МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» ПРОИЗВОДСТВО, ТРАНСПОРТ И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Практикум Ч а с т ь 1 Минск БНТУ 2012 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энергии» ПРОИЗВОДСТВО, ТРАНСПОРТ И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Практикум для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» В 4 частях Ч а с т ь 1 ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ Минск БНТУ 2012 УДК 621.1 (076.5) ББК 31.3я7 П80 Составители : И. В. Янцевич, С. В. Климович Рецензенты : В. И. Назаров, Р. Р. Мороз Производство, транспорт и потребление тепловой энергии : практикум для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффек- тивные технологии и энергетический менеджмент» : в 4 ч. / сост.: И. В. Янцевич, С. В. Климович. – Минск : БНТУ, 2012– . – Ч. 1 : Тепловое потребление. – 2012. – 25 с. ISBN 978-985-525-910-8 (Ч. 1). Издание содержит задания к практическим работам по дисциплине «Производ- ство, транспорт и потребление тепловой энергии», раздел «Тепловое потребление». Содержатся основные формулы и задачи, позволяющие студентам самостоятельно закрепить пройденный материал и получить практические навыки для расчета си- стемы теплоснабжения. УДК 621.1 (076.5) ББК 31.3я7 ISBN 978-985-525-910-8 (Ч. 1) © Белорусский национальный ISBN 978-985-525-911-5 технический университет, 2012 П80 3 Тема 1. Определение тепловых нагрузок Основные расчетные формулы Максимальный (расчетный) тепловой поток, Вт, на отопление здания с учетом тепловых потерь через ограждающие конструк- ции можно определить по формулам Qо max =∑k⋅F(ti – tо)(1 + µ), (1.1) Qо max = qо V (ti – tо) (1 + µ), (1.2) где k – коэффициент теплопередачи наружных ограждений, Вт/(м2⋅К); F – площадь поверхности отдельных наружных ограж- дений, м2; ti – средняя температура внутреннего воздуха отаплива- емых зданий, °С; tо – расчетная температура наружного воздуха на отопление, °С; µ – коэффициент инфильтрации; qо – тепловая отопительная характеристика здания, Вт/(м3⋅К); V – объем здания или вентилируемого помещения по наружному обмеру, м3. При наличии в помещении внутренних тепловыделений (или теплопоступлений) расчетный тепловой поток на отопление уменьшается на величину этих тепловыделений. Максимальный (расчетный) тепловой поток, Вт, на вентиля- цию зданий можно определить по формулам Qv max = m⋅Vп⋅св(ti – tо) , (1.3) Qv max = qv V (ti – tо), (1.4) где m – кратность воздухообмена, 1/с; Vп – внутренний объем вен- тилируемого помещения, м3; св – объемная теплоемкость воздуха, равная 1,26 кДж/(м3⋅К); qv – тепловая вентиляционная характери- стика здания, Вт/(м3⋅К); V – объем здания или вентилируемого помещения по наружному обмеру, м3. Значения тепловых характеристик здания, Вт/(м3⋅К), можно выбрать из справочной литературы [5] или определить по форму- лам 4 V kFq ∑=о , V Vcmq пвv = . (1.5) При отсутствии данных о типе застройки и наружном объеме максимальные расходы теплоты на отопление и вентиляцию, Вт, определяют по укрупненным показателям в зависимости от жилой площади по формулам [6] Qо max = qо A (1 + k1), (1.6) Qv max = k1⋅k2⋅qо⋅A, (1.7) где qо – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади, Вт/м2; А – общая площадь жилых зданий, м2; k1 – коэффициент, учитываю- щий тепловой поток на отопление общественных зданий; k2 – ко- эффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию обще- ственных зданий. При этом общую площадь, м2, жилых зданий определяют по формуле А = Fж / k, (1.8) где Fж − жилая площадь, м2; k − безразмерный планировочный коэффициент квартиры, равный 0,6÷0,72. Жилую площадь квартала, м2, определяют по плотности жило- го фонда Рж, м 2/га, и площади квартала Fкв, га, по формуле Fж = Рж⋅Fкв . (1.9) Количество жителей, чел, определяют по плотности населения Рн, чел/га, по формуле m = Рн⋅Fкв . (1.10) 5 Текущие сезонные тепловые нагрузки, т.