asyan.org
добавить свой файл
1
§ 27. Теплозабезпечення житлових та промислових приміщень.
Мета. Ознайомитися з існуючими системами теплозабезпечення. Провести розрахунок витрат теплоти на теплозабезпечення шкільних навчальних майстерень.

1. Прилади та обладнання.

1. Схеми теплозабезпечення.

2. Схема теплозабезпечення шкільних майстерень в ре­альних умовах.

3. ПЕОМ.

2. Основні теоретичні відомості.

Основними споживачами теплової енергії є промислові підприємства і житлово-комунальне господарство. Центра­лізована система теплозабезпечення включає в себе джерело теплоти (опалювальна котельня чи теплоелектроцентраль), трубопроводи для транспорту теплоти (парова або водяна теплова мережа) і установки споживачів, які використовують теплоту для технологічних чи побутових потреб. Технологічні споживачі, як правило, є круглорічними і мають переважно стабільний добовий графік. До побутових споживачів теплоти відносяться опалення, вентиляція і гаряче водозабезпечення. Споживання теплоти на потреби опалення і вентиляції має сезонний характер. В житлових і громадських приміщеннях температура поверхні опалювальних приладів не повинна перевишувати 95°С, а температура води в системі гарячого водозабезпечення повинна бути не нижче 50-60°С і не вище 70С.

Опалення здійснюється в холодний період року на протязі опалювального сезону. Початок опалювального сезону визначається зниженням середньодобової температури повітря на вулиці нижче +8°С на протязі 3 діб підряд. Аналогічно визначається і завершення опалювального сезону, лише береться до уваги підвищення зовнішньої темпертури. Згідно санітарно-гігієнічних норм температура всередині житлових приміщень повинна підтримуватися на рівні +18°С; в школах, дитячих садках, поліклініках і лікарнях +20°С; в громадських приміщеннях +16С.

Системи теплозабезпечення класифікують за типом джерела теплоти, родом теплоносія, способом подачі води на гаряче водозабезпечения, числом трубопроводів теплової мережі, способом забезпечення споживачів, ступінню централізації.

^ За типом джерела теплоти розрізняють три види теплозабезпечення:

- централізоване теплозабезпечення від ТЕЦ, яке називають теплофікацією;

- централізоване теплозабезпечсння від районних та промислових котелен;

- децентралізоване теплозабезпечення від місцевих котельних і індивідуальних опалювальних апаратів.

^ За родом теплоносія системи теплозабезпечення поділяються на водяні і парові. Парові системи розповсюджені, в основному, на промислових підприємствах, а водяні системи застосовуються для теплозабезпечення житлово-комунального господарства і деяких виробничих споживачів. Переваги води як теплоносія такі: менші енергетичні втрати при транспортуванні, відсутність втрат конденсата гріючої пари, підвищена акумулятивна здатність дозволяє зменшити діаметр трубопроводів і тим самим понизити собівартість мережі. До недоліків води відносять: більші витрати енергії на перекачку в порівнянні з конденсатом, більша чутливість до аварій, жорсткий гідравлічний зв'язок між точками системи.

^ За способом подачі води на гаряче водозабезпечення водяні системи поділяються на закриті і відкриті. В закритих системах вода використовується як теплоносій і із системи не відбирається. В місцеві установки гарячого водозабезпечення надходить вода із питного водопроводу, яка підігріта в спеціальних водо-водяних підігрівачах за рахунок теплоти мережної води. У відкритих системах вода з мережі безпосередньо надходить в місцеві установки гарячого водозабезпечення. Не дивлячись на здешевлення такої системи, вона має свої недоліки (вода має продукти корозії і відсутня її біологічна обробка).

^ За числом трубопроводів розрізняють одно-, двох- і багато-трубні системи. Причому для відкритої системи мінімальна кількість трубопроводів - один, а для закритої - два. Найпоширеніша двохтрубна система, коли теплова мережа має дві лінії (подаюча і зворотня). У тому випадку, коли є потреба в теплоті більш високого потенціалу, використовують трьохтрубні системи, де дві лінії подаючі, а одна - зворотня.

