Определение тепловой нагрузки учебного здания ТТУ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство промышленности и новых технологий Республики Таджикистан

Министерство образования и науки Республики Таджикистан

Технологический университет Таджикистана

Факультет телекоммуникации и профессионального обучения

Кафедра физики, телекоммуникации и технических дисциплин

Выпускная квалификационная работа

Определение тепловой нагрузки учебного здания ТТУ

Студент(ка) группы 1-43010601

Девлохов Ш.М.

Руководитель работы

к.т.н., доцент Тагоев С.А.

Душанбе - 2019 г.



Шар?и мухтасар ба кори хатмкунандаи ихтисоси 1-43010601 дар мавз?и «Муайян намудани сарбории гармии бинои таълимии ДТТ»

тепловой водяной отопление гидравлический

Кори хатм ба муайян намудани сарбории гармии бинои таълимии ДТТ ба номи академик М.С. Осим? бахшида шудааст. Дар нати?аи ом?зиши адабиёт маълум карда шудааст, ки самти асосии таъмини самараноки кори система?ои истифодабарии энергияи гарм? дар бино?о ва нишонди?анда?ои баланди техник?-и?тисодии система?ои гармитаъминкунии марказонидашуда ин бе?тар намудани ре?а?ои кори шабака?ои гармиди??, чорабини?о дар асоси графики сарбории гарм? мебошад.

Додашуда?ои аввала бари ?исобкунии сарбории гармии ДТТ ?амъовар? карда шудаанд. Яке аз параметр?ои бино дар усули ?исобкунии сарбории гарм? аз р?и парметр?ои калонкардашуда ин ?а?ми бино мебошад. ?а?ми калонтаринро бинои сохтмон ва меъмор? - баробар ба 36179 м³ мебошад.

Сарбории гарм? барои гармкунии бино?ои ДТТ ?исоб карда шудааст. Сарбории максималии гармиро бинои сохтмон ва меъмор? - баробар ба 0,554 Гкал/соат дорад, ки сабабаш ?а?ми калон мебошад. Ми?дори гармии истифодашавандаи мо?она ва мавсим? барои бино?ои ало?ида ва тамоми донишго? ?исоб карда шудааст. Дар мавсими гармиди?ии 2017-2018 барои гармкунии бино?ои ДТТ 1975,5 Гкал/сол зарур буд.

Графики мавсимии истифодабарии гарм? сохта шудааст. Максимуми гармиистифодабар? ба мо?и январ - бо сабаби мо?и хунуктарин будан, минимум ба ноябр - бо сабаби р?з?о камтарини гармиди?? рост меояд.



Annotation for graduation work of specialty 1-43010601 on «Determination of thermal load of the educational building of TTU»

The final work is devoted to the determination of the thermal load of the educational building of TTU named after academician M. S. Оsimi. As a result of the study of literature sources revealed that the main way to ensure the effective operation of heat consumption systems of buildings and high technical and economic indicators of the district heating system as a whole is to optimize the operating conditions of heat networks, the development and implementation of adjustment measures based on the schedule of heating load.

Data were collected to calculate the thermal load of the buildings of TTU. One of the parameters of buildings by the method of enlarged parameters is the volume of the building. The largest volume among the considered buildings of TTU is the building of SIA - 36179 m³. The thermal loads for heating of individual buildings of the TTU are calculated. The maximum thermal load has a building SIM - 0,554 Gcal/hour due to the large volume. Monthly and seasonal consumption of thermal energy for individual buildings and throughout the TTU named after academician M. S. osimi are calculated. During the heating season 2017-2018 for heating University buildings to a comfortable temperature, it was necessary 1975,5 Gcal/year of thermal energy.

The seasonal schedule of thermal energy consumption is constructed. The maximum heat consumption falls on January, as it is the coldest month of the heating season, the minimum heat consumption falls on November because of the small number of days of heat supply.



Введение

В холодное время года отопление зданий и сооружений составляют одну из основных статей расходов любого предприятия. И тут не важно, жилое это помещение, общественное, производственное или складское. Везде нужно поддерживать постоянную плюсовую температуру, чтобы не замерзли люди, не вышло из строя оборудование или не испортилась продукция или материалы. В ряде случаев требуется провести расчет тепловой нагрузки на отопление того или иного зданий или всего предприятия в целом.

Расчет тепловой нагрузки производят для следующих целей:

- для оптимизации расходов на отопление;

- для сокращения расчетной тепловой нагрузки;

- в том случае если изменился состав теплопотребляющего оборудования (отопительные приборы, системы вентиляции и т.п.);

- для подтверждения расчетного лимита по потребляемой теплоэнергии;

- в случае проектирования собственной системы отопления или пункта теплоснабжения;

- если есть субабоненты, потребляющие тепловую энергию, для правильного ее распределения;

- в случае подключения к отопительной системе новых зданий, сооружений, производственных комплексов;

- для пересмотра или заключения нового договора с организацией, поставляющей тепловую энергию;

- если организация получила уведомление, в котором требуется уточнить тепловые нагрузки в нежилых помещениях;

- если организация не имеет возможности установить приборы учета теплоэнергии;

- в случае увеличения потребления теплоэнергии по непонятным причинам.

Целью данной работы является определение тепловой нагрузки на примере учебного здания ТТУ для сокращения расчетной тепловой нагрузки.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- изучение литературы по данной тематике;

- определение характеристик объекта;

- проведение расчетов по параметрам тепловой нагрузки;

- построение сезонных графиков использования теплоты.



Глава 1. Литературный обзор

1.1 Характеристика объекта

Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими основан в 1956 году как Таджикский политехнический институт. В апреле 1992 года переименован в Таджикский технический университет. В 1997 году по распоряжению Совета Министров Таджикистана университету было присвоено имя первого его ректора, академика Академии наук Таджикистана Мухаммада Сайфиддиновича Осими.

