Источники и системы теплоснабжения предприятий

 

 

 

Содержание

1. Исходные данные ……………………………………………………………………… 3
2. Описание системы теплоснабжения …………………………………………….…… 4
3. Определение тепловых нагрузок ………………………………………………….… 6
4. Расчёты ………………………………………………………………………….…… 10
5. Список литературы …………………………………………………………………. 14

 

 

1. Исходные данные

Курсовая работа по теплоснабжению района выполняется  в соответствии с заданием, составленным руководителем. В работе предусматривается  двухтрубная водяная система  теплоснабжения, источником теплоты  является котельная.

В задании на курсовую работу приведены следующие исходные данные: вариант № 60, объем, либо площадь отапливаемой территории, район расположения, температурный режим отпуска теплоты, система теплоснабжения (открытая, закрытая).

Необходимо рассчитать тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение городского квартала, часовые расходы теплоты, а также годовой график теплопотребления по продолжительности тепловой нагрузки по месяцам.

Таблица 1

_{Исходные данные для расчёта тепловых потоков}

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Описание системы теплоснабжения

Теплоснабжение  – снабжение теплом жилых, общественных и промышленных зданий для обеспечения коммунально-бытовых и технологических нужд потребителей.

Открытые системы теплоснабжения

Открытые системы  теплоснабжения – системы, в которых  происходит водоразбор горячей воды для нужд потребителя непосредственно из теплосети. При этом водоразбор может быть частичным или полным. Оставшаяся в системе горячая вода используется для отопления и вентиляции. Расход воды в теплосети при этом компенсируется дополнительным количеством воды, подающимся в тепловую сеть. Основное преимущество открытой системы теплоснабжения – ее экономическая выгода. В советский период примерно 50% всех систем теплоснабжения были открытого типа.

Недостатков у  такой системы несколько. Прежде всего - невысокое санитарно-гигиеническое  качество воды. Отопительные приборы, трубопроводные сети придают воде цветность, запах, появляются различные примеси, бактерии. Для очистки воды в открытой системе применяются различные  методы, но их использование снижает  экономический эффект.

 Открытая система  теплоснабжения может присоединяться  к теплосетям по зависимой  (через элеваторы и насосы) и  независимой (через теплообменники) схеме. Независимая открытая система  дороже, однако она дает значительно  улучшенное качество воды по  сравнению с зависимой. 

Закрытые системы теплоснабжения

Закрытые системы  теплоснабжения – системы, в которых  циркулирующая в трубопроводе вода используется только как теплоноситель, и не забирается из теплосети для  обеспечения горячего водоснабжения. Система в этом случае полностью  закрыта от окружающей среды. Безусловно, и в такой системе возможна незначительная утечка теплоносителя. Потери воды восполняются с помощью  регулятора подпитки автоматически.

Подача тепла  в закрытой системе теплоснабжения регулируется централизованно, при  этом количество теплоносителя остается в системе неизменным, а расход тепла зависит от температуры циркулирующего теплоносителя. В закрытых системах теплоснабжения, как правило, используются возможности тепловых пунктов. К ним поступает теплоноситель от поставщика теплоэнергии (ТЭЦ, например), а центральные тепловые пункты районов регулируют температуру теплоносителя до необходимой величины для нужд отопления и горячего водоснабжения, и распределяют потребителю.

Преимущества  закрытой системы теплоснабжения - высокое качество горячего водоснабжения, энергосберегающий эффект. Недостаток – сложности водоподготовки из-за удаленности тепловых пунктов друг от друга.

Зависимые системы теплоснабжения

Отопительные  установки могут присоединяться двумя различными способами, благодаря  чему различают зависимые и независимые  системы теплоснабжения.

Зависимые системы  теплоснабжения – системы, в которых  теплоноситель по трубопроводу попадает прямо в систему отопления  потребителя, без промежуточных  теплообменников, тепловых пунктов  и гидравлической изоляции. Несомненно, такая схема присоединения конструктивно  простая, понятная, несложная в обслуживании, не требует дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, автоматических приборов контроля и регулирования, теплообменников и т.д. Кроме того, она очень экономична.

Основной недостаток зависимой системы теплоснабжения – невозможность отрегулировать теплоснабжение в начале и конце  отопительного сезона, когда возникает  избыток тепла. Это влияет не только на комфорт потребителя, но и на теплопотери. Для повышения энергосбережения разработаны и активно внедряются методики перехода зависимой системы теплоснабжения к независимой, которые позволяют экономить тепло на 10-40% в год.

Независимые системы теплоснабжения

Существуют 2 схемы  присоединения приборов отопления, благодаря которым различают  зависимые и независимые системы  теплоснабжения.

Независимые системы  теплоснабжения – системы, в которых  отопительное оборудование потребителей гидравлически изолировано от производителя  тепла, и для теплоснабжения потребителей используются дополнительные теплообменники центральных тепловых пунктов.

