Потребители тепловой энергии

Стр 1 из 10Следующая ⇒

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Дисциплина STGS 5307 «Системы тепло и газоснабжения»

Модуль STT 5 «Системы тепло и топливоснабжения»

Специальность 6М071700 – «Теплоэнергетика»

Факультет энергетики, автоматизации и телекоммуникации

Кафедра «Энергетические системы»

Лекция №1

СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Потребители тепловой энергии

Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей.

Виды теплопотребления: отопление; вентиляция и кондиционирование воздуха; горячее водоснабжение (ГВС); теплотехническое потребление.

III

Источники и системы теплоснабжения (И и СТС) - это система устройств предназначенных для выработки, передачи, распределения и использования тепла.

Рисунок 1- Система устройств выработки, передачи, распространения и использования тепла.

I - источник тепла (ТЭЦ, котельная)

II - теплосети (надземные и подземные)

III - тепловой пункт (в подвале или вне здания)

IV - потребитель (жилые помещения)

Виды теплоносителей:

1. Горячая вода - самый распространенный дешевый вид теплоносителя подходит для отопления, вентиляции, технологических нужд потребителей.

Недостаток: перекачка воды дороже.

2. Пар - для технологических нужд, технологических

процессов, непригоден для ГВС

3. Горячий воздух - для технических нужд и процессов, непригоден для ГВС.

4. Электроэнергия - подвод электричества в районы, отдаленные от воды теплоснабжение идет электричеством.

Потребителей теплоты делят на две группы: сезонные потребители; круглогодовые потребители

Сезонные потребители используют теплоту не круглый год, а только в течение какой-то части сезона, расход теплоты зависят от климатологических условий (температура наружного воздуха, солнечного излучения, скорости и направления ветра, влажности воздуха).

Сезонными потребители: отопление; вентиляция (с подогревом воздуха в калорифере); кондиционирование воздуха.

Расход теплоты в течение суток у сезонных потребителей мал, поэтому суточный график расхода теплоты сезонных потребителей постоянен.

Годовой график сезонных потребителей резкопеременный, наибольший расход теплоты в самые холодные месяцы (декабрь, январь), значительно меньший расход в начале и в конце отопительного сезона и нулевой расход в летний период,

Б) круглогодовые потребители используют теплоту в течение всего года. К этой группе относятся: технологические потребители теплоты; ГВС коммунально-бытовых потребителей.

Расход теплоты зависит от технологии производства, вида выпускаемой продукции, режима работы предприятия, типа оборудования, мало влияют климатические условия.

Круглогодовые потребители имеют переменный суточный график и постоянный годовой график потребления теплоты.

Безразмерный суточный график расхода тепла на ГВС жилого дома.

Расхода теплоты на отопление, вентиляцию,

ГВС и технологические нужды

Расход теплоты на отопление.

Тепловые потери жилых и общественных помещений компенсируются теплом, вносимым системой отопления, подсчет потерь теплоты зданий, необходимый для определения теплопроизводительности систем отопления, не сложен.

В тех случаях, когда необходимо знать приближенно значение потери теплоты зданием в целом, задача решается путем определения тепловой характеристики здания, потери теплоты здания определяется:

Q_О = q_о ^. V_H (t_вн – t_н ), кВт (1)

где: V_H – наружный строительный объем здания, м³;

q_о – удельная отопительная характеристика здания Вт / (м³ * к)

t_вн – внутренняя температура

t_н – внутренняя температура для отопления

Удельная характеристика q_о представляет собой потери теплоты в 1м³ здания в единицу времени при разности внутренней и наружной температуры.

Отопительные характеристики жилых зданий, Вт / (м³ * к), можно посчитать по эмпирической формуле:

q_о = , Вт /(м^3. к) (2)

где: а – постоянный коэффициент.

Для кирпичных зданий с толщиной стен в 2, 5 кирпича 2-м остеклением окон, а = 1, 9, для крупноблочных зданий 2, 3-2, 6.

Формула справедлива для климатических районов t_н = 30^оС

Для зданий, расположенных в других климатических районах.

q_о = ( 1, 3 + 0, 01 t_вн) q_о,Вт /(м^3. к) (3)

где: t_н – температура от -30^оС.

