- энтальпия воды, не испарившейся в охладителе РОУ и отведенной из РОУ с температурой, равной температуре насыщения при давлении редуцированного пара .

Уравнение материального баланса РОУ представляется в следующем виде:

. (3.25)

Решение уравнение (3.25) относительно дает формулу для определения расхода первичного пара:

. (3.26)

Подстановка выражения (3.26) в уравнение (3.24) и решение уравнения (3.24) относительно дает формулу для вычисления расхода охлаждающей воды:

. (3.27)

При расчете РОУ, по формуле (3.27) определяется расход охлаждающей воды, а затем по формуле (3.26) расход первичного пара.

3.5.2 Сетевые подогреватели

Сетевые подогреватели предназначены для подогрева сетевой воды паром из отборов турбин ТЭЦ или непосредственно из паровых котлов котельных (см. 2.2.2 и 2.2.3).

Наиболее применяемыми являются поверхностные трубчатые пароводяные подогреватели с вертикальным и горизонтальным расположением корпуса.

На ТЭЦ и в паровых котельных для подогрева сетевой воды устанавливают пароводяные подогреватели типов ПСВ и ПСГ (подогреватели вертикальные и горизонтальные), причем для более мощных установок применяют горизонтальные подогреватели. Схемы подогревателей представлены на рисунках 3.11 и 3.12.



Рисунок 3.11 - Вертикальный подогреватель сетевой воды

Обозначения к рисунку 3.11:

1 и 2 - входной и выходной патрубки сетевой воды; 3 и 4 - входная и выходная водяные камеры; 5 - верхняя (неподвижная) трубная доска; 6 - теплообменные трубки; 7 - нижняя свободная для перемещения трубная доска (перемещение обусловлено температурным расширением трубок); 8 - поворотная водяная камера; 9 - патрубок для входа пара; 10 - направляющие перегородки для пара, обеспечивающие также снижение вибрации трубок; 11 - патрубок для выпуска конденсата; 12 - патрубок для слива сетевой воды из подогревателя.

Основные технические характеристики вертикальных пароводяных подогревателей типа ПСВ:

Номинальный расход сетевой воды 8001800 т/ч

Рабочее давление воды 1,52,3 МПа

Рабочее давление пара 0,71,4 МПа

Максимальная температура нагрева сетевой воды 150180 ОС

Максимальная температура пара 350400 ОС

Площадь поверхности нагрева 200500 м2

Диаметр корпуса 12321640 мм

Общая высота подогревателя 55407340 мм

Пример обозначения:

ПСВ - 200 - 7 - 15

ПСВ - подогреватель сетевой вертикальный;

200 - площадь поверхности нагрева, м2;

7 - давление пара, атм. (0,69 МПа);

15 - давление воды, атм. (1,47 МПа).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3.12 - Горизонтальный подогреватель сетевой воды

Обозначения к рисунку 3.12:

1 и 2 - входной и выходной патрубки сетевой воды; 3 и 4 - входная и выходная водяные камеры; 5 - неподвижная трубная доска; 6 - теплообменные трубки; 7 - свободная для перемещения трубная доска; 8 - поворотная водяная камера; 9 - патрубок для входа пара; 10 - щелевой патрубок для отвода конденсата (предотвращает вскипание конденсата при снижении давления пара в паровом пространстве подогревателя); 11 - конденсатосборник; 12 - конденсатопровод; 13 - опоры подогревателя.

Основные технические характеристики горизонтальных пароводяных подогревателей типа ПСГ:

Номинальный расход сетевой воды 15007200 т/ч

Допустимое давление воды 0,8 МПа

Рабочее давление пара 0,050,25 МПа

Максимальная температура нагрева сетевой воды 120 ОС

Максимальная температура пара 127 ОС

Площадь поверхности нагрева 8005000 м2

Пример обозначения:

ПСГ - 800 - 3 - 8

ПСГ - подогреватель сетевой горизонтальный;

800 - площадь поверхности нагрева, м2;

3 - максимальное давление пара, атм. (0,29 МПа);

8 - допустимое давление воды, атм. (0,78 МПа).

3.5.3 Пример выбора сетевого подогревателя

Задание

Подобрать сетевой подогреватель теплоподготовительной установки ТЭЦ и выполнить поверочный тепловой расчет сетевого подогревателя, используя данные таблицы, при условии, что к.п.д. сетевого подогревателя зсп = 0,98; коэффициент теплопередачи сетевого подогревателя kсп = 2600 Вт/м2К.

Исходные данные

Наименование показателей	Варианты
	1	2	3
Расход сетевой воды Мсв, т/ч	300	325	350
Температура сетевой воды: - обратной tобр, єС - подающей tпод, єС	60 110	65 115	70 120
Давление в отопительном отборе Ротб, МПа	0,18	0,20	0,22

Решение

Выбор сетевого подогревателя для теплоподготовительной установки ТЭЦ включает: определение площади поверхности нагрева и расхода греющего пара, выбор серийного подогревателя по каталогу завода-изготовителя и тепловой поверочный расчет выбранного подогревателя.

Площадь поверхности нагрева определяется по формуле:

, (1)

где Qсп - тепловая нагрузка подогревателя, кВт;

Дtср.л - среднелогарифмический температурный напор в подогревателе, °С;

kсп - коэффициент теплопередачи в подогревателе, в соответствии с заданием 2600 Вт/мІ·К.

Тепловая нагрузка подогревателя определяется с водяной стороны:

, (2)

где Ср - средняя изобарная теплоемкость воды, принимается 4,19 кДж/(кг·К).

Среднелогарифмический температурный напор определяется выражением:

, (3)

где Дtб, Дtм - больший и меньший температурные напоры между теплоносителями, єС;

tотб - температура насыщенного отборного пара, определяется в соответствии с давлением пара в отопительном отборе Ротб по таблицам свойств водяного пара, єС.

