kniga_tsn_prom_pred_1_Lialikov_2008
.pdf
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
F – общая площадь жилых зданий, м2;
K1 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, при отсутствии данных принимается равным 0,25;
β – поправочный коэффициент, учитывающий климатические ус-
ловия района;
V н – наружный объем здания, м3;
tв – расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, °С [12];
tор – расчетнаятемпературанаружноговоздухадляотопления, °С[12];
Средний тепловой поток на отопление для средней за отопительный сезон температуры наружного воздуха [26]
|
|
р |
ср |
) |
|
|
Q =Q |
р (tв |
−tн |
, МВт (Гкал/ч), |
(1.8) |
||
о |
р |
р |
|
|||
o |
|
|
|
|||
|
|
(tв |
−tо) |
|
|
|
где tнср – средняя температура наружного воздуха за отопительный пе-
риод, °С [12].
Формулой (1.8) можно воспользоваться для определения сезонной тепловой нагрузки при температуре наружного воздуха tор ≤ tнв ≤ 8 °C.
1.2.2. Расчет тепловых потерь через наружные ограждения
Определение потерь тепла отапливаемых помещений через наружные ограждения сводится к расчету суммы основных потерь теплоты через наружные ограждения и добавочных затрат теплоты на нагрев инфильтрационного воздуха.
Теплопотери помещений через ограждающие конструкции
Qтп = ∑Qо +Qд −Qтв , МВт (Гкал/ч), |
(1.9) |
где Qтп – полные тепловые потери помещения;
ΣQo – сумма основных тепловых потерь через ограждающие конструкции;
Qд – добавочные потери тепла для нагрева инфильтрующегося через ограждения конструкции наружного воздуха;
Qтв – тепловыделения в помещении.
Основные тепловые потери в помещениях определяются по форму-
ле [22]
Q0 = A (tвр −tор) (1 + ∑β ) n / R , МВт (Гкал/ч), |
(1.10) |
11
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
где А – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2;
R – сопротивление теплопередаче конструкции ограждения,
м2·°С / Вт (м2·°С·ч/ккал) [23];
tвр – расчетная температура внутреннего воздуха помещения, °С;
tор – расчетная температура наружного воздуха для проектирования
отопления или температура воздуха более холодного помещения (при расчете потерь теплоты через внутренние ограждения), °С;
β – добавочные потери теплоты в долях от основных для различных типов помещений и ограждений [16, 23];
n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху [16, 23].
Добавочные потери теплоты на нагрев инфильтрирующегося наружного воздуха через ограждающие конструкции помещений определяются [22] как
Qд = Qи = 0,28 ∑Gic(tвр −tнр) K, МВт (Гкал/ч), |
(1.11) |
где Gи – расход инфильтрующегося воздуха через ограждающие конструкции помещения, определяется по формуле (1.12)
|
∑ A1 p0,67 |
|
p |
0,67 |
|
|
Gи = 0,216 |
i |
|
|
i |
|
+ |
R |
|
p |
||||
+ ∑ A2 Gн |
|
|||||
|
и |
|
1 |
|
(1.12) |
|
|
|
∑l pi ,кг/ч, |
|
|
||
+3456 ∑ A3 |
p10,5 +0,5 |
|
|
|
||
|
|
p1 |
|
|
|
|
где А1, А2 – площади наружных ограждающих конструкций, световых проемов (окон, балконных дверей фонарей) и других ограждений, м2;
А3 – площадь щелей, неплотностей и проемов в наружных ограждающих конструкциях, м2;
pi, p1 – расчетная разность между давлениями на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций соответственно на расчетном этаже и на уровне пола первого этажа, Па;
Rи – сопротивление воздухопроницанию проемов [23], м2 · ч Па/кг;
Gн – нормативная воздухопроницаемость наружных ограждающих конструкций [23], кг/м2 · ч.
l – длина стыков стеновых панелей, м.
