Н. Д. Степанова, Д. В. Степанов

ТЕПЛОВІ МЕРЕЖІ

Міністерство освіти і науки України Вінницький національний технічний університет

Н. Д. Степанова, Д. В. Степанов

ТЕПЛОВІ МЕРЕЖІ

Затверджено Вченою радою Вінницького національного технічного університету як навчальний посібник для студентів бакалаврського напряму “Енергетика” спеціальності “Теплоенергетика”. Протокол № від . грудня 2008 р.

Вінниця ВНТУ 2009

УДК 697.34 С 79

Рецензенти :

С. Й. Ткаченко, доктор технічних наук, професор І. Н. Дудар, доктор технічних наук, професор Є. С. Корженко, кандидат технічних наук, доцент Рекомендовано до видання Вченою радою Вінницького національно-

го технічного університету Міністерства освіти і науки України Степанова Н. Д., Степанов Д. В.

С79 Теплові мережі. Навчальний посібник. - Вінниця:ВНТУ, 2009. - 135 с. В посібнику розглянуто особливості систем теплопостачання,

методики теплового і гідравлічного розрахунків теплових мереж. На-ведені приклади розрахунків елементів теплових мереж. В посібнику підібрані завдання і необхідний довідковий матеріал для виконання самостійної роботи студентами з дисципліни “Теплові мережі“. Даний посібник буде корисним під час підготовки дипломних проектів та бакалаврських робіт.

УДК 621.565

© Н. Д. Степанова, Д. В. Степанов, 2009

3

ЗМІСТ ПЕРЕДМОВА .................................................................................................. 5 1 ТЕПЛОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ. КЛАСИФІКАЦІЯ ТЕПЛОВОГО

НАВАНТАЖЕННЯ ............................................................................................. 6 1.1 Класифікація теплового навантаження............................................ 6 1.2 Сезонне навантаження....................................................................... 6 1.3 Цілорічне навантаження.................................................................. 11 1.4 Річна витрата теплоти...................................................................... 12

2 ПАРОВІ ТА ВОДЯНІ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ. ПІДКЛЮЧЕННЯ СПОЖИВАЧІВ. ВИБІР ТЕПЛОНОСІЯ ДЛЯ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ ............................................................... 19

2.1 Підключення систем опалення до теплових мереж ..................... 19 2.2 Підключення систем гарячого водопостачання до теплових

мереж… ........................................................................................................... 22 2.3 Підключення технологічного навантаження ................................ 25 2.4 Вибір теплоносія і системи теплопостачання ............................... 26

3 РЕЖИМ РЕГУЛЮВАННЯ ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖ. МЕТОДИ РЕГУЛЮВАННЯ ............................................................................ 31

3.1 Методи регулювання ....................................................................... 31 3.2 Центральне якісне регулювання теплових мереж по

опалювальному навантаженню ..................................................................... 33 3.3 Центральне якісне регулювання по спільному навантаженню

опалення і гарячого водопостачання ............................................................ 35 3.4 Визначення витрат теплоносія........................................................ 37

4 ГІДРАВЛІЧНИЙ РОЗРАХУНОК ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖ ................... 45 4.1 Задачі гідравлічного розрахунку .................................................... 45 4.2 Схеми і конфігурації теплових мереж ........................................... 46 4.3 Основні розрахункові залежності................................................... 47 4.4 Порядок гідравлічного розрахунку ................................................ 49 4.5 Особливості гідравлічного розрахунку паропроводів ................. 51 4.6 Особливості розрахунку конденсатопроводів .............................. 52 4.7 Характеристики теплових мереж ................................................... 52

5 ТЕПЛОВІ ПУНКТИ................................................................................ 61 5.1 Загальна характеристика теплових пунктів .................................. 61 5.2 Основне устаткування теплових пунктів ...................................... 65

4

5.3 Акумуляція теплоти ......................................................................... 69 5.4 Засоби автоматизації теплових пунктів, арматура ....................... 74

6 ПРОКЛАДАННЯ ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТЕПЛОВИХ МЕРЕЖ ....... 87 6.1 Конструкційні вимоги до теплопроводів ...................................... 87 6.2 Надземне прокладання .................................................................... 87 6.3 Підземне прокладання ..................................................................... 88 6.4 Опори трубопроводів....................................................................... 93 6.5 Компенсація температурних деформацій...................................... 95 6.6 Експлуатація теплових мереж ........................................................ 97

7 ТЕПЛОВИЙ РОЗРАХУНОК ТРУБОПРОВОДІВ ............................. 107 7.1 Вибір матеріалу та товщини теплоізоляції.................................. 107 7.2 Задача теплового розрахунку........................................................ 108 7.3 Тепловтрати при наземному прокладанні трубопроводу .......... 108 7.4 Тепловтрати при підземному безканальному прокладанні

