Расчет методической нагревательной печи

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Вологодский государственный университет»

Инженерно-строительный факультет Кафедра теплогазоснабжения и вентиляции КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Дисциплина: «Энергоаудит зданий и сооружений и инженерных сетей»

Наименование темы: «Расчет методической нагревательной печи»

Код работы КП/КР 140 104 «Промышленная теплоэнергетика»

Задание на курсовой проект:

Таблица 1

Исходные данные для задания № 1.

В соответствии с заданием рассчитать геометрические и термодинамические параметры схемы. Схемотехническое решение первой итерации приточно-вытяжного агрегата задано в методических указаниях.

Таблица 2

Исходные данные для задания № 2.

В соответствии с заданием рассчитать по заданным геометрическим, термическим, климатическим условиям тепловую энергоэффективность здания. Привести оценку его эффективности в связи с установкой в нем приточно-вытяжной вентиляции. Для отдельного помещения здания определить рабочие динамические характеристики системы отопления и вентиляции. В соответствии с заданием подобрать функции среднесуточной температуры и ввести их в расчет.

Здание должно быть энергоэффективным. В каждом помещении здания должны поддерживаться определенные климатические параметры в зависимости от назначения помещения и независимо от параметров окружающей среды.

В проекте необходимо рассмотреть задачи синтеза схемы эффективной утилизации теплоты и основные задачи эффективного теплоснабжения здания, которые определяют основные энергосберегающие мероприятия и позволяют формировать параметры климатических условий в помещении зависимости от его назначения и изменениях климатических условий вне его ограждающих поверхностей.

Расчет необходимо произвести с помощью программы и так же с использованием формул, рассматреть параметры Москвы и Вологды, проанализировать полученные данные.

Первая часть курсового проекта включает расчет и подбор калориферов (приточный, вытяжной и подогревающий) и устройств для движения теплоносителя — насосы, вентиляторы. Она состоит из исследования приточно-вытяжной вентиляции с точки зрения ее эффективности. Определим энергетическую эффективность преобразования электрической энергии в теплоту в технически организованной установке рекуперативной утилизации теплоты вытяжного воздуха приточным.

Вторая часть проекта включает определение класса энергетической эффективности здания, оценку эффективности энергосберегающего мероприятия, расчет энергосберегающих режимов работы жилого помещения. При известных параметрах наружного воздуха и характеристиках ограждающих конструкций определяем класс энергоэффективности здания. Производим расчет энергосберегающих режимов помещения с учетом работы приточно-вытяжной вентиляции и поступления тепловой энергии от персонала, оргтехники, освещения.

1. Основные задачи синтеза схемы эффективной утилизации теплоты

Исходные данные в соответствии с заданием:

Город — Вологда.

Температура приточного наружного воздуха — (-22,5) 0С.

Расход приточного воздуха — 16 500 м3/час.

Расход вытяжного воздуха — 14 300 м3/час.

Температура вытяжного воздуха — 230С.

1.1 Основные элементы схемы и их описание

Синтез схемы установки приготовления приточного воздуха и расчет энергетический эффективности [приложение А].

Используя принцип блочного (структурного) проектирования, методики определения термодинамической и теплотехнической эффективности энергетической системы определим энергетическую эффективность преобразования электрической энергии в теплоту в технически организованной установке рекуперативной утилизации теплоты вытяжного воздуха приточным.

Техническая организованная система рассчитывается и синтезируется для расчётного холодного периода года. Холодный период года выбран для Вологды. Расчетная температура холодного приточного воздуха -24єС.

Система утилизации устроена следующим образом. После осуществления системы утилизации в помещение подаётся подогретый воздух приготовленный с температурой +24 єС с расходом 21 тыс м3/ч.

Приточный воздух с температурой -24єС проходит теплообменник 10, где нагревается до температуры 4,5єС, далее идёт в теплообменник 15, в котором получает необходимое количество теплоты от горячей воды взятой из системы отопления или горячего водоснабжения. Горячая вода прокачивается насосом 11, подогревает воздух до 24єС, который забирается из ввода 9, и вентилятором 4 прокачивается через теплообменники 10 и 15, и выбрасывается в помещение через воздухопровод 14, вытяжной воздух вентилятором 3 забирается из помещения с помощью заборного устройства 6 с температурой 24єС, и выбрасывается в окружающую среду, через выходное устройство 7. Расчётный расход воздуха в количестве 21 тыс. м3/ч выбрасывается в окружающую среду с температурой 4єС. Рекуперативная утилизация теплоты вытяжного воздуха приточным осуществляется с помощью промежуточного контура с теплоносителем (антифриз) прокачиваемым насосом 5 через теплообменник 8 и 10.

Все три теплообменника являются теплообменными устройствами трансформаторного типа (рекуперативные). В теплообменнике 8 происходит охлаждение воздуха, поэтому его можно назвать воздухоохладителем, а теплообменники 10 и 15 воздухонагревателями. Теплообменники воздуховодяного типа называют калориферами.

В подогревателях такого типа водяные эквиваленты (расходные теплоемкости воздушного и водяного теплоносителей) значительно отличаются. Поэтому поверхность со стороны воздуха увеличивают, за счёт этого выравниваются возможности теплообмена. В ребристых поверхностях 95% теплообмена идёт через рёбра и 5−10% между рёбрами.

Теплоотдающие поверхности в стандартных калориферах тапа КСК-3, КСК-4, оборудуют стандартными трубами со спирально набитым оребрением, количество рядов трубок по ходу воздуха может быть как 2, так и 3 ряда.

Поверхности по ходу воздуха представляют блоки, которые могут собираться последовательно или параллельно, по воздуху, а также по водному теплоносителю. Выбор последовательного или параллельного соединения определяет гидравлическое сопротивление проектируемой системы. Потери давления и потери напора не должны превышать экономически целесообразные значения скоростей движущегося потока теплоносителя. Скорости обычно задаются из опыта, т. е. из экспериментальных данных.