Расчетная разность давлений определяется по формуле
Pi |
=(H − |
hi |
)(γ |
н |
− γ |
в |
) +0,5 |
ρ |
i w |
2 ( |
− |
cпс |
) |
K1 |
− p |
в |
, Па, |
(1.13) |
|
|
|
|
|
cнс |
|
|
|
|
|
12
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
где Н – высота здания от уровня средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты, м;
hi – расчетная высота от уровня земли до верха окон, балконных дверей, ворот, проемов или до оси горизонтальных и середины вертикальных стыков стеновых панелей, м;
γн, γв – удельный вес, соответственно наружного воздуха и воздуха в помещении, определяемый по формуле
|
4364 |
|
2 |
2 |
(1.14) |
γ = 273 +t , кг/(м |
|
· с ), |
|||
|
|
||||
где ρi – плотность наружного воздуха, кг/м3; w – скорость ветра [6, 24], м/с;
снс, спс – аэродинамические коэффициенты соответственно для наветренной и подветренной поверхностей ограждений здания, принимаемые по [24];
К1 – коэффициент учета изменения скоростного давления ветра в зависимости от высоты здания [24];
pв – условно постоянное давление воздуха в здании, Па.
Для определения отношения теплопотерь инфильтрацией к теплопотерям теплопередачей через наружные ограждения можно использовать приближенную формулу [5]
|
Q |
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
(w β |
) |
2 |
|
|
μ = |
|
= b |
2 |
g |
L |
|
− T н |
+ |
Ка |
|
, |
(1.15) |
|||
|
|
|
|||||||||||||
|
Qт |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
T в |
|
|
|
|
|
|
|
|||
где L – расчетная высота для среднего этажа здания
L = 0,25H , м, |
(1.16) |
где Н – высота здания, м;
Tв, Tн – температура внутреннего и наружного воздуха, К; Ка – аэродинамический коэффициент определяется по [24];
w – расчетная скорость ветра для холодного периода для соответствующей местности [24], м/с;
β – поправочный коэффициент, учитывающий несовпадение во времени принятых в расчете скорости ветра и температуры наружного воздуха (β = 0,6 – для Европейской части севернее 52° северной широты; для центральных районов Западной (до 68° с. ш.) и Восточной
13
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
(до 70° с. ш.) Сибири, Хабаровского и Приморского краев, за исключением прибрежных районов до высоты 500 м, а также для районов Средней Азии и Закавказья; β = 1,2 – для прибрежных районов Приморского края до высоты 500 м над уровнем моря; β = 1,0 – для остальных территорий);
b – постоянная величина (b = 0,035÷0,040 – для отдельно стоящих промышленных зданий с большими световыми проемами; b = 0,008÷0,010 – для жилых и общественных зданий с двойным остеклением при сплошной застройке кварталов).
1.2.3. Тепловая нагрузка на вентиляцию
Расход тепла на вентиляцию жилых зданий, не имеющих, как правило, специальной приточной системы, невелик. Он обычно не превышает 5÷10 % расхода тепла на отопление и учитывается величиной
удельной тепловой потери qо.
Расход тепла на вентиляцию производственных и коммунальных предприятий, а также общественных и культурных учреждений составляет значительную долю от суммарного теплопотребления объекта. В производственных предприятиях расход тепла на вентиляцию часто превышает расход на отопление.
Ориентировочно максимальный тепловой поток на вентиляцию общественных зданий определяется по укрупненным показателям: об-
щей площади F [26] или наружному объему здания Vн [5, 6] соответственно по формулам (1.17) и (1.18):
Qвр =K 2 K1 qо F 10−6 , МВт (Гкал/ч), |
(1.17) |
Q вр =β q в V н (tвр − tнвр ) 10 −6 , МВт (Гкал/ч), |
(1.18) |
где K 2 – коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий, принимается для построек до 1985 г. – 0,4, после
1985 г. – 0,6 [26];
qв |
– удельная вентиляционная характеристика Вт/(м3 · К) |
(ккал/(м3·ч· °С)) [6]; |
|
tнвр |
– расчетная температура наружного воздуха для проектирова- |
ния вентиляции, °С [12].
