Работу выполнила: Патапова А. В.

Студентка группы: Т-IV

Проверила: Бирюзова Е. А.

Санкт-Петербург

2015

Содержание

Введение

1. Характеристика района города

2. Определение расчетных тепловых потоков

3. Выбор и обоснование принципиальной схемы подключения потребителей теплоты к тепловым сетям

4. Расчет режимов регулирования отпуска теплоты и построение графиков регулирования отпуска теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение.

5. Трассировка тепловых сетей на генплане города. Выполнение расчетной схемы.

6. Гидравлический расчет тепловых сетей.

7. Описание и расчет принимаемых конструктивных элементов тепловой сети

8. Расчет гидравлических режимов (зимнего и летнего). Построение пьезометрического графика тепловых сетей с проработкой контрольных режимов.

9. Подбор основного и вспомогательного оборудования источника теплоты (пиковых котлов, сетевых и подпиточных насосов).

10. Разработка конструкции подземной прокладки теплопроводов, выбор материала и расчет толщины основного теплоизоляционного слоя.

Список использованной литературы

Введение

Основной задачей систем горячего водоснабжения является подача потребителю горячей воды с температурой не ниже 60 °С и по качеству удовлетворяющей требованиям санитарных норм.

Цель выполнения работы - разработать двухтрубную водяную систему теплоснабжения жилого района города с источником теплоты (котельная).

1. Характеристика района города

тепловой поток сеть вентиляция

Проектирование ведется в г. Рязань. Район включает в себя 20 кварталов, имеющих 4-5 этажные, 9 этажные и 12 этажные здания. Площади кварталов варьируются от 9,3 до 19,3 га. Рельеф района имеет разброс высотных отметок от 70 до 110 м.

Климатические характеристики:

t0 = -27оС - расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления; температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 (принимается по учеб. пособию прил. 1);

tv = -16оС - расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем вентиляции; средняя температура наиболее холодного периода;

tom = -4,2оС - средняя температура наружного воздуха за отопительный период;

ti = 18оС - температура внутреннего воздуха в помещении для жилищно-коммунального сектора;

no = 212 сут = 5088 ч - продолжительность отопительного периода;

nt - продолжительность стояния наружных температур с интервалом 5оС (прил. 1 учеб. пособия)

Таблица 1.

Таблица 2.

А - общая площадь жилых зданий каждого квартала;

- число человек, проживающих в квартале;

с - плотность населения (350 чел/га для 4-5 этажных зданий, 400 чел/га для 9 этажных зданий, 450 чел/га для 10-14 этажных зданий);

S - площадь квартала, га

f = 18-20 м2/чел. - норма площади, приходящейся на одного человека;

2. Определение расчетных тепловых потоков

1. Максимальный тепловой поток на отопление:

К1 - коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, согласно СНиПу «Тепловые сети» равен 0,25;

q0 - укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади, принимаемый по прил. 2 уч. пособия или прил. 2 СНиПа «Тепловые сети» в зависимости от температуры наружного воздуха (t0), от года постройки здания (до 1985 г. и после), от этажности зданий, и для зданий до 1985 г. постройки отсутствие/наличие энергосберегающих мероприятий, Вт/м2;

2. Максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий:

К2 - коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий,

К2 = 0,4 - для зданий, построенных до 1985г.

К2 = 0,6 - для зданий, построенных после 1985г.

3. Средний тепловой поток на ГВС:

tc = 5оС - холодная водопроводная вода в отопительный период;

а - норма расхода горячей воды при t = 55оС на одного человека в сутки, проживающего в здании с горячим водоснабжением, принимается по прил. 3 СНиПа «Внутренний водопровод и канализация зданий» в зависимости от степени комфортности здания;

b - норма расхода воды на ГВС при t = 55оС, потребляемые в общественных зданий на одного человека в сутки. Согласно СНиПу «Внутренний водопровод и канализация зданий» b = 25 л/сут·чел.;

с - удельная теплоемкость воды, с = 4,187 кДж/кг·оС;

4. Максимальный тепловой поток на ГВС:

5. Средний тепловой поток на ГВС в неотопительный период:

- холодная водопроводная вода в неотопительный период;

в - коэффициент, учитывающий изменение среднего расходы воды на ГВС в неотопительный период по отношению к отопительному периоду,

в = 0,8 - для жилищно-коммунального сектора,

в = 1 - для промышленных предприятий,

в = 1,5 - для курортных городов;

