Проектирование и расчет системы энергоснабжения ботанического сада

355

47,2

10

84

0,3571

470

53,79

16

73

0,4348

628

62,05

20

70

0,5

675

67

25

73

0,5882

731

71,95

Если сравнивать варианты 2 и 3, то можно заметить, что выбрав вариант 3, можно добиться того же снижения тепловых потерь при более низкой толщине сотового поликарбоната (6 мм), а следовательно, и при более низкой цене на необходимое количество материала.

Таким образом, самым экономически выгодным вариантом уменьшения тепловых потерь является вариант 3 - установка сотового поликарбоната поверх существующего остекления.

Рекомендации уменьшения потерь через фасад здания оранжереи.

Как было рассмотрено ранее, большая часть тепловых потерь приходится на остекление крыши. Тем не менее уменьшение потерь тепла через остальные ограждающие конструкции является важным моментом в создании требуемого температурного режима в здании оранжереи при минимальных затратах на тепловую энергию.

Были приведены результаты тепловизионной съемки. По этим результатам можно сформулировать следующие рекомендации по уменьшению тепловых потерь через фасад здания оранжереи:

Обновить облицовку здания оранжереи, а именно покрыть слоем штукатурки и краски места фасада, где он отсутствовал изначально или обрушился во время эксплуатации;

обеспечить герметичность оконных рам путем замены изношенных уплотнителей;

загерметизировать щели между стеной и подоконником, а также между стеной и сэндвич-панелью;

ликвидировать щели между стеной и крышей;

на торцевой стене здания оранжереи заменить деревянное окно на ПВХ стеклопакет.

4.2 Расчёт и проектирование системы отопления

На данный момент источником теплоснабжения в оранжереи является пристроенная к оранжереи газовая котельная с двумя котлами мощностью по 100 Вт каждый.

После реконструкции оранжерей в декабре 2016 года и январе 2017 года наблюдается большой заброс потребления электрической энергии. В это время наблюдались большие теплопотери, следовательно, газовая котельная также работала на максимальной мощности. Тогда можно рассчитать максимальную реальную мощность котельной WК, ккал/час, определяемую по формуле:

,

где

- объем потребляемого газа при максимальной мощности котельной;

- удельная теплота сгорания топлива, для природного газа принимается равной 9000 ккал/м3;

и - КПД первого и второго котла соответственно, принимаются равными 0,97;

- время работы котельной, ч.

Определим объём газа, который требуется для обеспечения максимальной мощности, как среднее арифметическое между потреблёнными объёмами газа в декабре 2016 года и январе 2017:

,

где

- объем газа, потребленный в декабре 2016 года;

- объем газа, потребленный в январе 2017 года.

Тогда максимальная реальная мощность котельной будет равна:

.

Теплоноситель в системе отопления - горячая вода с параметрами Т11 = 80С и Т21 = 60С. Отопительными приборами являются чугунные регистры - отопительные приборы, состоящие из соединенных с помощью сварки между собой гладкостенных труб. К недостаткам таких отопительных приборов можно отнести подверженность коррозии, быстрое засорение в связи с небольшим внутренним диаметром проточных полостей и низкие показали теплоотдачи из-за малой площади соприкосновения с воздухом.

За время использования существующей системы отопления регистры были подвержены засорению и коррозии. В связи с этим теплоотдача данных приборов существенно уменьшилась. Поэтому необходима замена чугунных регистров на новые современные приборы отопления.

В качестве новых отопительных приборов были выбраны биметаллические радиаторы. Преимуществами биметаллических радиаторов являются:

Высокая теплоотдача;

возможность установить термостатические вентили для регулирования и контроля температуры в помещении;

долговечность;

длительный срок безремонтной эксплуатации;

простота монтажа.

Рекомендуется установить биметаллические радиаторы фирмы Rifar Base. Технические характеристики одной секции радиатора Rifar Base 500:

· Мощность - 204 Вт;

· рабочее давление - 20 атм;

· давление на разрыв - 100 атм;

· испытательное давление - 30 атм;

· межосевое расстояние - 500 мм;

· вес - 1,92 кг;

· объем - 0,2 л;

· размер - 570Ч80Ч100.

