Контрольная работа по «Автономные источники теплоснабжения»

АСТРАХАНСКИЙ  ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

 

 

 

 

КАФЕДРА ТГВ

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

по  дисциплине «Автономные источники  теплоснабжения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: ст. гр.ТГВ 41-7

Казарвалиева  А.С.

Проверила: Профессор 

Маркин В.К.

 

 

 

 

 

 

 

Астрахань 2011 г.

 

Содержание

 

Введение                                                                                                    3

Исходные данные                                                                                     4

Тепловые нагрузки на объект                                                                 5

Оценка параметров теплового насоса                                                        9

 Применение  солнечных коллекторов                                                          14

Оценка площади поверхности солнечных коллекторов                            18

Окупаемость проекта                                                                                  19

Вывод                                                                                                             20

 

 

 

Введение

 

     С развитием общества его потребности в электрической, механической и тепловой энергии всё время растут. Но при том потенциале, который необходим для потребления, ни один из этих видов энергии, как правило, в окружающей среде не присутствует. Поэтому преобразовывают энергию других форм, чаще всего химическую, ядерную, низкопотенциальную тепловую или механическую. Структура мирового энергохозяйства к сегодняшнему дню сложилась таким образом, что более 70% потребляемой энергии получают за счёт сжигания органического топлива, запасы которого отнюдь не бесконечны. Истощение наиболее технологичных для энергетики в целом и автономной теплоэнергетики в частности видов топлива уже привели к значительному повышению их стоимости на мировом рынке и определённо обозначили тенденцию к её дальнейшему росту. Поэтому в перспективе, учитывая также атомные станции и избыток электроэнергии в ночное время, следует рассчитывать на её использование и для теплоснабжения. Единственным устройством, делающим такое потребление электроэнергии конкурентноспособным, является тепловой насос (ТН), позволяющий получить для отопления и горячего водоснабжения теплоту, значительно превышающую потреблённую электрическую энергию. 

Исходные  данные

 

Объект отдельно стоящий – Многоэтажный жилой  дом

Объем объекта  – 6000 м³

Количество  человек – 110

Теплоноситель теплоснабжения – Горячая вода

Доступный энергоноситель – Газ, электроэнергия, солнечная  энергия

Район проектирования – г.Харабали Астраханской области.

 

 

Тепловые  нагрузки на объект

 

Для холодного  периода она определяется как  сумма максимальных расходов тепла  на все виды потребления тепла

,       [кВт]

где Q_от, Q_в, Q_гв – максимальный расходы тепла соответственно на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Растет тепловой нагрузки на отопление

Максимальный  тепловой поток (тепловую нагрузку) на отопление определяем по формуле  кВт, определятся по формуле для  укрупненных расчетов:

Q_оmax = αq_оV_н(t_i - t_о)k_nm·10^-3=1,116*0,5*6000*(18-(-23))*1,05*10^-3=144 кВТ

где α =1,116 - поправочный коэффициент, учитывающий район строительства здания, принимается по табл.

 

tо, °С	0	-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35	-40	-45	-50	-55
α	2,05	1,67	1,45	1,29	1,17	1,08	1,0	0,95	0,90	0,85	0,82	0,80

 

q_о =0,5 Вт/(м³·°С) - удельная отопительная характеристика здания при t_о °С, принимается для жилых зданий по табличным данным.

V_Н =6000 м³- объем здания по наружному обмеру выше отметки ±0,000

k_nm - повышающий коэффициент для учета потерь теплоты теплопроводами, проложенными в неотапливаемых помещениях, принимается в соответствии со СНиП, равным 1,05;

t_i =20°С - средняя расчетная температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий, принимается: для жилых зданий 18 °С

t_о =-23°С - расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления, °С, принимается по СНиП  (в зависимости от года постройки) для наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 или по данным местной метеостанции.

