливо, потребляемое предприятием Q_m — топливо, используемое на производство тепловой и электрической энергии, потребляемой предприятием.

Тогда на энергообеспечение предприятия потребуется:

ΣQприх = QmΣ + Qээ + Qтэ + Qвэр,

(2.13)

На всех этапах движения энергии (получение, преобразование, распределение) существуют нерациональные расходы (потери) энергии Q_пот.

С учетом затрат энергии на собственные нужды в собственном источнике энергии и потерь энергии потребление энергии составит:

Qпотр = Qээ + Qтэ + Q'ээ + Q'тэ – Qсн+ QВЭР – ΣQпот,

(2.14)

где: Q'_тэ и Q'_ээ — тепловая и электрическая энергия, выработанные собственным источником, Q_сн — затраты энергии на собственные нужды источника.

Следует помнить, что при определении удельных затрат энергии на единицу выпускаемой продукции составляющие Q_тэ и Q'_тэ пересчитываютcя в условное топливо по разным значениям удельного расходе условного топлива на выработку единицы тепловой энергии.

3 ВЫБОР И УСТАНОВКА ТЕПЛОВОГО НАСОСА

3.1 Выбор источника тепла

Выбор источника низкопотенциального тепла (ИНТ) является сложной задачей обусловленной влиянием различных факторов. Таким образом, решение о том, будет ли в качестве источника тепла использоваться воздух, рассол (подземный тепловой коллектор, подземный тепловой зонд) или вода (колодезная установка, городской водопровод), открытые водоемы, сбросная вода и т. д. должно приниматься в зависимости от основных факторов. Рассмотрим эти факторы относительно наиболее широко использующихся источников тепла.

1. Сток тепла

Для ИНТ в виде воздуха, воды городского водопровода или колодезной установки, подземной воды, воды открытых водоемов сток тепла обычно имеет хорошие показатели. Для использования сбросной воды в качестве ИНТ сток тепла зависит от температуры этой воды, чем выше температура, тем больше сток тепла.

2. Капитальные затраты.

Для воздушного ИНТ капитальные затраты ниже чем в остальных ИНТ и сравнимы с источником тепла от городского водопровода. Капитальные затраты при использовании подземных коллекторов, тепловых подземных зондов или колодезной воды прямо зависят от стоимости бурения или других землеройных работ. Использование открытых водоемов характеризуется низкими капитальными затратами. При использовании ИНТ на основе сбросных вод капитальные затраты в переменные и в основном зависят от технической и конструктивной сложности доступа к источнику сбросной воды.

3. Эксплуатационные расходы.

ИНТ на основе воздуха, открытых водоемов имеют низкие расходы при эксплуатации. К средним по эксплуатационным расходам можно отнести источники тепла на основе подземных вод и грунтовых теплообменников. Средними и большими эксплуатационными издержками обычно характеризуются ИНТ воды городского водопровода.

4. Температурный уровень.

Для воздушного ИНТ обычно достаточный на территории Украины. Удовлетворительный для источников тепла на основе городского водопровода, подземной воды, открытых водопроводов. Достаточным температурным уровнем характеризуется сбросная вода и грунт (грунтовый теплообменник), хотя стоит заметить, что в последнем ИНТ температурный уровень падает по мере отдачи тепла.

Наряду со стоимостью теплового насоса и теплопотребляющей установки решающим образом на величину капитальных затрат влияет стоимость освоения источника тепла.

5. Изменение температуры.

Воздух как источник теплоты характеризуется сильным изменением температуры. Изменение температуры в грунтовых теплообменниках также существенно, но меньше чем ИНТ на основе воздуха. Изменение температуры водопроводной воды определяется средними перепадами температур в зависимости от места от 4 до 10 ⁰С. Среднее и умеренное изменение температуры характерно для открытых водоемов и сбросной воды. Наименее подвержен изменению температуры ИНТ на основе подземных вод или теплового зонда.

6. Доступность по размещению.

Наиболее доступным источником является воздух. Использование грунтовых теплообменников связано с наличием больших площадей свободного грунта. Получение тепла от водопроводной воды и открытых водоемов также определено наличием соответственно городского водопровода и водоема. Использование тепловых зондов может быть ограничено возможностью бурение скважины в данной местности.

7. Доступность по времени

Воздушные тепловые насосы и ТН на основе тепла открытых водоемов характеризуются непрерывностью использование соответствующего ИНТ. Доступность грунтового ИНТ также непрерывна, но его температура снижается по мере отбора тепла. Непрерывность использования городской водопроводной воды может быть ограничена слишком низкой наружной температурой воздуха и, как следствие, возможностью замерзания воды в водопроводе. Использование сбросной воды характеризуется переменным режимом, связанным с величиной и температурой потока сбросной воды.

На основе приведенных характеристик ИНТ в данной работе был выбран тепловой насос вода – вода, т. е. работающий на основе грунтового ИНТ(грунтовые зонды). Как было показано, основным недостатком грунтового источника тепла является то что его температура ИНТ снижается по мере отбора тепла. Как известно это негативно влияет на КОП теплового насоса, уменьшая его значение с понижением температуры, но необходимо сказать, что позитивные характеристики этого ИНТ (сравнительная доступность и простота эксплуатации), делают его одним из наиболее часто используемых для ТН.

