Климатологические данные района теплофикации, Для города
1. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления t но = -18 о С.
2. Расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции t нв = -6о С.
3. Продолжительность отопительного периода п о = 165суток.
4. Средняя температура наружного воздуха за отопительный период =1 о С.
5. Продолжение стояния наружных температур за отопительный период
|
Температура, о С |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-5 |
0 |
8 |
|
|
Время стояния, ч |
2 |
17 |
94 |
362 |
935 |
2880 |
4920 |
|
1.2 Определение расчетных расходов тепла на отопление и вентиляцию по укрупненным показателям
1.2.1 Расчетный расход тепла на отопление промышленных зданий
, кВт, (1,1)
где — коэффициент инфильтрации;
V — строительный объем здания по наружному обмеру, м 3 ;
t в — внутренняя температура воздуха в здании, °С;
t но — расчетная температура наружного воздуха для отопления, °С;
q 0 — отопительная характеристика здания, Вт/м3 К.
, (1,2)
где b — постоянная инфильтрации, с/м, b = 3710 -3 дли промышленных зданий, b = 910-3 для общественных,
g — ускорение свободного падения, м/с 2 ;
- L — высота здания или этажа административного здания, м (14 м);
в — скорость ветра, м/с(6,8 м/с);
T но, Tв — температура наружного и внутреннего воздуха, К.
Для промышленных зданий:
В горячих цехах часть теплопотерь здания компенсируется внутренними тепловыделениями. В этом случае расход тепла на отопление должен быть уменьшен на величину тепловыделения, а расход остального подводимого тепла определится из выражения
, кВт, (1,3)
где Q 0 max — внутренне тепловыделения здания, кВт.
Для литейного цеха металлургического завода:
, кВт,
, кВт,
, кВт.
1.2.2 Расчетный расход тепла на вентиляцию промышленных зданий
, кВт, (1,4)
где q в — вентиляционная характеристика здания, Вт/(м3 К)
t нв — расчетная температура наружного воздуха для проектирования вентиляции, 0 С.
Для литейного цеха металлургического завода:
кВт.
1.2.3 Расчетный расход тепла на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий
Из общего расхода тепла на 1 жителя на отопление принимается 90%, т.е.
, кВт, (1,5)
а на вентиляцию — 10 %, т.е.
, кВт, (1,6)
где q max — укрупненная норма расхода тепла на 1 жителя, кВт;
m — число жителей в районе
Райцентр
кВт,
кВт.
Рабочий поселок
кВт,
кВт.
1.3 Расход тепла на горячее водоснабжение производственных цехов
,кВт, (1,7)
где m — число работающих в цехе (приближенно принимается для производственных цехов m = 3V10 3 чел., для административных зданий m = 10V103 чел.);
- a — норма расхода воды на 1 работающего в смену, кг;
- с = 4,19 кДж/(кг°С) — теплоемкость воды;
t гв = 65 о С; tхв = 5 о С — температура горячей и холодной воды;
- n — продолжительность работы предприятия в 1 или 2 смены (8ч, 16ч).
Для литейного цеха металлургического завода:
m=3 70000/1000=210 чел,
кВт.
1.4 Расчетный расход тепла на горячее водоснабжение жилых районов
, кВт. (1,8)
где k — коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды;
- а — среднесуточный расход воды на 1 жителя;
- m — число жителей района.
Райцентр
кВт.
Рабочий поселок
кВт.
|
Расчёт теплопотребления района Табл. 1 |
||||||||||
|
Расчётные характеристики |
||||||||||
|
№ абонента |
Наименование потребителей |
Число жителей в районе, чел |
Строительный объём здания, м 3 |
Удельная отопительная характеристика, Вт/(м 3 *К) |
Удельная вентиляционная характеристика, Вт/(м 3 *К) |
Коэффициент инфильтрации |
Укрупнённая норма расхода тепла, кВт |
Норма потребления горячей воды, кг/сут |
Температура воздуха в помещении, 0 C |
|
|
m |
V |
q о |
q в |
м |
q max |
a |
t в |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1 |
Металлургический завод |
|||||||||
|
Литейный цех |
210 |
70000 |
0,256 |
0,961 |
0,385 |
24 |
18 |
|||
|
Термический цех |
150 |
50000 |
0,286 |
1,153 |
0,385 |
24 |
18 |
|||
|
Кузнечный цех |
120 |
40000 |
0,311 |
0,603 |
0,385 |
24 |
18 |
|||
|
Механический цех |
90 |
30000 |
0,497 |
0,175 |
0,385 |
11 |
18 |
|||
|
Административный корпус |
400 |
40000 |
0,272 |
0,125 |
0,094 |
11 |
18 |
|||
|
Итого |
||||||||||
|
2 |
Завод металлоконструкций |
|||||||||
|
Кузнечный цех |
240 |
80000 |
0,289 |
0,578 |
0,385 |
24 |
18 |
|||
|
Слесарный цех |
270 |
90000 |
0,453 |
0,156 |
0,385 |
11 |
18 |
|||
|
Цех металлоконструкций |
75 |
25000 |
0,494 |
0,292 |
0,385 |
11 |
18 |
|||
|
Склад |
45 |
15000 |
0,528 |
0,000 |