Результаты расчета

Показатели	Формула для расчета	Варианты
		1	2	3
Мсв, т/ч	по заданию	300	325	350
tпод, єС	по заданию	110	115	120
tобр, єС	по заданию	60	65	70
tотб, єС	по таблицам водяного пара	117	120	123
kсп, Вт/(мІ·К)	по заданию	2600	2600	2600
Дtср.л., єС	(3)	24	22	18
Qсп, кВт	(2)	17458	18913	20368
Fн, мІ	(1)	282	349	450

Расход греющего отборного пара определяется по формуле:

, (4)

где iотб - энтальпия сухого насыщенного отборного пара, определяется в соответствии с давлением пара в отопительном отборе Ротб по таблицам свойств водяного пара, кДж/кг;

iґотб - энтальпия конденсата греющего отборного пара, определяется в соответствии с давлением пара в отопительном отборе Ротб по таблицам свойств водяного пара, кДж/кг.

Результаты расчета

Показатели	Формула для расчета	Варианты
		1	2	3
iотб, кДж/кг	по таблицам водяного пара	2702	2707	2711
iґотб, кДж/кг	по таблицам водяного пара	491	505	518
Дот, т/ч	(4)	29,01	31,55	34,12

Выбор серийного подогревателя производится по данным, приведенным в приложении А, из числа вертикальных пароводяных подогревателей сетевой воды типа ПСВ. Критериями выбора подогревателя являются: вычисленная поверхность нагрева Fн и давление греющего отборного пара Ротб.

Технические характеристики выбранного подогревателя

Показатели	Варианты
	1	2	3
Типоразмер	ПСВ- 315-3-23	ПСВ-315-3-23	ПСВ-500-3-23
Поверхность нагрева по типоразмеру , мІ	315	315	500
Количество трубок Z, шт.	1212	1212	1930
Длина трубок lт, мм	4545	4545	4545
Число ходов воды, n	2	2	2
Материал трубок	латунь	латунь	латунь
Наружный диаметр трубок dн, мм	19	19	19
Внутренний диаметр трубок dвн, мм	17,5	17,5	17,5
Площадь проходного сечения по воде, Sп, мІ	0,1380	0,1380	0,2190
Расчетное давление в трубках (вода) Рв, МПа	2,3	2,3	2,3
Расчетное давление в корпусе (пар) Рп, МПа	0,3	0,3	0,3
Расчетные температуры воды: - на входе tвх, єС - на выходе tвых, єС	70 120	70 120	70 120

Поверочный тепловой расчет подогревателя.

Скорость воды в трубках подогревателя определяется выражением:

, (5)

где св - плотность воды (кг/мі) при средней температуре нагреваемой воды (см. приложение Б):

. (6)

Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде бв вычисляется по формуле для принудительного движения жидкости внутри канала:

;

;

, (7)

где Nuв и Reв - числа подобия Нуссельта и Рейнольдса для потока нагреваемой в трубках воды:

; (8)

, (9)

Prв - число Прандтля при средней температуре нагреваемой воды;

еl - поправочный коэффициент, определяемый выражением:

. (10)

Значение коэффициента теплопроводности лв, коэффициента кинематической вязкости нв и числа Прандтля Prв определяются при средней температуре нагреваемой воды по данным, приведенным в приложении Б.

Коэффициент теплоотдачи от пара к стенкам трубок бп определяется методом последовательного приближения по формуле Нуссельта:

, (11)

где r - теплота конденсации греющего пара при давлении Ротб, определяемая по таблицам свойств водяного пара;

ск, лк, мк - соответственно, плотность, коэффициент теплопроводности и коэффициент динамической вязкости пленки конденсата, определяются по данным, приведенным в приложении В, при средней температуре конденсата:

, (12)

здесь tc - температура стенки трубок.

Значение температуры стенки tc и соответственно температурного напора пленки конденсата Дtпл = (tотб - tс) в формуле (11) неизвестны, что требует вычисления методом последовательного приближения.

Принимается с последующей поверкой:

, (13)

. (14)

Формулу Нуссельта (11) можно представить в следующем виде:

, (15)

где

. (16)

Удельный тепловой поток через пленку конденсата составит:

. (17)

Из уравнения (17) градиент температур в пленке конденсата Дt определяется выражением:

. (18)

Расчетное значение Дtпл по формуле (18) сравниваются с принятым значением Дtпл = 4 єС.

Расхождение Дtпл с первоначально принятым значением Дtпл = 4 єС невелико (см. результаты расчета), поэтому корректировки значений, ск, лк, мк и соответствующего пересчета бп не требуется.

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

, (19)

где дс - толщина стенки трубок подогревателя, дс = 0,00075 м;

лс - теплопроводность латунных стенок трубок подогревателя, лс = 105 Вт/(м·К);

дн - толщина накипи на трубках в период эксплуатации подогревателя, принимается дн = 0,0001 м;

лн - теплопроводность накипи, лн = 4,0 Вт/(м·К).

Тепловая мощность подогревателя по результатам поверочного расчета определяется произведением:

. (20)

Расхождение тепловой нагрузки подогревателя Qсп, вычисленный по формуле (2), и тепловой мощности подогревателя Qґсп, полученный в результате поверочного расчета по формуле (20), определяется соотношением:

. (21)

Значение расхождения Qсп и Qґсп не превышает допустимое 2 - 3% (см. результаты расчета), т.е. выбранный сетевой подогреватель удовлетворяет исходным данным задания.

