Вопрос 1. Классификация потребителей тепла. Графики тепловых нагрузок.

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ХИМИИ (теория и тестовые материалы)

Редактор Асылбекова Б.А.

Подписано к печати 24. 01.2002 Формат60х90/16 Цена договорная

Объем 5,7уч.-изд. л. Тираж 300 экз. Заказ 2511

Печатно-множительная мастерская КарГТУ, г. Караганда, б. Мира, 56

Вопрос 1. Классификация потребителей тепла. Графики тепловых нагрузок.

Классификация потребителей тепла. (8, с.51..55)

Тепловое потребление - это использование тепловой энергии для разнообразных коммунально-бытовых и производственных целей (отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха, души, бани, прачечные, различные технологические тепло-использующие установки и т.д.).

При проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения необходимо учитывать:

- вид теплоносителя (вода или пар);

- параметры теплоносителя (температура и давление);

- максимальный часовой расход тепла;

- изменение потребления тепла в течение суток (суточный график);

- годовой расход тепла;

- изменение потребления тепла в течение года (годовой график);

- характер использования теплоносителя у потребителей (непосредственный забор его из тепловой сети или только отбор тепла).

Потребители тепла предъявляют к системе теплоснабжения различные требования. Несмотря на это, теплоснабжение должно быть надежным, экономичным и качественно удовлетворять всех потребителей тепла.

Режим работы технологически систем подвержен изменениям, которые могут носить как закономерный, так и случайный характер, быть длительными или кратковременными, но происходить они должны с минимальными затратами энергоресурсов, не нанося ущерба надежности эксплуатации оборудования и связанных с ним систем.

Пренебрежение этим фактором обычно приводит к просчетам при выборе оборудования источников энергоснабжения и необоснованному перерасходу топлива для обеспечения требуемой нагрузки.

Для того чтобы оценить действительную потребность предприятия или его подразделений в тепловых энергоресурсах, необходимо провести анализ графиков теплопотребления в определенные периоды работы – в течение суток, недели, месяца, года.

Характеристиками равномерности тепловых нагрузок в течение года являются число часов использования максимальной тепловой нагрузки , ч/год, и коэффициент К, представляющий собой отношение среднесуточной нагрузки к максимальной суточной за год.

По этим характеристикам промышленные предприятия разделяются на три группы: первая t=4000 - 5000 ч/год, К=0,57 - 0,68; вторая t=5000 - 6000 ч/год, К=0,6 - 0,76; третья t 6000 ч/год, К 0,76.

К первой группе относятся предприятия, например, легкой промышленности и машиностроения, в структуре затрат тепловой энергии которых более 40% имеют нагрузки систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Соответственно затраты теплоты на технологию составляют менее 60%. К третьей группе относятся предприятия с превалирующей долей затрат тепловой нагрузки на технологические нужды – более 90%. Затраты теплоты потребителями других категорий очень малы – менее 10% (табл.8).

Таблица 8

Потребителей тепла можно разделить на две группы:

1) сезонные потребители тепла;

2) круглогодовые потребители тепла.

Сезонными потребителями тепла являются:

- отопление;

- вентиляция (с подогревом воздуха в калориферах);

- кондиционирование воздуха (получение воздуха определенного качества: чистота, температура и влажность).

Круглогодовые потребители используют тепло в течение всего года. К этой группе относятся:

- технологические потребители тепла;

- горячее водоснабжение коммунально-бытовых потребителей.

Изменения сезонной нагрузки зависят главным образом от климатических условий (температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра, солнечного излучения, влажности воздуха и т.п.). Сезонная нагрузка имеет сравнительно постоянный суточный график и переменный годовой график нагрузки (рис.11).

График технологической нагрузки зависит от профиля и режима работы производственных предприятий, а график нагрузки горячего водоснабжения – от благоустройства зданий, состава и распорядка рабочего дня основных групп населения, режима работы коммунальных предприятий – бань, прачечных. Имеет почти постоянный годовой и резко переменный суточный график. Суточные графики в субботние и воскресные дни обычно отличаются от суточных графиков других дней недели.

Большинство систем теплоснабжения имеет разнообразную тепловую нагрузку (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, технологические потребители). Ее величина и характер зависят от многих факторов, в том числе от климатических и, главным образом, от температуры наружного воздуха.

На графике (рис.12) показана зависимость расходов теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды от температуры наружного воздуха, т.е. затраты теплоты.

По оси ординат отложены относительные значения расходов теплоты в долях единицы (за единицу принят максимальный суммарный расход теплоты, т.е. , где , , , - максимальные расчетные расходы теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды соответственно).

По оси абсцисс – температура наружного воздуха .

Построим четыре графика разных тепловых нагрузок. Расход теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжениене является функцией наружной температуры. График будет иметь неравномерный характер в течение суток и в течение недели, но сглаживается в течение года и приобретает равномерный характер.