Учебные и жилые (общежития) здания Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими расположены в г. Душанбе. Здания № 1 и 2 расположены в проспекте академиков Раджабовых. Здание Строительство и архитектуры расположено в районе автовокзала (Хаёти Нав). Эти здания имеют центральное теплоснабжение.

В зданиях имеются тепловые пункты для распределения и регулирования расходов теплоносителя. В узлах учета тепловой энергии устанавливаются современные приборы учета тепловой энергии.

Здания факультетов транспорта, менеджмента и транспортной коммуникации и совместный с Белорусским национальным техническим университетом инженерно-технический факультет расположены в районе политехникума и не имеют центрального теплоснабжения.

Общежития расположены в 33 и 46 микрорайонах. Общежитие для иностранных граждан имеет центральное теплоснабжение.

1.2 Классификация систем теплоснабжения

По способу подачи воды системы теплоснабжения разделяются на закрытые и открытые, двух- и четырехтрубные и другие.

В закрытых системах теплоснабжения вода из теплосети не отбирается, а используется только как теплоноситель в водо-водяных теплообменниках для подогрева холодной водопроводной воды, поступающей в систему горячего водоснабжения.

Главные преимущества закрытой системы теплоснабжения: стабильное качество горячей воды и простота контроля плотности системы. Основные недостатки - сложность оборудования и эксплуатации абонентских вводов горячего водоснабжения; коррозия установок из-за поступления в них водопроводной воды, а также образование накипи и шлама в трубопроводах горячего водоснабжения.

В открытых системах теплоснабжения вода забирается непосредственно из тепловой сети и подается в систему горячего водоснабжения.

Основные преимущества открытых систем теплоснабжения: простые и недорогие абонентские вводы горячего водоснабжения, их долговечность; возможность использования однотрубных линий.

Недостатки открытых систем теплоснабжения: усложнение и удорожание оборудования водоподготовки и подпиточных устройств; нестабильность воды, поступающей на горячее водоснабжение по санитарным показателям (цветность, запах); усложнение контроля утечек теплоносителя и герметичности системы.

Двухтрубные системы теплоснабжения имеют общий подающий трубопровод горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и общий обратный трубопровод и применяются в основном при тепловых нагрузках более 58 МВт.

Четырехтрубные системы теплоснабжения применяются при нагрузках до 58 МВт и при небольшом радиусе расположения потребителей. Котельная имеет две водонагревательные установки: одна - для подогрева воды системы отопления и вентиляции, другая - для подогрева воды системы горячего водоснабжения.

Тепловые потребители могут присоединяться непосредственно к тепловым сетям через центральные тепловые пункты (ЦТП) или индивидуальные тепловые пункты (абонентские вводы), в которых осуществляется приготовление и подача горячей воды нужных параметров для целей отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

В закрытых системах теплоснабжения подача холодной воды на горячее водоснабжение осуществляется через водо-водяные теплообменники, в которых водопроводная вода подогревается до температуры +60...65 °С. В открытых системах теплоснабжения вода на горячее водоснабжение отбирается непосредственно из тепловой сети.

Системы отопления присоединяют к теплосети по одной из схем:

- независимой - нагрев воды осуществляется в теплообменнике;

- зависимой, при непосредственном подключении к теплосети;

- с подключением через элеватор, в котором смешивается вода из подающего и обратного трубопроводов и достигается нужная температура воды, идущей на отопление;

- с установкой подмешивающего насоса на перемычке между подающей и обратной линией.

Тепловые нагрузки отопления, вентиляции, горячего водоснабжения в теплосетях регулируют централизованно с помощью изменения:

- температуры воды в подающем трубопроводе теплосети без регулирования расхода воды (качественное регулирование);

- расхода сетевой воды при сохранении постоянной температуры воды в подающем трубопроводе (количественное регулирование);

- температуры воды в подающем трубопроводе теплосети с соответствующим изменением расхода воды (качественно-количественное регулирование).

Для корректирования регулирования (центрального) в тепловых сетях проводится дополнительно групповое местное регулирование на центральных тепловых пунктах, тепловых пунктах зданий, а также местное, индивидуальное регулирование на отдельных приборах. В рассматриваемых тепловых схемах котельных в тепловых сетях принято качественное регулирование тепловой нагрузки.

Потребителей теплоты по надежности теплоснабжения делят на потребителей первой и второй категорий. К первой категории относятся потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству, ко второй категории - все остальные потребители [5].

Котельные по надежности отпуска теплоты потребителям разделяются также на две категории. К первой категории относятся котельные, являющиеся единственным источником теплоты системы теплоснабжения и обеспечивающие потребителей первой категории, не имеющих индивидуальных источников теплоты, ко второй - все остальные котельные [5].

1.3 Водяная система отопления

Система водяного отопления считается наиболее надежной и простой: котел нагревает воду, которая затем поступает по трубам к комнатным батареям, оттуда, отдавая тепло в комнату через батареи, возвращается снова в котел.

Циркуляция воды поддерживается циркуляционным насосом. Система водяного отопления - это замкнутая цепочка, состоящая из котла-генератора тепла, трубопровода, батарей. По ней постоянно циркулирует вода или антифриз. Топливом для разогрева котла может служить каменный уголь, дрова, природный газ, керосин и пр.; централизованное электроснабжение или альтернативная электроэнергия: солнечные и ветряные преобразователи, мини-гидростанции и т.п.

Кроме котла, труб и батарей в водяную отопительную систему входят устройства для регулировки системы: расширительный бачок, куда отводятся излишки воды или антифриза, возникающие при нагревании; терморегуляторы, циркуляционный насос, манометр, запорный, автоматический воздухоотводчик, предохранительные клапаны.