Система отопления зданий оранжереи принимается двухтрубной с нижней разводкой. Преимущества двухтрубной системы отопления:

Во все отопительные приборы теплоноситель поступает с одной и той же температурой;

выход из строя одного отопительного прибора никак не влияет на работу остальных.

Рассчитаем необходимое количество отопительных приборов для каждого здания оранжереи. Предварительный расчет можно сделать, ориентируясь на площадь помещения, для которого покупаются радиаторы. Согласно строительным нормам для обогрева понадобится 100 Вт тепловой мощности на каждый квадратный метр помещения. Для более точного расчета используется ряд коэффициентов, учитывающих особенности конкретного помещения, способные повлиять на его способность сохранять или отдавать тепловую энергию.

Таким образом, количество необходимых для отопления помещения секций отопительного радиатора Кс, шт., вычисляется по формуле:

,

где

А - площадь пола помещения, м2;

N - теплоотдача одной секции отопительного радиатора, Вт;

k1 - коэффициент, позволяющий учесть среднюю температуру воздуха в самую холодную неделю года;

k2 - коэффициент, учитывающий количество наружных стен;

k3 - коэффициент теплоизоляции стен.

Значения выше указанных коэффициентов приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4. Коэффициенты, учитывающие особенности помещения

Название коэффициента	Особенности отапливаемого помещения или погодных условий местности	Значение коэффициента
Коэффициент, позволяющий учесть среднюю температуру воздуха в самую холодную неделю года k1	Для -35 С	1,5
	Для -25 С	1,3
	Для -20 С	1,1
	Для -15 С	0,9
	Для -10 С	0,7
Коэффициент, учитывающий количество наружных стен k2	Одна стена	1,1
	Две стены	1,2
	Три стены	1,3
	Четыре стены	1,4
Коэффициент теплоизоляции стен k3	Низкая степень изоляции	1,27
	Хорошая теплоизоляция (кладка в два кирпича)	1
	Высокая степень изоляции (кладка в два кирпича и слой утеплителя)	0,85

Количество необходимых секций радиатора для отопления оранжереи А равно:

Количество необходимых секций радиатора для отопления оранжереи Б равно:

Округляя полученное значение до целых в большую сторону, получаем

Количество необходимых секций радиатора для отопления оранжереи В равно:

Округляя полученное значение до целых в большую сторону, получаем

Количество необходимых секций радиатора для отопления оранжереи В равно:

Округляя полученное значение до целых в большую сторону, получаем

Производители отопительных приборов стремятся указывать завышенные показатели теплоотдачи своей продукции, предполагая, что температура теплоносителя в системе будет максимальной. В реальных условиях это требование соблюдается редко. Поэтому необходимое количество отопительных радиаторов будет выбрано с запасом, чтобы исключить возможность нехватки тепловой мощности отопительных приборов для обогрева здания оранжереи.

Таким образом, количество секций радиатора мощностью 204 Вт, необходимых для обогрева оранжереи А принимаем равным 378. Такое количество секций радиатора удобно распределить на 27 отопительных приборов, количество секций в каждом из которых будет равно 14. Аналогично подбираем количество отопительных приборов для остальных оранжерей: для оранжереи Б - 10 радиаторов с 10 секциями мощностью 204 Вт, для оранжереи В - 8 радиаторов с 10 секциями мощностью 204 Вт, для оранжереи Г - также 8 радиаторов с 10 секциями мощностью 204 Вт.

Также рекомендуется систему отопления монтировать из полипропиленовых труб, обвязку котельной - из стальных водогазопроводных и электросварных труб. Для защиты наружной поверхности стальных труб необходимо использовать антикоррозийное покрытие.