Эффективность теплообмена в теплообменном устройстве типа калорифера характеризуется термодинамическим показателям эффективности теплообмена.

Он определяется отношением передачи теплоты через поверхность нагрева в реальном процессе нагрева воздуха к процессу идеальному max возможному.

Здесь сравниваются реальные и идеальные термодинамические силы. Мы имеем разности осредненных температур. Процедура осреднения идет в макроуровневом представлении модели. Соотношение указывающее на эффективность это метауровневое представление.

Термодинамический показатель определяется по формуле [приложение Ж ]:

где: tн1, tн2 — начальные и конечные температуры нагреваемого воздуха (силы);

twг1, twг2 — температуры теплообменивающихся сред на входе в теплообменное устройство;

twг1 — это недостижимая температура, к которой идеально стремиться нагреваемый воздух, если длина устройства стремится к бесконечности. Поскольку tн2 стремиться к tн1 поэтому иt всегда меньше 1.

Величина ит max характеризует максимально возможный теоретический нагрев воздуха. Это может произойти, когда tн2= twг1 [приложение А, рис. А2].

Для обработки экспериментальных данных применяется показатель расходных теплоемкостей теплоносителей [приложение З]:

где: Gwг — массовый расход одного теплоносителя, Сwг, Сртеплоёмкости горячего и холодного теплоносителей.,

L м3/кг — объемный расход холодного теплоносителя.

В формулу для коэффициента числа единиц переноса теплоты входит коэффициент теплопередачи k, площадь F — поверхности нагрева. Поэтому, зная Nt, при известной площади можно найти коэффициент теплопередачи и наоборот.

1.2 Определение теплогидравлических и геометрических характеристик схемы

1.2.1.Результаты теплового расчета В соответствии с заданием требуется определить показатели энергоэффективности её работы.

Таблица 3

Параметры вытяжного воздуха

Температура антифриза tан = -3єС, на выходе из теплообменника, а на входе tан = +5єС [приложение Б, рис. Б1].

Выходная температура антифриза задаётся из условий обмерзания конденсата на выходе из вытяжного агрегата, и температура выхода воздуха определяется условиями замерзания. Процесс охлаждения воздуха в id диаграмме от точки у1 до точки у2 .

По уравнению баланса теплоты переходного от одного теплоносителя к другому находим количество теплоты, передающееся в час или мощность теплообменника (антифриз) [приложение З]:

Qт.у = Ly•с (iу1-iу2) = Gэф•Сэф•(tэф1-tэф2) КДж/ч, (1)

Qт.у = 14 300•1,19•(45−15,1)=51 022 543 КДж/ч.

Таблица 4

Параметры наружного воздуха

Поскольку имеем систему вода — воздух, то уравнение баланса теплоты тоже самое. Для воздуха и антифриза имеем уравнение [приложение Ж ]:

(2)

Температурный перепад (нагрев) Дt для расхода воздуха в 16 тыс. м3 будет равен:

єС. (3)

Из этих условий температура на выходе из приточного т.о. составит:

tн2 = tн1 + Дt = -22,5 + 21,9 = -0,57 єС.

Определяем расход антифриза т.к. известно Qту и Дtаф:

;

кг/ч. (4)

Параметрами антифриза теплоёмкостью, плотностью и т. д. задаёмся по его характеристикам (по справочнику).

Таким образом, задавшись параметрами холодного приточного воздуха и условиями конденсации влаги при охлаждении воздуха находим температуры нагрева приточного воздуха и требуемый расход водного теплоносителя (антифриза).

Рассчитываем требуемую поверхность теплообмена для приточного воздуха с помощью показателя теплотехнической эффективности.

Найдём отношение теплоемкостей [приложение З]:

(5)

Показатель теплотехнической эффективности определяется [приложение Д ]:

(6)

По отношению теплоемкостей теплоносителей и показателю теплотехнической эффективности по графику Иt = f [Nt, W] находим величину показателя числа единиц переноса явной теплоты.

Отсюда находим удельную тепловую нагрузку на теплообменник, в котором нагревается холодный приточный воздух:

Вт/ єС. (7)

1.2.2 К выбору основных геометрических параметров

При заданной из опыта экономической скорости воздуха в калорифере

Wв = 2,5−3,5 кг/м2•сек, скорости антифриза Wаф= 0,6ч1,5, коэффициент теплопередачи k = 38ч46 Вт/ м2•єС. При К= 40 Вт/ м2•єС находим поверхность

F= kN / k =4794,95/40 =119,88 м². (8)

По данной поверхности из таблиц находятся калориферы КСк4−12 и формируется схема соединения калорифера по приточному воздуху через их фасадное сечение [приложение Ж, табл. Ж].

Далее идёт поверочный расчёт выбранных калориферов. Для этого выбираем блоки стандартных калориферов и способ соединения их по воздуху.

По выбранной площади подходят два последовательно соединённых калорифера по воздуху с фасадным сечением А*В. По воздуху имеем последовательную схему соединения в смысле их гидравлических сопротивлений [приложение Е, рис. Е1].

Fф= А•В = 1,663*•1,503 = 2,5 м², (9)

А и В выбирается из технической характеристики калориферов и площадям поверхности теплообмена

FR1, FR2= F=173 м2.

Определяется массовая скорость нагреваемого воздуха проходящего через фасадное сечение [приложение З]:

кг/м2•сек. (10)

Скорость воды через живое сечение одного прохода воды в калорифере [приложение З]:

м/с, (11)

где: fw- 0,516 из технической их характеристики.

Зная массовую скорость течения воздуха в фасадном сечении калорифера, определяем коэффициент теплопередачи по экспериментальной формуле [приложение З]:

Вт/ м2•єС. (12)

Схема параллельного соединения калориферов по воде (антифризу) [приложение Е, рис. Е1].