В системе водяного отопления применяются трубы из разных материалов:

- стальные, стальные оцинкованные, нержавеющие. При монтаже их сваривают. Стальные трубы имеют существенный недостаток: низкая коррозионностойкость. Оцинкованные и нержавеющие трубы этого недостатка не имеют, в их монтаже желательно использовать резьбовые соединения. При сборке трубопровода из металлических труб нужен навык и квалификация. В настоящее время при новом строительстве коттеджей такие трубы используют меньше.

- медные. Медные трубы надежны, выносят очень высокие температуры и высокое давление. Соединяются методом высокотемпературной пайки серебросодержащим припоем. Их можно спрятать в стены дома с последующей заделкой. Работа с такими трубами требует высокой квалификации. Медные трубы самые дорогие из всех, и применяются в основном, в эксклюзивном строительстве.

- полимерные (металлопластиковые, полиэтиленовые, полипропиленовые армированные алюминием). Полимерные трубы удобны для монтажа и не требуют особых профессиональных качеств сборщика. Металлопластиковые трубы (алюминий с двух сторон покрыт пластиком), прочны, стойки к коррозии, не дают откладываться осадку на внутренней поверхности. Металлопластиковые трубы монтируют с помощью прессовых или резьбовых соединений без применения сварки, что снижает себестоимость монтажных работ. Однако, и у них есть недостаток: большой коэффициент теплового расширения. Если в трубе долгое время шла только горячая вода, а затем пошла холодная, то они могут дать течь. Поэтому временное прекращение работы котла в зимний период и размораживание систем отопления приводит к необратимому повреждению. Другая причина возможной течи: если согнуть ее под острым углом, то алюминиевый слой может просто сломаться.

Выбор материала для труб стоит согласовывать с проектировщиками, учитывая возможность альтернативного или «аварийного» отопления дома, а также ваши материальные возможности. Эксперты отмечают, что практически единственный способ получить абсолютно надежную систему, это применить медный трубопровод, который прослужит не одно поколение.

Система водяного отопления может быть одноконтурной и двухконтурной. Одноконтурная система предназначена только для отопления помещения. Двухконтурная система создается и для отопления и для нагрева воды для бытовых нужд. Часто применяются две одноконтурные системы, одна из которых отвечает за отопление, другая - для нагрева воды, тогда в теплое время года можно использовать только одну систему с учетом, что на подогрев воды для бытовых нужд затрачивается 25% мощности котла.

Существует три варианта разводки труб внутри помещений: однотрубная и двухтрубная, коллекторная. Двухтрубные системы отопления считаются оптимальными для индивидуальных домов.

Однотрубная разводка. Нагретая вода от котла переходит последовательно от одной батареи к другой. Последняя батарея в этой цепи будет холоднее первой. Эту систему чаще применяют в многоквартирных домах. Управлять системой с однотрубной разводкой трудно: без специальных приемов нельзя перекрыть доступ теплоносителя в один из радиаторов, так как при этом перекроется доступ и во все остальные.

Температуру в помещениях легче регулировать, если применена двухтрубная разводка. При этом типе разводки к каждому отопительному прибору подведены две трубы: с горячей и холодной водой.

Трубы могут быть разведены звездообразно, к батарее подходит труба с горячей водой и уходит с холодной. Температура каждой батареи одинакова, батареи, расположенные ближе к производителю тепла, более теплые.

Есть также лучевая или коллекторная разводка, когда от коллектора к каждому отопительному прибору подводятся две трубы - прямая и обратная. Коллектор в водяной отопительной системе - это устройство, которое собирает теплоноситель - воду.

Коллекторные системы универсальны, позволяют делать системы отопления со скрытой проводкой труб. Монтаж может осуществляться людьми без специальных навыков. Подобная схема разводки дает возможность регулировать систему и установку специальных электромоторов, поддерживающих заданную температуру в комнатах. Преимуществом является легкая регулировка температуры в каждой комнате, относительная легкость монтажа, возможность замены поврежденного участка трубы без разрушения конструкции пола. На каждом этаже в специальном шкафу располагаются коллекторы, из которых к радиаторам отопления идут трубы, независимо подключенные к каждому радиатору. В шкафу располагается вся запорная арматура. Необходимость установки шкафов и большие затраты труб относится к недостаткам коллекторной системы.

Системы водяного отопления имеют недостаток: трудоемкий и дорогой монтаж, необходимость профилактических работ. Если в системе применены антифризы, то нужно помнить, что все антифризы могут привести к течи в системе, через пять лет требуется смена антифриза, так как они стареют, и температура их замерзания повышается.

1.4 Режимы отпуска тепла

Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой. Нормальная работа систем теплопотребления суть обеспечение потребителей тепловой энергией соответствующего качества, и заключается для энергоснабжающей организации в выдерживании параметров режима теплоснабжения на уровне регламента. Гидравлический режим определяется характеристиками основных элементов системы теплоснабжения: водоподогревательная установка источника тепловой энергии с сетевыми насосами, тепловая сеть и теплопотребляющие установки.

Необходимо указать, что в системе теплоснабжения всегда имеет место взаимосвязь установившихся тепловых и гидравлических режимов. Изменение потокораспределения (его абсолютной величины включительно) всегда меняет условие теплообмена, как непосредственно на подогревательных установках, так и в системах теплопотребления. Результатом не нормальной работы системы теплоснабжения является, как правило, высокая температура обратной сетевой воды.

Следует отметить, что температура обратной сетевой воды на источнике тепловой энергии является одной из основных режимных характеристик, предназначенной для анализа состояния оборудования тепловых сетей и режимов работы системы теплоснабжения, а также для оценки эффективности мероприятий, проводимых организациями, эксплуатирующими тепловые сети, с целью повышения уровня эксплуатации системы теплоснабжения. Как правило, в случае разрегулировки системы теплоснабжения, фактическое значение данной температуры существенно отличается от своего нормативного, расчетного для данной системы теплоснабжения значения. Графическое отображение возможных значений фактических температур в подающем и обратном трубопроводах на выводе источника тепловой энергии представлено на рис. 1.