Более точно теплопотери помещения можно подсчитать пользуясь предложенным профессором Н.С.Ермолаевым:

q_о = a ^. , Вт /(м^3. к) (4)

где: а = 1, 06-1, 08 – коэффициент, учитывающий дополнительные теплопотери вертикаль-

ными ограждениями из-за обдувания ветром

Р – периметр стен здания, м;

S – площадь пола здания, м²;

коэффициент остекления стен;

к_с_m, к_ос_m, к_по_m, к_пол – коэффициенты теплопередачи стен, остекления, потолка, пола. Вт/(м^3.к);

n_nom, n_no_л – поправочные коэффициенты на расчетный период температур пола, потолка;

Н – высота здания.

Расход тепла на вентиляцию.

Основная задача вентиляции – создать в помещении воздухообмен, при котором загрязненный вредными выделениями воздух удаляется и заменяется чистым.

Расход тепла на вентиляцию равен:

Q_в = q_вV (t_в – t_н), кВт (5)

где: V – наружный объем здания, м³;

q_в – удельный расход теплоты на вентиляцию к Вт / (м³ * к),

q_в = m ^. C_v , Вт / (м^3.к) (6)

где: m – краткость обмена воздуха в помещении;

- справочные значения;

V_n –объем вентилируемого помещения м³;

V_в– расход вентилируемого воздуха, м³/с;

С_v – объемная теплоемкость воздуха.

Расход тепла на ГВС.

Горячая вода используется для хозяйственно-бытовых целей:

а) жилых зданий

б) в общественных зданиях и коммунальных предприятиях

в) промышленных зданий

Особенностью данного вида потребителя является непосредственное использование горячей воды. В открытых системах используют горячую воду, полученную непосредственно путем нагрева водопроводной воды в поверхностных подогревателях.

Расход на ГВС:

Q_гв = а ^. m ^. c (t_г – t_х), кВт (7)

где: а – норма расхода горячей воды в литрах при температуре 65⁰С на жителя

в сутки или на единицу измерения;

m – количество жителей в здании или количество единиц измерений отне-

сенное к суткам;

с – теплоемкость воды кДж/(кг^.к) 4, 19 кДж/(кг^.к);

t_г– температура горячей воды не должна превышать +75^оС, min t не ниже

+50^оС;

t_х– температура холодной воды: зимой + 5^оС, летом +15^оС.

Для проектирования и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо знать расчетный часовой расход тепла на ГВС, который представляет собой расход теплоты за 1ч максимальной нагрузки.

а) для жилых зданий расчетные расходы ГВС:

Q , кВт (8)

где: R – коэффициент часовой неравномерности потребления ГВС в зависимости от

количества жителей;

m – количество жителей.

б) для бань, прачечных и общественных предприятий.

Q = m ^. a (t_г – t_х) , кВт (9)

где: m – пропускная способность в час.

m = 2, 2^.N^.Р

где: N – количество посадочных мест;

Р – количество посадок в час (обычно 2-3 посадки).

Вентиляция.

Основная задача вентиляции – создать в помещении воздухообмен, при котором загрязненный вредными выделениями воздух удаляется и заменяется чистым, свежим, что обеспечивает необходимые гигиенические условия.

Потребителями теплоты в отопительный период являются приточные системы вентиляции, подающие в помещение наружный воздух. Теплопотребление на вентиляцию жилых зданий невелико; оно составляет не более 10% расхода теплоты на отопление и обычно учитывается величиной удельной теплопотери здания q_о.

В зданиях, где расположены коммунальные предприятия, общественно-культурные учреждения, в цехах промпредприятий, расход теплоты на вентиляцию составляет значительную долю общего теплопотребления.

Расход теплоты на вентиляцию Q_в, кВт, можно определить по формуле:

Q_в = V_вс_в (t_пр – t_нач), кВт (10)

где: V_в- расход вентиляционного воздуха, м³/с;

с_в - объемная теплоемкость воздуха, равная 1, 26 кДж/(м^3.К);

t_пр и t_нач -температуры воздуха -приточного, подаваемого в помещение и пе

ред калорифером, ^оС.

Расход вентиляционного воздуха определяют по количеству вредных выделений в помещении:

При газовыделениях:

V_в = , м³/с (11)

При влаговыделениях:

V_в = , м³/с ( 12)

где: V_в -расход вентиляционного воздуха, м³/с;

V_г - газовыделения в помещении, л/с;

W - влаговыделения в помещении, кг/с;

- плотность воздуха кг/м³;

d_вd_пр - влагосодержание удаленного и приточного воздуха кг/кг;

k_о -концентрация газов в приточном воздухе, л/м³;

k_д -предельно допустимая концентрация газа в удаленном воздухе, л/м³.