5. Экономический расчёт затрат на потребляемые энергоресурсы. Расчёт окупаемости введения мер по энергосбережению

До реконструкции среди материалов стен и крыш оранжерей использовалось остекление деревянными двухкамерными стеклопакетами. К 2015 году многие части остекления крыши пришли в негодность: образовались щели, между стёклами скопилась пыль. Всё это ухудшало прохождение солнечного света и способствовало увеличению потерь тепла и затрат на энергоресурсы. На период с июля 2015 до июня 2016 года отапливаемые объёмы составляли:

· отапливаемый объём оранжереи А VА = 2840,53 м3;

· отапливаемый объём оранжереи Б VБ = 247,73 м3;

· отапливаемый объём оранжереи В VВ = 215,93 м3;

· отапливаемый объём оранжереи Г VГ = 184,77 м3.

Суммарный отапливаемый объём V?1 = 3488,96 м3.

Для теплоснабжения ботанического сада затрачиваются следующие энергетические ресурсы:

· электричество;

· природный газ.

Потребление данных энергоресурсов до реконструкции в натуральном и стоимостном выражениях представлено в таблицах.

Таблица 5.1. Энергопотребление ботанического сада до реконструкции в натуральном выражении

	Электроэнергия	Природный газ
	кВт•ч	куб.м
Июль 2015 г.	491	2
Август 2015 г.	1 615	2
Сентябрь 2015 г.	1 451	2 357
Октябрь 2015 г.	3 250	13 263
Ноябрь 2015 г.	13 470	-
Декабрь 2015 г.	8 666	14 574
Январь 2016 г.	8 667	17 936
Февраль 2016 г.	21 380	11 290
Март 2016 г.	8 012	12 348
Апрель 2016 г.	5 437	5 059
Май 2016 г.	3 679	3 799
Июнь 2016 г.	2 575	1 017
Итого за год	78 693	81 647

Тарифы на энергоресурсы в период с июля 2015 года до июня 2016 года были следующими:

· цена за 1 кВт•ч электроэнергии составляла в среднем 5,28 руб;

· цена за 1 м3 природного газа составляла в среднем 5,87 руб.

Исходя из этого, мы можем вычислить затраты на энергетические ресурсы и представить их в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Энергопотребление ботанического сада до реконструкции в стоимостном выражении

	Электроэнергия	Природный газ
	руб	руб
Июль 2015 г.	2 524,19	11,40
Август 2015 г.	7 981,38	11,42
Сентябрь 2015 г.	8 035,17	13 270
Октябрь 2015 г.	17 447,03	75 333,84
Ноябрь 2015 г.	73 034,41	-
Декабрь 2015 г.	48 076,49	83 072
Январь 2016 г.	46 705,65	107 092,90
Февраль 2016 г.	114 091	67 933,10
Март 2016 г.	42 572,65	75 955,28
Апрель 2016 г.	29 452,25	30 893,79
Май 2016 г.	20 560,06	22 899,01
Июнь 2016 г.	14 623,81	6 158,10
Итого за год	425 134,09	470 680,84

Электроэнергия затрачивается на обогрев помещений, когда с этой задачей не справляется газовая котельная, а также на освещение и обеспечение работы электротехники:

· два кондиционера суммарной мощностью 6600 Вт;

· чайник мощностью 1850 Вт;

· холодильник мощностью 200 Вт.

Рабочий день в ботаническом саду с понедельника по четверг длится 9 часов, в пятницу - 4 часа. Предположим, что в среднем в рабочий день чайник работает в течение 15 минут, потребляя 462,5 Вт, СВЧ - печь - 30 минут, потребляя 850 Вт, кондиционеры в летнее время работают 4 часа, потребляя 26400 Вт. Холодильник включен в сеть 24 часа в сутки, но при этом он работает примерно 8 часов в день, потребляя 1600 Вт, так как включается периодически при отклонении температуры в холодильной камере от заданной. В одном месяце 22 рабочих дня. Тогда общее потребление электроэнергии электротехникой в месяц составляет 42112,5 Вт (42 кВт). В период с мая по сентябрь температура воздуха даже в ночное время не опускается ниже нуля градусов, следовательно, электроэнергия на отопление не затрачивается. В этот период в среднем затрачивается 1962 кВт•ч в месяц. То есть из них 1920 кВт•ч расходуется только на освещение. Тогда представим затраты электроэнергии на отопление в таблице 5.3.