 

Расчет тепловой нагрузки на вентиляцию

При отсутствии проекта вентилируемого здания расчетный расход теплоты на вентиляцию, кВт, определятся по формуле для укрупненных расчетов:

Q_оv = V_нq_v (t_i - t_о) ·10^-3= 6000*0,1*(18-(-23))*10^-3 =24 кВт

q_v =0,1 Вт/(м³·°С) - удельная вентиляционная характеристика здания, принимается по таблице;

 

Расчёт нагрузки на систему горячего водоснабжения

 

Расчетный расход теплоты  на подогрев воды для нужд горячего водоснабжения определяется:

В отопительный период

q^з_hm = g^h_итmcρ (t_h - t_c) (1 + K_тп) /(24·3600) = 95*110*1*4,19*(55-5)*(1+0,2)/(24*3600)=30 кВт

g^h_ит =95 л/(сут.·чел) - норма расхода горячей воды на горячее водоснабжение на единицу измерения для потребителя, принимается для жилых зданий по таблице или по утвержденным местными органами власти средние в сутки,

m=110чел. - количество единиц измерения, отнесенное к суткам или сменам (число жителей, учащихся в учебных заведениях, мест в больнице и т.п.);

t_h - средняя температура горячей воды принимается для закрытой системы теплоснабжения равной 55,

c - удельная теплоемкость горячей воды, принимается 4,187 кДж/(кг·°С) [ ккал/(кг·°С)];

ρ - плотность горячей воды, принимается равной 1 кг/л;

t_c^з - температура холодной (водопроводной) воды в отопительном периоде, принимается при отсутствии данных 5 °С;

K_тп - коэффициент, учитывающий тепловые потери системой горячего водоснабжения , принимаемому по таблице  в зависимости от степени благоустройства. (к_mn≈ 0.15 - 0.35)

В летний период тепловая нагрузка на СГВС снижается  и составляет:

=0,65*30=19,5 кВт

 

Для холодного  периода она определяется как сумма максимальных расходов тепла на все виды потребления тепла

=144+24+30=198 кВт

 

Так как  жилое  здание средней массивности, то вполне целесообразно сделать дополнительную изоляцию (урса), чтобы сократить количество теплопотерь.

Для определения R_0тр необходимо найти ГСОП (градусы суток отопительного периода) по формуле:

ГСОП=(tB-tОТ)*ZОТ=175*(18-2,3)=2747,5

где tB=18°С -  температура внутри помещения

tОТ =2,3 °С – средняя температура отопительного периода

ZОТ =175 суток – число дней отопительного периода

Стены:

R_0тр=1,4+0,00035*ГСОП=1,4+0,00035*2747,5=2,36 м²⁰с/Вт

Потолок:

R_0тр=1,9+0,00045*ГСОП=1,9+0,00045*2747,5=3,14 м²⁰с/Вт

Найдем среднюю  величину R_0тр:

R_0тр=(3,14+2,36)/2=2,75 м²⁰с/Вт

Рассчитываем  действительную нагрузку на отопление и вентиляцию:

Q^от_действ=Q_от/ ( R_0тр^доп/ R_0тр^общ)=144/(5,25/2,75)=75,5 кВт

 

Q^вен_действ=Q_вен/ ( R_0тр^доп/ R_0тр^общ)=24/(5,25/2,75)=13 кВт

_{Полная  тепловая нагрузка на объект отопительный период:}

=75,5+13+30=118,5 кВт

Таким образом, благодаря дополнительной изоляции, мы уменьшим тепловые потери здания на 79,5 кВт в отопительный период, что  значит в 1,7 раза сократим нагрузку на объект.

 

 

 

 

 

 

 

Оценка  параметров теплового насоса

Тепловые насосы является прекрасной альтернативой традиционным источникам тепловой энергии – котлам и прямому электрическому отоплению. По сравнению с котлами тепловые насосы отличаются тем, что используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: окружающий и отходящий воздух систем вентиляции, грунт, воду подземных источников и открытых незамерзающих водоемов, сточные и сбросовые воды технологических процессов. Они имеют отношение полученной энергии к затраченной порядка 3-7, что недоступно никакому котлу, не требуют подвода газовых сетей или создания топливохранилищ, не загрязняют атмосферу, поскольку не создают никаких выбросов, взрывобезопасны, для их работы необходимо только электричество, которое, во-первых, дорожает не так сильно, как газ или дизельное топливо, а во-вторых, использование индивидуальных солнечных, ветровых или небольших гидроэлектростанций позволяет создать полностью автономную систему.