Средний тепловой поток на вентиляцию для средней температуры воздуха за отопительный сезон [26]
14
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Q |
=Q |
р (tвр −tнср) |
, МВт (Гкал/ч). |
(1.19) |
|||
в |
р |
р |
|||||
в |
|
|
|
||||
|
|
|
(tв |
−tо ) |
|
|
|
1.3.Круглогодичные тепловые нагрузки
1.3.1.Технологическая нагрузка
В промышленности технологические аппараты нередко потребляют тепло в больших количествах и весьма разнообразно во времени. Это, например, различные сушильные и выпарные установки, пропарочные камеры, варочные котлы, гальванические ванны, ректификационные аппараты и др.
Удельные нормы технологического потребления тепла относят к единице продукции. Поэтому расходы тепла на производственные нужды следует определять по материалам технологических проектов или по ведомственным нормам проектирования.
Усовершенствование и рационализация технологического процесса могут существенно повлиять на размеры и характер тепловой нагрузки.
1.3.2. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение
Тепловое потребление для целей горячего водоснабжения в течение отопительного периода изменяется сравнительно мало, но отличается большой неравномерностью по часам суток. Летом расход тепла
всистемах горячего водоснабжения жилых зданий по сравнению с зимой уменьшается на 30÷35 %. Это объясняется тем, что в летнее время температура воды в холодном водопроводе на 10÷12 °С выше, чем
взимний период. Кроме того, значительная часть городского населения летом, в субботние и воскресные дни, выезжает в загородные зоны, т. е.
вте дни, когда в жилом секторе зимой наблюдаются максимальные разборы горячей воды.
По своему значению во многих жилых районах крупных городов нагрузка на ГВС становится сопоставимой с отопительной нагрузкой. В ряде районов годовой отпуск тепла на горячее водоснабжение достигает 40 % суммарного отпуска тепла по жилому району.
Средний тепловой поток на горячее водоснабжение (ГВС) жилых и общественных зданий [26]
15
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
1,2 |
m |
(a +b )(55 −tх) c |
|
|
|
|
Qср = |
|
|
|
10−6 |
, МВт (Гкал/ч), |
(1.20) |
|
|
24 3,6 |
||||
гвс |
|
|
|
|
||
или
Qср |
=q |
гвс |
m , МВт (Гкал/ч), |
(1.21) |
гвс |
|
|
|
где m – расчетное число потребителей горячей воды;
а – норма расхода воды на ГВС при температуре 55 °С на одного человека в сутки, проживающего в здании с горячим водоснабжением, принимаемая в зависимости от степени комфортности [6, 12], л/сут;
b – норма расхода воды на ГВС в общественных зданиях при температуре 55 °С, принимаемая в размере 25 л/cут на 1 человека;
с – удельная теплоемкость воды равная 4,187 кДж/(кг·°С) (1 ккал/(кг · °С));
tх – температура холодной (водопроводной) воды в отопительный
период (при отсутствии других данных принимается равной 5 °С), °С; qгвс – укрупненный показатель среднего теплового потока на горя-
чее водоснабжение на одного человека [17], Вт.
Максимальный тепловой поток на ГВС жилых и общественных зданий [26]
Qгвмахc = 2,4 Qгвсср 10−6 , МВт (Гкал/ч), |
(1.22) |
Средний тепловой поток на ГВС в неотопительный (летний) период
Q |
ср |
= Q |
ср (55 −tл) |
β, МВт (Гкал/ч). |
(1.23) |
|
гвс л |
гвс (55 −tз) |
|||||
|
|
|
|
где tз, tл – соответственно температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 °С) и неотопительный (летний) период (принимается равной 15 °С) [26]; β – коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению
к отопительному периоду, принимаемый при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора – 0,8 (для курортных и южных городов β = 1,5), для предприятий – 1,0 [26].
16
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
1.4. Расчетная часовая тепловая нагрузка района теплоснабжения
Расчетная тепловая нагрузка микрорайона определяется как сумма отдельных видов нагрузок для всех теплопотребителей района:
Qр |
k |
|
l |
|
m |
|
(1.24) |
=∑Qр + ∑Qр + ∑Qmax , МВт (Гкал/ч), |
|||||||
мкр |
1 |
о |
1 |
в |
1 |
гвс |
|
где k, l, m – соответственно количество потребителей имеющих отопительную, вентиляционную и нагрузку горячего водоснабжения.