Следует отметить еще один аспект, связанный с увеличением относительно расчетного значения расхода сетевой воды на тепловой режим систем теплопотребления (отопления, вентиляции). Для непосредственного анализа целесообразно воспользоваться зависимостью, которая определяет в случае отклонения действительных параметров и конструктивных элементов системы теплоснабжения от расчетных, отношение действительного расхода тепловой энергии в системах теплопотребления к его расчетному значению.

Данная зависимость, отображена на рис. 1.2. По оси ординат отложены отношения действительного расхода тепловой энергии Q к его расчетному значению Q, по оси абсцисс отношение действительного расхода сетевой воды g к его расчетному значению g.

В качестве общих тенденций, необходимо указать, что, во-первых, увеличение расхода сетевой воды в n раз не вызывает соответствующего этому числу увеличения расхода тепловой энергии, то есть коэффициент расхода теплоты отстает от коэффициента расхода сетевой воды. Во-вторых, при уменьшении расхода сетевой воды подача теплоты в местную систему теплопотребления уменьшается тем быстрее, чем меньше фактический расход сетевой воды по сравнению с расчетным.

Рис. 1. Температурный график отпуска тепловой энергии: сплошная линия - температурный график отпуска тепловой энергии 150/70єС; пунктир - возможные фактические температуры на выходе источника



Рис. 2. График зависимости расхода тепловой энергии системами теплопотребления от расхода сетевой воды

Точка на рис. 2 с координатами (1;1) отображает расчетный, фактически достижимый режим работы системы теплоснабжения после проведения наладочных мероприятий. Под фактически достижимым режимом работы подразумевается такой режим, который характеризуется существующим положением конструктивных элементов системы теплоснабжения, тепловыми потерями зданиями и сооружениями и определяющимся суммарным расходом сетевой воды на выводах источника тепловой энергии, необходимым для обеспечения заданной тепловой нагрузки при существующем графике отпуска тепловой энергии.

Также следует отметить, что увеличенный расход сетевой воды, ввиду ограниченного значения пропускной способности тепловых сетей, приводит к уменьшению необходимых для нормальной работы теплопотребляющего оборудования значений располагаемых напоров на вводах потребителей.

Следует отметить, что потери напора по тепловой сети определяются квадратичной зависимостью от расхода сетевой воды:

То есть, при увеличении фактического расхода сетевой воды G_Ф в 2 раза относительно расчетного значения G_Р потери напора по тепловой сети увеличиваются в 4 раза, что может привести к недопустимо малым располагаемым напорам на тепловых узлах потребителей и, следовательно, к недостаточному теплоснабжению этих потребителей, что может вызывать несанкционированный слив сетевой воды для создания циркуляции (самовольному нарушению потребителями схем присоединения и т.п.).

Таким образом, в разрегулированной системе теплоснабжения, развитие которой, как правило, происходит по пути увеличения установленной мощности основного оборудования (насосных и водоподогревательной установки источника тепловой энергии), пропускной способности магистральной тепловой сети, параллельно с этими процессами происходит процесс гидравлической разрегулировки, при этом, по сути стихийно складывается объективная ситуация, при которой практически отсутствует не только возможность присоединения новых потребителей без дополнительных капитальных затрат на увеличение пропускной способности сети, установленной мощности сетевых насосных агрегатов, но и на поддержание требуемых параметров на вводах к потребителям.

Дальнейшее развитие такой системы теплоснабжения по пути увеличения расхода теплоносителя, во-первых, потребует замены головных участков теплопроводов, дополнительной установки сетевых насосных агрегатов, увеличения производительности водоподготовки и т.п., во-вторых, ведет к еще большему увеличению дополнительных издержек - расходов на компенсацию электроэнергии, подпиточной воды, потерь тепловой энергии.

Однако, вместе с тем, состав, структура, характеристики, состояние основного оборудования источника тепловой энергии и теплопроводов тепловых сетей, как правило, позволяют рассчитывать на обеспечение эффективной работы всей системы.

Таким образом, технически и экономически более обоснованным представляется развитие такой системы за счет улучшения ее качественных показателей - повышения температуры теплоносителя, перепадов давления, увеличения перепада температур (теплосъема), что невозможно без кардинального сокращения расходов теплоносителя (циркуляционного и на подпитку) в системах теплопотребления и, соответственно, во всей системе теплоснабжения.

При этом сокращаются также и капитальные затраты на развитие системы в случае присоединения новых потребителей, поскольку создается техническая возможность в присоединении без дополнительных капвложений в магистральные сети и источник теплоты.

Главным мероприятием, которое может быть предложено для оптимизации такой системы теплоснабжения, является наладка гидравлического и теплового режима системы теплоснабжения. Техническая сущность данного мероприятия заключается в установлении потокораспределения в системе теплоснабжения исходя из расчетных (т.е. соответствующих присоединенной тепловой нагрузке и выбранному температурному графику) расходов сетевой воды для каждой системы теплопотребления. Это достигается установкой на вводах в системы теплопотребления соответствующих дросселирующих устройств (авторегуляторов, дроссельных шайб, сопел элеваторов), расчет которых производится исходя из расчетного перепада давлений на каждом вводе, который рассчитывается исходя из гидравлического и теплового расчета всей системы теплоснабжения.

Следует отметить, что создание нормального режима функционирования такой системы теплоснабжения не ограничивается только проведением наладочных мероприятий, необходимо также проведение работ по оптимизации гидравлического режима системы теплоснабжения.

