TT / Теплотехника_РГР_2012

Шевченко Д.В. ТЕПЛОТЕХНИКА

Задания для выполнения расчетно-графической работы для студентов заочной формы обучения направления обучения «Технология продукции и организация общественного питания»

Общие требования к работе

Расчетно-графическая работа (РГР) содержит 2 задачи. Работа оформляется на листах A4 в рукописном варианте. Допускается использование таблиц и графиков, полученных на компьютере. Работа выполняется аккуратно, чтение ее не должно вызывать затруднений.

На титульном листе обязательно указывается наименование дисциплины («Теплотехника»), ФИО студента, группа, номер зачетной книжки, вариант задания, ФИО преподавателя. Номер варианта выбирается по последней цифре номера зачетной книжки. Работы с другим номером варианта не зачитываются.

В начале решения каждой задачи должны быть представлены исходные данные: вариант задания, формулировка задания, численные значения, а также приближенная графическая схема – график температурного поля многослойной стенки с указанием основных параметров (температур, толщин стенок, коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности) в виде буквенных обозначений (без численных значений). Далее должно быть представлено решение с расшифровкой формул и последовательности действий. Все вычисления сначала представляются в виде расчетных формул, затем в формулы подставляются численные значения и записывается ответ с указанием единиц измерений. Все вычислительные процедуры следует производить с точностью двух значащих цифр.

Работы сдаются в день экзамена с обязательной защитой. Сдавать работы заранее на кафедру не нужно.

При отсутствии выполненной РГР и при выполненной работе с неправильным номером варианта студент до экзамена не допускается. При невозможности защиты обоих заданий студент также не допускается до экзамена. Если студент не может защитить одно задание, он получает на экзамене дополнительную упрошенную задачу на соответствующий раздел.

Студенты, изучающие курс «Теплотехника» под руководством преподавателя Шевченко Дениса Вячеславовича, могут задать вопросы по работе и данной дисциплине по электронному адресу: [e-mail].

1

Задание 1

Провести технико-экономический расчет рентабельности установки утеплителя на стену здания. Заполнить недостающие данные в таблице для своего варианта. Построить необходимые графики.

							Вариант			1			2			3			4			5			6			7			8			9			10
				1			Ширина здания, м			5			10			10			20			30			40			40			50			60			50
				2						5			10			20			20			20			20			30			30			30			50
	Здание						Длина здания, м
				3						3			3			3			3			4			4			4			4			5			5
							Высота здания, м
				4
							Площадь стен, кв.м.
				5			Толщина кирпичной кладки, м			0.5			0.5			0.5			0.5			0.5			0.5			0.75			0.75			0.75			0.75
							Коэфф. теплопроводности кирпича,			0.8			0.9			1			1.1			1.2			1.3			1.4			1.5			1.6			1.7
	Кирпич			6			Вт/(м С)
							Термическое сопротивление,
				7			(кв.м С)/Вт
				8			Общая площадь кладки, кв.м.
				9			Количество, шт			1			2			3			4			5			6			7			8			9			10
				10			Ширина, м			1.7			1.7			1.7			1.7			1.7			1.7			1.7			1.7			1.7			1.7
	Окна			11			Высота, м			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5
							Приведенный коэффициент теплопе-			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5			1.5
				12			редачи окон, Вт/(кв.м С)
				13			Площадь окон, кв.м.
				14			Высота дверей, м			2			2			2			2			2			2			2			2			2			2
				15			Ширина первой двери, м			0.9			0.9			0.9			0.9			0.9			0.9			0.9			0.9			0.9			0.9
				16			Ширина второй двери, м			0.8			0.8			0.8			0.8			0.8			0.8			0.8			0.8			0.8			0.8
	Двери
				17			Площадь дверей
							Приведенное термическое сопротив-			1			0.9			0.8			0.7			0.7			0.8			0.9			0.9			1			1.1
				18			ление, (кв.м С/Вт)
	Крыша			19			Площадь потолка, кв.м.
				20			Приведенный коэффициент теплопе-			0.2			0.25			0.3			0.15			0.2			0.1			0.15			0.25			0.1			0.15