3.2 Выбор теплонасосной установки

На основе проведенных расчетов для рассматриваемого помещения была тепловая мощность всей системы отопления Q = 0.607МВт. Эта величина являются определяющими для выбора теплового насоса.

В данной работе был выбран тепловой насос фирмы Waterkotte(Германия), серии DS 6500 модель DS 6485.3. Чтобы удовлетворить потребность в тепле установим два ТН суммарной мощность 0,6146 МВт. В качестве ИНТ выбраны грунтовые зонды.

Основные технические данные по ТН DS 6500 приведены в таблице 3.1

Тепловые насосы серии DS 6500

Описание: Тепловые насосы серии DS 6500 достигают мощности до 0.5 мВт, являются самыми мощными на нашем рынке. Прежде всего они используются в мощных отопительных системах - общественные здания, торговые центры или большие производственные площади. Применение: - общественные и административные здания - общественные бассейны - промышленность  Специфика: - открытая конструкция - мощность 164 кВт - 500 кВт - винтовой компрессор - температура на выходе до 65°C -Отопление здания, а также опциональное приготовление горячей воды

Таблица 3.1 – Технические характеристики Waterkotte DS 6500

Характеристики устройства	Модель: Waterkotte DS 6485.3
Источник тепла – Грунтовые воды
Характеристики в рабочих точках W10/W35 W10/W50	Тепловой насос для отопления и приготовления горячей воды
Потребляемая мощность вход/выход W10/W35	91,2/491,6 кВт
Габариты	2300x1815x930 мм.
Коэффициент преобразования тепла	5,4
Поток грунтовых вод (ΔT=4K)	86,2 м3/ч
Поток грунтовых вод номинальный (ΔT=6K)	57,5 м3/ч
Расход воды (ΔT=5K)	84,7 м3/ч
Потеря давления в конденсаторе	6,4 бар
Область применения W5/W55
Тип компрессора	винтовой компрессор
Источник тепла - Грунт
Расход воды (ΔT=5K)	68,0 м3/ч
Потеря давления в конденсаторе	4,1 бар
Потребляемая мощность вход/выход B0/W35	87,5/394,8 кВт
Коэффициент преобразования тепла	4,5
Поток жидкости (ΔT=4K) 70 % воды, 30 % этиленгликоля.	72,8 м3/ч
Потеря давления в испарителе	5,9 бар
Стоимость ТН	1161560 грн.

Описание

Корпус:

При этой серии все конструктивные элементы покрыты защитным лаком (RAL 7035, светло-серый). Удобно размещенный блок насосов в стальной каркас рамки. Эта стальная рамка служит для простой установки и укладки в здание. Все конструктивные элементы размещены полезно и максимально доступны. Связи труб гибко выводятся для предотвращения передачи шума.

Модуль насосов тепла

Применяются высокоэффективный полугерметичный компрессор, который эластично укрепляется на внутреннем шасси, опционально возможно двухступенчатое регулирование мощности. Применены только долговечные агрегаты.

Дисковый теплообменник из высококачественной стали работает с новыми, не горючими хладагентами. Это гарантирует, в комбинации с естеролом (биолгал. разрабатываемо), по результатам последнего промышленного исследования: оптимальные смазочные отношения, незначительные потери на трение и вместе с тем наивысшую продолжительность жизни для компрессора.

Циркуляция холода выведена после специальных защитных определений (электронный вентиль экспансии).

Защитный контроль со стороны входа испарителя сенсоры tWQ1, tWQ2, tVD2, со стороны выхода сенсоры tH1, tH2, tKMK. Система холода 3-х кратного тестирования.

Качество изготовления происходит на основе ISO 9000i, дополнено автоматизированным контролем качества под компьютерным наблюдением.

Электрическое оборудование

Электрическое оборудование включает защиту компрессора и ТН. Ящик переключения из листовой стали. Внутри смонтировано управление теплового насоса включая электрическое оборудование для снабжения и управления насоса источника тепла и отопительного насоса. Так же в ящике находятся переключения интерфейс RS232 для компьютерного сервиса, функции внешнего управления и т.д. Электрическое реле - это внутренний присоединительный терминал для всей сенсорной техники, включая все цифровые запросы, выходы реле : реле для помпового источника, помпового отопления, помповой горячей воды. Так же блок питания 24 В и схемы компрессора. Производительность реле: AC 1 x 230 В, 5 A. Переключения защитные устройства. Контроль через сенсоры температуры, со стороны входа, со стороны выхода.

Микрокомпьютер процессор Типизирование WPCU

Регулирование:

Регулирование отопительной установки происходит над регулятором Microcomputer самого нового поколения. С помощью нескольких расположенных в циркуляции тепловых насосов сенсоров постоянный диагностики циркуляции, так что ненормальные рабочие состояния заблаговременно узнают и сообщают, прежде чем доходит до возможной аварии устройства. Кроме того, новая техника позволяет связь следующих систем к дальнему диагнозу и дальнему регулированию или также более многочисленно чуждых системе функций.