 Независимая  система теплоснабжения имеет  неоспоримые преимущества по  сравнению с зависимой:

• возможность регулировать количество тепла, доставленного к потребителю (с помощью регулирования вторичного теплоносителя);
• высокая надежность;
• энергосберегающий эффект (экономия тепла 10-40%);
• возможность улучшить эксплуатационные и технические качества теплоносителя, тем самым повышая защиту котельных установок от загрязнений.

 Благодаря  этим достоинствам, независимые  системы теплоснабжения активно  применяются в крупных городах,  где существует большой разброс  тепловых нагрузок, а тепловые  сети достаточно протяженны. Разработаны  технологии реконструкции зависимых  систем в независимые, и они  постепенно внедряются, несмотря  на значительные капиталовложения.  

3. Определение тепловых нагрузок

Максимальные тепловые потоки на отопление Q_omax, вентиляцию Q_vmax и горячее водоснабжение Q_hmax жилых, общественных и производственных зданий следует принимать при проектировании тепловых сетей по соответствующим проектам. Тепловые потоки при отсутствии проектов отопления, вентиляции и горячего водоснабжения определяются:

Максимальный тепловой поток  на отопление

_{для жилых и  общественных зданий:}

                                                                       ₍₁₎

для  любых зданий при известных  наружных объемах:

                                                                       (2)

Максимальный тепловой поток на вентиляцию

для жилых и общественных зданий:

                                                                      (3)   

для  любых зданий при известных  наружных объемах:

                                                                         (4)

Средний тепловой поток  на горячее водоснабжение

для жилых и общественных зданий:

                                                                  (5)

для любых зданий при известных  тепловых потоках на горячее водоснабжение  на 1 человека:

                                                                                        (6)

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение 

                                 (7)                                         

    где  , - удельный показатель теплового потока на отопление (определяется по приложению №4, №6 и №8 в зависимости от типа отапливаемого здания);

- удельный показатель теплового  потока на горячее водоснабжение  (определяется по приложению №5);

- поправочный коэффициент к  величине 

а- норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре , на одного человека в сутки, л (при );

в- норма расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях (при температуре на 1 человека);

- температура горячей воды  в системе горячего водоснабжения;

t_c- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС);

- коэффициент, учитывающий тепловой  поток на отопление общественных  зданий; при отсутствии данных  следует принимать равным 0.25;

- коэффициент, учитывающий тепловой  поток на вентиляцию общественных  зданий; при отсутствии данных  следует принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985 г.- 0.4, после 1985 г. - 0.6;

-общая площадь отапливаемых  помещений в жилом квартале, , рассчитываемая по формуле:

                                           ,                                                      (8)

здесь  - количество жителей в квартале, рассчитываемое, как , здесь - площадь рассчитываемого квартала, , - плотность населения в рассчитываемом квартале, ;

- общая площадь жилого здания, отводимая на одного человека, .

Суммарный тепловой поток  по кварталам Q_S, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

                                                                            (9)

Среднечасовой тепловой поток  за отопительный период

на отопление:

                                                                                                                  (10)

на вентиляцию:

                                                                                                             (11)

на горячее водоснабжение  жилого района в неотопительный период:

                                                                         (12)         

где - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий;

- средняя температура наружного  воздуха за период со среднесуточной  температурой воздуха 8 ^оС и менее (отопительный период), ;

- расчетная температура наружного  воздуха для отопления,  ;

- расчетная температура наружного  воздуха для вентиляции, ;

t_c- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС);

t^s_c - температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период (при отсутствии данных принимается равной 15 ^оС);

- коэффициент, учитывающий изменение  среднего расхода воды на горячее  водоснабжение в неотопительный период.

Величины  ,   являются климатическими данными для города, в котором располагается рассчитываемая котельная.        

Для построения часовых графиков расходов теплоты на отопление и вентиляцию достаточно использовать два значения тепловых потоков: максимальные Q_omax и Q_{vmax ,} определенные при температуре наружного воздуха t_н= +8 ^оС.  Среднечасовой расход на горячее водоснабжение рассчитывается для двух случаев – для отопительного и неотопительного периодов. График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха, и будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс с ординатой для отопительного периода и с ординатой для неотопительного периода.

Суммируя ординаты часовых графиков по отдельным видам теплопотребления, строят суммарный часовой график расходов теплоты Q_å, который используют также для построения годового графика по продолжительности тепловой нагрузки. Для построения этого графика необходимо иметь данные по продолжительности стояния температур наружного воздуха, принимаемые для конкретного города и просуммированные с нарастающим итогом.

Для построения годового графика по месяцам, используя среднемесячные температуры наружного воздуха , определяют по формулам (10) и (11) тепловые потоки на отопление и вентиляцию для каждого месяца отопительного периода. Суммарный тепловой поток для каждого месяца отопительного периода определяется как сумма тепловых потоков на отопление, вентиляцию и среднечасового теплового потока для данного периода на горячее водоснабжение.

Для неотопительного периода, суммарный  тепловой поток будет равен среднечасовому тепловому потоку на горячее водоснабжение  в данный период, Q ^s_hm.