Результаты расчета

Показатели	Формулы для расчета	Варианты
		1	2	3
, єС	(6)	85	90	95
св, кг/мі	Приложение Б	968,55	965,30	961,85
wв, м/с	(5)	0,591	0,642	0,436
лв, Вт/(м·К)	Приложение Б	0,673	0,678	0,680
нв, мІ/с	Приложение Б	0,348	0,328	0,312
Prв	Приложение Б	2,11	1,97	1,87
бв, Вт/(мІ·К)	(7)	4552	4998	3749
r, кДж/кг	По таблицам водяного пара	2211	2202	2193
tс, єС	(14)	113	116	119
, єС	(12)	115	118	121
ск, кг/мі	Приложение В	947	945	942
лк, Вт/(м ·К)	Приложение В	0,686	0,686	0,686
мк, Па · с	Приложение В	248,2	241,7	235,4
A	(16)	8142,8	8180,5	8213,2
Дtпл, єС	(18)	4,21	4,46	3,32
бп, Вт/(мІ·К)	(15)	5758	5785	6241
k'сп, Вт/(мІ·К)	(19)	2350	2652	2304
Q'сп, кВт	(20)	17766	18378	20736
ДQсп, %	(21)	1,7	2,9	1,8

ЛИТЕРАТУРА

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. - 7-е изд. стереот. - М.: Издательство МЭИ, 2001. - 472с.: ил.

2. Либерман Н.Б., Нянковская М.Т. Справочник по проектированию котельных установок систем централизованного теплоснабжения. (Общие вопросы проектирования и основное оборудование). - М.: Энергия, 1979.-224с.: ил.

3. Пешехонов Н.И. Проектирование теплоснабжения. - К.: Вища школа. Головное изд-во, 1982.-328с.: ил.

приложение

Технические характеристики вертикальных пароводяных подогревателей сетевой воды типа ПСВ	Расчетные температуры воды, °С	на выходе	150	150	150	150	150	150	150	150	150
		на входе	70	70	70	70	70	70	70	70	70
	Расчетное давление, МПа (изб.)	в трубках (вода)	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	2,3	2,3	2,3	2,3
		в корпусе (пар)	0,7	0,7	0,7	0,7	0,7	0,3	1,4	0,3	1,4
	Площадь проходного сечения по воде, мІ	0,01292/0,02584	0,0182/0,0364	0,0259/0,0518	0,0362/0,0724	0,0577/0,1154	0,1380	0,1380	0,2190	0,2190
	Число ходов воды	4/2	4/2	4/2	4/2	4/2	2	2	2	2
	Поверхность нагрева, мІ	45	63	90	125	200	315	315	500	500
	Количество и длина трубок, мм	228Х3410	320Х3410	456Х3410	640Х3410	1020Х3410	1212Х4545	1212Х4545	1930Х4545	1930Х4545
	Типоразмер	ПСВ-45-7-15	ПСВ-63-7-15	ПСВ-90-7-15	ПСВ-125-7-15	ПСВ-200-7-15	ПСВ-315-3-23	ПСВ-315-14-23	ПСВ-500-3-23	ПСВ-315-14-23

Приложение Б

Основные физические свойства воды

Температура t, °C	Плотность св, кг/мі	Коэффициент теплопроводности лв, Вт/(кг·°С)	Коэффициент кинематической вязкости	Число Прандтля Prв
30	995,7	0,627	0,804	5,44
40	992,2	0,631	0,659	4,33
50	988,1	0,643	0,556	3,57
60	983,2	0,656	0,478	3,00
70	977,8	0,664	0,416	2,68
80	971,8	0,668	0,367	2,24
90	965,3	0,678	0,328	1,97
100	958,4	0,682	0,296	1,76
120	943,4	0,686	0,246	1,44
140	926,4	0,686	0,212	1,23
160	907,5	0,684	0,192	1,11

Приложение В

Физические свойства воды (конденсата) на линии насыщения

t, °C	p, Мпа	ск, кг/мі	лк, Вт/(кг·°С)
100	0,101	958,4	0,684	282,5
110	0,143	951,0	0,685	259,0
120	0,198	943,1	0,686	237,4
130	0,270	934,8	0,686	217,8
140	0,361	926,1	0,685	201,1
150	0,476	917,0	0,684	186,4
160	0,618	907,4	0,681	173,6
170	0,792	897,3	0,676	162,8
180	1,030	886,9	0,672	153,0
190	1,255	876,0	0,664	144,2
200	1,555	863,0	0,658	136,4

Учебное издание

Гичёв Юрий Александрович

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Часть І

Конспект лекций

Тем. план. 2011, поз.

Подписано к печати 25.08.2011. Формат 60Ч84 1/16. Бумага типогр. Печать плоская. Уч.-изд. л. 3,05. Усл. печ. л. 3,02. Тираж 100 экз. Заказ № .

Национальная металлургическая академия Украины

49600, г. Днепропетровск-5, пр. Гагарина, 4

_________________________________

Редакционно-издательский отдел НМетАУ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Часть II

Ю.А. ГИЧЁВ

Днепропетровск НМетАУ 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

Ю.А. ГИЧЁВ

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Часть II

Утверждено на заседании Ученого совета академии

в качестве конспекта лекций. Протокол № 15 от 27.12.2010

Днепропетровск НМетАУ 2011

УДК 658.264 (7)

Гичёв Ю.А. Источники теплоснабжения промышленных предприятий. Часть ІІ: Конспект лекций. - Днепропетровск: НМетАУ, 2011. - 50 с.

Приведены виды и классификация потребителей теплоты в системах теплоснабжения, методики расчета тепловых нагрузок различных потребителей, схемы присоединения потребителей к тепловым сетям

Рассмотрены принципы выбора системы теплоснабжения и способов регулирования отпуска теплоты.

Предназначен для студентов направления 6.050601 - теплоэнергетика.