2

							редачи потолка, Вт/(кв.м С)
				21			Толщина, м			0.12			0.1			0.08				0.2			0.08			0.12			0.1			0.15			0.12			0.15
							Коэффициент теплопроводности,			0.031			0.032			0.033				0.034			0.035			0.036			0.037			0.038			0.039			0.04
	Утеп-			22			Вт/(мС)
				23			Линейное сопротивление
	литель
				24			Объем, куб.м.
				25			Цена, т.р./куб.м.			3			3			3				3			3			3			3			3			3			3
				26			Затраты на утеплитель, тыс. руб.
				27			Цена за Гкал, тыс. руб.			3			3			3				2			2			2			2			1.5			1.5			1.5
				28			Время эксплуатации, лет			2			2			2				3			3			3			4			4			5			5
																			10287
				29			ГСОП, град сут			5081			4961			1991							3868			5821			5583			6833			5186			6440
				32			Поток тепла, МВт
	Энерго-			33			Расход энергии за год, Гкал
							Расход энергии за плановый период
	затраты
				34			эксплуатации, Гкал
							Стоимость энергозатрат за год, тыс.
				35			руб.
							Стоимость энергозатрат за период
				36			эксплуатации, тыс. руб.
				37			Расходы без утеплителя за год,
							тыс.руб.
				38			Расходы с утеплителем за год,
	Эконо-						тыс.руб.
				39			Экономия на оплате за энергию, тыс.
	мичес-
							руб.
	кие
				40			Стоимость установки утеплителя, тыс.
	расчеты
							руб.
				41
							Период окупаемости, лет
				42			Расходы без утеплителя за пер. экс-
							плуатации, тыс.руб.

3

	43	Расходы с утеплителем за пер. экс-
		плуатации, тыс.руб.
	44	Экономия, %
	45	Оптимальная толщина, м
	46	Расходы при оптимальной толщине,
		тыс.руб.

Постановка задачи

Производственное здание представляет собой прямоугольное в плане строение. Размеры здания приведены в таблице в строках 1,2 и 3.

Стены здания сложены из строительного кирпича. Параметры кирпича и кладки приведены в таблице в строках 5,6. Здание имеет две внешних двери и несколько пластиковых окон. Количество и размеры дверей и окон приведены в строках 9,10,11,14,15,16 таблицы. Известны приведенное термическое сопротивление дверей (строка 18) и при-

веденный коэффициент теплопередачи окон (строка 12).

Крыша здания утеплена, известен приведенный коэффициент теплопередачи потолка (строка 20).

Планируется провести работы по утеплению здания. Коэффициент теплопроводности утеплителя приведен в строке 22. Планируемая толщина утеплителя приведена в строке 21. Цена за поставку и установку кубометра утеплителя приведена в строке 25 (т.е. затраты пропорциональны произведению его толщины и площади).

Расходы на отопление зависят от градусо-суток отопительного периода (строка 29) и цены за Гкал (строка 27). Планируемое время эксплуатации здания приведено в строке 28.

Необходимо:

1.Определить общие затраты тепла за отопительный сезон.

2.Определить стоимость этой энергии.

3.Рассчитать изменение расхода тепла при утеплении всей площади стен здания утеплителем.

4.Рассчитать экономию затрат на оплату энергии.

5.Рассчитать, за сколько лет окупится установка утеплителя.

4

6.Рассчитать экономию суммарных затрат за счет установки утеплителя за планируемый период эксплуатации.

7.Построить график годовой экономии тепла в Гкал в зависимости от толщины слоя этого утеплителя (с шагом в 1 см).

8.На одном графике отразить зависимость затрат на оплату энергии за период эксплуатации, затрат на установку утеплителя и суммарных затрат в зависимости от толщины слоя утеплителя (с шагом в 1 см).