6. Средний тепловой поток на отопление:

7. Средний тепловой поток на вентиляцию:

8. Суммарный тепловой поток на систему теплоснабжения:

9. Годовой тепловой поток:

zv = 16 ч/сут - время работы системы вентиляции

3. Выбор и обоснование принципиальной схемы подключения потребителей теплоты к тепловым сетям

Открытая система горячего водоснабжения в своей конструкции имеет теплоноситель, который циркулирует в системе. Потребитель использует горячую воду, поступающую непосредственно из централизованной системы теплоснабжения. В данном случае вода в кране и внутри радиатора отопления по качеству будет одинаковой. Другими словами люди потребляют теплоноситель. Схема горячего водоснабжения многоквартирного дома в большинстве случаев подразумевает устройство, как раз открытой системы горячего водоснабжения. В то время, как в частных зданиях она не будет являться оптимальной по причине больших затрат при ее монтаже.

Данный способ обеспечения дома горячей водой многоквартирных домов не предусматривает эксплуатацию водонагревательных устройств, а значит, ее устройство является сравнительно экономичным.

4. Расчет режимов регулирования отпуска теплоты и построение графиков регулирования отпуска теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение

Согласно СНиП 2.04.07-86* «Тепловые сети»для теплоснабжения жилищно-коммунального сектора принимается качественное регулирование отпуска теплоты по нагрузке отопления или по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения согласно графику изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха.

Качественное регулирование по нагрузке отопления принимают в том случае, если отношение . Если же отношение , то принимают качественное регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения.

Согласно заданию принимаем качественное регулирование отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, т.е. по повышенному графику температуры воды. В расчете определяются температуры воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети и в подающем трубопроводе системы отопления соответствующие температурам наружного воздуха в диапазоне от +8оС до температуры расчетной для проектирования системы отопления с интервалом в 1оС.

ti - температура внутреннего воздуха в помещении для жилищно-коммунального сектора, 18оС;

tн - от +8оС до расчетной с интервалом в 1оС;

t0 - расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления; температура наиболее холодной пятидневки с обеспеченностью 0,92 (принимается по учеб. пособию прил. 1), -27оС;

1) ф1о - температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети;

2) ф2о - температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети;

3) ф3о - температура воды в подающем трубопроводе для системы отопления;

4) ?t - расчетный температурный напор нагревательного прибора;

5) ?ф - расчетный перепад температур в подающем и обратном трубопроводе;

6) ? - перепад температур в местной системе отопления;

7) - относительный тепловой поток на отопление;

8)

;

9) - балансовый коэффициент;

10) Относительный расход воды на отопление

11) Температура воды в подающем трубопроводе:

12) Температура воды в обратном трубопроводе:

13) Доля разбора воды:

, - из подающего трубопровода,

, - из обратного трубопровода.

Таблица 4.

5. Трассировка тепловых сетей на генплане города. Выполнение расчетной схемы

Трасса прокладывается от источника тепла до ЦТП, расположенного в каждом квартале. Трасса не должна пересекать кварталы и лесопарковые зоны. Ответвления присоединяются только под прямым углом. При выборе схемы магистральных тепловых сетей необходимо учитывать надежность и экономичность их работы. Следует стремиться к меньшей протяженности тепловых сетей, к меньшему количеству тепловых камер, применяя, по возможности, двухстороннее подключение кварталов.

Арматуру в тепловых сетях следует применять стальную. На выводах тепловых сетей от источника теплоты, на вводах в центральные тепловые пункты и индивидуальные тепловые пункты с суммарной тепловой нагрузкой на отопление и вентиляцию 0,2 МВт и более должна предусматриваться стальная запорная арматура.

Перед выполнением гидравлического расчета разрабатывают расчетную схему тепловых сетей, на которой проставляют номера участков (сначала по главной магистрали, потом по ответвлениям), расходы теплоносителя, длины участков. Главная магистраль - наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя.

6. Гидравлический расчет тепловых сетей

Основной целью гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловой сети.

Гидравлический расчет выполняется в 2 этапа:

I - конструктивный гидравлический расчет,

II - поверочный гидравлический расчет.

1. Определение расходов воды по участкам тепловой сети:

1.1. Расход воды на отопление

1.2. Расход воды на вентиляцию

1.3. Расход воды на ГВС

1.4. Расход воды в основном режиме

К3 - коэффициент, учитывающий долю расхода воды. Определяется по табл. 2 СНиПа «Тепловые сети» в зависимости от вида регулирования отпуска тепла. Для совмещенной нагрузке по отоплению и ГВС К3=0).

