Расчет системы отопления в различных климатических зонах

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………….3

Глава 1. Теплоснабжение………………………………………………………. 7

1.1. Общие сведения………………………………………………………….. 7

1.2. Теплоснабжение  промышленных предприятий………………………12

1.3.    Отопление…………………………………………………………………

1.4.    Расчет системы  отопления……………………………………………….

Глава 2. Методическая работа…………………………………………… 19

2.1. Понятие педагогического теста……………………………………………

2.2. Три варианта тестовых заданий по теме «Теплопередача»…………….19

Заключение……………………………………………………………………..30

Литература ……………………………………………………………………..31

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Биолог Н. Реймерс утверждает: «Нас (человечество) сейчас отделяет от тепло­ вой смерти биосферы лишь один порядок величин. Будем использовать в 10 раз больше энергии, чем сейчас, и погибнем». Причина заключается в так называемом «парниковом эффекте»: содержащийся в атмосфере диоксид углерода СО2 пропускает солнечные лучи на Землю, но препятствует охлаждению Земли путем излучения в космос. В последние годы ученые мира со все большим беспокойством говорят о повышении концентрации СО2 в атмосфере. Если эти опасения подтвердятся, человечеству в не таком уж отдаленном будущем придется резко ограничить потребление углеродсодержащих топлив. Кроме выбросов СО2, топливосжигающие и теплоэнергетические установки производят тепловые загрязнения (выбросы нагретой воды и газов), химические (оксиды серы и азота), золу и сажу, которые с увеличением масштаба производства также создают серьезные проблемы. Исключить эти выбросы или хотя бы свести их к минимуму можно только на основе глубокого понимания процессов, протекающих в топливо использующих установках. Фактически экология ставит человечество перед необходимостью делать производства безотходными. Экономические факторы также заставляют резко увеличить степень использования добываемого топлива. Пока еще энергетическая эффективность многих технологических процессов чрезвычайно низка, ибо технологи, разрабатывая соответствующие процессы, за частую не ставили во главу угла вопросы экономии топлива.

 

 

 

 

 

Глава 1. Теплоснабжение

1. Общие сведения

  Различают обеспечение  теплотой
промышленных предприятий — промышленное теплоснабжение и коммунальное — подача теплоты в жилые и общественные здания. Для передачи тепловой энергии от источника к потребителю
используют различные теплоносители.

   Дымовые газы применяют  на
промышленных предприятиях (в металлургических печах, топках котлов и т. д.)
для непосредственного обогрева различных материалов и изделий при температурах 600—2000 °С. Их основное достоинство — высокая температура при отсутствии избыточного давления. Недостаток—низкий коэффициент теплоотдачи от газа к обогреваемому материалу,
малое количество теплоты, переносимое
единицей объема газа, невозможность
транспортирования даже на небольшие
расстояния (вследствие отсутствия давления в топочном устройстве).

   В низкотемпературных  процессах используются обычно  вода и водяной
пар. Эти теплоносители позволяют получать высокие коэффициенты теплоотдачи в теплообменных аппарата, они
дешевы и могут транспортироваться на
значительные расстояния, теряя по пути
относительно мало теплоты. Для экономичной работы всей системы теплоснабжения, объединяющей источник и потребитель теплоты, желателен сбор и возврат образующегося из пара конденсата.
Чистоту этого конденсата трудно обеспечить. Так, конденсат, образующийся
в подогревателях нефтепродуктов
и растворов красителей, часто в источник
теплоты не возвращается, поскольку при
выходе из строя нагревательных трубок
теплообменника-подогревателя конденсат загрязняется и становится непригодным для питания котлов.

В промышленности для технологических  процессов преимущественно используется слегка перегретый пар с давлением 0,5—1,5 МПа, а для отопления производственных помещений и нагрева
воздуха, идущего на вентиляцию,— горячая вода. Пар подается из отборов
турбин теплоэлектроцентралей (ТЭЦ)
либо непосредственно из котлов, обычно
типа ДКВР, или котлов-утилизаторов.
Так осуществляется централизованное
теплоснабжение.

   Коммунальное потребление  включает
расходы теплоты на отопление
и вентиляцию, административных, общественных и жилых зданий и на бытовые нужды (горячее водоснабжение).
Коммунальное теплоснабжение также
осуществляется централизованно. Централизованный отпуск теплоты от ТЭЦ
и районных котельных с водогрейными
котлами покрывает в СССР в настоящее
время около трети всего теплового потребления.

   Отопление в нашей  стране осуществляется, как правило,  подачей к потребителю нагретой  воды, т. е. тепловые
сети являются водяными. Использование
воды в качестве теплоносителя в отличие
от пара связано с возможностью регулирования отпуска теплоты изменением
температуры теплоносителя, большей
дальностью теплоснабжения, а также
возможностью сохранения на ТЭЦ конденсата греющего пара. Применение воды вместо пара в тепловых сетях и отопительных приборах (радиаторах, трубах и т. д.) позволяет, кроме того,
исключить шум при их работе и иметь
относительно невысокие температуры
греющих поверхностей, что повышает безопасность их эксплуатации и исключает
разложение осевшей на них пыли, резко
усиливающееся при температуре выше
80 °С.