9.По графику определить максимально рентабельную толщину равномерного слоя утеплителя. Вычислить расходы при этой толщине.

Упрощения

Потерями тепла через пол здания пренебречь.

Термическими сопротивлениями воздуха в здании и на улице пренебречь.

Считать теплопотери пропорциональными соответствующим площадям (без учета нелинейности потерь в углах, откосах и стыках).

Примечания

Примечание 1. Приведенный коэффициент теплопередачи – коэффициент теплопередачи, осредненный по общей площади конструкции, без учета ее конкретных деталей (рам или стекол окон и т.п.). Аналогично вводится по-

нятие приведенного термического сопротивления.

Примечание 2. Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) – показатель, равный произведению разности температуры внутреннего воздуха и средней температуры наружного воздуха за отопительный период на продолжительность отопительного периода в сутках. Зависит от местности. Годовые потери тепла за отопительный период через элемент конструкции в этом случае определяются как:

Q		ГСОП 3600 24 F	k		ГСОП 3600 24 F ,
				прив
год		Rприв
где F – площадь конструкции, kприв	– приведенный коэффициент теплопередачи, Rприв – приведенное термическое
сопротивление.

5

Задание 2

Провести простейший проверочный и проектный расчет теплопровода.

Подвод тепла к производственному помещению осуществляется через трубопровод, состоящий из стальных труб с тепловой изоляцией из пенополиуретана с защитной полиэтиленовой оболочкой (ГОСТ 30732-2006).

Наружный диаметр и толщина стенки стальной трубы внутри теплопровода равны dс с , мм. Толщина слоя пенополиуретана равна п , мм. Толщина полиэтиленовой оболочки равна об , мм. Длина трубопровода равна L , м, расход жидкости через трубу равен V , м3/час. Температура воды на входе равна tвх , °C, а температура снаружи в зимний период опускается до tз , °C. Коэффициент теплоотдачи внутри трубы равен вн , Вт/(м2·К); снаружи –сн , Вт/(м2·К). Теплоемкость воды принять равной 4200 Дж/(кг·°C). Коэффициенты теплопроводности стали, пенополиуретана и полиэтиленовой оболочки равны соответственно с , п , об , Вт/(м·К).

Провести проверочный расчет. Определить:

температуру на выходе из трубопровода в самый холодный день;

максимальную мощность потери тепла в теплопроводе;

температуру на поверхности трубы около точки начала трубопровода.

Провести проектный расчет. Определить:

во сколько раз нужно увеличить расход воды в самый холодный день, чтобы температура на выходе не опускалась ниже 60°C;

линейное термическое сопротивление добавочной тепловой изоляции, которой нужно обернуть трубу, чтобы при исходном расходе воды температура на выходе не опускалась ниже 60°C в самый холодный день.

Замечание 1. Не забудьте перевести объемный расход в массовый, выраженный в кг/сек.

Замечание 2. Результаты расчетов рекомендуется оформить в виде таблицы.

6

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
dс с	45х3	57х3	76х3	89х4	76х3	38х3	32х3	57х3	32х3	38х3
п	37	31,5	29	32,5	39	33	26	38,5	36,5	40,5
об	3	4	4	5	4	3	3	4	3	4
L	3100	3200	3300	4400	4500	2600	1700	3800	2900	3000
V	1	1,5	3	4	2,5	0,7	0,5	1,7	0,6	0,8
tвх	120	130	110	115	125	130	135	105	120	130
tз	– 30	– 25	– 20	– 20	– 35	– 40	– 35	– 20	– 25	– 30
вн	1500	1800	2000	1700	2000	2300	3000	1800	1600	2200
сн	80	40	90	50	70	60	100	120	110	90
с	51	52	53	54	55	56	57	58	59	60
п	0,031	0,029	0,033	0,032	0,027	0,028	0,030	0,031	0,032	0,028
об	0,39	0,42	0,40	0,36	0,37	0,43	0,41	0,38	0,37	0,41

7