0,373 |
11 |
10 |
|||
|
Административный корпус |
150 |
15000 |
0,344 |
0,119 |
0,094 |
11 |
18 |
|||
|
Итого |
||||||||||
|
3 |
Районный центр |
13000 |
1,24 |
105 |
18 |
|||||
|
4 |
Рабочий посёлок |
3000 |
1,24 |
80 |
18 |
|||||
|
Всего |
||||||||||
|
Расчётные характеристики |
Собственные тепловыделения, кВт |
Максимальный расход тепла на отопление, кВт |
Максимальный расход тепла на вентиляцию, кВт |
Максимальный расход тепла на горячее водоснабжение, кВт |
Суммарный расход тепла абонентом, кВт |
|||||
|
Расчётная температура воздуха для отопления, 0 C |
Расчётная температура воздуха для вентиляции, 0 C |
Температура горячей воды, 0 С |
Максимальные теплопотери зданий, кВт |
|||||||
|
t но |
t нв |
t гв |
Q о max |
Q т |
Q’ о max |
Q в max |
Q гв max |
Q |
||
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
941,3 |
470,7 |
470,7 |
1816,5 |
44,0 |
2331,1 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
752,8 |
376,4 |
376,4 |
1556,3 |
31,4 |
1964,1 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
654,8 |
327,4 |
327,4 |
651,0 |
25,1 |
1003,6 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
784,9 |
0 |
784,9 |
141,8 |
8,6 |
935,3 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
452,5 |
0 |
452,5 |
135,0 |
38,4 |
625,9 |
||
|
3586,3 |
1174,4 |
2411,9 |
4301 |
147,6 |
6860,0 |
|||||
|
-20 |
-9 |
65 |
1216,1 |
486,4 |
729,7 |
1247,4 |
50,3 |
2027,3 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
2144,2 |
0 |
2144,2 |
378,0 |
25,9 |
2548,2 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
650,4 |
0 |
650,4 |
196,9 |
7,2 |
854,5 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
326,0 |
0 |
326,0 |
0,0 |
4,3 |
330,3 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
214,7 |
0 |
214,7 |
48,4 |
14,4 |
277,5 |
||
|
4551,5 |
486,4 |
4065,0 |
1871 |
102,1 |
6037,8 |
|||||
|
-20 |
-9 |
65 |
14508,0 |
0 |
14508,0 |
1612,0 |
7943,5 |
24063,5 |
||
|
-20 |
-9 |
65 |
14508,0 |
0 |
3348,0 |
372,0 |
1396,7 |
5116,7 |
||
|
25993,8 |
1660,9 |
24332,9 |
8155 |
9590 |
42078,0 |
|||||
Минимальные расходы тепла на отопление и вентиляцию определяются пересчетом
, кВт, (1,9)
, кВт, (1,10)
где t о — температура наружного воздуха в конце отопительного периода (tо = 8 о С).
кВт,
кВт.
Рис1 График годового расхода тепла промышленного района, Рис2 График годового расхода тепла промышленного района
(Q=398920кВт)
2. Гидравлический расчет тепловых сетей
Гидравлический расчет является одним из важнейших разделов проектирования тепловых сетей. В его задачу входят: определение диаметров трубопроводов, определение потерь давления (напора); установление значений давлений (напоров) в различных точках сети, увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах для обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети абонента.
Исходными данными для гидравлического расчета трубопроводов тепловой сети являются расчетные тепловые нагрузки и принятые параметры теплоносителя.
2.1 Определение расходов сетевой воды
При теплоносителе — воде расчетные расходы воды для гидравлического расчета з
, кг/с, (2,1)
где Q — суммарный расход тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение абонента, кВт;
1, ? 2 — температуры сетевой воды в прямом и обратном трубопроводе соответственно при расчетных температурах наружного воздуха, °С;
- с = 4,19 кДж/(кг*°С) — теплоемкость воды;
К р =1,005 — коэффициент, учитывающий утечки воды из сети.
Для первого участка:
кг/с,
2.2 Гидравлический расчет водяных тепловых сетей
Гидравлический расчет водяных тепловых сетей разделяется на 2 этапа: предварительный и поверочный.
2.2.1 Предварительный гидравлический расчет
В проекте удельные потери давления в магистральных трубопроводах принимаем 80 Па/м, для ответвлений — по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м.
, (2,2)
где — ориентировочный коэффициент местных потерь;
- G — расход теплоносителя на рассматриваемом участке, кг/с;
- z — постоянный коэффициент, для воды z = 0,01.
Предварительные удельные линейные потери давления могут быть найдены из выражения
, Па/м, (2,3)
где Р- располагаемый перепад давлений на участке, Па;
l — общая длина трассы,
Для двухтрубной тепловой сети в качестве l принимается длину прямой или обратной линий.
Ориентировочный внутренний диаметр трубопровода определится из выражения
, м, (2,4)
где А d в — коэффициент, зависящий от шероховатости труб (Кэ =0,5 мм).
