Дубинин А.М. Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий
Подождите немного. Документ загружается.
11
Для зданий, сложенных из железобетонных конструкций в = (35 - 40)10
-3
,
для кирпичных зданий в = (8 - 10)10
-3
, с / м.
Итак, мощность тепловых потерь, кВт, зданием равна:
(
)
μ1
max
т
max
о
+
=
QQ .
2.4. Воздушные тепловые завесы
Для уменьшения тепловой потери инфильтрацией в отапливаемом здании
делают тамбуры с воздушными тепловыми завесами.
Для этого над дверным проемом или под ним ставят воздушный
калорифер, обогреваемый сетевой горячей водой или электрообогревателями,
вентилятор с электроприводом, воздушные короба для раздачи воздуха. Воздух
забирается вентилятором из помещения.
Массовый расход холодного наружного воздуха
, кг / с, проникающего в
помещение через открытые дверные проемы, определяется из выражения
идвни
ρ wFКG
=
,
где w
и
– скорость наружного воздуха, м / с, попадающего в помещение
инфильтрацией (выражение встречалось ранее); F
дв
– площадь открытого
дверного проема, м
2
; К – коэффициент, зависящий от частоты открывания
входной двери – n чел / час, типа дверей (одинарные, двойные, тройные), от
места забора воздуха (снаружи или из помещения).
Так, по данным [4] при n = 600; 1000; 1500,чел / час, в тамбуре двойные
двери, К = 0,21; 0,38; 0,54, соответственно.
Для определения расхода нагретого воздуха, выходящего из калорифера
на воздушную завесу, составим уравнение
теплового баланса для точки
смешения наружного воздуха, воздуха, выходящего из калорифера, и
смешанного воздуха с температурой, равной внутренней t
в
:
(
)
ввизвзнви
tСGGtСGtСG
+
=
+
∗
.
Из последнего выражения получим расход воздуха, кг / с, вытекающего
из калорифера:
12
в
нв
из
tt
tt
GG
−
−
=
∗
,
где t
∗
– температура нагретого воздуха на выходе из калорифера
(принимается 50
°С).
По расходу воздуха и гидравлическому сопротивлению воздушного
тракта выбирают вентилятор с электроприводом к нему.
Тепловая мощность, кВт, потребляемая калорифером из тепловой сети
для подогрева воздуха, идущего на завесу, определяется из выражения
(
)
взз
ttGQ
−
=
∗
.
2.5. Внутренние тепловыделения в помещении
Мощность внутренних тепловыделений, кВт, Q
в.т
зависит от количества,
тепловой мощности бытовых приборов и промышленных установок,
размещенных в помещении
∑
=
K
KQmQ
1
oiiвт
,
где
m
i
– количество, шт, однотипных приборов; Q
i
– мощность тепловыделений
от прибора, кВт, (определяется из паспорта прибора);
К
о
– коэффициент
одновременности работы приборов;
К – количество групп однотипных
приборов.
Мощность внутренних тепловыделений принимается для термических и
кузнечных цехов
max
в.т
Q = (0,3 - 0,5)
max
о
Q , для сталелитейных, чугунолитейных и
меднолитейных цехов
Q
в.т
= (0,5-0,75)
max
о
Q .
Мощность внутренних тепловыделений необходимо учитывать при
расчете мощности тепловых потерь зданием.
()
(
)
в.т
max
т
max
в.т
max
т
max
о
1
μ1
μ1
q
QQQQ
+
+
=−+= ,
где
q
в.т
– удельные внутренние тепловыделения, равны
max
о
max
в.т
/QQ .
13
Напишем окончательное выражение для расчета максимальной мощности
тепловых потерь, кВт, обогреваемого помещения:
()
3
в.т
нвo
max
о
10
1
μ1
-β
−
+
+
′
=
q
ttVqQ
t
.
Все условные обозначения встречались ранее.
Для поддержания температуры внутри помещения
t
в
на постоянном
уровне необходимо подвести к зданию тепловую мощность, равную мощности
тепловых потерь зданием при любой наружной температуре от источника
теплоснабжения посредством тепловых сетей.