Таблица 5.3. Затраты электроэнергии на отопление в период до реконструкции в натуральном и стоимостном выражении

	Электроэнергия
	кВт•ч	руб
Июль 2015 г.	0	0
Август 2015 г.	0	0
Сентябрь 2015 г.	0	0
Октябрь 2015 г.	1 288	6 800,64
Ноябрь 2015 г.	11 508	60 762,24
Декабрь 2015 г.	6 704	35 397,12
Январь 2016 г.	6 705	35 402,4
Февраль 2016 г.	19 418	10 2527
Март 2016 г.	6 050	31 944
Апрель 2016 г.	3 475	18 348
Май 2016 г.	0	0
Июнь 2016 г.	0	0
Итого за год	55 148	291 181,4

Итого в период с июля 2015 года до июня 2016 года на отопление было затрачено 761 862,24 руб. Чтобы сравнить затраты электроэнергии и природного газа на отопление переведём их в тонны условного топлива, данные сведём в таблицу 5.4.

Таблица 5.4. Затраты электроэнергии и природного газа на отопление в период с июля 2015 года до июня 2016 года в т.у.т.

	Электроэнергия	Природный газ
	т.у.т.	т.у.т.
Июль 2015 г.	0	0,002
Август 2015 г.	0	0,002
Сентябрь 2015 г.	0	2,720
Октябрь 2015 г.	0,444	15,306
Ноябрь 2015 г.	3,965	-
Декабрь 2015 г.	2,310	16,818
Январь 2016 г.	2,310	20,698
Февраль 2016 г.	6,690	13,029
Март 2016 г.	2,084	14,250
Апрель 2016 г.	1,197	5,838
Май 2016 г.	0	4,384
Июнь 2016 г.	0	1,174
Итого за год	19	94,221
Общее количество	113,221

Вычислим удельные энергозатраты на отопление в период с июля 2015 года до июня 2016 года:

Eуд1 = Еобщ1/V?1 = т.у.т./м3.

Удельные энергозатраты на отопление в период с июля 2015 года до июня 2016 года в стоимостном выражении:

Суд1 = Собщ1/V?1 = руб/м3.

После реконструкции оранжерей ботанического сада их высота была увеличена на 2.7 м, после чего отапливаемые объёмы увеличились до следующих значений:

· отапливаемый объём оранжереи А VА = 4359,89 м3;

· отапливаемый объём оранжереи Б VБ = 404,28 м3;

· отапливаемый объём оранжереи В VВ = 357,82 м3;

· отапливаемый объём оранжереи Г VГ = 337,75 м3.

Суммарный отапливаемый объём V?2 = 5459,74 м3.

Если при этом не изменять материал стен и крыш оранжерей, то удельные энергозатраты останутся неизменными. В таком случае общие энергозатраты на отопление в натуральном и стоимостном выражении составят:

Еобщ2 = Eуд1• V?2 = 0,0325 • 5459,74 = 177,442 т.у.т.

Собщ2 = Суд1• V?2 = 218,364 • 5459,74 = 1192210,665 руб.

Потребление энергоресурсов с увеличением отапливаемого объёма выросло на 64,221 т.у.т., а денежные затраты на эти энергоресурсы увеличились на 430348,425 руб.

После реконструкции высота оранжерей была увеличена на 2,7 м, остекление крыш и стен было заменено на пластиковые стеклопакеты с одинарным стеклом толщиной 5мм. Проанализируем, как фактически изменились затраты на электроэнергию и природный газ после реконструкции по данным на период с июля 2016 года до июля 2017 года, представленным в таблице 5.5.