Для первого участка:
м,
Ориентировочно найденный диаметр трубопровода округляется до ближайшего большего стандартного диаметра трубы, значение которого на первом участке 0,359 м.
|
Таблица предварительного гидравлического расчёта водяной тепловой сети |
Табл.2.1 |
|||||||
|
№ участков |
Расход воды на участке, кг/с |
Длина участка, м |
Ориентировочные местные сопротивления |
Ориентировочные удельные линейные потери давления, Па/м |
Ориентировочный внутренний диаметр трубы, м |
Внутренний диаметр стандартной трубы, м |
Толщина стенки стандартной трубы, мм |
|
|
G |
l |
б |
R’ л |
d |
d вн |
S |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
Магистраль |
||||||||
|
1 |
148,3 |
870 |
0,122 |
80 |
0,340 |
0,359 |
9 |
|
|
2 |
32,9 |
900 |
0,057 |
80 |
0,192 |
0,207 |
6 |
|
|
3 |
53,5 |
570 |
0,073 |
80 |
0,231 |
0,259 |
7 |
|
|
4 |
24,5 |
2270 |
0,050 |
80 |
0,172 |
0,184 |
5 |
|
|
Ответвления |
||||||||
|
5 |
115,4 |
100 |
0,107 |
250 |
0,249 |
0,259 |
7 |
|
|
6 |
29,0 |
440 |
0,054 |
250 |
0,147 |
0,15 |
4,5 |
|
2.2.2 Поверочный расчет водяной тепловой сети
Число компенсаторов определяют в зависимости от диаметра трубопровода, рода теплоносителя и расстояния между неподвижными опорами L x .
При установке П-образных компенсаторов длина трубопровода увеличивается на величину
, м, (2,5)
где Н — вылет (плечо) компенсатора, м,
n к — число установленных на участке компенсаторов, шт.
Вылет компенсатора, в свою очередь, зависит от диаметра трубопровода, температуры теплоносителя. При расчете компенсатора определяется расчетное тепловое удлинение трубопровода
, м, (2,6)
где — коэффициент линейного расширения стали (1,210 -5 1/°С)
1 — максимальная температура теплоносителя;
t м — температура наружного воздуха при монтаже компенсатора, °С
Вылет компенсатора определяется по выражению
, м, (2,7)
где С А = 0,3 — коэффициент формы компенсатора;
l р = kl — температурное удлинение участка трубопровода с учетом предварительной растяжки;
- k — степень растяжки компенсатора, зависящая от температуры теплоносителя (k=0,5);
Е = 19,610 10 Па — модуль упругости первого рода;
доп — допустимое напряжение от тепловых удлиннений, (70106 Па).
Эквивалентная длина всех местных сопротивлений определяется по формуле
, м, (2,8)
где А l — постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости труб.
Приведенная длина участка трубопровода определится из выражения:
- , м; (2,9)
Уточненные удельные линейные потери давления подсчитываются из выражения
, Па, (2,10)
где А в R — постоянный коэффициент, зависящий от шероховатости труб. Полная потеря давления на участке сети
Р = R л lпр , Па, (2,11)
или
, м в.ст., (2,12)
где g = 9,81 м/с — ускорение свободного падения;
- ? — плотность теплоносителя при заданной температуре.
Для первого участка:
L х =140 мм, ,
м,
l р = 0,50,1848 = 0,0924 м,
м,
м,
м,
м;
Па/м,
Р = 64,91279,7 =83097 Па,
Для остальных участков расчет аналогичен. Результаты расчета сводим в таблицы.
|
Установленные на трассе местные сопротивления Табл.2.2 |
|||||||||||
|
Участок сети |
тройник |
задвижки |
повороты 120 0 |
отводы 90 0 |
компенсаторы |
||||||
|
число |
коэф. мест. сопр. |
число |
коэф. мест. сопр. |
число |
коэф. мест. сопр. |
число |
коэф. мест. сопр. |
число |
коэф. мест. сопр. |
||
|
n |
о |
n |
о |
n |
о |
n |
о |
n |
о |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
1 |
1 |
3 |
1 |
0,4 |
1 |
0,7 |
4 |
0,6 |
7 |
1,9 |
|
|
2 |
1 |
5,3 |
2 |
0,4 |
1 |
0,7 |
5 |
0,6 |
8 |
1,9 |
|
|
3 |
1 |
3 |
1 |
0,4 |
8 |
0,6 |
5 |
1,9 |
|||
|
4 |
1 |
0,3 |
3 |
0,4 |
5 |
0,6 |
19 |
1,9 |
|||
|
5 |
1 |
1,3 |
2 |
0,4 |
1 |
1,9 |
|||||
|
6 |
1 |
2,15 |
2 |
0,4 |
4 |
0,6 |
4 |
1,9 |
|||
|
Уо |
L x |
l р |
l к |
l э |
l |
l пр |
|||||
|
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
|||||
|
19,8 |
0,14 |
0,092 |
75,7 |
334,0 |
870 |
1279,7 |
|||||
|
25 |
0,12 |
0,079 |
61,1 |
211,9 |
900 |
1173,0 |
|||||
|
17,7 |
0,12 |
0,079 |
42,6 |
198,5 |
570 |
811,1 |
|||||
|
40,6 |
0,12 |
0,079 |
136,5 |
297,0 |
2270 |
2703,5 |
|||||
|
4 |
0,12 |
0,079 |
8,5 |
44,9 |
100 |
153,4 |
|||||
|
12,95 |
0,12 |
0,079 |
26,0 |
73,4 |
440 |
539,4 |
|||||
|
Окончательный гидравлический расчёт тепловой водяной сети Табл. 2.3 |
|||||||||||
|
Участок сети |
Расход воды на участке, кг/с |
Приведенная длина участка, м |
Внутренний диаметр стандартной трубы, м |
Толщина стенки стандартной трубы, мм |
Уточнённые удельные и линейные потери, Па/м |
Падение давления на участке, Па |
Падение напора на участке, м в ст |
Общий располагаемый напор у абонента, м в ст |
Номер абонента |
||
|
G |
l пр |
d вн |
S |
R л |
ДP |
ДH |
УДH |
№ |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|||
|
1 |
148,3 |
1279,7 |
0,359 |
9 |
64,9 |
83097 |
8,69 |
||||
|
2 |
32,9 |
1173,0 |
0,207 |
6 |
57,5 |
67487 |
7,06 |
15,00 |
1-й аб. |
||
|
3 |
53,5 |
811,1 |
0,259 |
7 |
46,9 |
38046 |
3,98 |
||||
|
4 |
24,5 |
2703,5 |
0,184 |
5 |
59,4 |
160601 |
16,79 |
15,00 |
4-й аб. |
||
|
5 |
115,4 |
153,4 |
0,259 |
7 |
218,3 |
33483 |
3,50 |
27,78 |
3-й аб. |
||
|
6 |
29,0 |
539,4 |
0,15 |
4,5 |
241,8 |
130416 |
13,64 |
21,31 |
2-й аб. |
||
2.3 Гидравлический расчет паропроводов
В расчетах эквивалентная шероховатость труб принимается К э = 0,0002 м.