^ За способом забезпечення споживачів теплотою розрізняють одноступеневі і багатоступеневі системи теплозабезпечення. В одноступеневих системах споживачі теплоти приєднуються до теплової мережі безпосередньо. Вузли приєднання споживачів до мережі називають абонентськими вузлами або місцевими тепловими пунктами. Тут встановлюють підігрівачі гарячого водозабезпечення, елеватори, насоси, контрольно-вимірні прилади і регулюючу арматуру. В багатоступенвих системах між джерелом теплоти і споживачем розмішують центральні теплові пункти чи підстанції, в яких параметри теплоносія змінюються в залежності від втрат теплоти місцевими споживачами. Там розмішується центральна підігрівальна установка гарячого водозабезпечення, центральна змішувальна установка мережної води, насоси холодної водопровідної труби, авторегулюючі і контрольно-вимірювальні прилади.

^ За ступенем централізації теплозабезпечення можна розділити на: групове - теплозабезпечення групи будинків, районне - теплозабезпечення декількох груп будинків, міське - теплозабезпечення декількох районів, міжміське теплозабезпечення декількох міст.

Опалення призначено для підтримання температури всередині приміщень на рівні, який відповідає санітарне-гігієнічним нормам. Для того, щоб підтримувати температуру повітря всередині опалюваних приміщень на розрахунковому рівні необхідно забезпечити рівновагу між тепловими втратами приміщення і притоком теплоти. Цю умову теплової рівноваги можна подати у вигляді такої рівності:

, (215)

де - сумарні втрати теплоти даним приміщенням; - приток теплоти через опалювальну систему; - внутрішні джерела теплоти (самі люди, освітлювальні прилади, газові і електричні плити, технологічне обладнання, силові агрегати тощо). Для житлових приміщень приймають = 0, оскільки ці тепловиділення відносно малі.

Величина теплових втрат залежать від кубатури приміщення по зовнішньому заміру , м3 і різниці зовнішньої і внутрішньої температур :

, (216)

де - опалювальна характеристика споруди.

Для промислових споруд = 0,50... 0,85, а для житлових вона розраховується за емпіричною формулою:

, (217)

де = 1,6 при товщині зовнішніх стін 2,5 цеглини і подвійних рамах; = 2,0 ..2,2 для крупноблочних залізобетонних споруд.

Теплові втрати будови складаються із втрат теплоти через зовнішні огородження і втрат інфільтрацією, тобто втрат теплоти внаслідок попадання через нещільності холодного зовнішнього повітря:

, (218)

де = 1,6 - коефіцієнт інфільтрації, - теплові втрати інфільтрацією.

Коефіцієнт інфільтрації змінюється від 0,03...0,06 для житлових і громадських будівель до 0,25...0,30 для промислових споруд. Користуючись формулами (216, 217, 218) можна розрахувати необхідний приток теплоти в приміщення через систему опалення при будь-якій температурі зовнішнього повітря . Максимальне навантаження опалення відповідає найнижчій температурі зовнішнього повітря. Розрахунок максимальних витрат теплоти на опалення проводять за розрахунковою температурою зовнішнього повітря, яка визначається як середня температура найхолодніших 5 днів із найбільш холодних зим за 50-річний період.

Споживання теплоти на гаряче водозабезпечення є цілорічним, але середнє навантаження влітку знижується відносно зимового на 15-25%. Графік навантаження гарячого водозабезпечення на протязі однієї доби приведений на мал. 97, який подібний до добового графіку споживання електроенергії. Вночі має місце глибокий провал навантаження, потім вранці - пік навантаження, за яким іде провал вдень приблизно до середньодобового навантаження та пік увечері. Добові графіки навантаження гарячого водозабезпечення різні для різних днів тижня. Особливо високий пік увечері це навантаження має в суботу.


Мал.97. Графік навантаження гарячого водозабезпечення.

При розрахунках теплових навантажень приймається постійне середньотежневе навантаження гарячого водозабезпечення, яке підраховується за нормами на одного мешканця і потім складається.

На мал. 98 показані графіки опалювального і венти­ляційного навантаження та навантаження гарячого водозабезпечення в залежності від зовнішньої температури для ви­падку - 30С. Складанням , , отримано графік сумарного теплового наванта­ження . До цієї суми потрібно до­дати постійне зна­чення теплових втрат при транс­портуванні гарячої води, яке складає 3-5% максимально­го сумарного теп­лового навантажен­ня . Разом з графіками теплових навантажень при­ведено графік три­валості зовнішніх температур, побудований на основі багаторічних кліма­тологічних спостережень. За допомогою цього графіку по точкам будується графік тривалості опалювальних навантажень (мал.98 б). Площа під кривою тривалості опалювальних навантажень пропорційна відпуску теплоти на опалення за опалювальний сезон:

, (219)

де - тривалість опалювального сезону; - середнє опалювальне навантаження за опалювальний сезон.