Режимная наладка охватывает основные звенья системы централизованного теплоснабжения: водоподогревательную установку источника теплоты, центральные тепловые пункты (при наличии таковых), тепловую сеть, контрольно-распределительные пункты (при наличии), индивидуальные тепловые пункты и местные системы теплопотребления. Наладка начинается с обследования системы централизованного теплоснабжения. Проводится сбор и анализ исходных данных по фактическим эксплуатационным режимам работы системы транспорта и распределения тепловой энергии, сведений по техническому состоянию тепловых сетей, степени оснащённости источника теплоты, тепловых сетей и абонентов коммерческими и технологическими средствами измерения. Анализируются применяемые режимы отпуска тепловой энергии, выявляются возможные дефекты проекта и монтажа, подбирается информация для анализа характеристики системы. Проводится анализ эксплуатационной (статистической) информации (ведомостей учета параметров теплоносителя, режимов отпуска и потребления энергии, фактических гидравлических и тепловых режимов тепловых сетей) при различных значениях температуры наружного воздуха в базовые периоды, полученной по показаниям штатных СИ, а также проводится анализ отчетов специализированных организаций.

Основными этапами работы по оптимизации теплового и гидравлического режимов системы теплоснабжения являются:

обследование системы теплоснабжения;

проведение испытаний, направленных на получение достоверной исходной информации по характеристикам основных элементов системы теплоснабжения;

создание математической модели фактического теплового и гидравлического режимов системы теплоснабжения;

разработка теплового режима системы теплоснабжения;

проведение гидравлического расчета тепловой сети и систем теплопотребления;

разработка оптимального гидравлического режима системы теплоснабжения;

расчет необходимых дроссельных и смесительных устройств;

разработка мероприятий по оптимизации режима системы теплоснабжения;

проверка выполнения разработанных мероприятий;

поэлементная регулировка системы теплоснабжения;

определение энергетического и экономического эффекта от внедрения мероприятий, направленных на оптимизацию режима системы теплоснабжения.

Учет отпуска теплоты обеспечивает контроль за удельным расходом топлива на выработку тепловой энергии. Основным путем обеспечения эффективной работы систем теплопотребления зданий (отопления, вентиляции и горячего водоснабжения) и высоких технико-экономических показателей системы централизованного теплоснабжения в целом является оптимизация эксплуатационных режимов тепловых сетей, разработка и внедрение наладочных мероприятий, основанном на графике отопительной нагрузки.

Режимы работы тепловой сети подразделяют на тепловой и гидравлический. Тепловой режим сети определяет метод регулирования отпуска теплоты и задает соответствующий график температур в тепловой сети и системах теплопотребления. На основе температурных графиков определяют потребные расходы теплоносителя в системах теплопотребления зданий и сетях. Гидравлический режим определяет требуемые перепады давления в тепловых сетях, условия по поддержанию расчетной циркуляции теплоносителя и его правильному распределению по всем подключенным к сетям системам теплопотребления.

На основе разработанного гидравлического режима задают параметры работы сетевых, подкачивающих и подпиточных насосов, автоматических регуляторов, рассчитывают дроссельные и смесительные устройства, устанавливаемые на тепловых пунктах и в системах теплопотребления. Следует подчеркнуть принципиальное отличие режимов, разрабатываемых на стадии проектирования систем теплоснабжения, и эксплуатационных режимов. Проектные тепловые и гидравлические режимы разрабатывают, как правило, при проектировании магистральных тепловых сетей, с их помощью определяют условия для дальнейшего проектирования распределительных сетей и выбирают схемы присоединения систем теплопотребления зданий к сетям.

Система централизованного теплоснабжения с момента ввода в эксплуатацию постоянно развивается за счет подключения к ней новых потребителей и строительства новых участков тепловых сетей. В связи с этим на каждый конкретный отопительный сезон следует рассчитывать и корректировать эксплуатационные режимы, учитывающие фактическое состояние системы теплоснабжения. Оптимизация эксплуатационных режимов должна предусматривать наиболее полное использование характеристик фактически установленного оборудования, рационализацию схем тепловых пунктов, использование возможности совместной работы тепловых сетей от нескольких источников теплоты, закрытие мелких неэкономичных котельных, увеличение пропускной способности сетей по теплоте за счет применения высоких температурных графиков регулирования отпуска теплоты.



Выводы по главе 1

Учебные и жилые (общежития) здания Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими расположены в г. Душанбе, здания № 1, 2, 4, 10, строительство и архитектуры и общежитие для иностранных студентов имеют центральное теплоснабжение.

Потребителей теплоты по надежности теплоснабжения делят на потребителей первой и второй категорий, к первой категории относятся потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству, ко второй категории - все остальные потребители. Учебные здания относятся ко второй категории.

Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой.



Глава 2. Расчетная часть

2.1 Исходные данные

Исходные данные (объемы) зданий ТТУ имени академика М.С. Осими приведены в табл. 1.

Таблица 1. Объемы зданий ТТУ имени академика М.С. Осими

№ п/п	Здание	Объем, м3
1	Здание №1 (Энергетический факультет)	34610
2	Здание №2 (Факультет инновационных технологий)	22717
3	Здание №6 (Факультет строительства и архитектуры)	36179
4	Общежитие для иностранных студентов	8066
5	Здание №10	5097
6	Здание №4	1500

Климатологические данные зависят от положения жилого района и принимаются по СНиП 23.01-99^* и данным [5].

1. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период в г. Душанбе - t_от. = 3,9С;

2. Продолжительность отопительного периода (число часов с устойчивой среднесуточной температурой наружного воздуха +8С и ниже) - n_от. = 112 суток.