Отопительная нагрузка имеет, как правило, круглосуточный характер. При неизменной наружной температуре отопительная нагрузка жилых зданий практически постоянна. Для промышленных предприятий она имеет непостоянный суточный и недельный график, т.е. в целях экономии искусственно снижают подачу теплоты в ночной период и выходные дни. Максимальный расход на отопление соответствует расчетной температуре наружного воздуха для отопления и является расчетной величиной нагрузки отопления . Минимальный расход теплоты на отопление соответствует расчетной наружной температуре начала и конца отопительного сезона

Характерные температуры для графика вентиляционной нагрузки следующие:

- расчетная температура наружного воздуха для вентиляции соответствует расчетной нагрузке вентиляции (используется нагрев рециркуляцией). При расход тепла на вентиляцию постоянен и вентиляционные установки работают с рециркуляцией, т.е. с подмешиванием к наружному воздуху воздуха, взятого их помещений. Рециркуляция воздуха допустима для помещений, в воздухе которых не содержаться болезнетворные микроорганизмы, ядовитые газы, пары и пыль. Подмешивание воздуха осуществляется перед калориферной установкой и в количестве, обеспечивающем неизменяемую его температуру. С понижением температуры наружного воздуха подмешивание увеличивается, а подача наружного воздуха уменьшается. Температура воды, поступающей в калориферы, остается постоянной. Таким образом, когда температура наружного воздуха ниже расход теплоты на вентиляцию остается равным расчетному за счет сокращения кратности воздухообмена. Для регулирования кратности обмена воздуха в интервале вентиляционные установки должны быть оснащены авторегуляторами.

- температура включения вентиляции. Минимальный расход теплоты на вентиляцию соответствует расчетной наружной температуре начала и конца отопительного периода промышленных зданий.

Суммарный расход теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды по району является суммой расходов отдельных абонентов. Преобладающей является нагрузка отопления. График суммарного расхода теплоты имеет вид, показанный на рис.12. На нем есть три точки излома:

а) момент включения отопления;

б) момент включения вентиляции;

в) момент изменения нагрузки вентиляции.

Характер графика суммарной нагрузки зависит от соотношения нагрузок отдельных групп потребителей.

Вопрос 2. Тепловая нагрузка на отопление. (1, с.5..7)

Основная задача отопления заключается в поддержании условий теплового комфорта (условия, благоприятные для жизни и деятельности).

Согласно СНиП допустимые (оптимальные) метеорологические условия в зоне жилых и общественных зданий:

- температура воздуха 18-22^оС (22-24^оС)

- относительная влажность 65% (45-30)

- скорость движения воздуха не более 0,3 м/с (0,1-0,15)

Для этого необходимо сохранение равновесия между тепловыми потерями здания и теплопритоком, которое может быть выражено в виде следующего равенства (теплового баланса):

,

где - суммарные тепловые потери, - приток тепла через отопительную систему, - внутренние источники теплоты.

включает в себя:

- потери из-за теплопередачи через наружные ограждения;

- потери инфильтрацией из-за поступления холодного воздуха в помещения через неплотности наружных ограждений, , где - коэффициент инфильтрации ( =0,03-0,06 – жилые, общественные здания, =0,25-0,30 – промышленные здания);

-теплота на подогрев холодных предметов (материалов), ( )

включает в себя:

- от солнечной радиации (фонари, окна);

- от коммуникаций и технологического оборудования;

- от электрического оборудования и электрических осветительных приборов;

- от нагретого материала и изделий;

- при технологических процессах (конденсация);

- от продуктов сгорания, поверхности печей;

- от людей.

Есть две методики расчета .

1) Для малых зданий (помещений):

,

где - коэффициент теплопередачи, - площадь поверхности отдельных наружных ограждений, - разность температур воздуха с внутренней и наружной сторон этих ограждений.

2) Для больших зданий 3000 м³:

для приближенных расчетов по так называемым укрупненным показателям применяют упрощенную формулу

,

где - объем здания по наружному обмеру, м³;

- усредненная температура внутреннего воздуха отапливаемых помещений, ^оС;

- температура наружного воздуха, ^оС;

- удельные теплопотери здания, , которые зависят от:

- теплопередачи стен, потолка, пола;

- формы, размеров здания;

- остекления здания и расчетной разности температур.

Это значение берется из справочников или рассчитывается по приближенной эмпирической зависимости .

Для =-30 ^оС =5,5 , =8.

Для других районов вводится поправочный коэффициент :

.

Расход тепла на отопление тогда равен:

Принимаем, что , тогда .

Подставим это выражение в предыдущее равенство и получим:

.

Видно, что имеет максимальное значение при минимальной температуре наружного воздуха.

Проблема! По какой наружной температуре следует определять расчетный расход теплоты на отопление? Если его определят при минимальной наружной температуре, когда-либо наблюдавшейся в данной местности, то получатся чрезмерно завышенные мощности тепловых установок, т.к. такая температура имеет краткосрочный характер. Поэтому исходят из более высокого, так называемого расчетного значения наружной температуры для отопления , равной средней температуре наиболее холодных пятидневок, взятых из восьми наиболее холодных зим за 50-летний период. Эти данные есть в справочниках.

Для экономного и правильного использования топлива имеет весьма большое значение выбор начала и конца отопительного сезона.

Для жилых и общественных зданий +8 ^оС (устойчивая среднесуточная температура).

Для промышленных зданий он определяется такой наружной температурой, при которой , +8 ^оС.

Вопрос 3. Тепловая нагрузка на вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды. (1, с.7..9)