Конс_1 (Конспекты лекций)

10

Министерство общего образования Российской Федерации

Южно-Уральский государственный университет

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

"ИСТОЧНИКИ И СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ"

ВВЕДЕНИЕ

Различают два вида теплоснабжения – централизованное и децентрализованное. При децентрализованном теплоснабжении источник и потребитель тепла находятся близко друг от друга. Тепловая сеть отсутствует. Децентрализованное теплоснабжение разделяют на местное (теплоснабжение от местной котельной) и индивидуальное (печное, теплоснабжение от котлов в квартирах).

В зависимости от степени централизации системы централизованного теплоснабжения (ЦТС) можно разделить на четыре группы:

1. групповое теплоснабжение (ТС) группы зданий;

2. районное – ТС городского района;

3. городское – ТС города;

4. межгородское – ТС нескольких городов.

Процесс ЦТС состоит из трех операций – подготовка теплоносителя (ТН), транспорт ТН и использование ТН.

Подготовка ТН осуществляется на теплоприготовительных установках ТЭЦ и котельных. Транспорт ТН осуществляется по тепловым сетям. Использование ТН осуществляется на теплоиспользующих установках потребителей.

Комплекс установок, предназначенных для подготовки, транспорта и использования теплоносителя называется системой централизованного теплоснабжения.

Различают две основные категории потребления тепла.

1. Для создания комфортных условий труда и быта ( коммунально-бытовая нагрузка ).

Сюда относят потребление воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС), кондиционирование.

2. Для выпуска продукции заданного качества (технологическая нагрузка).

По уровню температуры тепло подразделяется на:

- низкопотенциальное, с температурой до 150 ⁰С;

- среднепотенциальное, с температурой от 150 ⁰С до 400 ⁰С;

- высокопотенциальное, с температурой выше 400 ⁰С.

Коммунально-бытовая нагрузка относится к низкопотенциальным процессам.

Максимальная температура в тепловых сетях не превышает 150 ⁰С (в прямом трубопроводе), минимальная – 70 ⁰С (в обратном).

Для покрытия технологической нагрузки как правило применяется водяной пар с давлением до 1.4 МПа.

В качестве источников тепла применяются теплоподготовительные установки ТЭЦ и котельных. На ТЭЦ осуществляется комбинированная выработка тепла и электроэнергии на основе теплофикационного цикла. Раздельная выработка тепла и электроэнергии осуществляется в котельных и на конденсационных электростанциях. При комбинированной выработке суммарный расход топлива ниже, чем при раздельной.

1. РАСЧЕТ ТЕПЛОВОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ

Тепловую нагрузку можно разделить на сезонную и круглогодичную. Изменение сезонной нагрузки зависит главным образом от климатических условий – температуры наружного воздуха, его влажности, скорости ветра, солнечной радиации и т.п. Основную роль играет изменение температуры наружного воздуха. Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой. К сезонной нагрузке относят нагрузки отопления, вентиляции (зимние нагрузки), кондиционирования (летняя нагрузка). К круглогодичной нагрузке относятся нагрузка горячего водоснабжения (ГВС) и технологическая нагрузка. График технологической нагрузки зависит от характера производства. График нагрузки ГВС зависит от благоустройства зданий, состава населения, графика рабочего дня, режима работы коммунальных предприятий. Технологическая и нагрузка ГВС слабо зависят от времени года.

1.1. Сезонная нагрузка.

Цель отопления – поддержание температуры внутреннего воздуха в помещении на заданном уровне. Температура воздуха в помещении зависит от назначения помещения, а в промышленных зданиях от характера выполняемых работ. Значения температуры воздуха в помещениях принимаются согласно [1,2]. В частности,

- для жилых зданий - от 18 до 20 ⁰С;

- для промышленных зданий - от 16 до 20 ⁰С;

- для общественных зданий - от 14 до 25 ⁰С.

1. Расчет отпуска тепла на отопление.

Для поддержания температуры воздуха в помещении постоянной необходимо обеспечить равенство теплопотерь и теплопритоков. Потери тепла обусловлены теплопередачей через ограждения, на которых перепад температур более 5 ⁰С - Q_т, а также инфильтрацией, Q_инф - затрат тепла на нагрев воздуха, поступающего извне через неплотности ограждений.

,

- коэффициент инфильтрации.

В производственных помещениях тепло расходуется также на нагрев материалов и транспортных средств, поступающих извне - Q_мт.

Приток тепла в помещения осуществляется через отопительные установки - Q_о и от внутреннего тепловыделения - Q_вт.

В общем случае баланс тепла можно записать в виде

.