3. Температура холодной воды зимой - t_х = 5С;

4. Плотность воды, принимаем = 1000 кг/м³;

5. Удельная теплоемкость воды, с = 4190 Дж/(кгС);

6. Средние температуры наружного воздуха по месяцам (табл. 2.2).



Таблица 2. Средние температуры наружного воздуха по месяцам года t_н.мес, С

Месяц	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XII
tн.мес,С	2,0	4,1	9,1	15,4	19,7	24,7	26,8	24,6	19,8	13,9	8,3	4,0

В таблице 3 приведены расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления, температуры внутри учебных и жилых помещений, среднемесячные температуры для г. Душанбе. Так как расчетная температура наружного воздуха для г. Душанбе выше -30С, поэтому температуры внутри помещений взята на 2С выше стандартной температуры.

Таблица 3. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления, температуры внутри учебных и жилых помещений, среднемесячные температуры для г. Душанбе

№ п/п	Температура	tср.м., С
1	Расчетные температуры наружного воздуха для проектирования системы отопления [2]	-13
2	Температура внутри учебных помещений [3]	+18
3	Температура внутри жилых помещений [3]	+20
4	Среднемесячная температура ноября [4]	+9,3
5	Среднемесячная температура декабря [4]	+4,1
6	Среднемесячная температура января [4]	+0,8
7	Среднемесячная температура февраля [4]	+3,4
8	Среднемесячная температура марта [4]	+8,6

2.2 Методика расчета

Тепловая нагрузка здания по отоплению - это общее количество тепла, которое использует система отопления здания для нагревания помещений до комфортных температур в холодный отопительный период. Расчет тепловой нагрузки обычно производится для определенного периода времени (час, сутки, месяц, сезон или год), но основным расчетным значением является часовая тепловая потребность. Тепловая нагрузка или мощность теплового потока обычно обозначается латинской буквой Q и измеряется в МВт, ГДж/ч или Гкал/ч, годовой расход тепла - в ГДж или Гкал.

Тепловая нагрузка по отоплению зданий имеет практически постоянный суточный график и сильно изменяющий годовой (сезонный) график. Существуют разные методы определения тепловой нагрузки, которые отличаются по точности, сложности, необходимостью использования измерительных приборов и т.д. В данной работе использована методика расчета тепловой нагрузки по укрупненным данным, являющейся относительно не сложным методом.

Расчетный тепловой поток (мощность) для отопления по укрупненным данным определяется по формуле [1]:

Q_0макс = ·q₀·V(t_вн - t_рно)(1+K_инф)10^-6, Гкал/ч, (2.1)

здесь: - коэффициент, учитывающий отличие расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления в местности, где расположено рассматриваемое здание, от -30 °С, при которой определено соответствующее значение q₀; (в зависимости от t_рно, формула (2), табл. 1); q₀ - удельная тепловая характеристика здания при t_рно = -30°С (формула (3), табл. 2), ккал/(чЧм³Ч°С), поток тепла, которая теряет 1 м³ объем здания в единицу времени при разности температур воздуха внутри помещения и наружного воздуха 1С; V - объем здания по наружному обмеру, м³; t_вн - расчетная температура внутри помещения, С; t_рно - расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления зданий, С; K_инф - расчетный коэффициент инфильтрации, обусловленной тепловым и ветровым напором, т.е. соотношение тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при температуре наружного воздуха, расчетной для проектирования отопления [1].

(2.2)

, ккал/(ч·м³·С) (2.3)

Таблица 4. Значения коэффициента учета местности в зависимости от t_рно

tрно, С	0	-5	-10	-15	-20	-25	-30
	2,05	1,67	1,45	1,29	1,17	1,08	1

Для г. Душанбе расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления зданий (температура наиболее холодного месяца отопительного сезона. Продолжительностью не менее 5 суток) t_рно = -13 С, поэтому коэффициента учета местности =1,36. На балансе университета имеются учебные корпуса (общественные здания) и жилые здания (общежития).

Таблица 5. Удельная тепловая характеристика зданий

Здание	Наружный объем здания, V, м3	Удельная тепловая характеристика здания для отопления q0, ккал/(чЧм3Ч°С)
Образовательные здания	до 5000	0,39
	доо 10000	0,35
	более 10000	0,33
Жилые здания	8000	0,35

Расчетный коэффициент инфильтрации определяется по формуле:

(2.4)

где, g - ускорение ускорение свободного падения, м²/с; L - свободная высота здания, м; w - расчетная для данной местности скорость ветра в отопительный период, м/с, принимается по СНиП 2.04.05-91 [1].

Например, при высоте пятиэтажного здания L=15 м и средней скорости ветра w=3 м/с получим:

.

Для упрощении расчетов принимаем K_инф=0,1. Среднемесячная количество потребного тепла определяется по формуле, Гкал:

, Гкал, (2.5)

где: n_м - количество суток в данном месяце, сут., t_ср.м. - средняя температура данного месяца, С.

2.3 Расчет тепловых нагрузок

Используя приведенную методику и исходные данные, рассчитываем тепловые нагрузки зданий.

Расчетный тепловой поток (тепловая мощность) для отопления зданий № 1, № 2, СиА, общежития, №4 и №10 соответственно:

Q₁ = ·q₀·V(t_вн-t_рно)(1+K_инф)10^-6=1,360,3334610 (18-(-13))1,110^-6 =

=0,530 Гкал/ч.

Q₂ = ·q₀·V(t_вн-t_рно)(1+K_инф)10^-6=1,360,3322717(18-(-13))1,110^-6 =

=0,348 Гкал/ч.

Q₃ = ·q₀·V(t_вн-t_рно)(1+K_инф)10^-6=1,360,3336179(18-(-13))1,110^-6 =

=0,554 Гкал/ч.

Q₄ = ·q₀·V(t_вн-t_рно)(1+K_инф)10^-6=1,360,358066(20-(-13))1,110^-6 =

=0,140 Гкал/ч.