При параллельном соединении уменьшаются потери энергии на прокачку теплоносителя, поскольку прокачиваемый расход воды через каждый калорифер уменьшается в 2 раза, что уменьшает общее гидравлическое сопротивление.

По выбранным поверхностям теплообмена Fк1 = Fк2 = Fд и расчетного численного значения коэффициента теплопередачи находим действительную удельную теплопроизводительность данной конструктивной схемы [приложение З]:

Вт/ єС. (13)

Определяем процентное расхождение по удельной производительности, которая получена по расчёту и действительно выбрана для этой схемы [приложение3]:

. (14)

Поскольку расхождение составляет величину меньшую 15% расчёт и выбор теплообменной поверхности принимается.

1.2.3 Результаты гидравлического расчета

Гидравлическое сопротивление по ходу антифриза при параллельно включенных калориферах

Па, (15)

где: А=78 определяется из опытных данных.

Zw1 — число калориферов соединённых последовательно.

Вязкость антифриза больше чем вязкость воды и поэтому в расчётные данные вводиться поправочный коэффициент 1,25.

кПа. (16)

Антифриз движется по контуру и проходит 2 теплообменника (приточный и вытяжной) [приложение Е, рис. Е3].

При условии симметрии (блочная сборка схемы) теплообменников для приточного, и вытяжного воздуха оценивается гидравлическое сопротивление в контуре циркуляции антифриза. Поскольку имеем три последовательно соединенных гидравлических участка, то принимая гидравлические потери давления в присоединительных трубопроводах:

Получим суммарные потери давления в кольце для антифриза [приложение З]:

. (17)

Здесь выполнено условие, что теплообменники на притоке и вытяжке выбраны одинаковыми.

Учитывая, что плотность антифриза равна — 1050 кг/м3, а напор — это энергия на единицу массы жидкости, делим потери давления на плотность, умножаем на массовый расход получаем мощность в кВт, при коэффициенте полезного действия насоса равным знас= 0,6 = (60%).

Затрачиваемая энергия на привод насоса равна [приложение З]:

кВт. (18)

Давление Р1-Р2 — потеря давления на данном гидравлическом сопротивлении.

Потеря от гидравлического сопротивления по воздуху двух калориферов рассчитывается по опытной формуле [приложение З]:

(19)

Z=2 — это число калориферов однотипного размера собранных последовательно по ходу воздуха.

На преодоление гидравлического сопротивления теплообменников установки утилизации затрачивается энергия электродвигателей и вентиляторов [приложение З]:

(20)

где: звент = 0,7;

Др = 0,7 213кПа,

ДNдоля потери циркуляционной энергии в приточном вентиляторе.

Доля потерь энергии в вытяжном вентиляторе:

(21)

Общая потребляемая электрическая мощность для схемы утилизации, состоящей из двух вентиляторов и насоса [приложение З]:

(22)

1.3 Определение эффективности процесса утилизации

При расчётных условиях холодного периода года тепловая мощность установки утилизации равна:

Qуст.ут =647 241кДж/час = 646 454/3600 = 179,6 кВт (23)

Можно рассчитать эффективность использования процесса утилизации, сравнивая затраты энергии на перекачку теплоносителя со всей выработанной энергией [приложение 3]:

кВт (теплоты)/кВт (эл.эн) (24)

При подогреве приточного воздуха электричеством затраты составили бы 179,8 кВт электрической энергии. Эта мощность эквивалентна мощности полученной в процессе утилизации (мощность 179,6 кВт). Эта мощность взята из вытяжного воздуха. Иными словами при затратах мощности электрической энергии в 1,62кВт возвращенная мощность составляет величину в 179,6кВт теплоты. Взяв отношение возвращенной мощности к затраченной, получим коэффициент эффективного использования затраченной электрической энергии. Который показывает сколько возвращено мощности тепловой на 1 кВт затраченной электрической.

Эффективность синтезированной схемы утилизации составляет 111,3 кВт.т./кВт.эл.

полученной в процессе утилизации (мощность 179,6 кВт). Эта мощность взята из вытяжного воздуха. Иными словами при затратах мощности электрической энергии в 1,62кВт возвращенная мощность составляет величину в 179,6 кВт теплоты. Взяв отношение возвращенной мощности к затраченной, получим коэффициент эффективного использования затраченной электрической энергии. Который показывает сколько возвращено мощности тепловой на 1 кВт затраченной электрической.

Эффективность синтезированной схемы утилизации составляет 111,3 кВт.т./кВт.эл.

В соответствии с заданием требуется нагреть воздух, поступающий в помещение до температуры 24єС. После применения схемы утилизации, нагрев приточного воздуха при заданном режиме составил величину 4,5єС.

Рассмотрим возможность организации схемы по догреву воздуха за счёт горячей воды из системы централизованного теплоснабжения и несколько другого использования коэффициента термодинамической эффективности.

Для догрева приточного воздуха требуется количество теплоты:

кДж/ч. (25)

Для иллюстрации преимущества блочного принципа создания установки принимается для блока догрева калориферы сделанные по схеме Кск4−12, при размерах фасадного сечения А=1,663, В=1,503, fw= 0,516 м², Fв = 173 м².

При снабжении горячей водой при центральном источнике температура обрабатываемой воды от нагревательных приборов в расчётный холодный период должна быть не выше 70єС. Согласно температурному графику подаче теплоты с ТЭЦ. Скорость воды по СниП в трубках калорифера не должна быть ниже 0,122м/с.

Определим расход горячей воды через калорифер при графике 95−70. Поскольку (95−70)=Дtгw = 25єС, то:

кг/ч. (26)

Скорость горячей воды через живое сечение в трубках fw будет равна:

м/с. (27)

При k =К вычисляем коэффициент теплопередачи от воды к воздуху

Вт/ м2•єС. (28)

Число единиц переноса теплоты равно

Вт/ єС. (29)

Показатель отношения теплоёмкостей теплоносителей будет равен:

(30)

По графику Иw = f [Nt, W] термодинамический показатель эффективности определяется по формуле:

(31)

Решая полученное уравнение, относительно twг1 определяем перепад температуры по теплоносителю.