2.3.1 Предварительный растет паропровода
Ориентировочный внутренний диаметр паропровода
, м, (2,13)
где D- расход пара, кг/с.
При расчете R’ л пользуемся приведенными ранее формулами.
Ориентировочная средняя плотность пара определится из условия предварительно принятого падения давления и принятого падения температуры пара по длине участка
, кг/м 3 , (2,14)
где н и к — объемные плотности пара в начале и конце расчетного участка, кг/м3 .
После округления ориентировочного диаметра паропровода до стандартного производится поверочный расчет паропровода.
Для первого участка:
кг/м 3 ,
Па/м, (2,15)
м,
d н = 0,184м, dв = 0,194 м.
Для оставшихся участков расчет аналогичен. Результаты расчета сводим в таблицу.
|
Таблица предварительного гидравлического расчёта Табл. 2.4 паропроводов |
|||||||||||
|
Участок сети |
Расход пара, кг/с |
Длина участка, м |
Давление в начале участка, МПа |
Температура в начале участка, 0 C |
Объёмная плотность в начале участка, кг/м 3 |
Ориентировочные местные сопротивления |
Ориентировочные удельные линейные потери давления, Па/м |
Ориентировочный диаметр паропровода, м |
Внутренний диаметр стандартной трубы, м |
Толщина стенки стандартной трубы, мм |
|
|
D |
l |
P н |
t н |
с н |
б |
R’ л |
d’ в |
d вн |
S |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
|
|
1_2 |
1,25 |
1770 |
0,601 |
350 |
2,35 |
0,212 |
82,5 |
0,167 |
0,184 |
5 |
|
|
3_4 |
1,94 |
1010 |
0,601 |
350 |
2,35 |
0,265 |
79,1 |
0,201 |
0,207 |
6 |
|
2.3.2 Поверочный расчет паропровода
Местные сопротивления вычисляются аналогично указанному для водяных тепловых сете Секционирующие задвижки на паропроводе расчетной магистрали не ставятся. Задвижки ставятся на ответвлениях и перед вводом паропровода к потребителю.
Для стандартной трубы определяем область гидравлического режима работы паропровода. Для этого определяем число Re
, (2,16)
где — кинематическая вязкость пара, м 2 /с.
Предельное число Рейнольдса
- (2,17)
Для Re>Re п удельные линейные потери давления вычисляются с помощью уравнения
, Па/м, (2,18)
где А R — постоянный коэффициент.
Для первого участка:
- , Re>Re п ,
, Па/м.
Определение приведенной длины паропровода производится аналогично приведенной длине водяных тепловых сетей.
Поскольку объемная плотность пара изменяется, необходимо определить теплопотери на трассе и уточнить среднюю теплоёмкость пара. Полные теплопотери на расчётном участке
Q = q l lр , кВт, (2,19)
где l р — расчетная длина участка паропровода.
Температура пара изменяется на участке на величину
, о С, (2,20)
где С р — теплоемкость пара, кДж/(кг*к).
Падение давления определяются по формуле
Р = R л lпр , Па. (2,21)
Для первого участка:
м,
м,
Q = 0,18993 = 178,7 кВт,
о С,
Р = 52,421327 = 69548 Па.
Для оставшихся участков расчет аналогичен. Результаты расчета сводим в таблицу.
|
Таблица окончательного гидравлического расчёта паропроводов Табл. 2.5 |
|||||||||
|
Участок сети |
Расход пара, кг/с |
Приведенная длина паропровода, м |
Ориентировочная средняя плотность пара, кг/м 3 |
Кинематическая вязкость пара, м 2 /с |
Число Рейнольдса |
Предельное число Рейнольдса |
Линейные потери давления, Па/м |
Расчётная длина участка, м |
|
|
D |
l пр |
с ср |
н |
Re |
Re п |
R л |
l р |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
|
1_2 |
1,25 |
1327 |
2,29 |
0,0000097 |
388077 |
522560 |
52,42 |
993 |
|
|
3_4 |
1,94 |
4365 |
2,13 |
0,0000104 |
535373 |
587880 |
72,92 |
4153 |
|
Расчёт конденсатопровода производят при 100%-ном возврате конденсата. Конденсат занимает полное сечение трубопровода. Диаметр конденсатопровода определяется по расходу конденсата и удельному падению давления по длине, которое принимается равным 100 Па/м.