е. тепловые нагрузки при любых наружных температурах в течение отопительного се- зона, можно определить по формуле QQ tt tt QQ max oi нi max ⋅=− − ⋅= , (1.11) где Qmax – максимальная тепловая нагрузка, Вт; Q – относитель- ная тепловая нагрузка; tн – текущая температура наружного воз- духа, °С. Средненедельный (расчетный) расход теплоты, Вт, бытового горячего водоснабжения отдельных жилых, общественных и промышленных зданий или группы однотипных зданий опреде- ляется по следующей формуле с mh n сttbаmQ )()(2,1 ch −+= , (1.12) где а – норма расхода горячей воды с температурой th = 55°С, кг(л) на 1 чел. в сутки [4]; b – расход горячей воды с температурой th = 55°С, кг(л) для общественных зданий, отнесенный к одному жителю района; при отсутствии данных рекомендуется принимать b = 25 кг(л) на 1 чел. в сутки; m – количество людей; th – темпера- тура воды, поступающей в систему горячего водоснабжения по- требителей, равная 55°С; tc – температура холодной воды, °С; при отсутствии данных о температуре холодной водопроводной воды ее принимают в отопительный период 5°С и в летний период 15°С; с – удельная теплоемкость воды, равная 4187 Дж/(кг⋅К); nс – расчетная длительность подачи теплоты на горячее водоснабже- ние, с/сут, при круглосуточной подаче nс = 86400 с; 1,2 – коэффи- циент, учитывающий остывание горячей воды в абонентских си- стемах горячего водоснабжения. С учетом неравномерности потребления горячей воды в тече- ние суток в пределах недели максимально-часовой расход тепло- ты, Вт, на бытовое горячее водоснабжение определяется по фор- муле 6 Qh max = kн⋅kс⋅Qh m, (1.13) где kн – коэффициент недельной неравномерности, учитывающий колебания суточных расходов горячей воды в пределах недели [4]. При отсутствии данных рекомендуется принимать для жилых и общественных зданий kн = 1,2, для промышленных зданий kн = 1; kс – коэффициент суточной неравномерности, учитывающий ко- лебания часовых расходов горячей воды в пределах суток [4]. При ориентировочных расчетах можно принимать для городов и насе- ленных пунктов kс = 1,7…2,0, для промышленных предприятий kс = 1. При отсутствии данных о нормах расхода горячей воды сред- ний и максимальный тепловые потоки на горячее водоснабжение, Вт, жилых и общественных зданий соответственно можно опре- делить по формулам Qh m = qh m, (1.14) Qh max = 2,4 Qh m qh, (1.15) где qh – укрупненный показатель среднего теплового потока на горячее водоснабжение, Вт/чел [6]; m – число жителей; 2,4 – ко- эффициент неравномерности потребления горячей воды. Средний тепловой поток, Вт, на горячее водоснабжение в лет- ний период определяется по формуле ch s ch mh s mh tt ttQQ − − = β , (1.16) где Qh m – средний тепловой поток на горячее водоснабжение в отопительный период, Вт; β – коэффициент, учитывающий изме- нение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неото- пительный период по отношению к отопительному периоду, при- нимаемый при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,8 (для курортных и южных городов β = 1,5), для промпредприятий – 1,0 [6]; th, tcs; tc– соответственно температура 7 горячей (55°С) и холодной водопроводной воды летом и зимой (15 и 5°С). Суммарный расчетный тепловой поток ∑Qmax, Вт, определяют суммированием расчетных тепловых потоков на отопление, вен- тиляцию и горячее водоснабжение: hmvo QQQQ ++=∑ maxmax max . (1.17) Определяя мощность источника теплоснабжения, необходимо учитывать потери теплоты в тепловых сетях – тепловую нагрузку потребителей увеличивают на величину указанных потерь. Задание № 1 Решить задачи 1…2, используя данные таблицы 1.1…1.3. Задача 1. Жилое здание имеет размеры а×b×c (табл. 1.1). Значения со- противления теплопередаче R, м2⋅К/Вт, для наружных стен, за- полнения световых проемов, потолка и пола зданий соответствен- но равны 2,5; 0,4; 3,0 и 1,3. Коэффициент остекления ϕ. Коэффи- циент инфильтрации µ. В здании проживает N человек. Норма расхода горячей воды 140, л/(сут.