 

4. Расчёты

Определить для условий г. Самары расчетные тепловые потоки на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение городского квартала.

Расчетная температура наружного  воздуха для проектирования систем отопления t₀ = –27 ⁰С. Плотность населения Р = 400 чел/га. Общая площадь жилого здания на одного жителя f_общ = 18 м²/чел. Средняя за отопительный период норма расхода горячей воды на одного жителя в сутки а =115 л/сутки.

Количество жителей в кварталах m, определяем по формуле

Для квартала количество жителей составит:

                                       чел

Общую площадь жилых зданий кварталов А определяем по формуле

                                         

Приняв для зданий постройки  после 1985г величину удельного показателя теплового потока на отопление жилых  зданий q_о = 81 Вт/м² при t₀= -27 ⁰С, находим расчетные тепловые потоки на отопление жилых и общественных зданий кварталов по формуле (1)

Для квартала при K₁= 0,25 получим

                

Максимальные тепловые потоки на вентиляцию общественных зданий кварталов определяем по формуле (2)

Для квартала при К₂= 0,6 получим

          

По приложению учебного пособия укрупненный показатель теплового потока на горячее водоснабжение q_h c учетом общественных зданий при норме на одного жителя a = 115 л/сутки составит 407 Вт.

Среднечасовые тепловые потоки на горячее  водоснабжение жилых и общественных зданий кварталов определяем по формуле (4)

Для квартала эта величина составит

                     

Суммарный тепловой поток по кварталам Q_S, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

                                       

Для квартала суммарный тепловой поток составит

                               

Для климатических условий г. Самары выполнить расчет часовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, а также годовых графиков теплопотребления по продолжительности тепловой нагрузки и по месяцам.

Определим, используя формулы пересчета (10) и (11) часовые расходы на отопление  и вентиляцию при температуре  наружного воздуха t_н= +8⁰С.

Определим, используя формулу пересчёта (12), среднечасовой расход теплоты  на горячее водоснабжение для  неотопительного периода  .

Находим продолжительности  стояния температур наружного воздуха  в часах с интервалом 5⁰C и продолжительность отопительного периода для г. Самары n₀ = 4950 ч. Данные сводим в таблицу №2.

 

 

 

 

 

Таблица 2

Продолжительность стояния температур наружного воздуха

Продолжительность стояния, n, час	Температура наружного воздуха
	-40 -35	-35 -30	-30 -25	-25 -20	-20 -15	-15 -10	-10 -5	-5 0	0 +8
n	1	9	104	286	490	600	870	1420	1170
Темпера туры	-35 и ниже	-30 и ниже	-25 и ниже	-20 и ниже	-15 и ниже	-10 и ниже	-5 и ниже	0 и ниже	+8 и ниже
ån	1	10	114	400	890	1490	2360	3780	4950

 

Находим среднемесячные температуры  наружного воздуха. Затем, используя  формулы пересчета (10) и (11) определим  часовые расходы теплоты на отопление  и вентиляцию для каждого месяца со среднемесячной температурой ниже +8 ⁰C. Определим суммарные расходы теплоты для месяцев отопительного периода как сумму часовых расходов на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Для месяцев неотопительного периода (с >+8) суммарный расход теплоты будет равен среднечасовому расходу теплоты на горячее водоснабжение = 1,56 МВт. Выполним расчеты для января

Аналогично выполняем  расчёты и для других месяцев  отопительного периода. Расчёты  сведём в таблицу №3.

 

 

 

 

 

Таблица 3

Среднечасовые расходы теплоты  по месяцам года

Среднечасовые расходы  теплоты по месяцам	Среднемесячные температуры  наружного воздуха
	Ян	Фев	Март	Апр	Май	Июнь	Июль	Авг	Сен	Окт	Нояб	Дек
	-13,8	-13	-6,8	+4,6	+14	+18,7	-	-	+12,4	+4,2	-4,1	-10,7
	7,73	7,54	6,03	3,26	-	-	-	-	-	3,35	5,37	6,98
	1,16	1,13	0,90	0,49	-	-	-	-	-	0,50	0,80	1,04
	2,44	2,44	2,44	2,44	1,56	1,56	1,56	1,56	1,56	2,44	2,44	2,44
	11,33	11,11	9,37	6,19	1,56	1,56	1,56	1,56	1,56	6,29	8,61	10,46

 

5. Список литературы

1. Теплоснабжение района города: учеб. Пособие /А.К. Тихомиров. - Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2006. – 135 с.

2. Теплоснабжение: Учебник для вузов / А.А. Ионин, Б.М. Хлыбов, В.Н. Братенков, Е.Н. Терлецкая; Под ред.А. А. Ионина. - М: Стройиздат, 1982. – 336 с.

3. Теплофикация  и тепловые сети / Е.Я. Соколов. – М.: Энергоиздат, 1988. – 376 с.

4. Теплогазоснабжение и вентиляция жилых зданий: Учеб.пособие / А.И. Василенко. –Ростов, 1996. -70 с.