Гидравлический расчет конденсатопровода производим используя номограммы. Результаты расчёта сводим в таблицу.
|
Таблица гидравлического расчёта конденсатопроводов Табл. 2.6 |
||||||||
|
Участок сети |
Расход пара, кг/с |
Линейные потери давления, Па/м |
Скорость, м/с |
Ориентировочный диаметр паропровода, м |
Стандартная труба |
|||
|
Условный проход, м |
Наружный диаметр, м |
Внутренний диаметр, м |
||||||
|
D |
R л |
w |
d’ в |
d у |
d нар |
d вн |
||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
1_2 |
1,25 |
100 |
0,6 |
0,06 |
0,07 |
0,076 |
0,07 |
|
|
3_4 |
1,94 |
100 |
0,5 |
0,065 |
0,07 |
0,076 |
0,07 |
|
Температурные графики выражают зависимость необходимых температур воды в тепловых сетях от тепловой нагрузки и от температуры наружного воздуха.
Уравнения для построения температурных графиков:
для подающей магистрали
, о С; (3,1)
для обратной магистрали
, о С; (3,2)
где t вр — расчетная температура воздуха внутри помещения
t’ — температурный напор в нагревательных приборах отопительной системы, °С
‘ 0 ? — температурный перепад в тепловой сети;
- ‘ — температурный перепад в отопительной системе;
- относительная тепловая нагрузка;
t н , tно — текущая наружная температура воздуха и расчетная температура наружного воздуха по отоплению, 0 С.
Задаваясь различными значениями t н в пределах от +8 до tно , определяют ‘0 ?? и строим график температур воды в тепловой сети. Поскольку температура воды для горячего водоснабжения должна быть 60…65 °С, то минимальная температура воды в подающей магистрали должна быть 70° для закрытых систем теплоснабжения. Поэтому отопительный график срезается на уровне 70° и носит название отопительно-бытового. Температура наружного воздуха, при которой график имеет излом, делит его на две части.
В правой части осуществляется качественное регулирование отпуска теплоты, в левой части — местное регулирование (пропусками).
t’= 0,5(‘ 3 +’2 ) — tвр = 0,5(95 + 70) — 18 = 64,5, о С, (3,3)
‘ 0 ? = ‘01 — ‘02 = 120 — 70 = 50, о С, (3,4)
‘= ‘ 03 — ‘02 = 95 — 70 = 25, о С, (3,5)
, (3,6)
= 18 + 64,50,333 0,8 + (50 — 0,525)0,333 = 57,28о С,
= 120 о С.
= 18 + 64,50,333 0,8 — 0,5250,333 = 41,01о С,
= 70 о С.
Рис. 3. График температур воды в подающей и обратной магистрали при центральном регулировании по отопительной нагрузке
В задачу теплового расчета входит выбор толщины основного слоя изоляционной конструкции, расчет потерь теплоты теплопроводами и определение эффективности изоляции.
4.1 Выбор толщины изоляции теплопроводов
Толщина основного слоя изоляционной конструкции выбирается на основании расчёта по нормам потерь теплоты. Расчет основного слоя изоляции проводят по выражению
Полное термическое сопротивление на пути теплового потока к окружающей среде при надземной прокладке трубопроводов
, Па/м, (4,1)
Полное термическое сопротивление на пути теплового потока к окружающей среде при подземной бесканальной прокладке трубопроводов
, Па/м, (4,2)
где — термическое сопротивление грунта, Па/м, (4,3)
- термическое сопротивление слоя изоляции, Па/м, (4,4)
- термическое сопротивление наружной поверхности изоляции, Па/м, (4,5)
d 2 — наружный диаметр изолированной трубы,
d 1 — наружный диаметр трубы без изоляции,
- коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м о С),
- коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м о С),
- коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху, первоначально принимаем 20 Вт/(м 2 о С),
h — глубина заложения оси теплопровода, м,
Приближенное значение температуры наружной поверхности изоляции
, о С. (4,6)
Уточненное значение коэффициента теплоотдачи от поверхности изоляции к воздуху:
коэффициент теплоотдачи конвекцией
, Вт/(м 2 о С), (4,7)
где щ — скорость воздуха, м/с,
коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием
, Вт/(м 2 о С), (4,8)
н = к + л , Вт/(м2 о С).
(4,9)
Затем производим пересчет R из и RУ.
При двухтрубном теплопроводе рассчитывается условное дополнительное сопротивление
, Па/м. (4,10)
Удельные тепловые потери трубопроводов при наземной прокладке
, Вт/м, (4,11)
где — температура теплоносителя в трубе,
t 0 — температура грунта на глубине оси теплопровода.
Удельные тепловые потери двухтрубных теплопроводов при подземной бесканальной прокладке:
теплопотери первой трубы
, Вт/м, (4,12)
где — температура теплоносителя в первой трубе,
- температура теплоносителя во второй трубе,
теплопотери второй трубы
, Вт/м. (4,13)
Тепловые потери трубопровода
Q = ql(1+), Вт. (4,14)
Коэффициент эффективности изоляции
, (4,15)
где Q — теплопотери изолированной трубы, Вт;
- теплопотери голой трубы, Вт.
Для первого участка:
Исходные данные: t 0 =1 о С, =100 о С, =20 Вт/(м2 о С), =0,25.
о С,
Вт/(м о С).
Задаемся первоначально м.
Па/м,
Па/м,
Па/м,
о С.
Вт/(м 2 о С),
Вт/(м 2 о С),
н = 25,21+4,18 = 29,39 Вт/(м2 о С).