В приближенных расчетах величину К_в определяют по кратности обмена воздуха в помещении

m=V_в/V_n,

где: V_n -объем вентилируемого помещения, м³;

V_в = m ^. V_n, м³

Значения кратности обмена m приводятся в справочной литературе. Для общеобменной приточной вентиляции можно принимать, что температура воздуха, подаваемого в помещение, равна усредненной внутренней температуре, t_пр = t_в и температура воздуха перед калорифером соответствует температуре наружного воздуха, t_нач=t_н.

Следовательно, можно записать:

Q_в = m ^.V_n^.с_u^.(t_в- t_в), кВт (13)

С другой стороны, расход теплоты на вентиляцию равен:

Q_в = q_в ^.V^.(t_в- t_в), кВт (14)

где: V – наружный объем здания, м³;

q_в – удельный расход теплоты на вентиляцию, кВт/(м^3.К).

q_в =m^.с_u , кВт/(м^3.К) (15)

Кратность обмена воздуха m, а следовательно, и величина удельной вентиляционной характеристики здания q_в зависит от назначения помещения и определяется СНиП.

Для конкретного здания расход теплоты на вентиляцию зависит только от наружной температуры. Следовательно, график Q_о = f(t_н) может быть построен по двум точкам:

1. t_н= t_вн; Q_в = 0

^2.t_н= t_нв; Q_в = Q_в^макс

Ведет к некоторому снижению качества вентиляции помещения при низких наружных температурах. Поэтому при вентиляции ряда производственных помещений с вредны

Рисунок 2- Часовой график вентиляционной нагрузки

Из графика на рис.2 видно, что по мере понижения наружной температуры расход теплоты не вентиляцию увеличивается и достигает максимального значения при t_н= t_вн, а затем остается постоянным за счет рециркуляции части воздуха. Безусловно, рециркуляция ми выделениями рециркуляция не допускается. В этом случае расчет вентиляционной установки ведется по расчетной наружной температуре для отопления. Характер суточного графика расхода теплоты на вентиляцию зависит от режима работы вентилируемого помещения, т.е. от того, используется ли оно круглосуточно или только часть суток. График продолжительности вентиляционной нагрузки строится так же, как и для отопительной нагрузки.

Горячее водоснабжение.

Горячая вода используется для хозяйственно-бытовых целей:

а) в жилых зданиях (умывальники, ванны и души);

б) в общественных зданиях и коммунальных предприятиях (детские ясли и сады, школы, спортивные базы, бани, прачечные, больницы, столовые и т.д.);

в) в промышленных зданиях (души, умывальники, столовые и т.д.).

Особенностью данного вида потребителя является непосредственное использование горячей воды. В так называемых открытых системах потребители используют непосредственно сетевую воду, поступающую от источника теплоснабжения (ТЭЦ, котельной) В закрытых системах на разбор используется вторичная горячая вода, полученная непосредственно у потребителя путем нагрева водопроводной воды в поверхностных подогревателях. В этом случае охлажденная сетевая вода возвращается обратно к источнику теплоснабжения. Практически применяются и открытые и закрытые системы теплоснабжения; об области применения каждой из них будет сказано дальше. При проектировании и эксплуатации систем горячего водоснабжения необходимо учитывать, что горячая вода, подаваемая на хозяйственно-бытовые нужды, должна, как и питьевая вода, удовлетворять требованиям ГОСТ 2874-73. Вода питьевая.

Среднесуточный расход теплоты на бытовое горячее водоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий или группы однотипных зданий определяется по формуле:

Q_гв= a^.m^.c^.(t_г-t_х), кДж (16)

где: Q_гв - расход теплоты, кДж/сут;

а -норма расхода горячей воды в литрах (кг) при температуре 65^оС на жителя

в сутки или на единицу измерения ( 1 обед, 1 кг сухого белья, 1 посетитель и

т.д.), принимается согласно СНиП П-34-76 (табл.1);

m - количество жителей в здании или количество единиц измерений, отнесенное к суткам

(кг белья, обедов, посетителей, учащихся и т.д.);

с - теплоемкость воды, кДж/(кг-К);

t_х– температура холодной (водопроводной) воды, при отсутствии точных данных прини

мают: зимой t_х = +5^оС, летом t_х = +15^оС;

t_г -температура горячей воды в соответствии с п.3.7 СНиП 11-34-76, максимальная темпе-

ратура воды в водонагревателях систем горячего водоснабжения не должна превышать

75^оС, а минимальная температура воды в точках водоразбора не должна быть ниже 50^оС;

расчетной величииной является t_г = 55^оС.