Расчетная нагрузка района теплоснабжения получается суммированием нагрузок отдельных микрорайонов:
n |
|
Qр= ∑Qмкрр , МВт (Гкал/ч), |
(1.25) |
1 |
|
где n – количество микрорайонов, образующих район теплоснабжения. Расчетная тепловая мощность на коллекторах источника (ТЭЦ или котельной) определяется с учетом расчетной нагрузки района тепло-
снабжения и потерь тепла в тепловых сетях:
QТЭЦр =Qр +Qпоттс , МВт (Гкал/ч), |
(1.26) |
где Qпоттс – потери тепла в тепловых сетях.
Для определения расхода топлива, разработки режимов использования оборудования и графиков его ремонта, загрузки и графика отпусков обслуживающего персонала необходимо знать годовой расход тепла на теплоснабжение, а также теплопотребление за отдельные характерные периоды времени (суточный, месячный, отопительный, годовой периоды).
1.5. Годовой расход теплоты
Годовой расход теплоты потребителями района теплоснабжения
Q =Qoгод +Qвгод +Qгвсгод +Qгодт , Гдж (Гкал), |
(1.27) |
где Qгодo ,Qгодв ,Qгодгвс ,Qгодт – годовые расходы тепла на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, технологические нужды.
Годовой расход тепла на отопление [6]
Qгод=Qср (no −nд)+ nд tвд −tнср о |
|
, Гдж (Гкал). |
(1.28) |
||
o |
о |
tр −tсро |
|
|
|
|
|
в н |
|
|
|
17
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
Здесь Qсро – средний тепловая нагрузка за отопительный период, МВт или Гкал/ч;
nо – продолжительность работы системы отопления (для жилых и общественных зданий – продолжительность отопительного периода), с/год или ч/год;
nд – длительность работы дежурного отопления, с/год или ч/год;
tвд – температура внутреннего воздуха при работе дежурного отопления, °С.
Средний расход тепла за отопительный период
Q |
год |
= Q |
р |
tвр −tнср о |
, Гдж (Гкал). |
(1.29) |
|
o |
ос |
р |
р |
||||
|
|
|
|
tв |
−tо |
|
|
Здесь Qоср – суммарные |
теплопотери (через наружные |
ограждения |
|||||
и инфильтрацию воздуха) объекта теплоснабжения, Гдж (Гкал);
Для промышленных зданий из величины Qсро вычитается значение
внутренних тепловыделений Qтв, Гдж (Гкал);
Средняя температура наружного воздуха за любой интервал отопительного периода определяется как частное от деления на длительность этого интервала алгебраической суммы произведений средних температур отдельных периодов этого интервала на длительность этих периодов:
|
|
tнсро= |
n1tср + n2 tср +... + nm tср |
|
(1.30) |
|||||||||
|
|
|
н1 |
|
|
н2 |
|
|
нm , °С. |
|||||
|
|
|
|
|
n1 + n2 +... + nm |
|
|
|
||||||
Для жилых зданий nд = 0 и уравнение принимает вид |
|
|||||||||||||
|
|
|
Qогод = Qоср no , Гдж (Гкал). |
|
(1.31) |
|||||||||
Годовой расход тепла на вентиляцию |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
р |
срв |
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
Qгод = Qр |
nв |
+ |
tв |
−tн |
|
( |
|
− |
) |
1 |
− nд |
, Гдж (Гкал), |
(1.32) |
|
|
|
|
|
|||||||||||
в |
в |
|
tр −tр |
|
nо |
|
nв |
no |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
в |
нв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где Qр |
– расчетный расход тепла на вентиляцию; |
|
||||||||||||
в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
nв – продолжительность отопительного периода с температурой |
||||||||||||||
наружного воздуха tн < tнвр |
(при tнв = tор, nв = 0), ч; |
|
||||||||||||
18
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
nвд – длительность отопительного периода, когда вентиляция не работает, час;
tсрвн – средняя температура наружного воздуха в интервале от начала отопительного периода tн = tнк до tн = tнвр , °С.
Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение
год |
ср |
л |
tг −tхл |
|
(1.33) |
Qгвс |
= Qгвс. nо + ϕгвс |
tг −tзх |
.(nг −nо) , Гдж (Гкал), |
||
|
|
|
|
|
|
где Qгвcрc – средненедельный расход тепла на горячее водоснабжение; nг – длительность работы системы горячего водоснабжения, при от-
сутствии данных можно принять nг = 8400 ч/год;
ϕгвсл – коэффициент снижения часового расхода воды на горячее
водоснабжение в летний период, ϕгвсл = 0,8;
tг,tх[л],tх[з] – температура соответственно горячей воды и холодной водопроводной воды летом и зимой, °С.
1.6. Определение расходов сетевой воды у потребителей
Расчетный часовой расход сетевой воды (максимальный при расчетной температуре наружного воздуха на отопление toр) для определе-
ния диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты определяется отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения [26].
Расчетный расход воды на отопление
р |
|
Qр |
|
|
|
|
|
|
= |
|
о |
|
|
|
, кг/ч, |
(1.34) |
|
Gо |
|
|
|
|
|
|||
c( ′ |
− |
′ |
2 |
) |
||||
|
|
t 1 |
|
t |
|
|
|
|
где t1′,t2′ – соответственно температура воды в подающем и обратном трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха на отопление toр.
Расчетный расход воды на вентиляцию
р |
|
|
Qр |
|
|
|
|
|
= |
|
в |
|
|
|
, кг/ч. |
|
|
Gв |
|
|
|
|
|
(1.35) |
||
с |
( ′ − |
′ |
2 |
) |
||||
|
|
t 1 |
t |
|
|
|
19
Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий. Часть I: учебное пособие / Б. А. Ляликов. – 2-е изд., стер. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 155 с.
1.6.1. Расход воды на горячее водоснабжение
воткрытых системах теплоснабжения
Воткрытых системах теплоснабжения разбор воды на горячее водоснабжение осуществляется в зависимости от температуры воды в сети. При температуре воды в подающем трубопроводе, равной 60 °С, водоразбор ведется только из подающей линии. С повышением темпера-
туры сетевой воды (t1 > 60 °С) водоразбор осуществляется одновременно из обоих трубопроводов в таком соотношении, чтобы температура воды, поступающей на горячее водоснабжение, была равна 60 °С. В холодный период отопительного сезона при t2 ≥ 60 °С разбор воды происходит только из обратной магистрали. Температура горячей воды в системах горячего водоснабжения у потребителей для открытых систем должна быть не менее 60 °С, для закрытых – не менее 70 °С [26].
Средний расход воды на горячее водоснабжение
cр |
Qср |
|
|
|
|
||
|
гвс |
|
, кг/ч. |
|
|||
Gгвс = |
|
|
|
|
|
(1.36) |
|
с |
( |
− |
tхз |
) |
|||
|
tг |
|
|
|
|
||
Максимальный расход воды на горячее водоснабжение
|
|
Qmax |
|
|
||
Gгвсmax = |
|
гвс |
|
, кг/ч. |
(1.37) |
|
с |
(tг −tхз) |
|||||
|
|
|
||||
1.6.2.Расход воды на горячее водоснабжение в закрытых системах теплоснабжения
Максимальный расход воды на горячее водоснабжение в закрытых тепловых сетях определяется в зависимости от схемы включения подогревателей горячего водоснабжения [26].
Средний расход воды при параллельной схеме включения подогревателей
ср |
|
Qср |
|
|
|
|
||
|
гвс |
|
|
, кг/ч, |
|
|||
Gгвс = |
|
|
|
|
|
|
(1.38) |
|
с |
( |
|
− |
t3и |
) |
|||
|
t1и |
|
|
|
|
|||
где t1и, t3и – соответственно температуры воды в подающем трубопроводе тепловой сети в точке излома графика температур воды и после параллельно включенного подогревателя горячего водоснабжения в точке излома графика температур (при отсутствии данных t3и принимается равной 30 °С), °С.
20