Па/м,
Па/м,
Вт/м.
По норме данная величина составляет 112 Вт/м. Погрешность невелика и пересчёт не требуется.
Q = 1021150(1+0,25) = 145251 Вт.
Вт/м,
Вт,
Расчёт остальных участков производится по приведённой схеме. Результаты расчёта сводим в таблицы.
|
Тепловой расчёт теплопроводов Табл.4.1 |
||||||||||
|
Участок сети |
Способ прокладки |
Наружный диаметр трубопровода, м |
Коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м*К) |
Температура теплоносителя, 0 С |
Толщина изоляции, м |
Ориентировочный коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 *К) |
Термическое сопротивление изоляции, (м*К)/Вт |
Ориентировочное термическое сопротивление наружной поверхности, (м*К)/Вт |
||
|
d нар |
л из |
ф |
д из |
б’ н |
R из |
R’ нп |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
1 |
надземная |
вод, под |
0,377 |
0,056 |
100 |
0,075 |
20 |
0,959 |
0,030 |
|
|
вод, обр |
0,377 |
0,050 |
50 |
0,050 |
20 |
0,744 |
0,033 |
|||
|
пар |
0,194 |
0,082 |
350 |
0,100 |
20 |
1,378 |
0,040 |
|||
|
конденс |
0,076 |
0,056 |
100 |
0,050 |
20 |
2,405 |
0,090 |
|||
|
2 |
надземная |
вод, под |
0,219 |
0,056 |
100 |
0,060 |
20 |
1,251 |
0,047 |
|
|
вод, обр |
0,219 |
0,050 |
50 |
0,100 |
20 |
2,052 |
0,038 |
|||
|
пар |
0,194 |
0,082 |
350 |
0,100 |
20 |
1,378 |
0,040 |
|||
|
конденс |
0,076 |
0,056 |
100 |
0,050 |
20 |
2,405 |
0,090 |
|||
|
3 |
подземная бесканальная |
вод, под |
0,273 |
0,056 |
100 |
0,050 |
0,887 |
|||
|
вод, обр |
0,273 |
0,051 |
50 |
0,050 |
0,979 |
|||||
|
пар |
0,219 |
0,082 |
350 |
0,140 |
1,594 |
|||||
|
конденс |
0,076 |
0,056 |
100 |
0,009 |
0,604 |
|||||
|
4 |
подземная бесканальная |
вод, под |
0,194 |
0,056 |
100 |
0,040 |
0,981 |
|||
|
вод, обр |
0,194 |
0,051 |
50 |
0,040 |
1,083 |
|||||
|
5 |
надземная |
вод, под |
0,273 |
0,056 |
100 |
0,060 |
20 |
1,043 |
0,041 |
|
|
вод, обр |
0,273 |
0,050 |
50 |
0,050 |
20 |
0,987 |
0,043 |
|||
|
6 |
надземная |
вод, под |
0,159 |
0,056 |
100 |
0,050 |
20 |
1,397 |
0,061 |
|
|
0,159 |
0,050 |
50 |
0,075 |
20 |
2,101 |
0,052 |
||||
|
0,219 |
0,082 |
350 |
0,120 |
20 |
1,440 |
0,035 |
||||
|
вод, обр |
0,076 |
0,056 |
100 |
0,050 |
20 |
2,405 |
0,090 |
|||
|
Термическое сопротивление грунта, (м*К)/Вт |
Ориентировочное суммарное термическое сопротивление, (м*К)/Вт |
Температура наружной поверхности, 0 С |
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м 2 *К) |
Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м 2 *К) |
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 *К) |
Термическое сопротивление наружной поверхности, (м*К)/Вт |
Суммарное термическое сопротивление, (м*К)/Вт |
Удельные тепловые потери, Вт/м |
Тепловые потери, Вт/м |
|
|
R гр |
R’ У |
t нп |
б к |
б л |
б н |
R нп |
R У |
q |
Q |
|
|
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|
|
0,989 |
4,0 |
25,21 |
4,18 |
29,39 |
0,021 |
0,98 |
101 |
145251 |
||
|
0,777 |
3,1 |
25,97 |
4,16 |
30,13 |
0,022 |
0,77 |
64 |
91937 |
||
|
1,419 |
10,9 |
27,50 |
4,34 |
31,85 |
0,025 |
1,40 |
249 |
357419 |
||
|
2,495 |
4,6 |
35,03 |
4,20 |
39,22 |
0,046 |
2,45 |
40 |
58065 |
||
|
1,298 |
4,6 |
28,77 |
4,20 |
32,97 |
0,028 |
1,28 |
77 |
111206 |
||
|
2,090 |
1,9 |
27,00 |
4,13 |
31,14 |
0,024 |
2,08 |
24 |
33928 |
||
|
1,419 |
10,9 |
27,50 |
4,34 |
31,85 |
0,025 |
1,40 |
249 |
357419 |
||
|
2,495 |
4,6 |
35,03 |
4,20 |
39,22 |
0,046 |
2,45 |
40 |
58065 |
||
|
0,203 |
1,090 |
76 |
228954 |
|||||||
|
0,203 |
1,182 |
30 |
89968 |
|||||||
|
0,180 |
1,774 |