⋅чел). Определить: 1) суммарный расчетный и суммарный максимальный расхо- ды теплоты на теплоснабжение здания; 2) текущую тепловую нагрузку при tн °С по всем видам теп- лового потребления. Климатологические данные города выбрать из приложения 1. Задача 2. Размер административного здания а×b×c (табл. 1.1). Сопротив- ление теплопередаче всех наружных ограждений принять 2 м2⋅К/Вт. Коэффициент инфильтрации µ. Вентилируемый объем помещений составляет х% строительного объема здания. Крат- ность воздухообмена m. Объемная теплоемкость воздуха 8 1,26 кДж/(м3⋅К). Плотность работающих в здании принять 30 чел/тыс.м3. Норма расхода горячей воды 5 л/(сут.⋅чел). Определить: 1) суммарный расчетный и суммарный максимальный расхо- ды теплоты на теплоснабжение здания; 2) тепловые характеристики здания; 3) мощность источника теплоснабжения, если потери в теп- ловых сетях составляют ∆% от тепловой нагрузки потре- бителей. Климатологические данные города выбрать из приложения 1. Таблица 1.1 Данные для решения задач 1, 2 В ар и- ан т Город Размеры здания, м ϕ m, 1/ч х, % µ, % tн, °С N, чел ∆, % а b c 1 Гродно 20 25 10 0,15 2,5 45 3 +1 100 5 2 Витебск 21 23 11 0,17 0,3 40 5 -15 120 6 3 Гомель 22 21 13 0,19 1,5 25 4 -7 110 7 4 Брест 23 19 15 0,2 0,5 20 6 +2 130 8 5 Могилев 24 17 17 0,21 2 35 3 -3 140 9 6 Гомель 25 15 19 0,23 1 30 5 0 90 10 7 Брест 26 13 21 0,25 2,5 55 4 +5 115 11 8 Могилев 27 11 23 0,27 0,3 50 6 +3 125 12 9 Гродно 28 9 25 0,29 1,5 15 3 -10 135 13 0 Витебск 29 10 27 0,3 0,5 10 5 -5 145 14 Задача 3. Промышленное здание (цех) строительным объемом V тыс. м3 имеет тепловые характеристики: отопительную qo, ккал/(м3⋅ч⋅°С), и вентиляционную qv, ккал/(м3⋅ч⋅°С) (табл. 1.2). Коэффициент ин- фильтрации µ, %. Тепловыделения в помещении составляют х% расчетной нагрузки на отопление. Плотность работающих в зда- нии принять 5 чел/тыс.м3. Норма расхода горячей воды на 1 рабо- тающего в смену составляет: 11 кг/сут. при тепловыделениях до 23,3 Вт/м3 и 24 кг/сут. при тепловыделениях более 23,3 Вт/м3. 9 Определить суммарный расчетный и суммарный максималь- ный расходы теплоты на теплоснабжение здания для холодного и теплого периода года. Климатологические данные города выбрать из приложения 1. Таблица 1.2 Данные для решения задачи 3 В ар . Город V, тыс. м3 qo, ккал/(м3⋅ч⋅°С) qv, ккал/(м3⋅ч⋅°С) µ, % х, % 1 Витебск 50 0,25 1,0 30 70 2 Гомель 20 0,29 1,1 29 60 3 Брест 100 0,22 0,9 28 75 4 Могилев 10 0,35 2,0 27 55 5 Гродно 30 0,20 1,2 26 65 6 Гродно 110 0,25 0,6 25 15 7 Витебск 15 0,3 1,2 30 40 8 Гомель 75 0,2 0,6 28 50 9 Брест 60 0,25 0,5 27 35 0 Могилев 120 0,15 0,3 25 45 Задача 4. Для холодного и теплого периода года определить суммарный расчетный и суммарный максимальный расходы теплоты на теп- лоснабжение жилого квартала площадью Fкв, га (табл. 1.3). Для расчета использовать укрупненные показатели: макси- мального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м2 общей площади qо, Вт/м2; среднего теплового потока на горячее водоснабжение qh, Вт/чел. Расход теплоты на отопление обще- ственных зданий учитывается коэффициентом k1, а на вентиляцию – коэффициентом k2. Определить текущую тепловую нагрузку при tн °С по всем ви- дам теплового потребления. Климатологические данные города выбрать из приложения 1. 