В каждом отапливаемом помещении размещают водяные системы
отопления с установкой чугунных или стальных радиаторов типа «Комфорт-
20», «Универсал-С» с «воздушниками» на верхних этажах, кранами и
дренажами на стояках в подвальном помещении. В больших помещениях
(спортивные залы, промышленные цеха) размещают воздушные системы
отопления с полной или частичной рециркуляцией, включающие калориферы,
вентиляторы, воздушные короба. Тип и мощность прибора выбирают из [2].
2.6. Расчет тепловой мощности на вентиляцию помещений
Рассмотрим случай с известными избыточными тепло- и
влаговыделениями внутри помещения -
Δ
Q
в.т
и
Δ
G
вл
, кВт и кг / с,
соответственно.
Прямоточная схема, когда воздух забирается зимой снаружи
помещения, нагревается в калорифере, вдувается в помещение, забирает
внутренние избыточные тепло- и влаговыделения и выбрасывается весь на
улицу.
Заданными считаются следующие параметры:
ϕ
в
и t
в
– относительная влажность и температура внутри помещения
(определяется санитарными нормами и правилами).
ϕ
в
= 40 – 60 %; t
в
= 16 -
24
°С [2].
14
ϕ
н
, t
н
– относительная влажность и температура наружного воздуха. Берутся из
[5] для заданного климатического района.
Необходимо определить расход и параметры приточного воздуха в
помещение, мощность, забираемую калорифером для подогрева воздуха.
Для решения поставленной задачи используем диаграмму
I - d для
влажного воздуха. Построение показано на рис. 2.
Построение процесса:
1.
По ϕ
н
и t
н
на диаграмме I - d находим их пересечение. Получаем т. 1.
Выписываем параметры
I
1
, d
1
.
2.
По параметрам ϕ
в
и t
в
находим т. 3. Выписываем параметры I
3
, d
3
.
3.
Рассчитываем угловой коэффициент луча процесса в помещении − ε,
кДж / кг,
влвт
/ GQ
Δ
Δ
=
ε
.
4.
Находим на диаграмме отрезок ε
∗
с значением ε, полученным в п. 3.
Из т. 3 проводим луч параллельно
ε
∗
до пересечения с линией d
1
= const.
Получим т. 2. Выписываем параметры
I
2
, d
2
= d
1
.
Процесс 1 - 2 – нагрев воздуха в калорифере (процесс
d
1
= const).
Процесс 2 - 3 – нагрев и увлажнение воздуха за счет внутренних
избыточных тепло- и влаговыделений.
Определим расход приточного воздуха, кг / с,
23
вт
23
3
вл
пр
-
10
II
Q
dd
G
G
Δ
=
−
Δ
= .
Тепловая мощность, кВт, забираемая калорифером для подогрева воздуха
(
)
.
12прк
IIGQ
−
=
15
Рис.2.1. Построение процесса подготовки воздуха для вентиляции и
процесса в помещении.
1 - 2 – процесс подогрева воздуха в калорифере; 2 - 3 – процесс нагрева и
увлажнения воздуха за счет избыточных тепло- и влаговыделений в
помещении; t
пр
– температура приточного воздуха, С
Рассмотрим случай, когда вентиляция работает с рециркуляцией.
При рециркуляции часть теплого воздуха из помещения подается на всас
вентилятора, смешивается с наружным воздухом, после чего нагревается в
калорифере и поступает на вентиляцию в помещение. Назначение
рециркуляции – экономия тепловой энергии. Исходные параметры те же самые,
какие были
при прямоточной схеме вентиляции. Добавляется понятие «степень
рециркуляции» – R. R – оно равно отношению расхода воздуха, забираемого на
рециркуляцию из помещения к расходу приточного воздуха.
Требуется рассчитать расход приточного воздуха с рециркуляцией и
мощность, подводимую к калориферу для подогрева воздуха. Построение
процесса представлено на рис. 2.2.
16
Построение процесса:
1.