Используя результаты решения, получим температуру воды после калорифера [приложение Б, рис. Б5]:

єС, (32)

єС. (33)

Оценочный расчет показал, что приточный агрегат и калорифер нагрева могут быть соединены последовательно по воздуху, имея разные источники подогрева воздуха от водных теплоносителей.

В первом случае в качестве теплоносителя переносящего теплоту от горячего теплообменника к холодному является антифриз.

По условиям обмерзания не предоставляется возможность охладить приточный воздух до температуры 24 0С. Поэтому требуется догревать приточный воздух до 24 0С

Поскольку система рекуперации построена по блочному принципу и состоит из одинаковых калориферов можно провести оценочные расчеты.

Потери давления по воздуху рассчитывались ранее. Для данного блока они составят величину? Р=35,95Па.

Тогда энергия затраченная на перекачку воздуха электродвигателями вентиляторов увеличивается на величину .

Тогда мощность требуемого вентилятора для системы будет равна:

(34)

Общая электрическая мощность равна:

?Nвент=0,86+0,60=1,46 кВт.

Тепловая мощность установки догрева

Qуст.ут = 403 440/3600 =112,1 кВт.

Требуемая гидравлическая мощность калорифера догрева равна:

кг/ч. (35)

кВт, (36)

где: ДНтс — гидравлическое сопротивление калорифера при скорости wвг=0,21 м/с через площадь живого сечения трубы fw=0,516 м²

кПа. (37)

Потери в трубке ДНтр=10кПа.

Суммарные потери

кПа. (38)

Суммарная мощность всей системы в условиях отдельной вытяжки и отдельного притока с догревом горячей водой, циркулирующей в системе отопления:

?Nобщ=179,6+179,6+112,1 =471 кВт. (39)

Мощность, затраченная на прокачку рабочего тела

Суммарное потребление энергии будет равно:

кВт. (40)

1.4 Выводы и сравнение результатов расчета

Таким образом проведены исследования приточно-вытяжной вентиляции с точки зрения ее эффективности. Система вентиляции состоит из множества элементов. Эффективность теплообмена в теплообменном устройстве типа калорифера характеризуется термодинамическим показателям эффективности теплообмена, который считается для всех трех теплообменников по одному алгоритму. Эта функция получена экспериментально, поэтому ее можно использовать только для данного типа теплообменных устройств. Исходя из расчетов, гораздо выгоднее использовать парообразование и конденсацию паров в производстве, нежели производить отпуск влажного отработанного воздуха в окружающую среду. Кроме того установка калориферов параллельно уменьшает потери энергии на прокачку теплоносителя, поскольку прокачиваемый расход воды через каждый калорифер уменьшается в 2 раза, а это уменьшает общее гидравлическое сопротивление. Таким образом при параллельном соединении происходит экономия энергии и увеличивается эффективность теплоэнергетической системы.

В результате расчетов эффективность использования процесса утилизации получилась кВт (теплоты)/кВт (эл.эн). Тогда как в примере расчета эффективность составила кВт (теплоты)/кВт (эл.эн).

Различия обусловлены исходными данными расчета, а так же погрешностями ввиду изменяющейся температуры окружающей среды.

Поэтому нужны расчеты системы автоматики. В настоящее время в помещениях устанавливаются датчики температуры. В других проектах все это просчитывается и недостатки устраняются. В нашу задачу это не входит.

Различия между г. Москвой и г. Вологдой обусловлены различием в климатических условиях (tн.Москва= -26 0С; tн. Вологда= -24 0С), а также различными значениями расходов приточного и вытяжного воздуха.

Для г. Москвы: Ln=20 000 м3/ ч; Lв=18 000 м3/ ч.

Для г. Вологды: Ln=16 000 м3/ ч; Lв=21 000 м3/ ч.

Задание 2. Некоторые задачи создания эффективной системытеплоснабжения здания

Исходные данные:

Десятиэтажное жилое здание в Вологде имеет:

— общую площадь наружных ограждающих конструкций

— жилых помещений

— отапливаемых помещений

— приведенное термическое сопротивление наружных ограждений

— удельные тепловыделения в жилых комнатах примем

— кратность воздухообмена жилых помещений

— продолжительность отопительного периода

при средней зимней температуре

Требуется определить:

— трансмиссионные теплопотери,

— расход теплоты на подогрев санитарной нормы воздуха,

— суммарный годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию здания,

— удельные показатели (сравнить их с нормативными).

— годовой расход теплоты на годовое функционирование системы отопления совместно с приточно-вытяжной вентиляцией по средним по году отопительным характеристикам

— сделать вывод об энергоэффективности принятого решения.

2.1 Определение класса энергетической эффективности здания Расход теплоты системой отопления на компенсацию трансмиссионных теплопотерь через наружные ограждающие конструкции здания вычисляется по формуле [приложение И, табл. И1]:

(25)

где: — расчетная температура наружного воздуха в холодный период года по параметрам Б [1], °С;

— температура воздуха в помещениях жилых и административных зданий, принимается 20 0С.

Санитарная норма приточного наружного воздуха в обслуживаемые жилые помещения или от работы приточных агрегатов [приложение И, табл. И1]:

(26)

При неорганизованной инфильтрации наружного воздуха его нагрев осуществляется от теплоты отопительных приборов. Расход теплоты на подогрев санитарной нормы приточного наружного воздуха до температуры расчитывается как [приложение И, табл. И1]:

(27)

Суммарные тепловыделения от бытового и служебного оборудования считаем как [приложение И, табл. И1]:

(28)

Расчетные годовые расходы теплоты на отопление и вентиляцию составят [приложение И, табл. И1]:

(29)

Удельный расход теплоты в системе отопления жилого 10-этажного здания:

(30)

Сравниваем полученный показатель удельного расхода теплоты в системе отопления 10-этажного жилого здания с нормативным показателем по МГСН [13]:, полученный при расчете больше.