10 Таблица 1.3 Данные для решения задачи 4 В ар . Город Fкв, га Р ж , м 2 / га Р н, че л/ га q o , В т/ м 2 q h , В т/ че л k k1 k2 tн, °С 1 Гомель 70 3500 400 59 320 0,72 0,25 0,4 0 2 Брест 65 3200 356 82 332 0,70 0,2 0,6 +5 3 Могилев 50 3600 422 59 376 0,68 0,15 0,8 +3 4 Гродно 100 2000 222 88 407 0,66 0,25 0,4 -10 5 Витебск 75 2500 289 55 320 0,64 0,2 0,6 -5 6 Витебск 45 4000 467 60 332 0,62 0,15 0,8 +1 7 Гомель 55 3200 378 57 376 0,60 0,25 0,4 -15 8 Брест 80 2700 311 86 407 0,63 0,2 0,6 -7 9 Могилев 90 1800 222 54 320 0,65 0,15 0,8 +2 0 Гродно 40 2800 356 81 332 0,71 0,25 0,4 -3 Тема 2. Определение годового расхода теплоты Основные расчетные формулы Годовой расход теплоты, Вт⋅ч, на коммунально-бытовые нуж- ды потребителей района определяют по формуле год mh год v год o год QQQQ ++=∑ , (2.1) оmo год о nQQ ⋅= , (2.2) 24 znQ Q оmvгодv ⋅⋅ = , (2.3) )8400( о s mhоmh год mh nQnQQ −⋅+⋅= , (2.4) 11 где год mh год v год o QQQ ,, – соответственно годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение, Вт⋅ч; Qom,, Qvm, – сред- ние за отопительный период тепловые потоки на отопление и вентиля- цию соответственно, Вт, рассчитываются по формулам оi omi omo tt ttQQ − − = max , (2.5) оi omi vvo tt ttQQ − − = max , (2.6) tom – средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С; nо – продолжительность отопительного периода, ч; z – усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (при отсут- ствии данных принимаем 16 ч); 8400 – количество часов работы системы горячего водоснабжения в году. При определении расхода теплоты за определенный месяц года расходы теплоты на отопление и вентиляцию определяются по среднемесячным наружным температурам tmмес. Расходы теплоты, Вт⋅ч, на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение за месяц определяются по формулам мес oo мес o мес mо мес о nQQnQQ ⋅⋅=⋅= max , (2.7) мес vv мес v мес mv мес v nQQnQQ ⋅⋅=⋅= max , (2.8) мес hmh мес h nQQ ⋅= , (2.9) где мес mv мес mо QQ , − среднемесячный расход теплоты на отопление и вентиляцию соответственно, Вт; месh мес v мес o nnn ,, − продолжитель- ность работы систем отопления, вентиляции и горячего водо- 12 снабжения соответственно в течение месяца, ч; Qo max, Qv max − мак- симальный расход теплоты на отопление и вентиляцию соответ- ственно, Вт; Q − относительная тепловая нагрузка, определяемая при среднемесячной температуре наружного воздуха tmмес, °С. Задание № 2 Решить задачу 5, используя данные таблицы 2.1. Таблица 2.1 Данные для решения задачи 5 В ар . Город Qo max, МВт Qv max, МВт Qh max, МВт х, % nv, ч 1 Брест 80 15 27 10 5 2 Могилев 55 27 45 7 10 3 Гродно 70 25 35 13 12 4 Гомель 85 30 30 12 7 5 Гомель 60 10 43 8 14 6 Могилев 57 17 37 9 8 7 Гродно 67 23 40 14 6 8 Витебск 77 20 33 11 13 9 Витебск 50 13 25 6 11 0 Брест 65 8 47 12 9 Задача 5. Известны максимальные тепловые нагрузки потребителей жи- лого района города, потери в тепловых сетях составляют х%. (табл. 2.1). Усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение су- ток nv, ч. Определить: 1) расходы теплоты по всем видам теплового потребления за самый холодный и жаркий месяц года; 13 2) суммарный расход теплоты для самого холодного и жар- кого месяца года; 3) годовые расходы теплоты на отопление, вентиляцию, го- рячее водоснабжение; 4) расход теплоты за отопительный и летний периоды; 5) суммарный годовой расход теплоты. Климатологические данные города выбрать из приложений 1 и 2. Тема 3. Построение годовых графиков тепловой нагрузки Основные сведения Годовые графики тепловых нагрузок состоят из графика часо- вого расхода теплоты (в левой части) и графика продолжительно- сти тепловой нагрузки (в правой части) (рисунок 3.2). График продолжительности тепловых нагрузок 0 2000 4000 6000 8000 10000 n, ч График часового расхода теплоты 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00 120,00 140,00 160,00 180,00 -35-30-25-20-15-10-5051015 tн, оС Q, МВт Q o Q v Q hm Q hs сум Q Годовые графики тепловых нагрузок Рисунок 3.2 Годовые