На диаграмме I - d находим точку пересечения t
н
и ϕ
н
, т. е. т. 1.
2.
По t
в
и ϕ
в
находим точку 2.
3.
Соединяем т. 1 и т. 2 прямой линией и замеряем длину отрезка l
1-2
.
4.
Находим длину отрезка l
2-3
= l
1-2
(1-R), откладываем его из т. 2. Получаем т.
3.
5.
Из т. 2 проводим луч ε параллельно лучу ε
∗
до пересечения с линией
d
3
= const. Получаем т. 4.
6.
Во всех точках снимаем и выписываем параметры I и d.
Процессы 1 - 3, 2 - 3 – смешение наружного воздуха и забираемого из
помещения на рециркуляцию; 3 - 4 – подогрев смеси в калорифере; 4 - 2 –
процесс нагрева и увлажнения воздуха в помещении.
Рис. 2.2. Построение процесса вентиляции в помещении при наличии
рециркуляции.
1 - 3, 2 - 3 – процесс смешения наружного воздуха и отбираемого из
помещения; 3 - 4 – процесс подогрева воздуха в калорифере; 4 - 2 – нагрев и
увлажнение воздуха за счет внутренних избыточных тепло- и влаговыделений;
t
пр
– температура приточного воздуха, С
17
Количество приточного воздуха, кг / с, при наличии рециркуляции
42
вт
42
3
вл
р
пр
-
10
II
Q
dd
G
G
Δ
=
−
Δ
= .
Тепловая мощность, кВт, потребляемая калорифером при наличии
рециркуляции
(
)
.
34
р
пр
р
к
IIGQ
−
=
р
к
Q получается значительно меньше, чем без рециркуляции при прямоточной
системе вентиляции.
Случай, когда в помещении имеются только избыточные
тепловыделения.
Расход приточного воздуха, кг / с,
()
првв
вт
пр
ttС
Q
G
−
Δ
= ,
где С
в
– удельная теплоемкость воздуха, равна 1 кДж / (кг⋅К); t
пр
– температура
приточного воздуха, принимается на 8 - 10°С ниже температуры внутри
помещения t
в
.
Если в помещении имеются только избыточные влаговыделения ΔG
вл
,
кг / с, то расход приточного воздуха, кг / с, для вентиляции рассчитывается из
выражения
прв
3
вл
пр
10
dd
G
G
−
Δ
=
,
где d
в
и d
пр
– влагосодержания воздуха внутри помещения и приточного
воздуха, г / кг.
В помещении имеются только вредные выделения (пары или пыль).
Расход приточного воздуха, кг / с,
прпдк
вв
пр
ψ
СС
G
G
−
= ,
18
где G
вв
– выделение вредного вещества в помещении, мг / с; С
пдк
, С
пр
–
концентрации вредного вещества, предельно допустимые в приточном воздухе,
мг / м
3
; ψ – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения
вредных выделений в помещении (принимается 1,25 - 1,35).
В том случае, когда известно назначение помещения и его объем, то
расчет тепловой мощности на вентиляцию, кВт, производится по удельным
расходам тепловой мощности [1]
(
)
3
нвв
max
в
10
−
′
−
=
ttVqG
,
где q
в
– удельная тепловая мощность, расходуемая на вентиляцию, Вт / (м
3
⋅К);
q
в
зависит от назначения помещения, в котором организуется вентиляция, и
вентилируемого объема. Выбирается из [1, 6]. V – объем вентилируемого
помещения, м
3
; t
в
– температура внутри помещения (расчетная), °С; t′
н
–
расчетная температура наружного воздуха для отопления, она же и для
вентиляции, °С.
Если отсутствует список числа и назначение помещений, в которых надо
организовать отопление и вентиляцию, то тепловую мощность на отопление и
вентиляцию, кВт, рассчитывают по максимальной мощности, приходящейся на
одного жителя, кВт / чел, конкретного климатического района – q
max
.
(
)
mqqQ
гвс
maxmax
во,
−
=
,
где q
max
– мощность, приходящаяся на одного человека данного района,
кВт / чел. Находится из [1]; q
гвс
– мощность, приходящаяся на одного жителя
данного района на горячее водоснабжение, кВт / чел; m – число жителей в
данном районе.
