Теплоснабжение микрорайона города

 

 

АНОО «Нижегородский колледж теплоснабжения

и автоматических систем управления»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Дисциплина: «Теплоснабжение»

 

 

 

 

 

Курсовой проект

 

«Теплоснабжение микрорайона города»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нижний Новгород

2010г.

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общая часть

1. Характеристика объектов теплоснабжения

Объекты характеризуются следующими параметрами:

• задан микрорайон жилых домов и объектов социальной сферы: трехэтажная школа на 900 учащихся; один двухэтажный детсад; три пятиэтажных восьмиподъездных и три пятиэтажных шестиподъездных жилых дома; два одноэтажных магазина;
• район строительства: г. Нижний Новгород;
• расчетные температуры для проектирования систем отопления и вентиляции:    , (согласно [1] для г.Нижнего Новгорода);
• средняя температура наружного воздуха за отопительный период: (согласно [1] для г.Нижнего Новгорода);
• продолжительность отопительного сезона: сутки.

2. Система теплоснабжения - принципиальные проектные решения

Для теплоснабжения микрорайона выбираем систему закрытого типа. Источник тепла – районная котельная. Параметры сетевой воды 150÷70°С. Подача теплоносителя от котельной до абонентских вводов жилых домов и объектов социальной сферы осуществляется по 2-х трубным сетям.

На абонентском вводе (местные тепловые пункты) проводится распределение тепла на на отопление, вентиляцию и подогреватели горячего водоснабжения. На МТП устанавливаются элеваторы, насосы, запорная арматура, контрольно-измерительные приборы для регулирования параметров и расходов теплоносителя по местным отопительным и водоразборным приборам.

 

 

2. Расчет теплопотребления

Основной задачей при проектировании теплоснабжения района является определение величин и характера тепловых потоков в создаваемых тепловых сетях. Тепловые нагрузки на жилой квартал подразделяются на:                                                

• сезонные: отопление и вентиляция;
• круглогодичные: горячее водоснабжение и технологические нужды (при необходимости).

Для определения тепловых потоков используем укрупненные показатели в зависимости от объема каждого здания типового проекта, определяемого по генплану.

 

Таблица 2.1.1 – Расчетные характеристики зданий

№№ зданий по плану	Наименование зданий	Площадь в плане, м2	Количество этажей	Высота одного этажа, м	Объем, м³	Число квартир*
1	школа на 900 учащихся	2 160	3	4	25 920	-
4	детский сад на 200 детей	576	2	4	4 608	-
11, 12	магазин	432	1	4	1 728	-
2, 3, 5	семиэтажный восьмиподъездный жилой дом	1 440	7	3	30 240	672
6, 7, 8	пятиэтажный шестиподъездный жилой дом	1 080	5	3	16 200	360
9, 10	пятиэтажный четырехподъездный жилой дом	792	5	3	11 880	160

Примечание: * - Число квартир на этаже принимаем равным 4.

1. Расчет тепловых потоков на отопление

Отопление предназначено для поддержания температуры внутри отапливаемых помещений на уровне, соответствующем комфортным условиям. Комфортные условия определяются не только температурой, но и относительной влажностью, скоростью движения воздуха и зависят от целевого назначения здания.

Для жилых зданий расчетная температура внутри отапливаемых помещений принимается при наружной температуре воздуха для проектирования отопления.

Для поддержания температуры воздуха внутри отапливаемых помещений на расчетном уровне необходимо обеспечить равновесие между тепловыми потерями и притоком теплоты, складывающимся из притока через отопительную систему и теплоты от внутренних источников. Для жилых и общественных зданий последние относительно малы и приминаются равными нулю.

Максимальный тепловой поток в здание через отопительную систему для жилых и общественных зданий, не имеющих внутренних источников теплоты, определяется по формуле:

, Вт

(2.1.1)

где – удельная отопительная характеристика, Вт/(м3*°С), определяется из Приложения Б [2];

  – объем здания по наружному обмеру, м3 , определяется из Таблицы 2.1.1;

  – расчетная температура воздуха в помещении для жилых и общественных зданий, определяется из Приложения Б [2];

  – расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления,    согласно [1] для г.Нижнего Новгорода;

  – поправочный коэффициент, учитывающий отличие температуры наружного воздуха от , принимаем α = 1  [2].

Результаты расчетов сведены в Таблицу 2.1.2.