Вычислим показатель энергетической эффективности здания по формуле:

(31)

Для рассматриваемого здания получим:

Вывод: здание соответствует стандартной категории энергетической эффективности (класс D), [приложение Г, табл. Г1]:

2.2 Оценка эффективности энергосберегающего мероприятия

В этом же доме с условиями пункта 1 внедрим систему приточно-вытяжной вентиляции с включением в нее установки утилизации теплоты потока вытяжного воздуха с нагревом санитарного притока наружного воздуха.

Примем показатель теплотехнической эффективности установки приточно-вытяжной вентиляции при утилизации и температуру вытяжного воздуха из кухонь и санузлов.

При применении организованной приточно-вытяжной вентиляции температура приточного наружного воздуха после теплоотдающего теплообменника установки утилизации [приложение И, табл. И2].

(32)

где: — показатель теплотехнической эффективности, применяемой в проекте здания установки утилизации (принимаем равным ;

— температура удаляемого из помещения вытяжного воздуха, 24 °C.

Тепловой поток на нагрев приточного наружного воздуха после установки утилизации считаем по формуле (33):

(33)

Годовой расход теплоты на отопление и вентиляцию здания:

(34)

Отсюда удельный годовой расход теплоты в системе отопления и организованной вентиляции жилого 10-этажного здания:

(35)

Сравниваем полученный удельный показатель расхода теплоты с нормируемым по МГСН [13]:

(36)

Вывод: полученный показатель указывает на повышенную характеристику энергоэффективности здания (класс B) [приложение Г, табл. Г1].

жилой помещение теплота энергосберегающий

2.3 Расчет энергосберегающих режимов работы жилого помещения

Повысить эффективность системы можно путем ввода в нее автоматики. Схема автоматики осуществляется по расчету изменения температуры наружного воздуха.

Автоматический регулятор РУНТ 312 имеет сорок клеммных присоединений электрических проводов диаметром от 0,35 мм до 1,5 мм от различных датчиков и к различным электрическим приводам на регулирующих клапанах изменения расхода горячей воды.

Пусть датчик контроля температуры наружного воздуха 3 через регулирующий прибор РУНТ 312 осуществляет автоматизацию работы системы отопления здания в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.

Изменения температуры наружного воздуха характерны и для суточного режима работы системы отопления [приложение Л, рис. Л1].

Данная кривая показывает, что расчетная температура наружного воздуха в климате г. Вологды для января наблюдается в ночные часы и требуемая тепловая мощность системы отопления будет наибольшей.

В дневные часы температура наружного воздуха повышается до -23,5 °С, что требует пропорционального снижения тепловой мощности системы отопления.

Суточное изменение тепловой мощности системы отопления требуется проводить непрерывно, это позволит обеспечивать теплотой системы отопления в соответствии с реальными условиями изменения температур наружного воздуха.

Регулирование мощности отопительной системы по особенностям изменения внутреннего теплового режима проводится методом регулирования отопительных приборов в каждом помещении.

График изменения среднесуточной температуры наружного воздуха за январь г. Вологда и г. Москва представлен в приложении Л, рис. Л1.

Рассмотрим метод автоматизации работы системы отопления и особенности формирования теплового режима в отдельном помещении на примере кабинета в административном здании при изменении функции температуры наружного воздуха .

Примем, что кабинет в административном здании имеет наружное ограждение площадью 10 м² с окном площадью 2,6 м², ориентированным на юг, (собственно стена 10 — 2,6 = 7,4 м2). Стена выполнена в виде трехслойной панели со слоем изоляции 100 мм имеет. Окно — из двойного стеклоблока с. Площадь кабинета 20 м².

В рабочее время с 8 до 24ч в кабинете работают четыре человека, включены четыре ПЭВМ, потребляющие 600 Вт (200×3) электроэнергии в пасмурный день постоянно работает ламповое освещение мощностью 240 Вт.

В ночной период приточно-вытяжные агрегаты не работают и в помещение от инфильтрации поступает санитарная норма наружного воздуха:

(37)

В 7 ч утра (за час до прихода служащих) включаются приточно-вытяжные агрегаты с подачей в кабинет санитарной нормы наружного воздуха

Определим суточный часовой ход изменения мощности теплового режима в кабинете при изменении температуры наружного воздуха.

При минимальной температуре наружного воздуха в январе [приложение Л, рис. Л2] имеем:

Расчетные трансмиссионные теплопотери (тепловой поток), через стену и окно соответственно составят [приложение К, табл. К1]:

(38)

(39)

Суммарные расчетные трансмиссионные теплопотери через наружное ограждение кабинета:

(40)

Расход теплоты системой отопления на нагрев инфильтрационного воздуха рассчитывается как [приложение К, табл. К1]:

(41)

Расчетная мощность отопительного прибора:

Qт.от.пр.=1257,45+360=1617,55 Вт. (42)

По аналогии проводим расчет требуемой мощности отопительного прибора по часам, начиная с 24 ч вечера до 8 ч утра. По результатам расчетов составляем таблицу:

Таблица 3

В 7 часов утра включается система приточной вентиляции обеспечивающая расход 240 м3/ч санитарной нормы приточного воздуха. Количество теплоты на нагрев воздуха с температурой -26,4?С при по формуле :

(43)

При суммарных трансмиссионных потерях в 347,0 Вт при этой температуре наружного воздуха расчетная мощность отопительного прибора будет :

Qт.от.пр.=347,0+4838,4=5185,4 Вт. (44)

В 8 ч утра приступают к физической работе средней тяжести четыре человека, которые выделяют в процессе труда тепловой поток:

(45)

Они включают компьютеры и освещение, которые работают весь рабочий день. Потребленная электрическими приборами энергия переходит в теплоту. Общие притоки теплоты в кабинет:

(46)

Трансмиссионные потери на этот час 334,6 Вт.