 

2. Теплоснабжение  промышленных предприятий

Источники теплоты. Основными
источниками теплоты (горячей воды
и пара) являются ТЭЦ и котельные.

   Использование дешевых,  компактных
транспортабельных паровых котлов,
а также водогрейных котлов большой
мощности позволяет с минимальными затратами на сооружение источника теплоты обеспечить теплоснабжение предприятий в тех местах, где ввод в действие
ТЭЦ отстает по времени от ввода тепловых потребителей. После ввода в действие ТЭЦ эти водогрейные котлы используются для покрытия пиковой части тепловой нагрузки и резервирования теплоснабжения.

   Немалую роль в  общем балансе теплопотребления  предприятия могут играть
котлы-утилизаторы и устройства испарительного охлаждения технологического
оборудования. На ряде
предприятий за счет использования вторичных энергоресурсов покрывается до
половины потребности в теплоте. В качестве источников теплоты могут также
использоваться атомные станции теплоснабжения (ACT), представляющие собой по существу атомные котлы.

   Режимы теплопотребления  имеют
значение при планировании теплоснабжения рассматриваемой отрасли промышленности, особенно ее теплоемких
производств, и планировании работы
ТЭЦ (котельной). Имея годовой график
теплопотребления (рис. 23.1), можно
подсчитать общий годовой расход теплоты Qг, как площадь под кривой тепловых
нагрузок.

    Режимы расходования  теплоты различными предприятиями  различны. Существуют потребители,  расходующие
теплоту круглый год, например горячее
водоснабжение, но неравномерно (в течение суток, недели, месяца и т.д.). Некоторые потребители расходуют теплоту
в течение всех дней недели, другие потребляют ее на технологические нужды

лишь в рабочие дни, а в субботу и воскресенье  оставляют работающими только системы  отопления. Неравномерное
потребление теплоты в течение суток характерно для предприятий с одно- и двухсменной работой.

   Наиболее равномерные  суточные графики тепловой нагрузки  имеют предприятия с теплоемким  технологическим процессом, не  допускающим перерывов.
К ним относятся предприятия химической, нефтеперерабатывающей, резинотехнической, алюминиевой и других отраслей промышленности. Так, зимняя
среднесуточная паровая нагрузка нефтеперерабатывающего завода составляет
около 95 % максимальной, летняя —
около 65 % зимнего максимума.

   Потребность предприятия  в тепловой
энергии на технологические и санитарно технические нужды рассчитывается исходя из удельных расходов теплоты на
единицу продукции. Нормы удельных
расходов приводятся в [2, 15, 17].

 

3. Отопление

Тепловая нагрузка. Расход теплоты
Qот на отопление, равный теплопотерям
здания, считается прямо пропорциональным объему здания (по наружным размерам) V и разности температур воздуха
внутри помещения tВН и наружного воздуха t нар, ориентировочно может быть
подсчитан по формуле

                                Qот=от V(tвн-tнар)     (23.1)

Здесь от — коэффициент, называемый
отопительной характеристикой здания.
Величина V — в м3, температура в °С,
а Q ^ОТ получается в кДж/ч или кВт в зависимости от единицы измерения
 ст [кДж/(м3*ч * К) или кВт/(м3 • К) ].В зависимости от типа и объема здания от изменяется в следующих пределах: для жилых зданий объемом (50—
100) -10 м коэффициент = 1,2 1,4;
для промышленных зданий = 0,6 1,7 кДж/(м К). Температура воздуха должна поддерживаться 18, 20 и 16 °С соответственно в жилых помещениях, детских учреждениях, школах и в институтах, клубах,
театрах. Температура наружного воздуха ар в зависимости от климатических
условий местности и сезона изменяется
в широких пределах, например, в средней полосе европейской части СССР приблизительно от — 35 °С до +35 °С Климатологические данные, включающие
температурные условия местности и продолжительность действия различных
температур, также приводятся в литературе [13, 15]. В соответствии с формулой (23.1)
 расход теплоты Q на отопление здания
или целого района при принятых значениях и t линейно увеличивается
с уменьшением нар рисунке (23.2). Более наглядно линейная зависимость Q =
= f (t ) следует из уравнения теплопередачи через ограждения стены
 и т.д. здания): Q = kF (t — t ), где 
k — коэффициент теплопередачи; F —
площадь ограждения. Собственно, выражение (25.1) есть модификация этого
у равнения. При повышении температуры
наружного воздуха до уровня t , значение Q = 0. Однако во избежание перегрева и для экономии топлива с учетом
 аккумулирующей способности зданий
 принято выключать и включать отопление в работу при температурах наружного воздуха ниже температуры помещений 
(обычно при t = 8ч 10 °С). При этих
 температурах остается только горячее
 водоснабжение. Наиболее низкие температуры наружного воздуха держатся обычно недолго. Для Москвы, например, длительность действия (стояния) температур —25 °С и ниже составляет около
 50 ч/год.