2. Подбор диаметров.

Поверочный расчет.

Участок 1:

d = 700 мм

L1 = 461,3 м

б = 134о

L1 до УП = 78,8 м

L1 после УП = 382,5 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

Lм

NНО шт.

L м

Участок 2:

d = 700 мм

L1 = 374,5 м

б = 164о

L2 до УП = 249,5 м

L2 после УП = 125 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

L м

NНО шт.

L м

Участок 3:

d = 700 мм

L3 = 133,2 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

L м

Участок 4:

d = 600 мм

L4 = 646,8 м

б = 95о

L4 до УП = 209,6 м

L4 после УП = 281,4 м

б = 92о

L4 после УП = 155,8 м

lmax НО для УП = 120 м

L41= 209,6 - 60 = 149,6 м

L42= 281,4 - 120 = 161,4 м

L43= 155,8 - 60 = 95,8 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

L м

NНО шт.

L м

NНО шт.

L м

Участок 5:

d = 600 мм

L5 = 385,8 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

L м

Участок 6:

d = 600 мм

L6 = 351,7 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

L м

Участок 7:

d = 600 мм

L7 = 450,5 м

lmax НО = 160 м

NНО шт.

L м

Участок 8:

d = 500 мм

L8 = 248,1 м

lmax НО = 140 м

NНО шт.

L м

Участок 9:

d = 450 мм

L9 = 748,7 м

б = 92о

L9 до УП = 257,1 м

L9 после УП = 255,9 м

lmax НО для УП = 96 м

L41= 257,1 - 48 = 209,1 м

L42= 255,9 - 48 = 207,9 м

lmax НО = 140 м

NНО шт.

L м

NНО шт.

L м

б = 78о

L9 после УП = 235,7 м

lmax НО = 140 м

NНО шт.

L м

Участок 10:

d = 400 мм

L10 = 326,1 м

б = 80о

L10 до УП = 133,4 м

L10 после УП = 192,7 м

lmax НО = 140 м

NНО шт.

L м

NНО шт.

L м

Участок 11:

d = 350 мм

L11 = 429,9 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 12:

d = 200 мм

L12 = 577,15 м

б = 159о

L12 1 до УП = 280,35 м

L12 2 после УП = 167,2 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

б = 90о

L12 2 до УП = 167,2 м

L12 3 после УП = 129,1 м

lmax НО для УП = 72 м

L12 2= 167,2 - 36 = 131,2 м

L12 3= 129,1 - 36 = 93,1 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

NНО шт.

L м

Участок 13:

d = 200 мм

L13 = 109,1 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 14:

d = 200 мм

L14 = 123,6 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 15:

d = 200 мм

L15 = 103,8 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 16:

d = 200 мм

L16 = 93,4 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 17:

d = 250 мм

L17 = 161,9 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 18:

d = 250 мм

L18 = 87,5 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 19:

d = 200 мм

L19 = 69,7 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 20:

d = 250 мм

L20 = 203,1 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 21:

d = 200 мм

L21 = 103,7 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 22:

d = 200 мм

L22 = 109,6 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 23:

d = 175 мм

L23 = 171,4 м

lmax НО = 100 м

NНО шт.

L м

Участок 24:

d = 250 мм

L24 = 160,8 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 25:

d = 200 мм

L25 = 112,8 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 26:

d = 175 мм

L26 = 111,2 м

lmax НО = 100 м

NНО шт.

L м

Участок 27:

d = 250 мм

L27 = 306,8 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 28:

d = 200 мм

L28 = 61,7 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 29:

d = 175 мм

L29 = 38,2 м

lmax НО = 100 м

NНО шт.

L м

Участок 30:

d = 175 мм

L30 = 156,5 м

lmax НО = 100 м

NНО шт.

L м

Участок 31:

d = 175 мм

L31 = 114,7 м

lmax НО = 100 м

NНО шт.

L м

Участок 32:

d = 250 мм

L32 = 158,1 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Участок 33:

d = 200 мм

L33 = 160,1 м

lmax НО = 120 м

NНО шт.

L м

Коэффициенты местных сопротивлений.

Увязка потерь давления по участкам главной магистрали и ответвлениям.

Участки увязываются, если величина относительной невязки

Если , увязываем путем изменения диаметра трубопровода или путем установки шайбы на ответвлении.