 

Таблица 2.1.2 – Расчет теплопотребления на отопление

№№ зданий по плану	Наименование зданий	Количество зданий	Наружный объем зданий, Vн, м3	Расчетная температура воздуха в здании, tв, 0С	Удельная отопительная характеристика здания, q0, Вт/(м3·0С)	Тепловой поток на отопление, Qо max, Вт
						для одного здания	для N зданий
1	школа на 900 учащихся	1	25 920	16	0,39	475 114	475 114
4	детский сад	1	4 608	20	0,44	103 404	103 404
11, 12	магазин	2	1 728	15	0,36	28 616	57 231
2, 3, 5	семиэтажный восьмиподъездный жилой дом	3	30 240	20	0,3	462 672	1 388 016
6, 7, 8	пятиэтажный шестиподъездный жилой дом	3	16 200	20	0,38	313 956	941 868
9, 10	пятиэтажный четырехподъездный жилой дом	2	11 880	20	0,42	254 470	508 939
ΣQо max, МВт							3,47

 

 

 

2. Расчет тепловых потоков на вентиляцию

Вентиляция предназначена для поддержания внутри помещений определенного состава воздуха, который регламентируется санитарными нормами. В процессе принудительной вентиляции из вентилируемого объема удаляется воздух с температурой, равной внутренней температуре помещения, а вместо него поступает воздух, забираемый снаружи и подогреваемый затем в калориферах вентиляции до такой же температуры.

Тепловой поток на вентиляцию определяется по расчетной температуре наружного воздуха на вентиляцию , значение которой обычно выше расчетной  температуры наружного воздуха для проектирования отопления, и определяется как средняя температура наиболее холодного периода, составляющего 15% от продолжительности отопительного сезона, обычно месяц.

Максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий определяется по формуле:

(2.2.1)

где – удельная вентиляционная характеристика, Вт/(м3·°С), определяется из Приложения Б [2];

  – объем здания по наружному обмеру, м3 ,  определяется из Таблицы 2.1.1;

  – расчетная температура воздуха в помещении для жилых и общественных зданий, определяется из Приложения Б [2];

  – расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции,   согласно [1] для г.Нижнего Новгорода.

Результаты расчетов сведены в Таблицу 2.2.3.

 

Таблица 2.2.3 – Расчет теплопотребления на вентиляцию

№№ зданий по плану	Наименование зданий	Количество зданий	Наружный объем зданий, Vн, м3	Расчетная температура воздуха в здании, tв, 0С	Удельная вентиляционная тепловая характеристика здания, qv, Вт/(м3·0С)	Тепловой максимальный поток на вентиляцию, Qv max, Вт
						для одного здания	для N зданий
1	школа на 900 учащихся	1	25920	16	0,08	68429	68429
4	детский сад	1	4608	20	0,13	22164	22164
11, 12	магазин	2	1728	15	0,32	17695	35389
ΣQv max, МВт							0,13

 

3. Расчет тепловых потоков на горячее водоснабжение

Расход теплоты на горячее водоснабжение сильно меняется в течение как суток, так и недели. В жилых районах наибольший расход горячей воды имеет место обычно в предвыходные дни и в первый выходной день. Расход горячей воды общественными зданиями определяется режимом их работы.

Среднесуточный расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение определяется по формуле:

(2.3.1)

где – среднесуточная норма расхода горячей воды на одного потребителя, л/чел., определяется из Приложения 3 [3];

m – число потребителей, определяется по Таблицы 1 из расчета 4 жителя на квартиру;

  – температура горячей воды, °С;

  – температура холодной воды, подаваемой к водоподогревателям,  в летний период принимается tс = 15 °С, в зимний tс = 5 °С;

 – удельная теплоемкость воды, с = 4,187 кДж/(кг*°С);

1,2 – коэффициент, учитывающий охлаждение воды в абонентских системах.

 

Среднесуточный расход теплоты на горячее водоснабжение школы (детского сада) определяется по формуле:

(2.3.2)

где – среднесуточная норма расхода горячей воды на одного учащегося (ребенка), л/чел., определяется из Приложения 3 [3];

m– число учащихся (детей);

  – температура горячей воды, °С;

  – температура холодной воды, подаваемой к водоподогревателям,  в летний период принимается , в зимний ;

  – удельная теплоемкость воды, с = 4,187 кДж/(кг·°С);

 

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение определяется по формуле:

(2.3.3)

Результаты расчетов сведены в Таблицу 2.3.1.

Таблица 2.3.1 – Расчет теплопотребления на горячее водоснабжение.