Теплота на нагрев санитарной нормы приточного наружного воздуха:

(47)

Требуемая мощность отопительного прибора по формуле составит [приложение К, табл. К2]:

(48)

Положительный результат показывает, что теплоты, полученной при работе освещения, компьютеров и самих людей, не достаточно, для поддержания нормального микроклимата помещения. Поэтому необходимо включить отопление в помещении.

Наиболее высокая температура наружного воздуха отмечается в 12 ч .

Соответственно трансмисионные потери на этот час составят 306,4 Вт, а на нагрев санитарной нормы наружного воздуха затрачивается:

Требуемая мощность отопительного прибора составит [приложение К, табл. К2]:

2.4 Выводы

Таким образом, тепловой режим в помещении зависит от многих факторов, таких как температура наружного воздуха, температура теплоносителя, мощности отопительного прибора, объема помещения.

В результате расчетов определены трансмиссионные потери, мощность отопительного прибора в течении рабочего дня, нагрев санитарной нормы наружного воздуха, мощность отопительного прибора с включенным вентилятором, мощность отопительного прибора с учетом тепловыделений [Приложение Л, рис. Л6].

На рис. Л6 видно, что самая высокая тепловая мощность отопительного прибора требуется с утра за час до прихода людей, когда для удаления накопившихся за ночь вредных выделений от пластмассовых отделочных материалов, мебели и строительных материалов включаются приточно-вытяжные агрегаты.

В 8 часов утра люди приходят на работу (4 чел) которые выделяют в процессе труда тепловой поток. Они включают компьютеры и освещение, которые работают весь рабочий день. Потребленная электрическими приборами энергия переходит в теплоту. С этого времени нагрев санитарного воздуха требуется меньше, поэтому происходит спад кривой.

В 12 часов дня каждая характеристика достигает минимального значения, так как в этот момент наружный воздух прогревается до максимальной температуры. Затем с этого периода времени наблюдается подъем каждой кривой [рис.Л6]. Так как происходит понижение температуры наружного воздуха и поэтому требуется большего количества тепла в помещении. В конце рабочего дня мощность отопительного прибора с трансмиссионными потерями составляет 1506,4 Вт.

Таким образом, в 24 часа в конце рабочего дня, при повышении температуры наружного воздуха значение каждой характеристики достигает максимального значения.

Заключение

По индивидуальному заданию в курсовом проекте были рассмотрены мероприятия, повышающие энергоэффективность здания и понижающие затраты на энергию в городе Вологде в январе месяце.

В ходе проекта решены задачи увеличения энергоэффективности системы отопления жилого здания путем внедрения приточно-вытяжной установки. Произведен расчет и подбор необходимых калориферов, построены графики изменения мощности отопительного прибора в течение суток, рассмотрена возможность установки автоматики. Произведено сравнение всех расчетов для условий города Москва.

1. Система рекуперативной трансформации воздуха рассчитана для г. Вологды для холодного периода года. Приточный воздух с температурой 240С проходит два теплообменника Кск3−12, где нагревается сначала до температуры +4,50С, далее до +240С. Рекуперативная утилизация теплоты вытяжного воздуха приточным осуществляется с помощью промежуточного контура с антифризом. Расход антифриза составляет по расчету 22 200кг/ч. При подогреве приточного воздуха электроэнергией затраты составили бы 179,8 кВт, в процессе утилизации мощность 179,8 кВт, взята из энергии вытяжного воздуха. Эффективность синтезированной схемы утилизации составляет 111,3 раза по сравнению с ее отсутствием. В общей сложности для реализации данной схемы в условиях г. Вологды требуется два теплообменника. На перекачку теплоносителей тратится 1,62 кВт электрической мощности.

2. Для 10-ти этажного здания в г. Вологде полученный показатель соответствует высокой категории энергетической эффективности, т. е. внедрение в систему приточно-вытяжной вентиляции с включением в нее установки утилизации теплоты увеличивает данную характеристику здания.

3. Расчеты для отдельного помещения показали, что благодаря применению современных методов теплозащиты здания трансмиссионные теплопотери, которые должны быть компенсированы работой отопительных приборов, составляют до 360 Вт (при tН=-28,30С).

Список использованных источников

1. Беккер, А. Системы вентиляции / А. Беккер; пер. с нем. Л. Н. Казанцевой; под ред. Г. В. Резникова. — М.: Техносфера: Микроклимат, 2005. — 229, с.

2. Энергоснабжение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха: справ. пособие / Л. Д. Богуславский и др.; под ред. Л. Д. Богуславского, В. И. Ливчака. — М.: Стройиздат, 1999. — 620 с.

3. Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях / Л. Л. Бошняк. — Л.: Машиностроение, 1974. — 448 с.

4. Бродач, М. М. Концепция оценки эффективности инвестиций в теплоэнергоснабжении и энергосбережении зданий / М. М. Бродач // Энергосбережение. — 2007. — № 1. — С.3−8.

5. Варнавский, Б. П. Энергоаудит промышленных и коммунальных предприятий: учебное пособие / Б. П. Варнавский, А. И. Колесников, М. Н. Федоров. М.: Издано ассоциацией энергоменеджеров, 1999. — 302 с.

6. Варфоломеев, Ю. М. Отопление и тепловые сети: учебник / Ю. М. Варфоломеев, О. Я. Кокорин. — М.: ИНФРА-М, 2008. — 480 с.

7. Гарькавый, К. А. Анализ эффективности микроклимата помещения / К. А. Гарькавый, С. Н. Бегдай // Энергосбережение и водоподготовка. — ??? (год). — № 6 (44). — С.76−77.