графики тепловой нагрузки строят на основании из- вестных расчетных расходов теплоты по всем видам тепловой нагрузки: 1) Зависимость среднечасовой тепловой нагрузки от наружной температуры воздуха Qo = f(tн), Qv = f(tн) и Qh = const. По оси абс- 14 цисс откладывают температуру наружного воздуха tн, а по оси ординат – значения часовых расходов теплоты. Часовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию пред- ставляют собой линейные зависимости от температуры наружного воздуха и могут быть построены по двум точкам: при to и tн = 8°С. Тепловая нагрузка на горячее водоснабжение – круглогодовая, не зависящая от температуры наружного воздуха, в течение отопи- тельного периода условно принимается постоянной. Суммарный график расходов теплоты на отопление, вентиля- цию и горячее водоснабжение строится путем сложения соответ- ствующих ординат тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение в характерных точках при температурах наружного воздуха tн.к, tо. 2) График продолжительности суммарной тепловой нагрузки в течение года Q = f(n). Для построения этой зависимости необхо- димо иметь график ∑Q = f(tн) и длительность стояния наружных температур в данной местности (приложение 3). По оси абсцисс графика продолжительности откладывают для каждой наружной температуры число часов, в течение которых наблюдается наружная температура, равная и ниже той, для кото- рой производится построение. Через точки, соответствующие длительности стояния различных наружных температур, проводят вертикали. На эти вертикали переносятся ординаты, равные среднечасовым расходам теплоты при тех же температурах из графика ∑Q = f(tн). Полученные точки соединяются плавной ли- нией, которая представляет график продолжительности суммар- ной тепловой нагрузки ∑Q в течение отопительного периода nо. В летний период основным видом теплового потребления остается горячее водоснабжение, которое постоянно и не зависит от наружной температуры. С учетом этого получают график про- должительности тепловых нагрузок в течение года. Общая площадь, ограниченная осями координат Q−n и кривой продолжительности тепловой нагрузки, представляет собой годо- вой расход теплоты проектируемого района ∑Qгод, ГВт⋅ч. Зная годовой расход теплоты по графику продолжительности тепловой нагрузки можно определить основные показатели от- пуска тепловой энергии от источника теплоснабжения: 15 • среднюю тепловую нагрузку за отопительный сезон; • число часов использования максимальной нагрузки за ото- пительный сезон; • коэффициент часовой неравномерности расхода теплоты за отопительный сезон. Если на оси абсцисс графика продолжительности построить прямоугольник с основанием, равным продолжительности отопи- тельного периода nо, и площадью, равной площади графика про- должительности в пределах отопительного сезона Qсгод, то высота этого прямоугольника будет равна среднему расходу теплоты Qсср, Вт, за отопительный сезон: o год с ср с nQQ /= , (3.1) где Qсгод – годовой расход теплоты в течение зимнего сезона, ГВт⋅ч, определяется по формуле оmh год v год o год с nQQQQ ++= . (3.2) Если на оси ординат графика продолжительности построить прямоугольник высотой, равной максимальной суммарной тепло- вой нагрузке ∑Qmax, и площадью, равной площади графика про- должительности в пределах отопительного сезона Qсгод, то осно- вание этого прямоугольника будет равно длительности исполь- зования максимальной тепловой нагрузки за отопительный сезон nи.м, ч: ∑= max. / QQn годсми . (3.3) Коэффициент часовой неравномерности расхода теплоты за отопительный сезон можно определить по формуле ми оср сезч n n QQk . max / == ∑ . (3.4) 16 Величины nи.