Геотермальные установки

В данной расчетно-графической работе рассматриваются и проектируются геотермальные установки, а так же системы отопления работающие на геотермальных источниках теплоснабжения.

Исходными данными для варианта 17 являются следующие данные:

На расчет коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения:

Температура геотермальной воды 100

Температура геотермального теплоносителя 140

Температура обратной воды после отопления 75

Температура наружного воздуха -9

Продолжительность отопительного сезона 167

Месторождение пластового типа, пласт полуограниченный 4,9

Расчетная нагрузка на отопление 1,04

Расчетная нагрузка на горячее водоснабжение 0,58

Подбор отопительных приборов и построение графиков геотермального систем отопления:

Расчетная мощность прибора 1980

Расчетная температура горячей воды 76

Расчетная температура обратной воды 31

Расчетная температура внутреннего воздуха в помещении 19

На расчет комплексной системы геотермального теплоснабжения:

Температура геотермальной воды 100

Температура водопроводной воды 10

Температура обратной воды после отопления 60

Температура наружного воздуха -22

Расчетный дебит геотермальной воды 167

Расчетный среднесуточный расход горячей воды 103

Расчетная начальная температура нагреваемой воды 72

Расчетная температура внутреннего воздуха в помещении 18

1. Расчет коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения

А. Открытая двухтрубная геотермальная система теплоснабжения с присоединением систем ГВ к подающему трубопроводу (т.е. параллельная подача геотермального теплоносителя на отопление и горячее водоснабжение).

1. Удельный расход геотермальной воды, приходящей на 1 МВт расчетной тепловой нагрузки, определяется по формуле:

(1)

где: , — расчетные нагрузки отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, Вт;

с — удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кгС),

— расчетные перепады температур теплоносителя в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, С,

— удельный расход геотермальной воды, приходящейся на единицу расчетной тепловой нагрузки объекта, кг / Дж.

кг/с.

2. Доля расчетного дебита геотермальной воды, расходуемой на отопление, определяется по формуле:

(2)

.

То же, на горячее водоснабжение получим из формулы:

(3)

Норм.

3. Степень относительного использования максимума нагрузки

— на отопление:

(4)

где: _сp.от. — среднеотопительный коэффициент отпуска теплоты, определяемый по формуле:

(5)

где: — температура воздуха в обслуживаемых помещениях, °С;

— расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления или вентиляции, С;

t, t_н.ср. — средняя за период работы систем отопления или вентиляции температура наружного воздуха, С (см. СНиП [4]).

Пусть, тогда ,

— на горячее водоснабжение:

(6)

.

4. Коэффициент использования скважины определяется по формулам таблицы 1. [1]

— для отопления:

(7)

— для горячего водоснабжения:

(8)

5. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется следующим образом:

(9)

.

6. Степень относительного увеличения расчетного дебита скважины в целом для объекта определяется при известном для полуограниченного пласта с по рис. 1 — .

7. Степень относительного срабатывания температурного перепада определяется по формулам, :

— на отопление:

(10)

.

— на горячее водоснабжение .

8. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения для данной схемы определяется следующим образом:

(11)

.

Б. Зависимая система отопления с пиковым догревом геотермального теплоносителя:

1. :

(12)

кг/с,

2. (13)

.

3. Коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту отключения пикового догрева, определяется следующим образом:

(14)

4. Пусть коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту окончания отопительного сезона .

5. Ориентировочная продолжительность работы пикового догрева Т_п (сут.) определяем по формуле:

(15)

где: А и В-эмпирические коэффициенты (графикам рис. 15 и 16 из приложения [1]).

При t_н = -9С; А = 0,06; В = 0,55.

Тогда:

сут

6. Относительный коэффициент отпуска теплоты определяется следующим образом:

(16)

7. Температура сбросной воды, соответствующая моменту отключения пикового догрева, приближенно определяется по формуле:

(17)

8. Коэффициент использования скважины при отоплении определяется по формуле:

(18)

9. Доля пикового догрева на отопление определяется по графикам рис. 2. [1]

(19)

и

d_н = 0,05 (см. рис. 2 [1]).

10. Степень относительного срабатывания температурного перепада:

— для систем отопления:

(20)

— для систем горячего водоснабжения:

11. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется следующим образом:

(21)

12. По рис. 1 определяем _oб. = 1,43.

13. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения объекта равен:

(22)

.