Q₅ = ·q₀·V(t_вн-t_рно)(1+K_инф)10^-6=1,360,355097(18-(-13))1,110^-6 =

=40,68750,35509710^-6 =0,083 Гкал/ч.

Q₆ = ·q₀·V(t_вн-t_рно)(1+K_инф)10^-6=1,360,391500(18-(-13))1,110^-6 =

=0,027 Гкал/ч.

Среднемесячная тепловая нагрузка для здания № 1:

=17,9 Гкал.

=176,9 Гкал.

=218,7 Гкал.

=167,8 Гкал.

=61,6 Гкал.

Среднемесячная тепловая нагрузка для здания № 2:

=11,8 Гкал.

=116,2 Гкал.

=143,6 Гкал.

=110,2 Гкал.

=40,4 Гкал.

Среднемесячная тепловая нагрузка для здания СиА:



=18,7 Гкал.

=184,9 Гкал.

=228,6 Гкал.

=162,8 Гкал.

Среднемесячная тепловая нагрузка для здания общежития:

=5,5 Гкал.

=50,1 Гкал.

=60,7 Гкал.

=47,3 Гкал.

=18,5 Гкал.

Среднемесячная тепловая нагрузка для здания № 10:

=2,8 Гкал.

=27,7 Гкал.

=34,2 Гкал.

=26,3 Гкал.

=9,7 Гкал.



Среднемесячная тепловая нагрузка для здания № 4:

=0,9 Гкал.

=9,0 Гкал.

=11,1 Гкал.

=8,5 Гкал.

=3,1 Гкал.

Выводы по главе 2

Тепловая нагрузка здания по отоплению - это общее количество тепла, которое использует система отопления здания для нагревания помещений до комфортных температур в холодный отопительный период.

Одним из основных методов расчета тепловых потоков (мощностей) для отопления зданий является метод расчета тепловых потоков по укрупненным данным.

Использую исходные данные и метод расчета тепловых потоков по укрупненным данным, произведены расчеты тепловых потоков и среднемесячные тепловые нагрузки зданий.



3. Обработка результатов расчета

3.1 Определение годового (сезонного) потребления тепловой энергии

Для определения годовой (сезонной) нагрузки, результаты расчетов суммируем.

Годовые (сезонные) расходы тепловой энергии по отдельным объектам:

.

.

.

.

.

Месячные потребления тепловой энергии по университету:

.



.

.

.

.

Годовой (сезонный) расход тепловой энергии по университету:

.

Результаты обработки расчетов вносим в таблицу (табл. 6).

Таблица 6. Годовая (сезонная) тепловая нагрузка, Гкал

Здание	Ноябрь (5 сут)	Декабрь (31 сут)	Январь (31 сут)	Февраль (28 сут)	Март (16 сут)	Всего за сезон
№1	17,9	176,9	218,7	167,8	61,6	642,9
№2	11,8	116,2	143,6	110,2	40,4	422,2
СиА	18,7	184,9	228,6	162,8	-	595
Общеж.	5,5	50,1	60,7	47,3	18,5	182,1
№10	2,8	27,7	34,2	26,3	9,7	100,7
№4	0,9	9,0	11,1	8,5	3,1	32,6
Всего в месяц	57,6	564,8	696,9	522,9	133,3	1975,5



3.2 График потребления тепловой энергии

По табл. 6 построим график потребления тепловой энергии по месяцам (рис. 3).

Максимум теплопотребления приходится на январь, так как является самым холодным месяцем сезона теплоснабжения. Минимум теплопотребления приходится на ноябрь из-за малое количество суток теплоснабжения. В здании СиА отопление отключено с 1 марта.

Таким образом, в отопительный сезон 2017-2018 (26.11.2017 - 16.03.2018) для отопления зданий университета до комфортных температур необходимо было 1975,5 Гкал тепла. На самом деле, согласно расчетам тепловых сетей г. Душанбе тепловая энергия поставлена намного больше, что привело к значительным потерям тепла (приходилось часто открывать окна) и соответственно повышенным расходом финансовых средств университета.

Данный расчет является приближенным. Необходимо учытывать, что в университете проведены энергосберегающие мероприятия (замена старых окон на пластиковые окна). Для точного определения расхода тепла, возможностью регулирования температуры помещений и вследствие - энергосбережения, необходимо устанавливать на входе в систему отопления зданий приборы контроля (теплосчетчики) и регулирования тепла.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Сезонный график потребления тепловой энергии: 1 - здание СиА; 2 - здание №1; 3 - общее теплопотребление по университету.

Выводы по главе 3

В результате обработки результатов расчета определены годовое (сезонное) потребление тепловой энергии по отдельным зданиям и по университету, который составил 1975,5 Гкал/год.

Построен график потребления тепловой энергии по месяцам для отдельных зданий.

Установлено, что максимум теплопотребления приходится на январь, так как является самым холодным месяцем сезона теплоснабжения, минимум теплопотребления приходится на ноябрь из-за малое количество суток теплоснабжения.

Для точного определения расхода тепла, возможностью регулирования температуры помещений и вследствие - энергосбережения, необходимо устанавливать на входе в систему отопления зданий приборы контроля (теплосчетчики) и устройства регулирования расхода теплоносителя.



Заключение

В результате изучения литературных источников выявлено, что основным путем обеспечения эффективной работы систем теплопотребления зданий и высоких технико-экономических показателей системы централизованного теплоснабжения в целом является оптимизация эксплуатационных режимов тепловых сетей, разработка и внедрение наладочных мероприятий, основанном на графике отопительной нагрузки.

Учебные и жилые (общежития) здания Таджикского технического университета имени академика М.С. Осими расположены в г. Душанбе, здания № 1, 2, 4, 10, строительство и архитектуры и общежитие для иностранных студентов имеют центральное теплоснабжение.