м и kч характеризуют неравномерность потребле- ния теплоты за отопительный сезон продолжительностью no. Задание № 3 Решить задачу 6, используя исходные данные таблицы 2.1 и результаты расчета задачи 5. По результатам расчета составить табл. 3.1, используя данные приложения 3. Задача 6. Известны максимальные тепловые нагрузки потребителей жи- лого района города (табл. 2.1). Построить годовые графики тепло- вой нагрузки района. Определить основные показатели отпуска тепловой энергии в течение отопительного сезона и отметить их на графике продол- жительности тепловых нагрузок. Таблица 3.1 Построение графика продолжительности тепловых нагрузок Температура наружного воздуха, tн, °С to −2 5 −2 0 −1 5 −1 0 −5 0 +5 +8 Число часов n отопительно- го периода, когда темпера- тура наружного воздуха держалась tн и ниже Значение тепловой нагруз- ки, МВт: на отопление на вентиляцию на горячее водоснабжение суммарная, ∑Q Примечание. Выписку температур ведут с интервалом и кратно 5°С до расчетной температуры наружного воздуха для проектиро- вания отопления tо. 17 Тема 4. Регулирование тепловой нагрузки Основные сведения Регулирование отпуска теплоты – искусственное изменение параметров и расхода теплоносителя в соответствии с фактиче- ской потребностью абонентов. На режим регулирования водяных систем теплоснабжения в основном влияют вид преобладающей тепловой нагрузки и схемы узлов присоединения абонентов, вы- бор которых производится согласно [6]. Для водяных тепловых сетей при центральном качественном регулировании в системах теплоснабжения с преобладающей (бо- лее 65%) жилищно-коммунальной нагрузкой следует принимать регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения, а при тепловой нагрузке жилищно- коммунального сектора менее 65% от суммарной тепловой нагрузки и доле средней нагрузки горячего водоснабжения менее 15% от расчетной нагрузки отопления (Qh m/Qо max < 0,15) — регу- лирование по нагрузке отопления. Для закрытых систем теплоснабжения в зависимости от соот- ношения максимальных тепловых потоков на горячее водоснаб- жение и на отопление присоединение водоподогревателей горяче- го водоснабжения следует принимать: • при 0,12,0 max max max −==ρ o h Q Q − двухступенчатые схемы; • при остальных соотношениях − одноступенчатую парал- лельную. Причем при регулировании по отопительной нагрузке исполь- зуется двухступенчатая смешанная схема. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и го- рячего водоснабжения могут использоваться: • двухступенчатая смешанная схема с установкой электрон- ного регулятора расхода теплоты с ограничением максимального расхода воды на ввод; • двухступенчатая последовательная схема. В открытых системах теплоснабжения при регулировании по отопительной нагрузке системы отопления и горячего водоснаб- 18 жения абонентов присоединяются к тепловым сетям по принципу нормальной подачи теплоты. В случае регулирования по совме- щенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения применяют схемы со связанной подачей теплоты в систему отопления. Регулирование тепловых процессов производят с помощью температурных графиков отпуска теплоты, которые устанавли- вают взаимосвязь текущих температур воды в местных системах отопления и в тепловых сетях в зависимости от температуры наружного воздуха. В основе построения температурных графиков в тепловых се- тях лежат уравнения регулирования отпуска теплоты для одно- родной отопительной нагрузки: оi нi оi нi i tt tt tt tt tt − − θ−τ∆+      − − ∆+=τ )5,0( 8,0 1 ; (4.1) оi нi оi нi i tt tt tt tt tt − − θ−      − − ∆+=τ 5,0 8,0 2 , (4.2) где ti – средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, принимаемая для жилого района равной 18°С; ∆t – темпе- ратурный напор нагревательного прибора при расчетной темпера- туре tо, °С. При элеваторном смешении воды в узле ввода 5,6418 2 7095 2 2ý =− − =− + =∆ itt ττ °С, τэ – температура