№№ зданий по плану	Наименование зданий	Количество потребителей горячей воды m, чел.	Средний тепловой поток на горячее водоснабжение, Qhm, Вт	Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение, Qh max, Вт
1	школа на 900 учащихся	900	117 759	282 623
4	детский сад	200	34 892	83 740
11, 12	магазин	-	0	0
2, 3, 5	семиэтажный восьмиподъездный жилой дом	2688	781 573	1 875 776
6, 7, 8	пятиэтажный шестиподъездный жилой дом	1440	418 700	1 004 880
9, 10	пятиэтажный четырехподъездный жилой дом	640	186 089	446 613
ΣQhm (ΣQh max), МВт			1,54	3,69

 

 

 

3. Построение графика расхода теплоты

При построении графика расхода теплоты, начало и окончание отопительного периода принимаются при среднесуточной температуре наружного воздуха 10°С, т.к. г.Нижний Новгород климатически относится к районам с расчетной температурой наиболее холодной пятидневки ниже -30°С.

При построении графика учитывается, что при  и при     .

 

При расходы теплоты на отопление и вентиляцию определяются по формулам:

 

(3.1.1)

 

(3.1.2)

 

где – средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, °С, принимается по Приложению Б [2].

 

Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение – круглогодичная и в течении отопительного периода условно принимается постоянной, не зависящей от температуры наружного воздуха.

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный период определяется по формуле:

(3.1.3)

где – среднесуточный расход теплоты на горячее водоснабжение в отопительный период, Вт;

  – температура горячей воды, °С;

  – температура холодной воды, подаваемой к водоподогревателям,  в летний период, °С, принимается 15 °С;

 – температура холодной  воды, подаваемой к водоподогревателям,  в зимний период , °С, принимается 5 °С;

 – коэффициент, учитывающий  изменение среднего расхода воды  на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному, принимается для жилищно-коммунального сектора равным 0,8.

 

 

Рисунок 3.1 – График потребления теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых и общественных зданий микрорайона.

 

 

4. Проектирование тепловых сетей

1. Определение расчетных расходов теплоносителя в тепловой сети

Расчетный расход сетевой воды на отопление и вентиляцию для определения диаметров труб водяных тепловых сетей при качественном регулировании отпуска теплоты рассчитывается по формулам:

	(4.1.1)
	(4.1.2)

где – расчетные температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при tо , °С;

  – расчетные температуры сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах при tнв , °С;

  – максимальные тепловые потоки на отопление и вентиляцию при tо и   tнв , кВт;

 – удельная теплоемкость  воды, с = 4,187 кДж/(кг*°С).

 

Расчётные расходы сетевой воды на горячее водоснабжение зависят от схемы присоединения водоподогревателей. В закрытой системе теплоснабжения присоединение водоподогревателей горячего водоснабжения, установленных в местных тепловых пунктах, принимают в зависимости от соотношения максимальных тепловых нагрузок на горячее водоснабжение и отопление:

Таблица 4.1.1 – Выбор схемы присоединения водоподогревателей ГВС

№№ зданий по плану	Наименование зданий	Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение, Qh max, Вт	Тепловой поток на отопление для N зданий, Qо max, Вт	Qh max/Qо max	Критерий выбора схемы присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения	Выбранная схема присоединения водоподогревателей горячего водоснабжения
1	школа на 900 учащихся	282 623	475 114	0,59	0,2÷1,0	двухступенчатая
4	детский сад	83 740	103 404	0,81	0,2÷1,0	двухступенчатая
11, 12	магазин	здание не снабжается горячей водой
2, 3, 5	семиэтажный восьмиподъездный жилой дом	1 875 776	1 388 016	1,35	>1,0	одноступенчатая параллельная
6, 7, 8	пятиэтажный шестиподъездный жилой дом	1 004 880	941 868	1,07	>1,0	одноступенчатая параллельная
9, 10	пятиэтажный четырехподъездный жилой дом	446 613	508 939	0,88	0,2÷1,0	двухступенчатая

 

Средние расходы воды при параллельной и двухступенчатой схемах подключения водоподогревателей определяют по формулам 4.1.3 и 4.1.4 соответственно:

	(4.1.3)
	(4.1.4)

где – температура воды в подающем трубопроводе в точке излома графика;

  – температура воды в обратном трубопроводе;

  – температура воды после параллельно включенного подогревателя в точке излома графика, °С, принимаем для расчетов ;

 – температура водопроводной воды после первой ступени подогрева при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей, °С;

 – температура водопроводной воды в отопительных период, °С, принимаю для расчетов +5 °С.

 

Суммарный расчетный расход сетевой воды в двухтрубных тепловых сетях определяется как сумма расходов по отдельным видам теплопотребления:

(4.1.5)

где – коэффициент запаса, учитывающий долю среднего расхода на горячее водоснабжение, принимаем при отсутствии баков-аккумуляторов для системы с суммарным тепловым потоком менее 100 МВт .