8. Справочное пособие теплоэнергетика жилищно-коммунального предприятия / Н. Н. Гладышев, Т. Ю. Короткова, В. Д. Иванов, С. Н. Смородин, А. Н. Иванов, В. Н. Белоусов. — СПб.: СПбГТУ, 2008. — 535 с.

9. ГОСТ 21.602−2003. Правила выполнения рабочей документации отопления, вентиляции и кондиционирования. — Взамен ГОСТ 21.602−79; введ. 01.06.2003. — СПб.: Деан, 2004. — 60 с.

10. ГОСТ 30 494–96. Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях [Электронный ресурс]: введ. 01.03. 1999 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

11. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия / А. Н. Дмитриев, И. Н. Ковалев, Ю. А. Табунщиков. — М.: АВОК-Пресс, 2005. — 118, с.

12. Игонин, В. И. Тепловой режим зданий и сооружений: учеб. пособие / В. И. Игонин, Д. Ф. Карпов, М. В. Павлов. — Вологда: ВоГТУ, 2010. — 103 с.

13. Кокорин, О. Я. Системы и оборудование для создания микроклимата помещений: учебник для студентов техникумов и колледжей строит. профиля и бакалавров строит. вузов по специальности «Монтаж и эксплуатация внутрен. сантехн. устройств и вентиляции» / О. Я. Кокорин, Ю. М. Варфоломеев. — М.: ИНФРА-М, 2008. — 273 с.

14. Колесников, A. H. Энергосбережение в промышленных и коммунальных предприятиях: учебник для техникумов / A. H. Колесников, М. Н. Федоров, Ю. М. Варфоломеев. — М.: ИНФРА-М, 2005. — 124 c.

15. Кологривова, Л. Б. Комплекс энергосберегающих решений при проектировании многоэтажных жилых зданий / Л. Б. Кологривова, С. А. Молодкин // Промышленное и гражданское строительство. — 2006. — № 10. — С. 51−53.

16. Левин, А. Ш. Самоучитель работы на компьютере / Александр Левин. — 10-е изд. — СПб. [и др.]: Питер, 2008. — 671 с.

17. Ливчак, В. И. С чего надо начинать энергоаудит эксплуатируемых зданий / В. И. Ливчак // Энергосбережение. — 2007. — № 6. — С. 26−31.

18. МГСН 2.01−99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению [Электронный ресурс]: приняты и введены в действие постановлением Правительства Москвы от 23 февраля 1999 г. № 138 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

19. МДК 4−03.2001. Методика определения нормативных значений показателей функционирования водяных тепловых сетей систем коммунального теплоснабжения [Электронный ресурс]: утв. Приказом Госстроя России от 01.10.01 № 225 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

20. Наумов, А. Л. Оценка расхода теплоты на отопление и вентиляцию в жилых зданиях / А. Л. Наумов // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика (АВОК). — 2007. — № 8. — С. 8−12 .

21. Полонский, В. М. Автономное теплоснабжение: учеб. пособие по направлению «Стр-во» / В. М. Полонский, Г. И. Титов, А. В. Полонский. — М.: АСВ, 2007. — 151 с.

22. Вентиляция: учеб. пособие для вузов / В. И. Полушкин, С. М. Анисимов, В. Ф. Васильев, В. В. Дерюгин. — М.: Академия, 2008. — 413, с.

23. Правила технической эксплуатации коммунальных отопительных котельных: утв. Минстроем России от 11.11.92 № 251. — СПб.: Деан, 2001. — 111 с.

24. Рогов, В. А. Методика и практика технических экспериментов: учеб. пособие для вузов / В. А. Рогов, Г. Г. Позняк. — М.: Academia, 2005. — 283 с.

25. Руководство по применению труб с индустриальной изоляцией из ППУ производства ЗАО «МосФлоулайн». — М.: МосФлоу-лайн, 2002. — 45 с.

26. Сканави, А. Н. Отопление: учебник для вузов по направлению «Стр-во» / А. Н. Сканави, Л. М. Махов. — М.: АСВ, 2008. — 575, c.

27. Строительные нормы и правила. СНиП 10−01−2003. Система нормативных документов в строительстве [Электронный ресурс]: приняты и введены в действие Постановлением Госстроя России от 17 мая 1994 г. № 18−38 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

28. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Строительная климатология: СНиП 23−01−99: утв. Госстроем России 11.06.99 № 45: взамен СНиП 2.01.01−82: введ. 01.01.00. — М.: ГУП ЦПП, 2004. — 71 с.

29. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Тепловая защита зданий: СНиП 23−02−2003: приняты и введ. в д. 01.10.2003 Госстроем России 26.06.2003 № 113: взамен СНиП II-3−79*. — СПб.: Деан, 2004. — 64 с.

30. Строительные нормы и правила Российской Федерации. Отопление, вентиляция и кондиционирование: СНиП 41−01−2003: приняты и введ. в д. 01.01.2004 Госстроем России 26.06.2003 № 115: взамен СНиП 2.04.05−91. — СПб.: Деан, 2004. — 142 с.

31. СНиП 41−02−2003. Тепловые сети [Электронный ресурс]: утв. Госстроем России от 24.06.2003 г. № 110. — Введ. 01.09.2003// Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

32. Сотникова, О. А. Теплоснабжение: учеб. пособие по специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» по направлению «Стр-во» / О. А. Сотникова, В. Н. Мелькумов. — М.: АСВ, 2009. — 292 с.

33. Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов: Общие требования: СП 40−102−2000 / Госстрой России. — СПб.: Деан, 2005. — 77 с.

34. Проектирование тепловых пунктов: СП 41−101−95: введ. 07.01.96. — М.: ФГУП ЦПП, 2004. — 78 с.