Таблица 5.5. Энергопотребление ботанического сада после реконструкции в натуральном выражении

	Электроэнергия	Природный газ
	кВт•ч	куб.м
Июль 2016 г.	818	0
Август 2016 г.	1 247	0
Сентябрь 2016 г.	3 352	2 628
Октябрь 2016 г.	7 563	13 589
Ноябрь 2016 г.	7 890	18 413
Декабрь 2016 г.	51 959	13 324
Январь 2017 г.	50 364	14 480
Февраль 2017 г.	27 022	15 675
Март 2017 г.	14 349	12 610
Апрель 2017 г.	7 665	11 232
Май 2017 г.	5 478	2 291
Июнь 2017 г.	2 473	1 337
Итого за год	180 180	105 579

Тарифы на энергоресурсы в период с июля 2016 года до июня 2017 года были следующими:

· цена за 1 кВт•ч электроэнергии составляла в среднем 5,36 руб;

· цена за 1 м3 природного газа составляла в среднем 6,06 руб.

Исходя из этого, мы можем вычислить затраты на энергетические ресурсы и представить их в таблице 5.6.

Таблица 5.6. Энергопотребление ботанического сада после реконструкции в стоимостном выражении

	Электроэнергия	Природный газ
	руб	руб
Июль 2016 г.	4 469,26	0
Август 2016 г.	6 862,54	0
Сентябрь 2016 г.	18 648,50	15 984
Октябрь 2016 г.	40 788,25	82 418,88
Ноябрь 2015 г.	42 192,06	111 137,73
Декабрь 2016 г.	266 618,49	80 406
Январь 2017 г.	253 318,33	87 152,94
Февраль 2017 г.	155 662,79	94 180,11
Март 2017 г.	73 422,63	76 377,73
Апрель 2017 г.	42 300,34	67 794,45
Май 2017 г.	29 823,53	14 443,97
Июнь 2017 г.	12 986,54	8 441,86
Итого за год	947 093,26	541 947,67

Если учитывать, что в период с мая по сентябрь температура воздуха даже в ночное время не снижается до отрицательной, то можно вычислить, что после замены остекления и увеличения высоты оранжерей суммарное электропотребление электроприборов и электропотребление на освещение стало равным 2674 кВт•ч в месяц. Тогда рассчитаем и представим затраты электроэнергии на отопление в таблице 5.7.

Таблица 5.7. Затраты электроэнергии на отопление в период после реконструкции в натуральном и стоимостном выражении

	Электроэнергия
	кВт•ч	руб
Июль 2016 г.	0	0
Август 2016 г.	0	0
Сентябрь 2016 г.	0	0
Октябрь 2016 г.	4 889	26205,04
Ноябрь 2015 г.	5 216	27957,76
Декабрь 2016 г.	49 285	264167,6
Январь 2017 г.	47 690	255618,4
Февраль 2017 г.	24 348	130505,3
Март 2017 г.	11 675	62578
Апрель 2017 г.	4 991	26751,76
Май 2017 г.	0	0
Июнь 2017 г.	0	0
Итого за год	148 094	793 783,8

Итого в период с июля 2015 года до июня 2016 года на отопление было затрачено 1 335 731,47 руб.

Чтобы сравнить затраты электроэнергии и природного газа на отопление, переведём их в тонны условного топлива, данные сведём в таблицу 5.8.

Таблица 5.8. Затраты электроэнергии и природного газа на отопление в период с июля 2016 года до июня 2017 года в т.у.т.

	Электроэнергия	Природный газ
	т.у.т.	т.у.т.
Июль 2015 г.	0	0
Август 2015 г.	0	0
Сентябрь 2015 г.	0	3,033
Октябрь 2015 г.	1,684	15,682
Ноябрь 2015 г.	1,797	21,249
Декабрь 2015 г.	16,679	15,376
Январь 2016 г.	16,429	16,710
Февраль 2016 г.	8,388	18,089
Март 2016 г.	4,022	14,552
Апрель 2016 г.	1,719	12,962
Май 2016 г.	0	2,644
Июнь 2016 г.	0	1,543
Итого за год	50,718	121,84
Общее количество	172,558

Вычислим удельные энергозатраты на отопление в период с июля 2016 года до июня 2017 года:

Eуд3 = Еобщ3/V?2 = т.у.т./м3.