воды в подающем трубопроводе местной систе- мы отопления после элеватора при tо, °С; принимается 95°С; τ2 – температура воды в обратном трубопроводе после системы отоп- ления при tо, °С; ∆τ – расчетный перепад температур воды в теп- ловой сети, °С: ∆τ = τ1 − τ2; τ1, τ2 − температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети при tо; θ – расчетный перепад температур в местной системе отопления при tо, °С, опре- деляется по формулеθ = τэ – τ2 = 95 – 70 = 25°С. Задаваясь различными значениями температуры наружного воздуха tн в пределах от +8°С до tо, определяют τ1 и τ2. По полу- ченным значениям строят отопительный график температур во- 19 ды в тепловой сети. Этот график состоит из двух зависимостей τ1 = f(tн) и τ2 = f(tн). Во всех случаях центральное качественное регулирование от- пуска теплоты ограничивается наименьшими температурами воды в подающем трубопроводе, необходимыми для подогрева воды, поступающей в системы горячего водоснабжения потребителей: для закрытых систем теплоснабжения – не менее 70°С; для откры- тых систем теплоснабжения – не менее 60°С. Учитывая ограничение наименьших температур воды в пода- ющем трубопроводе тепловых сетей на отопительном графике температур делают срезку: для закрытых систем теплоснабжения на уровне 70°С; для открытых систем теплоснабжения – на уровне 60°С. Полученный график температур называется отопительно- бытовым (рисунок 4.1). Он имеет вид ломаной линии с точкой излома (t′н) при минимально допустимой температуре воды. 0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0 120,0 140,0 -35-30-25-20-15-10-50510 t н, оС те м пе ра ту ра с ет ев ой в од ы , о С тау 1 тау 2 тау`1 тау`2 Отопительно-бытовой график температур сетевой воды Рисунок 4.1 Точка излома делит график температур на две части с различ- ными режимами регулирования: в диапазоне температур наруж- 20 ного воздуха от t′н до tо осуществляется центральное качественное регулирование отпуска теплоты. При температурах наружного воздуха выше t′н центральное регулирование сезонной нагрузки во избежание перегрева помещений дополняется местным количе- ственным регулированием. Задание № 4 Решить задачи 7 и 8, используя данные таблицы 4.1. Вариант города выбрать из табл. 1.1. Климатологические дан- ные города выбрать из приложения 1. Задача 7. Заданы максимальные тепловые нагрузки потребителей, МВт, и система теплоснабжения жилого района города (табл. 4.1). Выбрать метод регулирования тепловой нагрузки и схему при- соединения к тепловой сети большинства абонентов. Указать принцип подачи теплоты в систему отопления. Таблица 4.1 Данные для решения задач 7, 8 Вар. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 Qo max 200 50 100 200 100 300 120 600 140 150 Qv max 52 26 70 52 50 150 50 150 50 26 Qh max 30 24 30 48 50 200 40 200 100 90 СТ З О З О З О З О З О τ1, °С 100 130 110 120 140 140 120 110 130 100 tн, °С 5 0 -5 -10 -15 5 0 -5 -10 -15 месяц X XI XII I II III IV X XI XII Примечание. СТ – система теплоснабжения: З – закрытая; О – от- крытая. 21 Задача 8. Тепловая сеть города работает по температурному графику τ1−70 °С (табл. 4.1). Построить отопительный график температур центрального качественного регулирования тепловой нагрузки. Выполнить подробный расчет значений температур сетевой воды τ1 и τ2 для следующих значений температур наружного воз- духа: 1) tо; 2) tн.к = +8°С; 3) tн. Для указанного месяца года по отопительному графику темпе- ратур определить температуру сетевой воды в тепловых сетях, результат подтвердить расчетом. Построить отопительно-бытовой график температур для за- данной системы теплоснабжения. Определить значение точки из- лома температурного графика tн′. Для температуры наружного воздуха в точке излома tн′ опреде- лить значения тепловой нагрузки, МВт, для всех видов теплового потребления и их суммарную величину. 