35. Проектирование и монтаж трубопроводов систем холодного и горячего внутреннего водоснабжения с использованием металлополимерных труб: СП 40−103−98: Одобрен Госстроем России от 26.06.98 / Госстрой России, ГУП ЦПП. — Изд. офиц.. — М., 2004. — 24 с.

36. Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий: Нормативы по энергопотреблению и теплозащите: ТСН 23−3XX-2003 Вологодской области: приняты и введ. в д. с 2003 г. / Гл. упр. архитектуры и градостроительства. — Вологда: Администрация Вологодской области, 2003. — 63 с.

37. ТСН НТП-99 МО. Нормы теплотехнического проектирования гражданских зданий с учетом энергосбережения [Электронный ресурс]: утв. распоряжением Минмособлстроя от 29.12.99 № 350 // Техэксперт: инф.-справ. система / Консорциум «Кодекс».

38. Туркин, В. П. Автоматическое управление отоплением жилых зданий / В. П. Туркин, П. В. Туркин, Ю. Д. Тыщенко. — М.: Стройиздат, 1987. — 320 с.

39. Чистович, С. А. Технологические схемы систем теплофикации, теплоснабжения и отопления / С. А. Чистович // Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика (АВОК). — 2007. — № 7. — С. 10−19.

40. Чистович, С. А. Автоматизированные системы теплоснабжения и отопления / С. А. Чистович, В. К. Аверьянов, Ю. Л. Темпель. — Л.: Стройиздат, 1987. — 248 с.

41. Справочник по теплоснабжению и вентиляции: в 2 кн. Кн. 1: Отопление и теплоснабжение / Р. В. Щекин, Г. Е. Бем, Ф. И. Скороходько [и др.]. — 4-е изд., перераб. и доп. — Киев: Будiвельник, 1976. — 415 с.

42. Справочник по теплоснабжению и вентиляции: в 2 кн. Кн. 2: Вентиляция и кондиционирование воздуха / С. М. Кореневский [и др.]. — 4-е изд., перераб. и доп. — Киев: Будiвельник, 1976. — 351 с.

43. Энергетические обследования — способ реального энергосбережения и получения дополнительной прибыли: методическое пособие (нормативные документы, информационно — справочные материалы) / под ред. Т. Е. Троицкого — Маркова, О. Н. Будадина, В. И. Сучкова, В. Ю. Скобарева. — М.: Спорт и Культура, 2002. — 209 с.

Приложение A

Схема эффективной рекуперативной трансформации воздуха

Рис А1. Блок 1 — утилизации вытяжного воздуха, блок 2-догрева вытяжного воздуха, 3- вентилятор вытяжного воздуха, 4- вентилятор приточного воздуха, 5- циркуляционный насос промежуточного теплоносителя (антифриз), 6- забор горячего воздуха из помещения, 7- выход охлаждённого воздуха в окружающую среду, 8- теплообменник охладитель вытяжного воздуха, 9- вход холодного воздуха из окружающей среды, 10- теплообменник приточного воздуха (нагреватель), 11- насос горячей воды, 12- вход горячей воды, 13 выход горячей воды, 14- выход приточного воздуха в помещение, 15- теплообменник догрева приточного воздуха.

Вид процессов нагрева и охлаждения через стенку

Рис. А2

Приложение Б

Силовые термодинамические параметры вытяжного теплообменника

Рис. Б1

Температурный напор вентиляционного воздуха и промежуточного теплоносителя (антифриза)

t = + 5 єС

Рис. Б2

Силовые термодинамические температурные параметры приточного теплообменника

Рис.Б3

Температурный напор промежуточного теплоносителя (антифриза) и приточного воздуха

Рис.Б4

Силовые термодинамические температурные параметры схемы догрева приточного воздуха горячей водой

Рис. Б5

Температурный напор приточного воздуха и горячей воды

Рис. Б6

Приложение В

i-d диаграмма

Рис. В1

Приложение Г

Таблица Г1

Классы энергетической эффективности зданий

Таблица Г2

Нормируемый базовый уровень удельныго расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию qhreq малоэтажных жилых домов: одноквартирных отдельно стоящих и блокированных, многоквартирных и массового индустриального изготовления, кДж/(м2oCсут)

Приложение Д Графическая зависимость показателя теплотехнической эффективности

иt = f [Nt, W]

Рис. Д1

Приложение Е

Последовательного соединение теплообменника по воздуху

Рис. Е1

Схема параллельного соединения теплообменника по жидкому теплоносителю

Рис. Е2

Контур движения антифриза

Рис. Е3

Приложение Ж

Схемы приточного I и вытяжного 11 агрегатов по энергосберегающей технологии приготовления приточного наружного воздуха Рис. Ж1: 1 — многостворчатый воздушный клапан с ручным или автоматическим приводом; 2 — фильтр для очистки воздуха; 3 — теплоотдающий теплообменник; 4 -теплоизвлекающий теплообменник; 5 — соединительные трубопроводы; 6 — насос циркуляции промежуточного теплоносителя-антифриза; 7 — герметичный расширительный сосуд; 8 — калорифер подогрева от подачи в трубки горячей воды; 9 — приточный вентилятор; 10 — патрубок для присоединения приточного воздуховода; 11 — вытяжной вентилятор; 12 — патрубок присоединения воздуховода выброса воздуха; 13 — блок адиабатного увлажнения воздуха.

Типовая конструкция блочных теплообменников для калориферов КСкЗ и КСк4

Рис. Ж2: 1-теплообменный элементбиметаллическая оребренная трубка; 2 — трубная решетка с приваренными патрубками; 3 — трубная решетка; 4 — наклонные перегородки в трубных решетках; 5 — щитки с овальными отверстиями для соединения калорифера с воздуховодами.

Таблица Ж Основные типоразмеры калориферов КСк.

Приложение З Таблица З Программа расчета эффективности рекуперативной утилизации теплоты