Для жилых и общественных зданий:

Q_мт = Q_инф = Q_вт = 0 , тогда Q_о = Q_т .

Для производственных помещений:

Q_о = Q_т (1 + ) + Q_мт - Q_вт

в производственных помещениях может составлять 25...35 % от Q_о

Здесь: b – постоянная инфильтрации, b=(35…40) 10^-2;

g- ускорение свободного падения;

L- высота проема в который поступает воздух;

Т_н- температура наружного воздуха, К;

Т_в- температура воздуха в помещении, К;

W- скорость ветра, м/с.

Потери тепла теплопередачей рассчитываются по уравнению

, или

, (1.1)

где:

n- поправка на температурную разность. Учитывается для пола 1-го этажа и потолка верхнего (n 1);

style="position: absolute; top: 0.7in; left: 1.1in" - коэффициент, учитывающий добавки на ориентацию относительно сторон света, этажность здания, скорость ветра, размещения помещения в здании. Приводится в СНиП.

где - поправка, учитывающая ориентацию по сторонам света.

Формулой (1.1) пользуются при проектировании систем отопления конкретного здания, то есть по результатам расчетов определяется количество отопительных приборов, устанавливаемых в помещениях.

При проектировании источников тепла потребность тепла на отопление может быть определена по укрупненным показателям.

1.1.1.1. Определение расхода тепла на отопление по объему здания .

где:

q_о- отопительная характеристика здания, зависящая от объема и назначения здания. Приводится в СниП, а также в [1,2]. ; V- объем здания по наружному замеру.

Максимальные потери тепла и, соответственно, максимальный отпуск тепла на отопление определяется по расчетной температуре для отопления - t_но. Это есть средняя температура наиболее холодной пятидневки из восьми зим за последние 50 лет.

При расчете по укрупненным показателям при отсутствии перечня зданий с указанием их назначения t_в принимают равной 18 ⁰С, если t_но -31 ⁰С и равной 20 ⁰С, если

t_но -31 ⁰С.

Для жилых и общественных зданий расчетное количество тепла на отопление определяется по формуле

.

При

.

Для экономного использования топлива большое значение имеет правильный выбор начала и конца отопительного периода. По СниПу начало и конец отопительного периода принимается при значении среднесуточной температуры равной +8 ⁰С. Для производственных помещений с внутренними тепловыделениями отопительный период начинается при той температуре наружного воздуха, при которой .

Для промышленных зданий:

- при t_н t_но

- при t_н > t_но

Q_o

Д лительность отопительного периода определяется числом суток с устойчивой среднесуточной температурой меньшей и равной +8 ⁰С.

1

2

t_н , ⁰С

+8 t_но

1 – для жилых и общественных зданий;

2 – для промышленных зданий.

Рис.1.1. График отпуска тепла на отопление.

1. Определение расхода тепла на отопление по площади застройки

Такой способ определения расхода тепла применяется только для жилых районов. При ,

где q_F- отпуск тепла на 1 м² площади застройки, Вт/ м² [1,2]; F- площадь застройки, м².

F = f_уд z , где z- число жителей;

f_уд = 12,5 м² / чел – для зданий построенных до 1980 года; f_уд = 18 м² / чел – для зданий, построенных после 1980 года;

k₁=0.25- коэффициент, учитывающий отпуск тепла на отопление общественных зданий. При t_н > t_но

1.1.2. Расчет отпуска тепла на вентиляцию

Под вентиляционной нагрузкой понимают потребность в тепле для подогрева воздуха, подаваемого извне в помещения. В жилых зданиях без специальной приточной системы вентиляции расход тепла Q_в = 0.

Для общественных и промышленных зданий:

Q_в = C’ V_в (t_в - t_н) m ,

где С’ - объемная теплоемкость воздуха, 1260 Дж/(м³К);

V_в - объем вентилируемого помещения по внутреннему замеру;

m - кратность обмена воздуха в помещении.

При расчете по укрупненным показателям отпуск тепла определяют при известном

объеме здания.

Q_в = q_в V (t_в - t_н).

Для общественных зданий, расположенных в жилом районе

где k₂ = 0,4 - для зданий старой постройки, k₂ = 0,6 - для новых зданий.

Различают три категории вентилируемых помещений:

А - с незначительным выделением вредностей. Максимальный отпуск тепла для этих зданий определяется по расчетной температуре для вентиляции - t_нв - средней температуры наиболее холодного периода, составляющего 15 % длительности отопительного сезона.

При отпуск тепла на вентиляцию не увеличивается, при этом уменьшается кратность обмена воздуха. Минимального значения кратность обмена достигает при .