Результаты расчета приведены в таблице 4.1.2

 

Таблица 4.1.2 – Определение расчетных расходов теплоты

№№ зданий по плану	Наименование зданий		Тепловые потоки, МВт					Расчетные расходы теплоносителя, т/ч				Суммарный расчетный расход сетевой воды, т/ч
			Qо max		Qv max	Qhm		Gо max		Gv max	Ghm
1	школа на 900 учащихся		0,48		0,07	0,12		5,106		1,05	1,27	7,672
4	детский сад на 200 детей		0,10		0,02	0,03		1,111		0,33	0,38	1,890
11, 12	магазин		0,06		0,04	0,00		0,615		0,55	0,00	1,162
2, 3, 5	семиэтажный восьмиподъездный жилой дом		1,39		0,00	0,78		14,918		0,00	16,80	35,078
6, 7, 8	пятиэтажный шестиподъездный жилой дом		0,94		0,00	0,42		10,123		0,00	9,00	20,923
9, 10	пятиэтажный четырехподъездный жилой дом		0,51		0,00	0,19		5,470		0,00	2,00	7,870
ΣQ, МВт						5,14		ΣG, т/ч			68,71
									Gd, т/ч		74,59

 

 

2. Расчет магистрали тепловой сети

Целью гидравлического расчёта является определение диаметра трубопровода тепловой сети; скорости движения теплоносителя; давлений в различных точках  и потерь давления на участках тепловой сети и по всей трассе.

Гидравлический расчет закрытой системы теплоснабжения выполняется для подающего теплопровода, а диаметры обратного теплопровода и падение давлений в нем принимаются такими же, как и в подающем.

Гидравлический расчет производится в следующей последовательности:

1. выбирается магистраль, то есть направление от одного из потребителей, характеризующегося наименьшим удельным падением давления (самого удалённого) до источника тепла;
2. тепловая сеть разбивается на расчётные участки (расчётный участок – часть тепловой сети, расход теплоносителя на протяжении которой постоянен), с указанием расчетного расхода теплоносителя на данном участке и длины участка по плану;
3. задаются удельным падением давления в основной магистрали в пределах 30-80 Па/м, в ответвлениях – не более 300 Па/м;
4. исходя из расходов теплоносителя на участках, по таблицам [2], составленным для труб с коэффициентом шероховатости Кэ=0,5мм,  находим диаметр теплопровода, действительные удельные потери давления на трение и  скорость движения теплоносителя, которая должна быть не более 3,5 м/с.

Расчетная схема тепловой сети приведена на рисунке 4.1.

 

 

 

 
Предварительный расчет магистрали

Определяем приведенную длину каждого участка трубопровода:

(4.2.1)

где l – длина участка трубопровода по плану, м;

lэкв. – эквивалентная местным сопротивлениям длина, м. Для предварительного расчета принимаем lэкв.=0,3· l.

Исходя из заданных расходов теплоносителя по участкам магистрали, по справочным данным выбираем диаметры трубопроводов. Диаметры выбираются таким образом, чтобы удельные потери давления при данном расходе лежали в пределах 30÷80 Па/м.

Далее, по известным удельным потерям давления, рассчитываем потери давления на участках:

(4.2.2)

Определяем суммарные потери до источника теплоты.

 

Таблица 4.2.1 – Предварительный расчет магистрального трубопровода

№ участка	Расход воды G		Размеры труб, мм		Длина участка, м			Скорость движения воды на участке w, м/с	Потери давления		Суммарные потери от источника теплоты
	т/ч	кг/с	условный диаметр dу	наружный диаметр dнхS	По плану l	эквивалентная местным сопротивлениям, lэкв	приведенная, lпр=l+lэкв		удельные на трение ∆P/l, Па/м	На участке ∆P, Па	давления кПа	напора, м
1	1,162	0,32	40	45х2,5	52,6	15,8	68,3	0,28	37,95	2593,0	2,593	0,259
2	2,325	0,65	50	57х3,5	119,3	35,8	155,1	0,34	41,89	6496,2	6,496	0,650
3	23,248	6,46	125	133х4,0	47,0	14,1	61,1	0,54	32,08	1960,1	1,960	0,196
4	46,060	12,79	150	159х4,5	47,0	14,1	61,1	0,76	48,95	2990,8	2,991	0,299
5	66,983	18,61	200	219х6,0	38,8	11,6	50,5	0,59	19,52	985,1	0,985	0,099
6	117,800	32,72	200	219х6,0	22,3	6,7	29,0	1,03	60,92	1766,9	1,767	0,177
7	152,878	42,47	250	273х7,0	90,7	27,2	117,9	0,88	33,26	3920,0	3,920	0,392
8	195,628	54,34	250	273х7,0	81,4	24,4	105,9	1,1	51,99	5504,3	5,504	0,550