193 |
580039 |
|||||||
|
0,313 |
0,917 |
93 |
279103 |
|||||||
|
0,228 |
1,209 |
76 |
37865 |
|||||||
|
0,228 |
1,311 |
27 |
13509 |
|||||||
|
1,084 |
4,7 |
27,53 |
4,20 |
31,72 |
0,026 |
1,07 |
93 |
133140 |
||
|
1,030 |
3,0 |
27,96 |
4,16 |
32,12 |
0,027 |
1,01 |
48 |
69496 |
||
|
1,459 |
5,2 |
31,19 |
4,21 |
35,40 |
0,035 |
1,43 |
69 |
99380 |
||
|
2,153 |
2,2 |
29,58 |
4,14 |
33,72 |
0,031 |
2,13 |
23 |
33043 |
||
|
1,474 |
9,2 |
26,27 |
4,30 |
30,58 |
0,023 |
1,46 |
239 |
343104 |
||
|
2,495 |
4,6 |
35,03 |
4,20 |
39,22 |
0,046 |
2,45 |
40 |
58065 |
||
|
Определение коэффициентов эффективности изоляции Табл.4.2 |
||||||
|
Участок сети |
Способ прокладки |
Наружный диаметр трубопровода, м |
Ориентировочное суммарное термическое сопротивление, (м*К)/Вт |
Температура наружной поверхности, 0 С |
||
|
d нар |
R’ У б/из |
t нп б/из |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
1 |
надземная |
вод, под |
0,377 |
0,042 |
100 |
|
|
вод, обр |
0,377 |
0,042 |
50 |
|||
|
пар |
0,194 |
0,082 |
350 |
|||
|
конденс |
0,076 |
0,210 |
100 |
|||
|
2 |
надземная |
вод, под |
0,219 |
0,073 |
100 |
|
|
вод, обр |
0,219 |
0,073 |
50 |
|||
|
пар |
0,194 |
0,082 |
350 |
|||
|
конденс |
0,076 |
0,210 |
100 |
|||
|
3 |
подземная бесканальная |
вод, под |
0,194 |
0,255 |
110 |
|
|
вод, обр |
0,194 |
0,255 |
50 |
|||
|
пар |
0,133 |
0,286 |
110 |
|||
|
конденс |
0,133 |
0,286 |
50 |
|||
|
4 |
подземная бесканальная |
вод, под |
0,194 |
0,255 |
350 |
|
|
вод, обр |
0,057 |
0,353 |
100 |
|||
|
5 |
надземная |
вод, под |
0,273 |
0,058 |
100 |
|
|
вод, обр |
0,273 |
0,058 |
50 |
|||
|
6 |
надземная |
вод, под |
0,159 |
0,100 |
100 |
|
|
вод, обр |
0,159 |
0,100 |
50 |
|||
|
пар |
0,219 |
0,073 |
350 |
|||
|
конденс |
0,076 |
0,210 |
100 |
|||
|
Коэффициент теплоотдачи конвекцией, Вт/(м 2 *К) |
Коэффициент теплоотдачи излучением, Вт/(м 2 *К) |
Коэффициент теплоотдачи, Вт/(м 2 *К) |
Суммарное термическое сопротивление, (м*К)/Вт |
Удельные тепловые потери, Вт/м |
Тепловые потери, Вт/м |
Коэффициент эффективности изоляции |
|
|
б к б/из |
б л б/из |
б н б/из |
R У б/из |
q |
Q б/из |
з |
|
|
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
|
|
27,87 |
6,93 |
34,80 |
0,024 |
4078 |
5862636 |
0,975 |
|
|
27,87 |
5,36 |
33,23 |
0,025 |
1927 |
2770440 |
0,967 |
|
|
34,02 |
20,77 |
54,79 |
0,030 |
11649 |
16745025 |
0,979 |
|
|
45,06 |
6,93 |
51,99 |
0,081 |
1228 |
1765679 |
0,967 |
|
|
34,02 |
6,93 |
40,95 |
0,040 |
2469 |
3549765 |
0,972 |
|
|
34,02 |
5,36 |
39,37 |
0,042 |
1175 |
1689405 |
0,982 |
|
|
34,02 |
20,77 |
54,79 |
0,030 |
11649 |
16745025 |
0,979 |
|
|
45,06 |
6,93 |
51,99 |
0,081 |
1228 |
1765679 |
0,967 |
|
|
0,255 |
429 |
1287308 |
0,725 |
||||
|
0,255 |
-36 |
-109409 |
|||||
|
0,286 |
371 |
1112280 |
0,961 |
||||
|
0,286 |
-7 |
-20293 |
|||||
|
0,255 |
1480 |
4440592 |
0,963 |
||||
|
0,353 |
-262 |
-785036 |
|||||
|
26,26 |
6,93 |
33,19 |
0,035 |
2817 |
3873319 |
0,977 |
|
|
26,26 |
5,36 |
31,62 |
0,037 |
1328 |
1826174 |
0,682 |
|
|
29,10 |
6,93 |
36,03 |
0,046 |
2173 |
2987502 |
0,907 |
|
|
29,10 |
5,36 |
34,45 |
0,048 |
1028 |
1414050 |
0,974 |
|
|
28,06 |
20,77 |
48,83 |
0,030 |
11720 |
16114769 |
0,999 |
|
|
38,54 |
6,93 |
45,47 |
0,092 |
1074 |
1477226 |
0,910 |
|
5. Выбор схемы присоединения абонентов к водяной тепловой сети
На пьезометрический график распределения напоров в водяной тепловой сети наносятся профиль местности, где проложен теплопровод, и высоты присоединенных абонентов.