Все задания относительно регулирования (в зависимости от наружной температуры наполняются руководством помещения пилота), управление, контроль, собственный диагноз, хранение данных при аварии и т.д. с интерфейсом RS232 для телемеханики, например, через телефонный модем (Einsteckmodem опционально).

Регулирование мощности:

75 / 100 %

Регулирование мощности имеется в распоряжении как опция. При регулировании мощности граница использования может сокращаться со стороны отопления на 10 K.

Опции:

Приготовление горячей воды (со стороны отопления, водных нагревателей, сенсора температуры, вентиль с тройной развилкой), программное обеспечение (ПК присоединение к интерфейсу RS232), программному обеспечению Fernwirk (телефонный модем, программное обеспечение с защитой доступа), естественное охлаждение.

3.3 Расчет теплового насоса с грунтовыми теплообменниками

В грунтовых ТН используется тепловая энергия, накопленная в грунте за счет нагрева ее Солнцем или другими источниками. Аккумулированное грунтом тепло трансформируется с помощью горизонтально проложенных грунтовых теплообменников (которые также называют грунтовыми коллекторами) или с помощью вертикально расположенных теплообменников (грунтовые зонды).

Количество трансформируемого тепла, а, следовательно, и размер необходимой поверхности для расположения грунтового коллектора существенно зависит от теплофизических свойств грунта и климатических условий местности. Теплофизические свойства, такие как теплоемкость и теплопроводность, очень сильно зависят от состава и состояния грунта. В этом отношении определяющим является доля воды, содержание минеральных составляющий (кварц, полевой шпат), а также доля и размер пор, заполненных воздухом. Аккумулирующие свойства и теплопроводность грунта тем выше, чем больше доля воды, минеральных составляющих и чем ниже содержание пор. Среднее значение удельной тепловой мощности грунта приведено в таблице.

Таблица 3.1. Среднее значение удельной тепловой мощности грунта

а б

Рис. 3.1. Тепловой насос с грунтовым зондом (а – общая схема, б – схема грунтового зонда)1 – обратная магистраль, 2 – подающая магистраль, 3 – петлевой зонд, 4 – защитный колпачок

При вертикальном исполнении грунтового зонда бурится скважина глубиной 60–200 м, в которую опускается несколько U-образных трубопроводов (рис. 3.1).

Требуемая глубина для расположения коллектора рассчитывается по формулам.

L=Qx/g, м

Qx =Qm - Pn , Вт

где Qm– теплопроизводительность ТН, Вт;

Pn– потребляемая мощность ТН от сети, Вт;

g – удельная мощность грунтового коллектора, Вт/м².

L – общая глубина скважин, м

Qx=394,8 - 87,5=307,3 кВт (для одного ТН)

Qx₂=307,3 ×2=614,6 кВт (для двух ТН)

g=80Вт/м² (грунт глинистый влажный)

L=307,3/80=3841,25 м

L2=3841,25×2=7682,5м (для двух ТН)

Целесообразно сделать 2 петли с глубиной залегания 50 м диаметром

Dу = 32 × 3 мм. Общая длина труб составит 200 м . Скважина с трубами заливается бетонитом, хорошо проводящим тепло. Количество теплоносителя определяется внутренним объемом труб коллектора (зонда) и подводящих труб. Диаметр подводящих труб берут на размер большим, чем труба коллектора. В нашем примере при трубе зонда Dу = 32 × 3 мм и подводящей трубе Dу = 40 × 2,3 мм длиной 10 м внутренний объем (таблица 2)с учетом подающей линии составит 2 × 100 × 0,531 +10 × 0,984 = 116,04л. Расход теплоносителя теплового насоса находят по паспорту на тепловой насос. Примем 72800 л/ч. Тогда расход на одну петлю составит 36400 л/ч.

Срок службы грунтового коллектора зависит от кислотности почвы: при нормальной кислотности (pH =5,0) – 50–75 лет, при повышенной (pH >5,0) – 25–30 лет.

Предприятие "Тепловые насосы" Украина, Киев может смонтировать систему "под ключ" [50]

Грунтовой контур теплового насоса (зонды в скважинах)

Название услуг или агрегатов	грн.
Стоимость 2х ТН Waterkotte DS 6485.3	2323120
Стоимость трубы	218560
Стоимость незамерзающей жидкости×	170000
Стоимость бурения, около	573400
Обвязка	116560
Работа, включая транспорт и подземный ввод труб от скважин в здание	50740
Дополнительные затраты	75600
Всего, грунтовой контур	1204880
Итого	3528000

Таблица 3.1

Глубина скважин, 7682,5м (Например, 77 скважин по 100 метров, или 154

скважины глубиной по 50 метров на расстоянии 10 - 15 метров друг от друга)

×Предусмотрено использование незамерзающей жидкости на основе пропиленгликоля - неядовитой пищевой и косметической добавки. При использовании незамерзающей жидкости на основе этиленгликоля стоимость незамерзающей жидкости снизится на 30%, но этиленгликоль ядовит.