2. Подбор отопительных приборов и построение графиков регулирования геотермальных систем отопления

геотермальный установка теплоснабжение отопительный Ниже приведен пример расчета требуемого номинального теплового потока отопительного прибора геотермальной системы отопления, устанавливаемого в помещении.

1. Зададимся расчетной температурой обратной воды:

;

2. Определяем расчетную степень срабатывания теплового потенциала теплоносителя при заданных условиях следующим образом:

(23)

.

Поскольку > 0,4, расчет следует вести по следующей формуле:

(24)

.

3. Определим расчетный расход теплоносителя через отопительный прибор:

кг/с.

4. Выбираем тип отопительного прибора — конвектор КН-20 «Комфорт» (n=const = 0,35; p =const= 0,07) и по формуле (24) [1]:

где, (25)

.

— берется из первого задания.

и вычисляем расчетный среднестепенной температурный напор:

C (26)

5. Определим значения и :

(27)

;

(28)

.

6. Определим номинальный тепловой поток отопительного прибора, который необходимо установить в данном помещении:

(29)

Вт.

Сопоставление полученного результата с паспортными данными на КН-20 показывает, что в данном случае для покрытия расчетных теплопотерь следует установить 3 прибора КН-20 — 2,9, имеющих длину оребренной части 1000 мм.

7. Для построения графика количественного регулирования отопительной нагрузки вначале определим величину по формуле:

Далее, пользуясь формулой для регулирования отопительной нагрузки:

(30)

где: — коэффициент отпуска теплоты на отопление;

G и G — текущий и расчетный расходы теплоносителя.

А также формулой, которая определяет текущую температуру обратной воды:

(31)

где: — расчетные температуры горячей и обратной воды в тепловой сети, С.

Построим графики расхода теплоносителя и температуры обратной воды системы отопления (см. рис. 1 и 2).

3. Расчет комплексной системы геотермального теплоснабжения

Определим основные технические показатели комплексной системы геотермального теплоснабжения, обеспечивающей отопление теплицы и горячее водоснабжение зданий, которые необходимы для технико-экономических расчетов.

1. Зададимся расчетной температурой водопроводной воды после теплообменного аппарата:

(32)

2. Требуемый коэффициент эффективности теплообменного аппарата ГВ определим по формуле:

(33)

.

3. Произведение KF, характеризующее конструкцию и размеры теплообменного аппарата равно:

(34)

Вт/С,

(т.е. например при К = 1000 Вт/(м²С), F = 1700 м²).

4. Установленная тепловая мощность пикового источника теплоты:

МВт, (35)

МВт.

5. Значение коэффициента отпуска теплоты, соответствующее включению (отключению) пикового догрева, определяется так:

(36)

.

а соответствующая _п температура наружного воздуха t_н.п определяется так:

С, (37)

.

6. В соответствии с данными климатологии продолжительность работы пикового догрева (при t_н -3,3С) составит 2272 часов 95 сут.

Таблица 1. Климатологические данные годового потребления тепла Для г. Таганрог (, t_н.ср.=3, Т=167 сут)

Годовую выработку теплоты для пикового догрева можно установить, определив площадь, описанную графиком годовой выработки теплоты (рис. 1), которая в данном случае равна 13 320 ГДж/год. При среднем КПД пиковой котельной 0,7 для выработки этого количества теплоты потребуется 2337 т у. т. В системе с теплонасосной установкой расход электроэнергии в ТНУ при среднем коэффициенте преобразования 3,5 составит Э = 13 320/3,5 = 3806 ГДж/год.

Годовой расход геотермального теплоносителя можно определить, установив площадь, описанную графиком продолжительности расхода геотермального теплоносителя (см. рис. 2), который построен на основании графика регулирования G_т() по формуле (25) или (45) [1]:

В рассматриваемом случае годовой расход теплоносителя составляет 4,1 10⁶ т/год.

График температуры сбросной геотермальной воды (необходимый для расчета пластовой циркуляционной системы), построенный по соответствующим зависимостям представлен на рис. 3. Температура сбросной воды в летний период эксплуатации равна 32,2С, в расчетный период в системе с пиковой котельной t_с = 40,6С, в системе с ТНУ — 61,8 С.

1. Методические указания «Геотермальные установки».

2. СНиП 23−01−99 Строительная климатология. — М.: Госстрой РФ, 2000. — 68 с.

3. СНиП 41−01−2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. — М.: Госстрой РФ, 2004. — 71 с.