В зависимости от профиля местности, расстояния до источника теплоты, соотношения напоров в сети и высоты присоединенных зданий выбирается схема присоединения для каждого абонента (см. графический материал).
В данном случае первый, второй, третий и четвёртый — по зависимой.
Требуемый напор сетевых насосов при суммарных расчетных расходах сетевой воды складывается из потерь напора в водонагревательной установке источника теплоты, суммарных потерь напора в подающем и обратном теплопроводах тепловой сети и потерь напора у абонента.
(6,1)
Для летнего периода напор сетевых насосов
, (6,2)
где G л ,Gз — расходы сетевой воды в летний и зимний периоды.
=71 м в. ст. (из пъезометрического графика),
G з = 3,6201,8= 726,48 м3 /ч,
G л = 3,685,1 = 306,5м3 /ч,
м в. ст.
По принятому напору и расчетной подаче принимаем
для зимнего периода 2 параллельно включенных насоса СЭ 500 -70,
для летнего — Д1250 -14.
Минимальное количество насосов в каждой группе — 2 шт., один из которых резервный.
Строится характеристика сопротивления сети
,мч 2 /м6 . (6,3)
Сопротивление сети — величина постоянная и не зависит от расхода теплоносителя, а зависит только от эквивалентной шероховатости внутренней поверхности трубопроводов, эквивалентной длины местных сопротивлений и плотности теплоносителя. Характеристика сети строится по одному известному режиму (расчетному).
Задаваясь различными расходами воды при постоянной характеристике сети, определяем напор в сети. По этим данным строим характеристику сопротивления сети и совмещаем ее с характеристикой сетевых насосов. Точка пересечения указывает расход теплоносителя и напор, развиваемый сетевыми насосами.
Требуемый напор подпиточного насоса устанавливается исходя из необходимости поддержания определенного статического напора в тепловой сети и обеспечения невскипання воды в самой высокой точке абонентов при остановке сетевых насосов.
,мч 2 /м6 .
Рис. 4. Гидравлическая характеристика сетевых насосов и тепловой сети
Подача подпиточных насосов определяется из условия восполнения утечек воды и принимается 0,75% от объема воды в теплопроводах и присоединенных к ним системах теплопотребления. Кроме того, должна предусматриваться аварийная подпитка сети до 20% от объема трубопроводов. Количество подпиточных насосов не менее 2-х один из них — резервный.
V = Q(V c +Vм ), (6,4)
где Q — мощность системы теплоснабжения, МВт;
V с — удельный объем воды в тепловых сетях. Vс = 40 м3 /МВт;
V м — удельный объем сетевой воды в системах отопления зданий,Vм = 26 м3 /МВт.
V = 42,078(40+26) = 2777,2 м 3 ,
G п = 0,00752761,4 = 20,8 м3 /ч.
Выбираем подпиточный насос К45/50.
Одним из основных технико-экономических показателей работы тепловых сетей является себестоимость транспорта тепла, которая определяется как сумма эксплуатационных затрат на единицу отпуска тепла потребителям
, у.е./ГДж, (7,1)
где Q — отпущенное тепло (определяется из графика годовой нагрузки);
S с — годовые эксплуатационное расходы на амортизацию, ремонт и обслуживание сети;
S э — стоимость электроэнергии на передачу теплоносителя;
S т — стоимость теплопотерь в сети.
, у.е./год, (7,2)
где f = 0,056 — годовые отчисления от стоимости сооружения теплосети;
- К — стоимость теплосети, у.е.
(7,3)
где a и b — постоянные коэффициенты;
- с — число параллельных трубопроводов;
- общая длина трубопроводов, м;
- сумма произведений диаметров труб на длину соответствующих участков.
Для подземной канальной и надземной прокладки а = 2, b = 120…150.
, у.е./год, (7,4)
где Н цн и Нпн — напоры циркуляционного и подпиточного насосов м;
- G — часовой расход теплоносителя, т/час;
z э = 0,015 у. е./кВт ч — стоимость электроэнергии;
- = 0,6..0,7 — КПД насосов;
- n — число часов работы насосов в году (n=3960 ч.).
, у.е./год, (7,5)
где М — материальная характеристика сети,
, (7,6)
где ‘ = 1,17. 1,75 Вт/м 2 — коэффициент теплоотдачи;
ср — среднегодовая температура теплоносителя, о С (определяется из годового графика тепловой нагрузки);
t ср — среднегодовая температура наружного воздуха;
z т — стоимость тепла.
, у.е./год.
Для подающего и обратного трубопроводов:
надземная часть
М=8700,359+13400,184+1000,259=585,м.
подземная часть
М=(570+2270)0,259=735,6 м.
Для подающего трубопровода:
надземная часть
, у.е./год,
подземная часть
, у.е./год.
Для обратного трубопровода:
надземная часть
, у.е./год,
подземная часть
, у.е./год.
S т = 142297,5 у.е./год.
К = 2 2 (870+900+570+2270+100+440) + 2 0,359 870+20,184 (900+440)+20,259(570+2270+100) = 23240,7у.е.
S с = 0,056 23240,7 = 1301,5 у.е./год.
, у.е./ГДж.
СниП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. -М.: Стройиздат, 1983
Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию /Под ред. Н.К. Громова, Е.П. Шубина, — М.: Энергоиздат, 1988.- 376 с.
Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: Учебник для вузов. -М.: Энергоиздат, 1982. -360 с.
Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник /В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б.Хиж и др. -М.: Стойиздат, 1988. -432 с.