Ответвление 13:

Ответвление 14:

Ответвление 15:

Ответвление 16:

Ответвление 17:

Ответвление 18:

Ответвление 19:

Ответвление 20:

Ответвление 21 и 22:

Ответвление 23:

Ответвление 24:

Ответвление 25:

Ответвление 26:

Ответвление 27:

Ответвление 28 и 29:

Ответвление 30:

Ответвление 31:

Ответвление 32:

Ответвление 33:

7. Описание и расчет принимаемых конструктивных элементов тепловой сети

1. Подбор сальниковых компенсаторов

Расчет выполнен для участка 4.

Температурное удлинение:

б - средний коэффициент линейного расширения материала трубопровода, для стали б = 1,2·10-5 м/(м·Со) ;

L - расстояние между неподвижными опорами участка, по которому установлен рассчитываемый компенсатор;

ф1 - температура в подающем трубопроводе;

to - температура наружного воздуха при проектировании для системы отопления;

м

Расчетное удлинение:

мм

По учебному пособию прил. 14 табл. 1 подбираем односторонний сальниковый компенсатор:

Dy = 600 мм, Dн = 630 мм

Длина сальниковой набивки: lс = 130 мм

Компенсирующая способность: ?l = 500 мм

, кН

2. Подбор П-образных компенсаторов

Расчет выполнен для участка 25, К45

Температурное удлинение:

м

Расчетное удлинение:

х = ?l·е, м

х - расчетное температурное удлинение П-образного компенсатора с учетом предварительной растяжки;

е - коэффициент, учитывающий понижение напряжения П-образного компенсатора из расчета предварительной растяжки,

е = 0,5

х = 0,22·0,5 = 0,11 м

Компенсатор подбираем по справочнику «Водяные тепловые сети» под редакцией Громова табл. 11.3 или 11.4 или табл. 4 прил. 14 учебного пособия по величине диаметра трубопровода, чтобы компенсирующая способность была не менее величины температурного удлинения с учетом предварительного растяжения.

Dy = 200 мм, Dн = 219 мм

Н = 2,4 м

b = 4600 мм

c = 2100 мм

d = 700 мм

e = 400 мм

f = 400 мм

R = 850 мм

l = 1335 мм

L = 7,94 м

?lк = 160 мм

3. Расчет угла поворота (выполнен для участка 4)

УП = 95о = 90о +в

, МПа

?l - температурное удлинение короткого плеча угла поворота при равновеликих удлинениях обоих плеч,

Е - модуль продольной упругости материала трубопровода, для стали:

Е = 2·105

dн - наружный диаметр трубопровода,

l - длина короткого плеча УП,

n - отношение длины длинного плеча к короткому,

м

МПа

Сравниваем полученную величину напряжение в угле поворота с максимально допустимым значением МПа.

МПа, следовательно, выстроенная монтажная схема верна.

4. Расчет усилий, действующих на неподвижную опору

Pк - сила трения в сальниковых компенсаторах, принимается по справочному пособию по проектированию «Водяные тепловые сети» под ред. Н.К. Громова.

Pк = 71 кН

р = 1,6 МПа

В режиме нагрева:

Н

В режиме охлаждения:

Н

8. Расчет гидравлических режимов (зимнего и летнего). Построение пьезометрического графика тепловых сетей с проработкой контрольных режимов

Пьезометрический график строится на основании гидравлических расчетов всех режимов работы тепловой сети для всех участков главной магистрали и одного ответвления (в данном случае 23). Пьезометрической график строится для статического и динамического режимов теплоснабжения. За начало координат в магистральных сетях принимают местоположение источника теплоты. В принятых масштабах строят профиль трассы и высоты присоединенных потребителей. За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают отметку низшей точки теплотрассы. Строят линию статического напора, величина которого должна быть выше всех систем теплопотребления не менее чем на 5 м и не должна превышать максимальный рабочий напор для местных систем, равный 60 м (для систем отопления с чугунными радиаторами). Затем приступают к построению графиков напоров для динамического режима. Начальную точку откладывают выше точки, характеризующей напор местных систем потребления, и ниже линии статического напора. Затем, используя результаты расчета гидравлических режимов, строят линию потерь напора обратной магистрали. Потери напора в ЦТП равны 10 м, т.е. 5 м для подающей и обратной магистрали квартальных сетей. Потери напора у абонента равны 15 м. Затем строятся линии потерь напора подающего трубопровода с учетом потерь напора в ЦТП, а также линия потерь напора в коммуникациях источника теплоты. Источник теплоты - котельная, потери напора равны 15 м.