Илл. 4. Библиогр.: 3 наим.

Ответственный за выпуск М.В. Губинский, д-р техн. наук, проф.

Рецензенти: В.А. Габринец, д-р техн. наук, проф. (ДНУЖТ)

А.О. Ерёмин, канд. техн. наук, доц. (НМетАУ)

© Национальная металлургическая академия Украины, 2011

© Гичёв Ю.А., 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОТЫ И РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

1.1 Классификация тепловых нагрузок

1.2 Определение расхода теплоты на отопление зданий

1.2.1 Задача системы отопления, тепловой баланс здания и его составляющие

1.2.2 Расчетные расходы теплоты на отопление зданий

1.3 Определение расхода теплоты на вентиляцию

1.4 Определение расхода теплоты на горячее водоснабжение

1.5 Определение расхода теплоты на технологические нужды

1.6 Определение годового расхода теплоты

1.7 Графики тепловых нагрузок

2. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ

2.1 Присоединение потребителей к водяным тепловым сетям

2.1.1 Присоединение отопительных установок

2.1.2 Присоединение установок горячего водоснабжения

2.1.3 Совместное присоединение установок отопления и горячего водоснабжения

2.1.4 Центральные тепловые подстанции

2.2 Присоединение потребителей в паровых системах теплоснабжения

2.2.1 Присоединение отопительных установок

2.2.2 Присоединение установок горячего водоснабжения

2.2.3 Совместное присоединение установок отопления и горячего водоснабжения

2.2.4 Присоединение технологических потребителей

3. ВЫБОР И РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

3.1 Выбор системы теплоснабжения

3.1.1 Выбор теплоносителя

3.1.2 Сравнение открытых и закрытых систем теплоснабжения

3.1.3 Сравнение зависимых и независимых схем подключения потребителей

3.2 Регулирование системы теплоснабжения

3.2.1 Способы регулирования и их классификация

3.2.2 Выбор способа регулирования

ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ

В первой части конспекта приведены общие сведения о системах теплоснабжения: элементы систем теплоснабжения, виды источников и потребителей теплоты, классификация систем теплоснабжения. Основное содержание первой части конспекта заключается в изложении принципов теплоснабжения от котельных и ТЭЦ: тепловые схемы присоединения источников теплоты к тепловым сетям, теплоподготовительные установки источников и определение технико-экономических показателей источников теплоты.

Особенностью дисциплины «Источники теплоснабжения промышленных предприятий» является изучение источников теплоснабжения во взаимосвязи с потребителями теплоты, которые определяют вид и параметры необходимых теплоносителей, потребляемую тепловую мощность и характер изменения потребляемой тепловой мощности в течение времени.

В связи с этим вторая часть конспекта посвящена потребителям теплоты: виды и классификация потребителей, расчеты тепловых нагрузок различных потребителей, присоединение потребителей к тепловым сетям, регулирование подачи теплоты и прочее.

Материал дисциплины «Источники теплоснабжения промышленных предприятий», изложенный во второй части конспекта, непосредственно связан с последующей читаемой дисциплиной «Тепловые сети» и составляет учебно-методическую базу для выполнения курсового проекта по дисциплине «Тепловые сети»: методика расчета тепловых нагрузок для различных потребителей, определение вида и мощности источника теплоты, методика определения количества теплоносителей, отпускаемых потребителю от источника, схемы присоединения потребителей к тепловым сетям и регулирование тепловых нагрузок.

Данный конспект лекций разработан в соответствии с рабочей программой и учебным планом дисциплины. Знания, полученные при изучении дисциплины «Источники теплоснабжения промышленных предприятий», могут быть использованы при выполнении научно- исследовательских работ студентов, выпускных работ бакалавров, дипломных работ специалистов и выпускных работ магистров.

1. ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОТЫ И РАСЧЕТЫ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК

1.1 Классификация тепловых нагрузок

В зависимости от характера изменения в течение года потребители теплоты и соответствующие им тепловые нагрузки можно разделить на две группы:

1. Сезонные тепловые нагрузки, к которым относятся системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Соответствующие этим потребителям тепловые нагрузки действуют только лишь в определенные периоды года - сезоны. Отопление и вентиляция являются зимними тепловыми нагрузками, а кондиционирование воздуха - летней. Величины сезонных тепловых нагрузок и их изменение в течение года зависят, главным образом, от климатических условий района, в котором расположены потребители теплоты, и, в первую очередь, от температуры наружного воздуха.

2. Круглогодичные тепловые нагрузки, к которым относятся технологические нагрузки промышленных предприятий и горячее водоснабжение. Величины круглогодичных тепловых нагрузок практически не зависят от климатических условий района и периода года. Исключением являются промышленные предприятия, работающие по сезонному режиму, например, предприятия, перерабатывающие сельскохозяйственную продукцию. Несколько увеличивается круглогодичная тепловая нагрузка в зимнее время в связи с увеличением потерь теплоты при транспортировке теплоносителя, что учитывается специально предусмотренной корректировкой расчета тепловых нагрузок.

Проектирование системы теплоснабжения начинается с определения величин тепловых нагрузок потребителей, значение которых определяет мощность источника теплоты (котельных и ТЭЦ), выбор основного и вспомогательного оборудования источников, а также выбор теплоподготовительного оборудования источников.

Первоочередной задачей при проектировании системы теплоснабжения является определение расчетных тепловых нагрузок, т.е. максимальных тепловых нагрузок, на которые рассчитана система теплоснабжения.