Кроме того, срок службы тепловых насосов значительно  превосходит срок службы котлов. Если срок службы котла составляет 10 – 15 лет, то срок службы теплового насоса 20-50 лет.

По сравнению  с прямым электрическим обогревом, тепловые насосы потребляют в 3-7 раз  меньше электричества для выработки  такого же количества тепловой. К тому же тепловые насосы могут использоваться как для отопления в холодный период года, так и для охлаждения в жаркий. Очень эффективно комбинирование теплового насоса с солнечным коллектором, который используется для получения горячей воды летом, в то время как первичный контур теплового насоса получает достаточное время для регенерации. Кроме того, солнечный коллектор может быть использован и в качестве регенератора и для накопления тепловой энергии в грунте вокруг труб теплового насоса. Тепловые насосы могут использоваться как основные источники энергии, так и дополнительные для утилизации тепла сточных вод, канализации, воздуха вентиляции и технологических процессов. Они могут применяться для отопления, приготовления горячей воды, для сушки различных материалов, для охлаждения помещений и т.п.

Принцип действия теплового насоса прост. Практически в каждом доме есть «тепловой» насос – это обычный холодильник, который отбирает тепло продуктов и передает его окружающему воздуху через теплообменник, расположенный сзади холодильника. Более точно принцип действия теплового насоса заключается в следующем: хладагент (фреон) нагревается в испарителе до -5…25 С от тепла земли, воздуха, воды, закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура фреона поднимается до 35-65о С. Эта теплота передается через теплообменник конденсатора воде отопительного контура, которая нагревается до 35 – 55оС, и фреон конденсируется. Дроссельный клапан сбрасывает давление, перепуская хладагент в испаритель. Цикл повторяется. Чем выше температура первичного источника, тем больше мощность теплового насоса.

Проектирование теплового  пункта и подбор сопутствующего оборудования с тепловым насосом аналогично проектированию с котлом, с учетом того что необходимо дополнительно установить в систему  отопления бак-резервуар объемом 10 – 20 л на 1 кВт мощности на подаче, в случае насосов типа воздух-вода и на обратной линии в случае насосов типа вода-вода, грунт-вода, а также возможность подключения через трехходовой смесительный клапан дополнительного источника энергии, при его установке на обратной линии. При установке бака-резервуара на подающей линии электронагреватель может быть встроен в него. Бак водонагреватель для получения горячей воды должен быть установлен дополнительно. Кроме того следует помнить, что максимальная температура получаемой горячей воды составляет 55о С, что применимо в случае систем напольного, настенного и низкотемпературного радиаторного отопления и естественно приготовления горячей воды.

В данной работе я выбираю тепловой насос по сочетанию источников «воздух-вода» ориентируясь на рассчитанную нагрузку. Подбираю два тепловых насоса мощностью по 65 кВт и с потребляемой мощностью 22,6 кВт*час марки SART (Китай). Стоимость такого насоса составляет 485,8 тыс. рублей.

Источником тепла в жилом здании - отводимый вентиляционный воздух. Тепловой насос регенерирует тепло из отводимого воздуха и обеспечивает приготовление горячей воды или теплого воздуха для отопления помещений. В этом случае, однако, требуется постоянное вентилирование в течение всего отопительного сезона или даже целого года, если предусмотрено кондиционирование помещений в летний период. Существуют аппараты, в которых конструктивно изначально заложена возможность использования и отводимого вентиляционного, и наружного воздуха. Воздух как универсальный теплоноситель используется в больших установках круглогодичного кондиционирования. Он обладает низкими значениями коэффициентов теплоотдачи, поэтому для уменьшения поверхности испарителя приходится снижать температуру кипения рабочего тела, вследствие этого уменьшается степень совершенства теплонаносной установки. Данные испытания таких установок, использующих воздух в качестве источника тепла, свидетельствуют о том, что средний коэффициент эффективности за отопительный сезон не превышает 2-2,5. В периоды пик, т. е. при эпизодически низких температурах наружного воздуха, включают запасные электронагреватели. Наилучшим методом борьбы с инеем является его автоматическое оттаивание, проводимое периодически. Наиболее целесообразно применение воды непосредственно в конденсаторе, а вентиляционный воздух - в испарителе.