Мал.98. Графік опалювального і вентиляційного навантаження та навантаження гарячого водозабезпечення в залежності від зовнішньої температури

Крива тривалості опалювальних навантажень апроксимується тією ж ступеневою залежністю, що й крива тривалості електричних навантажень за рік:

, (220)

де ; ; - опалювальне навантаження початку опалювального сезону;

.

В таблиці 57 приведені характеристики опалювального сезону для деяких кліматичних зон. Тепловим носієм для опалення, вентиляції і гарячого водозабезпечення у вітчизняній практиці застосовується вода, яка має переваги порівняно з паром. При підігріві води на ТЕЦ відбірною парою турбіни остання розширюється до більш низького тиску, ніж пара, яка йде безпосередньо в теплову мережу, що дає збільшення питомого вироблення електроенергії на тепловому споживанні. Ця обставина пояснюється тим, що для парової теплової мережі тиск пари у відборі зростає для подолання втрат тиску у тепловій мережі.

Таблиця 57

Характеристика

Кліматичний район

1

2

3

4

5

6

7

Тривалість опалювального се-зону, годин

5472

5408

5040

5064

4992

3864

2472

Розрахункова температура зов-нішнього повітря, С

-39,7

-27,8

-20,1

-25,2

-29,8

-16

-11,3

Середнє опалювальне наван-таження. m

0,493

0,48

0,482

0,491

0,552

0,5

0,5

При водяній тепловій мережі додається витрата електроенергії на перекачку води насосами. При водяних системах конденсат гріючої пари зберігається на ТЕЦ і проблема поповнення зовнішніх втрат конденсату відсутня. При водяних системах можна здійснювати централізоване регулювання теплового навантаження. Водяні системи здатні акумулювати значну кількість теплоти, що добре з точки зору регулюванню.

Акумулююча здатність будинків характеризується коефіцієнтом акумуляції і є постійною часу в експо­ненціальній залежності температур у приміщенні від часу після припинення теплозабезпечення:

, (221)

де , - поточна і початкова температури у приміщенні. Таким чином, після закінчення часу після при­пинення теплозабезпечення температура у примішенні знизиться до .

Від ТЕЦ відходять магістральні подаючі лінія в різних напрямках. Ці лінії називаються радіусами, а схема - радіальною. Від магістральних ліній є відводи, до яких приєднується внутрішньоквартальна мережа.

Системи гарячого водозабезпечення групи будинків приєднуються до теплової мережі через збудовані всередині житлових кварталів теплові пункти (ЦТП). В ЦТП встановлюють підігрівачі гарячого водозабезпечення. Від ЦТП відходить лінії гарячої води і є зворотня лінія для рециркуляції гарячої води. Таким чином, всередині кварталів теплова ме­режа є чотирьохтрубною.

На мал. 99 при­ведена схема радіаль­ної водяної теплової мережі. При наявності кількох ТЕЦ кожна з них забезпечує свій район теплозабезпечення. Для підвищен­ня надійності теплозабезпечення магістралі сусідніх районів I, ІІ, ІІІ з'єднуються пере­мичками. Таке кільцювання теплових мереж дозволяє здійснювати теплозабезпечення при відключенні пошкодженої ділянки одної з магістралей, використовуючи перемички, а також при аварії на одній із ТЕЦ. При кільцюванні можна перерозподіляти теплове навантаження, досягаючи найбільшого вироблення електроенергії на тепловому споживанні. Кільцювання дозволяє також звести до мінімуму перерву в гарячому водозабезпеченні під час ремонтних профілактичних робіт на теплових мережах влітку.


Мал.99. Радіальна водяна теплова мережа.

Як правило, застосовується підземна прокладка трубопроводів, яка буває канальною і безканальною. В умовах великих міст на деяких ділянках економічно доцільно застосовувати прохідні канали, які будуються із збірних залізобетонних елементів. У таких каналах прокладаються крім теплопроводів інші міські комунікації. Мають застосування також напівпрохідні канали для труб великого діаметру. Найбільш широко застосовуються непрохідні канали.