1.2 Определение расхода теплоты на отопление зданий

1.2.1 Задача системы отопления, тепловой баланс здания и его составляющие

Основной задачей системы отопления является поддержание температуры воздуха внутри отапливаемых помещений здания на уровне санитарных. В зимнее время это возможно путем создания условий равновесия между притоком теплоты в здание и потерями теплоты, что отражается уравнением теплового баланса здания:

, (1.1)

где Qо - количество теплоты, поступающей в здание через систему отопления;

Qвн - внутренние тепловыделения в здании, не зависящие от работы системы отопления;

Qпт - потери теплоты через наружные ограждения здания вследствие теплопередачи;

Qин - потери теплоты от инфильтрации воздуха через неплотности в наружных ограждениях здания.

В соответствии с выражением (1.1) количество теплоты, которое необходимо передать в здание через систему отопления, представляется в следующем виде:

. (1.2)

Потери теплоты через наружные ограждения можно представить в виде суммы потерь теплоты через отдельные наружные ограждения здания:

, (1.3)

где ki - коэффициент теплопередачи через наружные ограждения (стены, окна, потолок верхнего этажа, пол нижнего этажа и прочее);

Fi - площадь поверхности отдельных наружных ограждений;

ti - разность температур воздуха с внутренней и наружной стороны ограждений.

Формула (1.3) носит общий характер и в практических расчетах применение ее крайне затруднительно вследствие сложной конфигурации зданий, большого количества наружных ограждений, сложности определения коэффициентов теплопередачи и прочего. На практике возможно применение ряда специально разработанных формул для определения потерь теплоты через наружные ограждения, в числе которых наиболее известна формула Н.С. Ермолаева:

, (1.4)

где Р,S,Н и Vн - геометрические характеристики здания, а именно:

Р - периметр здания в плане,

S - площадь здания в плане,

Н - высота здания,

Vн - объем здания по наружному обмеру (строительный объем здания);

kс, kок, kпт, kпл - коэффициенты теплотпередачи, соответственно, для наружных стен здания, окон, потолка верхнего этажа и пола нижнего этажа;

ост - коэффициент остекления (отношение площади окон к площади наружных стен здания);

пт, пл - коэффициенты, учитывающие изменение разности температур внутреннего и наружного воздуха для потолка верхнего этажа и пола нижнего этажа по сравнению с разностью температур для наружных стен (пот=0,750,9, пол=0,50,7);

tв и tн - температура воздуха внутри отапливаемых помещений и наружная температура воздуха.

В фигурных скобках формулы (1.4) заключена величина, которая представляет собой удельную теплопотерю здания (qО), т.е. теплопотерю, приходящуюся на единицу объема здания по наружному обмеру при разности температур внутреннего и наружного воздуха в один градус:

. , (1.5)

Понятие удельной теплопотери существенно упрощает формулу (1.4):

. (1.6)

Удельную теплопотерю здания (qО) в литературе называют также удельной отопительной характеристикой здания, удельной тепловой характеристикой здания при проектировании системы отопления и удельным расходом теплоты на отопление здания.

Удельные теплопотери зданий приведены в литературе [1, приложение 4].

Возможно определение по формулам, например, по формуле ВТИ:

, (1.7)

где а - коэффициент, учитывающий основной строительный материал здания (для кирпичных зданий - 1,9; для железобетонных - 2,32,7).

Условия применения формулы (1.7): Vн 3000 м3, а наиболее низкая температура наружного воздуха должна составлять -30 ОС. Для других климатических районов следует использовать формулу пересчета:

теплоснабжение энергия турбина конденсатор

, (1.8)

где qО - удельная теплопотеря здания, вычисленная по формуле (1.7);

- наиболее низкая температура воздуха в зимний период для конкретного климатического района.

Потери теплоты от инфильтрации наружного воздуха в отапливаемые помещения принято оценивать через коэффициент инфильтрации:

, . (1.9)

Потери теплоты от инфильтрации Qин в жилых и общественных зданиях составляют 3-6 % от потерь теплоты через наружные ограждения зданий Qпт, т.е. практически не превышают точности расчетов, что позволяет для жилых и общественных зданий не учитывать эти потери специальным расчетом. Учет потерь теплоты от инфильтрации для жилых и общественных зданий выполняется путем корректировки отопительных характеристик здания qО, приведенных в справочных данных.

Для производственных зданий =2530 % и требует учета в расчетах.

Значение коэффициента инфильтрации зависит от конструктивных характеристик здания и климатических условий района:

, (1.10)

где b - постоянная инфильтрации, (3540)·10-3 , с/м;

Н - высота здания, м;

Тн, Тв - температуры наружного воздуха и воздуха внутри здания, К;

- средняя скорость ветра в данном климатическом районе (для наиболее холодного месяца отопительного периода), м/с;

Внутренние тепловыделения для жилых зданий незначительны по

величине и носят случайный характер, поэтому в явном виде внутренние тепловыделения для жилых зданий в расчетах не учитывают (учитывают путем корректировки qО).

Внутренние тепловыделения в производственных зданиях значительны по величине и носят постоянный характер: работа термических установок и печей, остывание деталей и изделий, превращение механической энергии в тепловую, интенсивное освещение и прочее.

Внутренние тепловыделения в производственных зданиях учитываются путем корректировки значения отопительной характеристики зданий qО, что учтено в справочных данных, т.е. в явном виде величина внутренних тепловыделений в расчетах отсутствует.

При отсутствии величины внутренних тепловыделений Qвн уравнение (1.2) упрощается:

. (1.11)

С учетом соотношения (1.9) уравнение (1.11) примет вид:

. (1.12)

После подстановки в (1.11) выражения (1.6) формула для расчета расхода теплоты на отопление зданий принимает вид:

. (1.13)

1.2.2 Расчетные расходы теплоты на отопление зданий

Расчетный расход теплоты на отопление соответствует наиболее низкой температуре наружного воздуха, т.е. является максимальным расходом теплоты (обозначение или ). В соответствии с формулой (1.13) расчетный расход теплоты на отопление представляется в следующем виде:

, (1.14)

где - усредненная расчетная температура воздуха внутри отапливаемого помещения, принимаемая в соответствии с санитарными нормами;

- расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления.