Для проектирования и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо знать расчетный часовой расход теплоты на горячее водоснабжение, который представляет собой расход теплоты за 1 ч максимальной нагрузки в предвыходные дни.

Таблица 1- Расчетные нормы потребления горячей воды и теплоты на горячее водоснабжение

Потребители	Норма потребления на 1 чел.
л/сут	кДж/ч
максимальная	среднечасовая
Жилые дома: с ваннами и душами с душами без ванн Гостиницы: с ваннами по всех номерах с общими ваннами Больницы с ваннами и душами Бани без ванн и душей Столовые Прачечные	100-200	2500-5000	1050-2100

Примечание. Нормы для прачечных приведены из расчета 1 кг белья.

Расчетные расходы теплоты на горячее водоснабжение, Вт, можно определить по следующим формулам:

а) для жилых зданий:

Q , (17)

где k – коэффициент часовой неравномерности потребления горячей воды в соответствии с табл.10-4; m – число жителей.

б) для бань, прачечных и предприятий общественного питания.

При наличии баков-аккумуляторов необходимо число часов их зарядки в смену или в сутки. Суточные графики горячего водоснабжения в зависимости от конкретных местных условий имеют самый разнообразный характер.

Таблица-2 Значение коэффициента k часовой неравномерности потребления горячей воды в жилых зданиях

Количество жителей в здании или группе зданий m
Коэффициент часовой неравномерности	4, 5	3, 5	3, 0	2, 9	2, 8	2, 7	2, 5	2, 3	2, 1	2, 0

Это определяется тем, что расход теплоты на горячее водоснабжение зависит не от одного, а от нескольких разнообразных факторов, таких как состав населения, планировка квартир и степень оборудования их ваннами и душами, режим работы промышленных предприятий и коммунально-бытовых предприятий (бани, прачечные, столовые) и т.д.

В жилых зданиях расход горячей воды обычно резко возрастает в вечерние часы, а на промышленных предприятиях – в конце рабочих смен. Большая неравномерность суточного графика приводит к значительному удорожанию как абонентских схем горячего водоснабжения, так и всей системы теплоснабжения, так как расчет приходится вести на максимальную (расчетную) часовую нагрузку, которая является, как правило, непродолжительной (1, 5-2ч). Расчетную нагрузку можно уменьшить путем установки аккумуляторов теплоты.

Лекция №2

Лекция №3

ИСТОЧНИКИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Лкция №4

Лекция №5

Лекция №6

Пьезометрический график

К водяным тепловым сетям присоединены отопительные системы зданий различного назначения, калориферные установки вентиляционных систем, системы горячего водоснабжения. Здания могут быть расположены в разных точках рельефа местности, отличающихся геодезическими отметками, и иметь различную высоту. Системы отопления зданий могут быть рассчитаны на работу с различными температурами воды. В этих случаях важно заранее определять давления или напоры в любой точке сети

График напоров строится для определения давлений в любой точке сети и систем потребителей теплоты с целью проверки соответствия предельных давлений прочности элементов систем теплоснабжения. По графику напоров выбираются схемы присоединений потребителей к тепловой сети и подбирается оборудование тепловых сетей (сетевые и подпиточные насосы, автоматические регуляторы давления, устанавливаемые на трубопроводах). График строится при двух режимах работы системы теплоснабжения — статическом и динамическом

Статический режим характеризуется давлениями в сети при неработающих сетевых, но включенных подпиточных насосах.

Динамический режим характеризует давления, возникающие в сети и в системах теплопотребителей при работающей системе теплоснабжения, работающих сетевых насосах, при движении теплоносителя

Графики разрабатываются для основной магистрали тепловой сети и протяженных ответвлений. При использовании в построениях графика давлений в линейных единицах (метрах) график напоров получает название пьезометрического графика. Этот термин широко применяется в практике проектирования тепловых сетей

Пьезометрический график (график напоров) может быть построен только после выполнения гидравлического расчета трубопроводов — по рассчитанным падениям давления на участках сети. На графике в выбранном масштабе нанесены профиль трассы тепловой сети; высоты отопительных систем, присоединенных к тепловой сети, условно равные высотам зданий; напоры в любой точке сети при статическом и динамическом режимах

Условно принимают, что ось трубопроводов и геодезические отметки установки насосов и нагревательных приборов в первом этаже зданий совпадают с отметкой земли. Высшее положение воды в отопительной системе совпадает с верхней отметкой здания

График строят по двум осям — вертикальной и горизонтальной. На вертикальной оси откладывают напоры в любой точке сети, напоры насосов, профиль сети, высоты отопительных сметем в метрах

Лекция 7

Лекция №8

Лекция №9

Система газоснабжения.