Сталеві труби мають антикорозійне покриття, на яке накладається шар теплової ізоляції. Зовні накладається шар гідроізоляції. Ці роботи виконуються на спеціальних підприємствах і труби надходять на місце укладки в готовому вигляді.

Небезпечною для теплових мереж є зовнішня корозія від вологи і блукаючих струмів. Останні виникають в місці проходження трамвайних рейок або шляхів електрифікованої залізниці. Для попередження корозії від блукаючих струмів застосовують катодний захист. В результаті зовнішньої корозії можливі розриви теплопроводів, шо є складною аварією. Дуже важливо швидко знайти місце розриву, для чого використовуються спеціальні сигналізуючі пристрої.

Для попередження внутрішньої корозії теплопроводів необхідно заповнювати теплові мережі лише деаерованою хімічно очищеною водою. Необхідно пильно слідкувати за деаерацією підживлюючої води. Продукти внутрішньої корозії із мережною водою попадають у мережні підігрівачі ТЕЦ і утворюють відкладення у середині трубок, що веде до значного збільшення недогрівів у підігрівачах. Тому необхідно вести контроль за величиною недогріву в підігрівачах на ТЕЦ, періодично проводити промивку трубок.

Теплопроводи виконуються із сталевих труб, які зварюються між собою. Для компенсації температурних змін довжини між двома нерухомими опорами передбачають П-подібні компенсатори.

При проектуванні теплових мереж спочатку, у відповідності із прийнятою схемою, намічають траси проходження магістралей і відводи від них. Потім будують п'єзометричний графік, який дозволяє вибрати схеми приєднання абонентів. На п'єзометричному графіку в деякому масштабі малюють рельєф траси теплопроводів, висоти будинків, які приєднуються до теплової мережі, напори в подаючій та зворотній лініях.

^ 4. Послідовність виконання роботи.

1. Ознайомитися з існуючими системами теплозабезпечення та способом їх розрахунку.

2. За запропонованою викладачем схемою теплозабезпечення навчальних майстерень і необхідними параметрами провести їх аналіз і обрати оптимальний спосіб розрахунку подачі теплоти.

3. Розрахувати за допомогою ЕОМ теплові втрати примі­щення, використовуючи запропоновані викладачем значення , , , , за формулою:

.

4. Побудувати залежність .

5. Змінюючи параметри , , прослідкувати на двох- та трьохвимірних графіках зміну витрат теплоти.

6. На графіках за вказаними викладачем значеннями і визначити теплові витрати, а також розрахувати витрати теплоти для конкретного випадку на весь опалювальний сезон:

,

де - тривалість опалювального сезону в секундах за місяців.

7. Проаналізувати можливості збереження та економії теплоти в навчальних майстернях з дотриманням санітарно-гігієнічних норм.

^ 5. Методичні поради для самостійної роботи.

1. Детально ознайомитися з системами теплозабезпечення.

2. Зарисувати схему теплозабезпечення навчальних майстерень факультету, зняти всі необхідні параметри.

3. Проаналізувати, яким чином можна регулювати стабільність температури повітря в приміщенні майстерень.

4. Користуючись літературою, знайомитися з будовою і конструкцією теплових мереж.

^ 6. Рекомендації до оформлення звіту по роботі.

1. Записати тему, мету роботи та послідовність її вико­нання.

2. Зарисувати схему теплозабезпечення навчальних майстерень на факультеті.

3. Всі дані розрахунків звести в таблицю 58.

Таблиця 58



п/п

Об’єм приміщення, V, м3

Температура оточуючого повітря, t,С

Теплові витрати, Q, Вт

1




-15




2

-16




3

-17




4

-18




5

-19




6

-20




7

-21




8

-22




9

-23




4. Подати повний розрахунок .

5. Побудувати залежність ; та проаналізувати їх.

7. Контрольні запитання

1. За якими ознаками класифікують системи теплозабезпечення?

2. Дайте характеристику всім різновидностям систем теплозабезпечення та забезпечення споживачів теплою водою. При цьому зверніть увагу на їх переваги та недоліки.

3. За якою формулою визначають теплові втрати приміщень?

4. Як визначають опалювальну характеристику споруди?

5. Як враховують втрати теплоти на інфільтрацію?

6. Яким чином можна регулювати режим опалювання?