Значение вычисляется в соответствии со СНиП 2.01.01-82 «Строительная климатология и геофизика» как средняя температура наиболее холодных пятидневок из 8 наиболее холодных зим за последние 50 лет.

Продолжительность отопительного периода () в соответствии со СНиП 2.01.01-82 определяется по числу дней в году с устойчивой среднесуточной температурой +8 ОС и ниже.

Наружная температура +8 ОС считается также расчетной температурой начала и конца отопительного периода .

Для г. Днепропетровска: =4200 ч, = -23 ОС

При любой другой наружной температуре , отличающейся от , расход теплоты на отопление определяется по расчетному расходу теплоты путем пересчета пропорционально разности температур:

. (1.15)

При отсутствии данных о типе застроек и наружных объемах жилых и общественных зданий СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» рекомендует расчетный расход теплоты на отопление вновь проектируемого жилого массива определять по формуле:

, (1.16)

где - укрупненный показатель максимального расхода теплоты на отопление 1 м2 жилой площади (для г. Днепропетровска =83 Вт/мІ);

Fж - общая жилая площадь массива, м2;

- коэффициент, учитывающий расход теплоты на отопление общественных зданий, составляющих инфраструктуру жилого массива (детские, учебные, медицинские, торговые и культурные учреждения), .

При проектировании системы отопления района расчетный расход теплоты на отопление вычисляется отдельно для жилых, общественных и производственных зданий, а затем суммируются:

. (1.17)

1.3 Определение расхода теплоты на вентиляцию

Расход теплоты на вентиляцию обусловлен необходимостью подогревать воздух, нагнетаемый в помещения в зимнее время, с целью воздухообмена.

Расход теплоты на вентиляцию жилых зданий, не имеющих специальной приточной системы вентиляции, не превышает 5-10 % от расхода теплоты на отопление и учитывается поправкой величины удельной отопительной характеристики здания .

Расход теплоты на вентиляцию производственных и общественных зданий, располагающих приточной системой вентиляции, составляет значительную долю от суммарного потребления теплоты и требует специального расчета.

В частности, расход теплоты на вентиляцию можно определить по следующей формуле:

, (1.18)

где m - кратность обмена воздуха в вентилируемых помещениях;

Vв - вентилируемый внутренний объем здания;

сВ - объемная теплоемкость воздуха;

В формуле (1.18) произведение m·Vв·сВ можно отнести к единице объема здания по наружному обмеру Vн, что дает удельный расход теплоты на вентиляцию здания:

. (1.19)

Величина представляет собой расход теплоты на вентиляцию здания, отнесенный к 1 м3 здания по наружному обмеру, при разности температур внутреннего и наружного воздуха в один градус.

В литературе значение называют также удельной вентиляционной характеристикой здания и удельной тепловой характеристикой здания при проектировании систем вентиляции.

В соответствии с понятием удельного расхода теплоты на вентиляцию формулу для расхода теплоты можно представить в следующем виде:

(1.20)

Значения для различных производственных и общественных зданий приведены в литературе 1, приложение 4.

Расчетный (максимальный) расход теплоты на вентиляцию определяется в зависимости от характера и интенсивности вредных выделений в вентилируемых помещениях здания. Возможны два варианта определения расчетного расхода теплоты на вентиляцию:

1. Для зданий, в которых характер вредных выделений не допускает даже кратковременного снижения интенсивности воздухообмена, вентиляция осуществляется без ограничений, а расчетный расход теплоты на вентиляцию составит:

. (1.21)

Под вентиляцией без ограничений подразумевается подача воздуха в помещения в полном объеме, вплоть до самой низкой температуры наружного воздуха tро. К зданиям, вентилируемым без ограничения, относятся производственные цеха и помещения с большой интенсивностью выделений вредных веществ или с выделением токсичных веществ.

2. В зданиях, где вентиляция может быть ограничена при минимальных температурах наружного воздуха, вентиляция осуществляется с ограничением, а расчетный расход теплоты на вентиляцию составит:

, (1.22)

где - расчетная температура наружного воздуха при проектировании систем вентиляции.

Расчетная температура наружного воздуха при проектировании систем вентиляции в соответствии со СНиП 2.01.01-82 вычисляется как средняя температура 15% времени отопительного периода с наиболее низкой температурой наружного воздуха, т.е., например, для г. Днепропетровска из климатических таблиц выбирается 630 ч (4200?0,15) с наиболее низкой температурой и за этот период температура усредняется (для г. Днепропетровска = -9 ОС).

В том случае, если температура наружного воздуха становится ниже , а характер вредных выделений в помещениях допускает ограничение вентиляции, расход теплоты на вентиляцию сохраняется на постоянном уровне путем сокращения кратности воздухообмена. При этом минимальная кратность воздухообмена соответствует температуре и определяется из соотношения:

, (1.23)

где - расчетная кратность воздухообмена.

При отсутствии данных о типах застроек и наружных объемах общественных зданий для вновь проектируемого жилого массива СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» рекомендуют определение расчетного расхода теплоты на вентиляцию общественных зданий, расположенных в жилом массиве, по формуле:

, (1.24)

где - коэффициент, учитывающий расход теплоты на вентиляцию общественных зданий (=0,6), остальные обозначения такие же, как и в формуле (1.16).