22 П Р И Л О Ж Е Н И Я П р и л о ж е н и е 1 Климатологические данные некоторых городов В ар иа нт Город Температура наружного воздуха, °С Отопительный период Средне- годовая Расчетная для отопления Расчетная для вентиляции Продол- житель- ность, сут. Средняя температура наружного воздуха, °С 1 Брест 7,4 -20 -8 186 0,4 2 Витебск 5,1 -26 -12 205 -1,6 3 Гомель 6,1 -24 -11 197 -1,3 4 Гродно 6,5 -22 -9 193 -0,1 5 Минск 5,4 -25 -10 203 -1,2 6 Могилев 5,3 -25 -11 204 -1,5 П р и л о ж е н и е 2 Среднемесячные температуры наружного воздуха, °С Город Месяцы I II II I IV V V I V II V Ш IX X X I X II Брест –4 ,4 –3 ,6 0, 6 7, 3 14 ,2 17 18 ,8 17 ,6 13 ,4 7, 7 2, 4 –2 ,2 Витебск –7 ,8 –7 ,3 –2 ,9 5 12 ,6 16 18 16 ,3 11 ,2 5, 2 –0 ,4 –5 ,2 Гомель –6 ,9 –6 ,3 –1 ,8 6, 3 13 ,7 16 ,7 18 ,6 17 ,4 12 ,5 6, 4 0, 6 –4 ,3 Гродно –5 ,1 –4 ,5 –0 ,6 6, 3 13 16 ,2 18 16 ,8 12 ,6 7 1, 6 –2 ,6 Минск –6 ,9 –6 ,4 –2 ,2 5, 3 12 ,6 16 17 ,8 16 ,2 11 ,6 5, 6 0 –4 ,5 Могилев –7 ,5 –7 ,0 –2 ,5 5, 4 12 ,9 16 ,4 18 ,2 16 ,6 11 ,6 5, 3 –0 ,2 –5 ,1 23 П р и л о ж е н и е 3 Продолжительность температур наружного воздуха, ч Город Интервалы температур наружного воздуха, tн, °С –34,9÷ –25 –24,9÷ –20 –19,9÷ –15 –14,9÷ –10 –9,9÷ –5 –4,9÷ 0 +0,1÷ +5 +5,1÷ +8 Брест 17 47 145 362 637 1260 1413 583 Витебск 15 59 190 501 843 1396 1210 706 Гомель 18 50 153 384 675 1334 1497 617 Гродно 18 49 150 376 661 1307 1467 604 Минск 19 51 158 395 696 1375 1542 636 Могилев 19 51 159 397 699 1381 1551 639 С П И С О К И С П О Л Ь З О В А Н Н Ы Х И С Т О Ч Н И К О В 1. Соколов, Е. Я. Теплофикация и тепловые сети : учебник для вузов / Е. Я. Соколов. – 7-е изд., стереот. – М. : Издательство МЭИ, 2001. – 472 с. ; ил. 2. Теплоснабжение : учебное пособие для вузов / В. Е. Козин [и др.]. – М. : Высш. шк., 1980. – 408 с. ; ил. 3. Теплоснабжение : учебник для вузов / А. А. Ионин [и др.] ; под ред. А. А. Ионина. – М. : Стройиздат, 1982. – 336 с. ; ил. 4. Водяные тепловые сети : справочное пособие по проектиро- ванию / И. В. Беляйкина [и др.] ; под ред. Н. К. Громова, Е. П. Шубина. – М. : Энергоатомиздат, 1988. – 376 с. ; ил. 5. Справочник по наладке и эксплуатации водяных тепловых сетей / В. И. Манюк [и др.]. – 3-е изд., перераб. и доп. – М. : Стройиздат, 1988. – 432 с. ; ил. 6. СНиП 2.04.07–86. Тепловые сети / Госстрой СССР. – М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1989. – 48 с. 7. Янцевич, И. В. Производство, транспорт и потребление теп- ловой энергии : практикум для студентов специальности 1 43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» / сост. : И. В. Янцевич, С. В. Климович, А. А. Ганжин. − Минск : БНТУ, 2007. – 83 с. 24 СОДЕРЖАНИЕ Тема 1. Определение тепловых нагрузок …………….............. 3 Тема 2. Определение годового расхода теплоты …….............. 10 Тема 3. Построение годовых графиков тепловой нагрузки ........................................................................ 13 Тема 4. Регулирование тепловой нагрузки ………………........ 17 Приложения …………………………………………………...... 22 Список использованных источников ……………………......... 23 25 Учебное издание ПРОИЗВОДСТВО, ТРАНСПОРТ И ПОТРЕБЛЕНИЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Практикум для студентов специальности 1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент» В 4 частях Ч а с т ь 1 ТЕПЛОВОЕ ПОТРЕБЛЕНИЕ Составители: ЯНЦЕВИЧ Ирина Владимировна КЛИМОВИЧ Сергей Викторович Технический редактор О. В. Песенько Подписано в печать 05.10.2012. Формат 60×84 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 1,45. Уч.-изд. л. 1,14. Тираж 100. Заказ 417. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. ЛИ № 02330/0494349 от 16.03.2009. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.