Потребителей теплоты по надежности теплоснабжения делят на потребителей первой и второй категорий, к первой категории относятся потребители, нарушение теплоснабжения которых связано с опасностью для жизни людей или со значительным ущербом народному хозяйству, ко второй категории - все остальные потребители. Учебные здания относятся ко второй категории.

Одним из важнейших условий нормальной работы системы теплоснабжения является создание гидравлического режима, обеспечивающего давления в тепловой сети достаточные для создания в теплопотребляющих установках расходов сетевой воды в соответствии с заданной тепловой нагрузкой.

Произведен сбор данных для расчета тепловой нагрузки зданий ТТУ имени академика М.С. Осими. Один из параметров зданий по методике укрупненных параметров является объем здания. Самым большим объемом среди рассматриваемых зданий ТТУ имеет здание СиА - 36179 м³.

Рассчитаны тепловые нагрузки по отоплению по отдельным зданиям ТТУ имени академика М.С. Осими. Максимальной тепловой нагрузкой имеет здание СиМ - 0,554 Гкал/час из-за большого объема.

Рассчитаны месячные и сезонное потребление тепловой энергии по отдельным зданиям и по всему ТТУ имени академика М.С. Осими. В отопительный сезон 2017-2018 (26.11.2017 - 16.03.2018) для отопления зданий университета до комфортных температур необходимо было 1975,5 Гкал/год тепловой энергии.

Построено месячный график потребления тепловой энергии. Максимум теплопотребления приходится на январь, так как является самым холодным месяцем сезона теплоснабжения, минимум теплопотребления приходится на ноябрь из-за малое количество суток теплоснабжения.

Для точного определения расхода тепла, возможностью регулирования температуры помещений и вследствие - энергосбережения, необходимо устанавливать на входе в систему отопления зданий приборы контроля (теплосчетчики) и устройства регулирования расхода теплоносителя.



Список использованной литературы

1. МДК 4-05.2004. Методика определения потребности в топливе, электрической энергии и воде при производстве и передаче тепловой энергии и теплоносителей в системах коммунального теплоснабжения. “Роскоммунэнерго”. 2004. -78 с.

2. СНиП 23-01-99. Строительная климатология. - М.: 2012. -30 с.

3. СНиП 2.08.02-89. Общественные здания и сооружения. - М.: Госстрой России, ГУП ЦПП, 2003. -26 с.

4. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. - М.: Госстрой СССР, ГП ЦПП, 1996. 136 с.

5. СНиП II-35-76. Котельные установки. М., 1977.

6. Е.Д. Соколов. Теплофикация и тепловые сети. Учебник для вузов., М., МЭИ, 2009.

7. Основы энергетики: учебник для вузов [Гриф УМО] / Г.Ф. Быстрицкий. - 2-е изд., испр. и доп. - М.: Кнорус, 2011. - 350 с.

8. Теплотехника: Учебник для вузов/ А.П. Баскаков и др.; -3-е изд. перераб. и доп.- М: ООО ИД « БАСТЕТ», 2010.

9. Теплотехника: Учебник для вузов. [Гриф УМО] Круглов Г.А., Булгакова Р.И., Круглова Е.С. Издательство "Лань" , 2010. -208 с.

10. А.К. Тихомиров. Теплоснабжение района, города. Учебное пособие, Хабаровск, 2006.

11. Кузнецов Ю.В., Кузнецов М.Ю. Теплосиловые установки промышленных предприятий. Учебное пособие для студ. Высш. учебн. заведений. - Екатеринбург: Уро РАН, 2010. -184 с.

12. Основы гидравлики и теплотехники: учебник. / О.Н. Брюханов, А.Т. Мелик-Аракелян, В.И. Коробко - 2-е издание, стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. ISBN: 5-7695-3273-4.

13. Варфоломеев Ю.М., Кокорин О.Я. Отопление и тепловые сети: Учебник. - М.: ИНФРАМА-М, 2007.-480.ISBN: 5-16-002270-8.

14. Основы гидравлики и теплотехники: учебник. / О.Н. Брюханов, А.Т. Мелик-Аракелян, В.И. Коробко - 2-е издание, стер. - М.: Издательский центр «Академия», 2006. ISBN: 5-7695-3273-4.

15. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление: Учебник для вузов. - М.: Издательство АСВ, 2006 ISBN:5-93093-161-5.

16. Арсеньев Г.В Энергетические установки: учеб. Для вузов. - М.: высш. шк., 1991.

17. Кузнецов Ю.В. Термодинамика и теплопередача: учебное пособие. Екатеринбург: издательство Урал. гос. проф.-пен. ун-та, 1999. - 110 с.

18. Ю.В. Кузнецов. Методические указания к расчетно-графическим работам по дисциплине «Теплоснабжение». Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «РГППУ», 2011.

19. Долгов П.П., Савин И.М. Организация, планирование и управление энергетическим предприятием: Учебник. - Харьков. Основа, 1990. - 264 с.

20. Черенков, В.В. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / В.В. Черенков - Л.: Машиностроение Ленинградское отделение, 1968 - 848 с.

21. Сафронов А.П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. - М: Энергоатомиздат, 1985. - 230 с.

22. Роддатис, К.Ф. Справочник по котельным установкам малой производительности / К.Ф. Роддатис, А.Н. Полтарецкий - М.: Энергоатомиздат, 1989 - 488с.: ил.

23. Белов, С.В. Безопасность жизнедеятельности / С.В. Белов, А.В. Ильницкая, А.Ф. Козьяков - М.: «Высшая школа», 2001 - 488 с.

24. Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности. Нормы пожарной безопасности: НПБ 105-03.



Приложение

Размещено на Allbest.ru

...