 С целью снижения  капитальных затрат и с учетом  аккумулирующей
способности зданий низшую расчетную
температуру наружного воздуха при проектировании систем отопления принимают несколько выше низшей температуры,
наблюдавшейся в данной местности. Так,
для Москвы низшая расчетная температура (средняя наиболее холодной пятидневки из четырех наиболее холодных
зим за 25-летний период) для проектирования отопления принята равной —25 С
(при фактически наблюдавшейся—35 “С и ниже), для Свердловска —
минус 31 °С. По известной длительности стояния температур наружного воздуха строят график годовой продолжительности тепловых нагрузок (правая часть рис. 23.2). Время действия отопительно-вентиляционной нагрузки (продолжительность отопительного сезона), соответствующая длительности стояния температур ниже 8—10°С, в районе Москвы составляет примерно 5000 ч/год при общей продолжительности года (невысокосного) 8760 ч. Тем не менее в целом тепловая нагрузка при наличии бытовой сохраняется круглый год. Тепловая сеть. Регулирование отпуска теплоты. Циркуляция воды в сети. Система централизованного теплоснабжения зданий (рис. 23.3) включает в себя:   1) устройства для производства тепловой энергии — источники теплоты (подогреватели сетевой воды, устанавливаемые на ТЭЦ или водогрейные котлы);

2) тепловые с е т и, соединяющие источник теплоты с тепловыми пунктами;    3) тепловые пункты (ТП), размещаемые внутри или вне зданий. В тепловых пунктах происходит распределение, регулирование и учет расходуемой теплоты;    4)      местные системы потребителей теплоты, размещаемые в помещениях. Именно они используют подводимую теплоту. Трубопроводы горячей (прямой) и охлажденной у потребителя (обратной) воды образуют тепловую сеть. Вода, циркулирующая в сети, именуемая сетевой водой, нагревается в пароводяных теплообменниках ТЭ11 (сетевых подогревателях) паром из отборов теплофикационных турбин, в водогрейных котлах или котлах-утилизаторах. В отопительных приборах (радиаторах, конвекторах) у потребителей используют горячую воду с температурой не выше 95 °С. Однако теплоту Q +Q экономичнее транспортировать от ТЭЦ или центральной районной котельной  с помощью меньшего количества воды, подогретой до более высокой температуры, поэтому в крупных городах температура прямой сетевой воды при низшей расчетной температуре наружного воздуха достигает 150 С. В зоне потребителя прямую воду охлаждают подмешиванием к ней некоторого количества охлажденной возвратной (обратной) воды с температурой 20—70 °С. Поддержание постоянной температуры в помещениях (регулирование отпуска теплоты на отопление) при изменяющейся температуре наружного воздуха и неизменной теплоотдающей поверхности отопительных приборов осуществляется обычно изменением температуры прямой воды в подающей линии. Эта температура изменяется примерно линейно в зависимости от температуры наружного воздуха. Такое регулирование отопительной нагрузки носит название качественного. Возможно также количественное регулирование изменением расхода сетевой воды, но осуществить его значительно сложнее. Отпуск теплоты на бытовые нужды населения возможен с использованием одной из двух систем снабжения потребителей горячей водой — закрытой или открытой. Первая предполагает использование воды из сети питьевого водопровода, нагретой в водо-водяном подогревателе прямой водой. Здесь исключаются потери сетевой воды, горячая вода имеет такое же качество, что и питьевая. При открытой системе водо-разбор производится непосредственно из сети, что увеличивает затраты на подготовку сетевой воды. Выбор той или иной системы горячего водоснабжения определяется технико-экономическим расчетом и зависит в основном от качества (состава) исходной (сырой) воды, которой располагает ТЭЦ. Например, в Москве, где вода имеет повышенное содержание солей и других примесей, преобладает закрытая система; в Ленинграде с мягкой исходной водой р. Невы, содержащей мало солей, применяют открытую систему горячего водоснабжения. По характеру циркуляции различают системы отопления с естественным и принудительным движением воды. Естественная циркуляция осуществляется за счет гравитационных сил, возникающих вследствие разницы плотностей горячей и охлажденной у потребителя воды. Системы отопления с такой циркуляцией применяются в небольших жилых домах, оборудованных индивидуальными котельными. Принудительная циркуляция осуществляется сетевым насосом. В системах водяного отопления применяются различные греющие устройства (их обычно называют нагревательными приборами). Особенно часто встречаются радиаторы и конвекторы — гладкие или ребристые трубы. Расчет поверхности нагревательного прибора производится по уравнению Q = kF t, где k — коэффициент теплопередачи через стенку отопительного прибора; F — вся поверхность, находящаяся в контакте с воздухом помещения; а t — разность температур греющей воды и воздуха в отапливаемом помещении. В простейших случаях (например,
при использовании в качестве приборов гладких труб) составляющие коэффициента теплопередачи k ( и ) могут быть найдены по формулам, приведенным в гл. 10—12 для соответствующих режимов движения теплоносителей с учетом излучения от наружной поверхности приборов.