Квартал 18

Длина квартальной сети:

м

П - периметр квартала

Потери напора в подающей и обратной магистралях квартальной сети:

м

Квартал 10

9. Подбор основного и вспомогательного оборудования источника теплоты (пиковых котлов, сетевых и подпиточных насосов)

1. Подбор пиковых котлов.

Тип и количество пиковых котлов определяется в зависимости от выбранного коэффициента теплофикации бТ, при отсутствии данных об оборудовании источника тепла принимается равным от 0,4 до 0,6.

Расчетная пиковая нагрузка:

, МВт

QИТ - тепловая нагрузка источника тепла, принимаемая равной тепловой нагрузке на 1 участке,

Qотб - тепловая нагрузка отбора турбин,

, МВт

МВт

Подбираем 3 пиковых котла:

2 котла марки КВГМ-50:

Расход воды в основном режиме

- расчетный расход G = 618 т/ч

- минимальный расход G = 500 т/ч

- расчетные гидравлические потери котла в основном режиме: h = 13,3 м

1 котел марки КВГМ-30:

- расчетный расход G = 370 т/ч

- минимальный расход G = 300 т/ч

- расчетные гидравлические потери котла в основном режиме: h = 19,0 м

2. Подбор сетевых насосов.

Выбираем по величине требуемого напора и расхода воды.

1) Основной режим:

?НИТ = 15 м

?НС = 34,9 + 9,2 = 44,1 м

?НЦТП = 10 м

?Нкв = 2·4,5 = 9 м

?Наб = 15 м

м

Gdп = 3103,5 т/ч = 3231,9 м3/ч

По справочнику «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» В.И. Манюк подбираем 4 насоса: СЭ-1250-100, один из которых резервный.

з =81 % > 0,8· зmax = 0,8·82 = 65,6 %

Dк = 490 мм

N = 370 кВт

n = 1500 об/мин

2) Неотопительный период:

м

м

т/ч = 1258,3 м3/ч

По справочнику «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» В.И. Манюк подбираем 3 насоса СЭ-800-100-11, один из которых резервный.

з = 78 % > 0,8· зmax = 0,8·81 = 64,8

Dк = 428 мм

N = 243 кВт

n = 1500 об/мин

3. Подбор подпиточных насосов.

Согласно п. 5.19 по СНиП 2.04.07-86* «Тепловые сети» подпиточные насосы подбираются из условия поддержания в водяных тепловых сетях статического давления.

1) м

2)

По справочнику «Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей» В.И. Манюк подбираем 3 насоса СЭ-800-55-11, один из которых резервный.

з =81% > 0,8· зmax = 0,8·81 = 64,8

Dк = 428 мм

N = 132 кВТ

n = 1500 об/мин

10. Разработка конструкции подземной прокладки теплопроводов, выбор материала и расчет толщины основного теплоизоляционного слоя

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов ведется по нормируемой плотности теплового потока согласно СНиП 2.04.14-88* «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Для подающего трубопровода

1. - толщина теплоизоляционного слоя

2.

3.

лк - коэффициент теплопроводности материала тепловой изоляции, определяется для канальной прокладки прил. 1, для бесканальной по заданию или прил. 2 СНиПа «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

4.

tт - средняя температура тепловой изоляции

t? - температура перекачиваемой среды, принимается средней за год температуре теплоносителя, которая определяется по прил. 7 СНиПа «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» в зависимости от способа прокладки, величины отопительного периода и температурного графика;

5.

rtot - сопротивление теплопередачи на 1 м длины теплоизоляции;

te - температура окружающей трубопровод среды. При бесканальной прокладке принимаем средней за год температуре грунта на глубине проложения трубопроводов, определяется по прил. 3 Справочника проектировщика под ред. Громова;

ql - нормируемая линейная плотность теплового потока с 1 м длины цилиндрической теплоизоляционной поверхности (прил. 7 СНиПа «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» отдельно для подающего и обратного трубопроводов) в зависимости от диаметров трубопровода и температуры перекачиваемой среды;

К1 - коэффициент, учитывающий изменение стоимости теплоизоляционной конструкции в зависимости от района проектирования и способа прокладки (опр. по прил. 10 СНиПа «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»)

В = 1,92

6.

7. Проверка:

бе - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности тепловой изоляции, определяется по прил. 9 СНиПа «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Для обратного трубопровода