Например, Сибирь, Урал, Север европейской части – q
max
= 2,06 кВт / чел;
Крым, Кавказ, Юг Средней Азии – q
max
= 1,3 кВт / чел. Величина
max
во,
Q делится
между отоплением и вентиляцией:
max
во,
max
о
9,0 QQ
=
;
max
во,
max
в
1,0 QQ
=
.
19
3. КРУГЛОГОДОВАЯ НАГРУЗКА ТЕПЛОПОТРЕБИТЕЛЕЙ
3.1. Расчет тепловой мощности на горячее водоснабжение
бытовых теплопотребителей
График потребления горячей воды бытовыми теплопотребителями носит
чрезвычайно неравномерный характер. Пики максимального водоразбора
приходятся на 6 часов утра и 18 часов вечера. Отношение максимального
водоразбора к среднесуточному носит название коэффициента часовой
неравномерности разбора воды на горячее водоснабжение и обозначается
буквой К. К = 1,7 - 2. Для сглаживания пиков нагрузки горячего водоснабжения
на центральных тепловых подстанциях
устанавливают баки-аккумуляторы (в
закрытых системах теплоснабжения) или в котельных (в открытых системах
теплоснабжения).
Среднесуточная тепловая мощность на горячее водоснабжение, кВт,
бытовых теплопотребителей (рабочий поселок, районный центр и др.)
определяется из выражения [6]:
()
xг
c
ср
гвс
3600
2,1
tt
m
сmg
Q −=
∗
,
где m – число жителей, пользующихся горячей водой, чел; g
∗
=105⋅b + 25 –
среднесуточная норма расхода горячей воды на человека, кг / (сутки⋅чел); в –
ванными; с – удельная теплоемкость воды, равна 4,19 кДж / (кг⋅К); m
с
–
расчетная длительность подачи воды на горячее водоснабжение, ч / сут. При
круглосуточной подаче воды m
с
= 24; t
г
– температура воды на горячее
водоснабжение, принимается 55°С; t
х
– температура холодной воды,
принимается 5°С.
20
3.2. Расчет тепловой мощности на горячее водоснабжение
промышленными теплопотребителями
График суточного потребления воды на горячее водоснабжение
промышленным предприятием (его цехами) носит очень неравномерный
характер. Пики нагрузки приходятся на конец смены – 0 (24 часа); 8 и 16 часов.
Для сглаживания пиков нагрузки в цехах устанавливают бойлеры-
аккумуляторы, в которых холодная водопроводная вода нагревается сетевой
водой в течение 7 - 8 часов между сменами и разбирается в
течение 0,5 часа в
душевых помещениях. Затем бойлеры-аккумуляторы снова заполняются
водопроводной водой.
Среднесуточная тепловая мощность на горячее водоснабжение
производственными цехами, кВт, определяется из выражения:
()
xг
ср
гвс
36008
tt
Рас
Q −
⋅
= ,
где Р – число душевых сеток в цехе, шт. Обычно Р = 10 - 20 шт.; а –
максимальный часовой расход воды через одну сетку в смену. Согласно [1]
a = 270 кг / (ч⋅сетку⋅смену); с – удельная теплоемкость воды, равна
4,19 кДж / (кг⋅К). Остальные параметры использованы ранее.
3.3. Расчет тепловой мощности, отпускаемой промышленным паром
Тепловая мощность, кВт, отпускаемая от источника теплоснабжения
промышленным паром, равна
(
)
β19,4
кппп
tiDQ
−
′
′
=
где D
п
– расход промышленного пара теплопотребителю, кг / с. Обычно эта
величина задается теплопотребителем. i″
п
– энтальпия пара, кДж / кг.
Находится i″
п
из таблиц [7] по давлению и температуре у теплопотребителя.
Эти параметры тоже задает теплопотребитель. t
к
– температура возвращаемого
конденсата, принимается 95°С. β – доля возврата конденсата от