1.4 Определение расхода теплоты на горячее водоснабжение

Расход теплоты на горячее водоснабжение - круглогодовая тепловая нагрузка, т.е. практически не изменяется в течение года, однако существенно изменяется в течение суток и дней недели. В связи этим тепловую нагрузку горячего водоснабжения оценивают средней величиной - средненедельной тепловой нагрузкой.

Средний, т.е. средненедельный, расход теплоты на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий определяется по формуле:

, (1.25)

где - суточная норма расхода горячей воды на одного человека или на единицу потребления (койка в больнице, посадочное место в столовой и т.п.);

- число потребителей горячего водоснабжения;

- теплоемкость воды;

- температура горячей воды;

- температура холодной воды, которая используется для подготовки горячей воды;

- расчетная длительность подачи теплоносителя на горячее водоснабжение в течение суток (суточная норма подачи горячей воды, которая зависит от характера потребления и наличия теплоаккумулирующих устройств).

Нормы расхода горячей воды с температурой подачи 60 ОС приведены в СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» и в литературе 1, приложение 6. При подаче горячей воды с другой температурой, отличающейся от 60 ОС, нормы расхода горячей воды пересчитываются по формуле, учитывающей соотношение разности температур:

, (1.26)

где - отличающаяся от 60 ОС температура горячей воды.

Допустимый интервал изменения температуры подачи горячей воды определяется санитарными нормами и правилами техники безопасности:

* при подаче горячей воды непосредственно из тепловой сети интервал изменения температуры подачи составляет 65ч75 ОС, а средняя температура для расчета принимается 65 ОС;

* при подаче горячей воды путем подогрева водопроводной воды сетевой водой в теплообменнике местной установки горячего водоснабжения допустимый интервал температур подачи горячей воды составляет 50ч75 ОС, а средняя температура для расчета принимается 55 ОС.

При отсутствии конкретных данных в проектных заданиях о температуре холодной воды ее принимают в отопительный период 5 ОС, а в летний период 15 ОС.

При отсутствии данных о количестве и типах жилых и общественных зданий во вновь проектируемом жилом районе средний расход теплоты на горячее водоснабжение в течение отопительного (зимнего) периода определяется по формуле:

, (1.27)

где 1,2 - коэффициент, учитывающий потери теплоты в местных установках горячего водоснабжения;

24 - длительность подачи (в часах) теплоты на горячее водоснабжение в течение суток;

- норма расхода горячей воды в общественные здания, отнесенная к одному жителю района (при отсутствии данных принимается 25 л/чел·сут);

- число жителей в проектируемом районе.

В летний период расход теплоты на горячее водоснабжение несколько изменяется за счет более высокой температуры холодной воды и миграции населения. Пересчет среднего расхода теплоты на горячее водоснабжение с зимней нагрузки на летнюю выполняется по формуле:

, (1.28)

где - температуры холодной воды, соответственно, в летний и зимний периоды (+15 и +5 ОС);

- коэффициент, учитывающий миграцию населения в летний период (при отсутствии конкретных данных принимается для жилых и общественных зданий - 0,8, для предприятий - 1,0, для южных и курортных городов - 1,5).

Максимальная тепловая нагрузка горячего водоснабжения определяется по средней тепловой нагрузке с учетом коэффициента неравномерности тепловой нагрузки, который для жилых и общественных зданий принимается в пределах 2,0ч2,4:

. (1.29)

Существенным потребителем горячей воды на промышленных предприятиях являются душевые. Максимальный расход горячей воды на душевые зависит от количества душевых сеток и продолжительности зарядки баков-аккумуляторов горячей воды. Формула для определения максимального расхода теплоты на душевые имеет следующий вид:

, (1.30)

где - число рабочих, пользующихся душем;

- количество рабочих, приходящихся на одну душевую сетку;

Тз - продолжительность зарядки бака-аккумулятора, который устанавливается при количестве душевых сеток более 10.

Продолжительность зарядки бака-аккумулятора в зависимости от количества сеток составляет:

Количество сеток	1020	2130	30
Тз, ч	2	3	4

1.5 Определение расхода теплоты на технологические нужды

Удельные расходы теплоты, вид и параметры теплоносителя для технологических потребителей задаются технологиями на основе норм технологического проектирования. При отсутствии норм удельные расходы теплоты определяются теплотехническими расчетами или опытными данными.

Например, в черной металлургии удельные расходы теплоты составляют:

* в коксохимическом производстве 1,00 ГДж/т кокса;

* в доменном производстве 0,25 ГДж/т чугуна;

* в сталеплавильном производстве 0,13 ГДж/т стали;

* в прокатном производстве 0,35 ГДж/т проката.

Основным теплоносителем для технологических потребителей промышленных предприятий является пар различных давлений: 0,4 ч 3,5 МПа.

Количество теплоты на технологические нужды определяется объемом выпускаемой продукции:

, (1.31)

где - расход теплоты на технологические нужды, не зависящий от объема производства (для поддержания оборудования в рабочем состоянии);

q - удельный расход теплоты на единицу продукции или на единицу массы продукции (норма расхода теплоты);

П - объем производства.

При вычислении расхода теплоты на технологические нужды необходимо учитывать несовпадение максимальных потреблений теплоты отдельными агрегатами. При отсутствии сменных или суточных графиков расхода теплоты СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» допускают вводить к суммарному расходу теплоты понижающий коэффициент 0,9.

При отсутствии точных данных о графике работы оборудования, для определения суммарного расхода пара на технологические нужды можно использовать формулу:

, (1.32)

где Д1max - максимальный расход пара на самый мощный агрегат производства;

Д2max - максимальный расход пара на второй по мощности агрегат;

- сумма средних расходов пара на остальные агрегаты.

Расход теплоты на технологические нужды, при известном расходе пара, определяется по формуле:

, (1.33)

где - энтальпия пара, определяемая по таблицам или по is-диаграмме водяного пара.