Газообразное топливо

Газообразное топливо

Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов, содержащую некоторое количество примесей. К горючим газам относятся углеводороды, водород и оксид углерода. Негорючие компоненты — это азот, оксид (И) углерода и кислород- Они составляют балласт газообразного топлива, К примесям относят водяные пары, сероводород, пыль. Искусственные газы могут содержать аммиак, цианистые соединения, смолу и пр. Газообразное топливо очищают от вредных примесей. Содержание вредных примесей в граммах на 100 м газа, предназначенного для газоснабжения городов, по ГОСТ 5542 — 78, не должно превышать: сероводорода — 2, меркаптанозой серы — 3, 6, механических примесей — 0, 1. Отклонение теплоты сгорания от номинального значения не должно быть более

Для газоснабжения применяют, как правило, сухие газы. Содержание влаги не должно превышать количества, насыщающего газ при I— — 20 °С (зимой) и 35 °С (летом).. Если газ транспортируют на большие расстояния, то его предварительно осушают. Большинство искусственных газов.имеет резкий запах, что облегчает обнаружить утечки газа из трубопроводов и арматуры. Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т. с. придают ему резкий неприятный запах, который ощущается при концентрации а воздухе, равной 1%.

Запах токсичных газов должен ощущаться при концентрации, допускаемой санитарными нормами. Сжиженный газ, используемый коммунально-бытовыми потребителями (по ГОСТ 20448—80*), не должен содержать сероводорода более 5 г на 100 м3 газа, а запах должен ощущаться при содержании з воздухе 0, 5%. Концентрация кислорода в газообразном топливе не должна превышать 1 %. При использовании для газоснабжения смеси сжиженного газа с воздухом концентрация газа в смеси составляет не менее удвоенного верхнего предела воспламеняемости. Используя данные этих таблиц, можно рассчитать теплоту сгорания, плотность и другие характеристики газообразного топлива.

Контрольные задания для СРС:

Самостоятельная работа студентов:

1. Анализ пройденного материала.

2. Углубленное изучение темы.

Лекция №10

Лекция №11

Устройство газопроводов

Промышленные предприятия снабжают газом, как правило, по системам распределительных газопроводов высокого или среднего давления. При малых расходах газа, не нарушающих режим газоснабжения бытовых потребителей, возможно подключение предприятий к газопроводам низкого давления. Система газоснабжения предприятия состоит из ввода на территорию, межцеховых газопроводов, ГРП и ГРУ и внутрицеховых газопроводов. Ввод обычно делают подземным и размещают на нем главное отключающее устройство. Межцеховые газопроводы в зависимости от планировки предприятия, насыщенности его территории подземными и надземными коммуникациями, степени осушенности газа и ряда других факторов могут быть подземными, надземными и смешанными. На предприятиях чаще отдают предпочтение надземной прокладке межцеховых газопроводов, так как они в этом случае не подвержены подземной коррозии, более доступны для осмотра и ремонта, менее опасны при утечках газа и экономичнее подземных.

Подземные газопроводы прокладывают по нормам для уличных распределительных газопроводов. Надземные газопроводы прокладывают на опорах, эстакадах, по огнестойким наружным стенам и перекрытиям зданий с производствами неиожароопасной категории. Высота прокладки надземных газопроводов до низа трубы принимается, м, не менее: в местах прохода людей — 2, 2; на участках без проезда транспорта и прохода людей — 0, 6; над автодорогами — 4, 5; над трамвайными путями и железными дорогами — 5, 6—7, 1. Под линиями электропередачи в зависимости от напряжения в них газопровод прокладывают на расстояниях от 1 до 6, 5 м и заземляют.

На эстакадах или опорах допустима совместная прокладка газопроводов с другими трубопроводами (для пара, воды, воздуха, кислорода) при обеспечения возможности осмотра и ремонта каждого из трубопроводов. При совместной прокладке трубопроводы агрессивных жидкостей должны располагаться на эстакадах ниже газопроводов на 250 мм. Допускается крепление к газопроводам низкого и среднего давлений других газопроводов или трубопроводов, если позволяет несущая способность труб и опорных конструкций.. При пересечениях надземных газопроводов с другими трубопроводами расстояние между ними принимают: при диаметре газопровода до 300 ми — не менее диаметра газопровода, но не менее 100 мм; при диаметре газопровода свыше 300 мм — не менее 300 мм.