Удельные энергозатраты на отопление в период с июля 2015 года до июня 2016 года в стоимостном выражении:

Суд3 = Собщ3/V?2 = руб/м3.

Чтобы сравнить полученные удельные энергозатраты на отопление в стоимостном выражении с аналогичными показателями до реконструкции, необходимо учесть рост тарифов на электроэнергию и природный газ. В пересчёте на новый тариф общие затраты на энергоресурсы в целях отопления в период до реконструкции станут равными 790 374,1 руб. Тогда:

Суд1/= Собщ1//V?1 = руб/м3.

Собщ1/ = Суд1/• V?2 = 226,536 • 5459,74 = 1 236 827,66 руб.

Можно сделать вывод о том, что удельные энергозатраты на отопление в натуральном выражении после реконструкции сократились на 0,0009 т.у.т./м3. Удельные энергозатраты на отопление в стоимостном выражении после реконструкции увеличились на 18,115 руб/м3. Общие затраты на электроэнергию и природный газ после реконструкции увеличились на 98 903,81 руб в год.

В данной дипломной работе мы предлагаем ввести следующие меры по сбережению тепловой энергии:

· заменить существующее остекление крыш и стен оранжерей на остекление пластиковыми двухкамерными стеклопакетами;

· установить теплоотражающие экраны за радиаторами;

· установить на окна теплоотражающую пленку.

После замены стеклопакетов на пластиковые двухкамерные, годовые энергопотери сократятся на 298954,41 Вт. Установка теплоотражающих экранов позволит сократить потери тепла на 3%, то есть на 13274,13 Вт в год. Установка на окна теплоотражающей плёнки позволит сократить теплопотери на 20%, то есть на 88494,17 Вт в год. То есть после введения такого комплекса мер по сбережению тепловой энергии годовые теплопотери сократятся на 400695,71 Вт, то есть, если 1 Вт = 0,8598 ккал/час, то теплопотери сократятся на 344518,17 ккал/час.

По формуле из пункта 4.2 рассчитаем тепловую мощность котельной для 1 м3 природного газа:

Рассчитаем, как сократится потребление газа в год:

То есть потребление газа уменьшится на 29295б76 м3 в год. Тогда экономия по тарифу 2017 года составит 177 532,3 руб/год.

Вместе с тем уменьшатся и затраты электроэнергии. Для обогрева помещений в холодное время года используются тепловые пушки, потребляемая мощность которых составляет 3 кВт. В декабре 2016 года и январе 2017 для обогрева использовались 10 тепловых пушек, потребление которых составило 43200 кВт•ч. В феврале 2017 года использовалось 6 тепловых пушек, их потребление составило 12960 кВт•ч. Суммарное потребление электроэнергии тепловыми пушками за указанный период составляет 56160 кВт•ч. В стоимостном выражении по тарифу 2017 года потребление электроэнергии тепловыми пушками составляет 301017,6 руб.

Рассчитаем стоимость введения всех предложенных мер по сбережению тепловой энергии.

Общая площадь остекления всех оранжерей составляет 1416,05 м2. Стоимость остекления составляет 2700 руб/м2. Тогда установка двухкамерного стеклопакета во всех оранжереях будет стоить 3 823 335 руб. Стоимость одного рулона шириной 1520мм и длиной 3000мм теплоотражающей плёнки на стёкла составляет 900руб. На всю площадь остекления потребуется 311 таких рулонов, их стоимость составит 279900 руб. В оранжереях установлено 72 пятнадцатисекционных отопительных радиаторов длиной 1200 мм и шириной 550 мм. Один рулон теплоизоляции шириной 500мм и длиной 6000 мм стоит 415 руб. Для установки теплоотражающих экранов за всеми батареями потребуется 15 рулонов, их стоимость составит 6225 руб. Суммарные затраты составят 4109460 руб.

Рассчитаем срок окупаемости введения предлагаемых мер по сбережению тепловой энергии оранжерей.

Таким образом, срок окупаемости с учётом роста тарифов на энергоресурсы составил 8 лет.

Размещено на Allbest.ru

...