1.6 Определение годового расхода теплоты

Годовой расход теплоты позволяет оценить энергозатраты на теплоснабжение района:

, (1.34)

где - соответственно, годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды.

Годовой расход теплоты на отопление определяется по формуле:

, (1.35)

где - средняя тепловая нагрузка за отопительный период;

- продолжительность работы дежурного отопления на промышленных предприятиях (дежурное отопление предназначено для поддержания температуры воздуха внутри отапливаемого помещения не ниже +5 ОС в нерабочее время);

- температура внутреннего воздуха при работе дежурного отопления;

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период.

Средний расход теплоты за отопительный период определяется на основе расчетного (максимального) расхода теплоты:

, (1.36)

где - средняя температура наружного воздуха за отопительный период:

 , (1.37)

здесь - продолжительность повторения наружной температуры в течение отопительного периода.

Продолжительность повторения отдельных температур наружного воздуха и продолжительность отопительного периода принимаются по климатическим данным района, в котором размещен проектируемый объект.

Для жилых и общественных зданий понятие дежурное отопление отсутствует, т.е. =0, поэтому годовой расход теплоты определятся произведением:

. (1.38)

Годовой расход теплоты на вентиляцию с ограничением определяется по формуле:

, (1.39)

где - продолжительность отопительного периода с температурой наружного воздуха ниже (от до ) по климатическим данным района;

- средняя температура наружного воздуха в течение отопительного периода, когда температура наружного воздуха держится в интервале от +8 до

. (1.40)

Годовой расход теплоты на вентиляцию без ограничения определяется по формуле:

, (1.41)

где - средняя тепловая нагрузка на вентиляцию

. (1.42)

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение определяется по формуле:

, (1.43)

где - продолжительность года (8760 ч); остальные обозначения такие же, как и в формуле (1.28).

Годовой расход теплоты на технологические нужды определяется по формуле:

, (1.44)

где Тсм - продолжительность рабочей смены или продолжительность работы теплопотребляющего технологического оборудования в течение смены;

- количество рабочих смен в году.

1.7 Графики тепловых нагрузок

Графики сезонных тепловых нагрузок включают (см. рис. 1.1):

* зависимости сезонных тепловых нагрузок (отопление и вентиляция) от температуры наружного воздуха (см. рис. 1.1 а);

* график продолжительности сезонных тепловых нагрузок (см. рис. 1.1 б).

График продолжительности тепловых нагрузок показывает продолжительность повторения тех или иных тепловых нагрузок в течение года. На основе графика продолжительности тепловых нагрузок осуществляют разграничение базисных и пиковых тепловых нагрузок и, соответственно, определяют мощности основного и резервного оборудования источника теплоты.

График продолжительности сезонных тепловых нагрузок строится в следующей последовательности:

Стоится график зависимости отопительной тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха (линия 1):

, (1.45)

интервал построения от = +8 ОС до (для г. Днепропетровска=-23 ОС).

Строится график зависимости вентиляционной тепловой нагрузки от температуры наружного воздуха (линия 2):

* для потребителей, допускающих ограничение вентиляции:

, (1.46)

интервал построения графика от = +8 ОС до (для г. Днепропетровска = -9 ОС), при < ;

* для потребителей, не допускающих ограничение вентиляции (на рис. 1.1 а график не показан):

, (1.47)

интервал построения графика от =+8 ОС до .

Строится график зависимости суммарной сезонной тепловой нагрузки (на отопление и вентиляцию) от температуры наружного воздуха (линия 3):

Qс=Qо+Qв=f(tн). (1.48)

По климатическим таблицам района определяется время , в течение ко-торого та или иная температура наружного воздуха и температуры ниже ее держатся в течение отопительного периода, т.е. время отопительного периода с температурой наружного воздуха, равной или ниже .

На оси абсцисс (см. рис. 1.1 б) восстанавливают вертикали и на вертикаль проектируют тепловую нагрузку, соответствующую . Совокупность точек пересечения нагрузок и вертикалей для ряда температур очерчивают плавной линией (см. рис. 1.1 б), которая является графиком продолжительности сезонных тепловых нагрузок, т.е. показывает продолжительность проявления той или иной тепловой нагрузки в течение сезона.



Рисунок 1.1 - Графики сезонных тепловых нагрузок: а - зависимости сезонных тепловых нагрузок от температуры наружного воздуха; б - график продолжительности сезонных тепловых нагрузок

Площадь под кривой графика продолжительности тепловых нагрузок, т.е. произведение расхода теплоты Q на длительность подачи теплоты n дает абсолютное количество теплоты, затраченной в течение года на покрытие сезонных тепловых нагрузок , а отношение к дает среднюю сезонную тепловую нагрузку за отопительный период:

, (1.49)

Средняя тепловая нагрузка дает основание для определения базисной тепловой нагрузки и, соответственно, выбора тепловой мощности основного оборудования источников теплоты (котельных и ТЭЦ). Тепловая нагрузка сверх средней позволяют выбрать резервное оборудование для покрытия пиковых потреблений теплоты.

Суммарный график продолжительности тепловых нагрузок (см. рис. 1.2) получается в результате совмещения круглогодичных тепловых нагрузок (технологические нужды и горячее водоснабжение) с графиком продолжительности сезонных тепловых нагрузок.

Рисунок 1.2 - Суммарный график продолжительности тепловых нагрузок

Площадь под кривой суммарного графика продолжительности тепловых нагрузок соответствует годовому расходу теплоты:

. (1.50)

2. ПРИСОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ К ТЕПЛОВЫМ СЕТЯМ

На схему присоединения потребителей к тепловым сетям, в первую очередь, оказывают влияние два фактора:

* вид системы теплоснабжения (в...