трубопроводу ................................................................................................ 110 7.5 Тепловтрати при підземному прокладанні трубопроводу в

непрохідному каналі .................................................................................... 112 7.6 Охолодження теплоносія............................................................... 113

Література .................................................................................................... 124 Додаток А..................................................................................................... 125 Додаток Б ..................................................................................................... 126 Додаток В ..................................................................................................... 127 Додаток Г ..................................................................................................... 128 Додаток Д..................................................................................................... 129 Додаток Е ..................................................................................................... 130 Додаток Ж .................................................................................................... 131 Додаток К ..................................................................................................... 132 Додаток Л..................................................................................................... 133 Глосарій........................................................................................................ 134

5

ПЕРЕДМОВА

Даний посібник підготовлений відповідно до навчальної програми

дисципліни «Теплові мережі» для студентів денної та заочної форми на-вчання бакалаврського напряму «Теплоенергетика».

Матеріал посібника базується на таких дисциплінах: «Технічна тер-модинаміка»; «Гідрогазодинаміка»; «Тепломасообмін»; «Теплотехнологіч-ні процеси і установки».

Основна увага у посібнику приділена особливостям теплового нава-нтаження, тепловим та гідравлічним розрахункам тепломереж, основам проектування теплових пунктів на базі сучасного обладнання та систем ав-томатизації.

Останнім часом опубліковано кілька навчальних видань українською мовою з теплопостачання та теплових мереж. Але на відміну від цих робіт даний навчальний посібник окрім теоретичних відомостей і прикладів розв’язання практичних завдань містить завдання для самостійної роботи студентів. Що є особливо корисним для заочної та дистанційної форми на-вчання.

В посібнику зібраний довідковий та нормативний матеріал, що необ-хідний для виконання самостійної роботи студентів, та може бути викори-станий під час курсового та дипломного проектування.

Автори щиро вдячні рецензентам за вагомий внесок у поліпшення якості навчального посібника.

6

1 ТЕПЛОВЕ НАВАНТАЖЕННЯ. КЛАСИФІКАЦІЯ ТЕПЛОВОГО НАВАНТАЖЕННЯ

1.1 Класифікація теплового навантаження

По теплових мережах (Thermal network) подається теплота різним тепловим споживачам. Незважаючи на значну нерівномірність теплового навантаження (Thermal loading) за характером протікання в часі теплове навантаження можна розділити на дві групи:

- сезонне навантаження; - цілорічне навантаження. Зміни сезонного навантаження залежать лише від кліматичних умов:

температури навколишнього повітря, напрямку та швидкості вітру, соняч-ного випромінювання, вологості повітря тощо. Головну роль відіграє тем-пература зовнішнього повітря [1].

Сезонне навантаження (Seasonal loading) має порівняно постійний добовий графік і змінний річний графік навантаження. До сезонного теп-лового навантаження відноситься: опалення (Heating), вентиляція (Ventilation), кондиціювання повітря. Опалення та вентиляція є зимовими тепловими навантаженнями, а кондиціювання потребує в літній період підведення штучного холоду.

До цілорічного навантаження (Wholeyear loading) відноситься техно-логічне навантаження (Technological consumer) та навантаження систем га-рячого водопостачання (Hot water-supply). Виключенням є тільки деякі га-лузі промисловості, головним чином пов’язані з переробкою сільськогос-подарської сировини (наприклад, цукрова), робота яких має сезонний ха-рактер. Графік технологічного навантаження залежить від профілю вироб-ництва і режиму роботи. А графік навантаження гарячого водопостачання – від благоустрою житлових і громадських споруд, режиму роботи кому-нальних підприємств. Ці навантаження мають змінний добовий графік. Технологічне навантаження і гаряче водопостачання мало залежить від зо-внішньої температури. Але в зимовий період навантаження більші через більші теплові втрати в трубопроводах та більш низьку температуру сирої води.

1.2 Сезонне навантаження

Основна задача опалення – підтримання внутрішньої температури приміщень в заданому діапазоні. Для цього необхідне підтримання рівно-

7

ваги між втратами теплоти та теплоприпливами. Потужність системи опа-лення визначається з теплового балансу (Thermal balance)

пвноповт QQQQ +=+ , (1.1)

де тQ – втрати теплоти теплопередачею через огородження будівлі, кВт; повQ – втрати, пов’язані з повітрообміном в приміщенні, кВт; оQ – підведення теплоти через систему опалення, кВт; пвнQ – внутрішні тепловиділення в приміщенні, кВт.

Для нормального режиму теплопостачання гідравлічний та тепловий режим (Hydraulic and Thermal mode) теплових мереж встановлюють для найбільш невигідних умов, тобто за умов відсутності внутрішніх теплови-ділень Qвн п .

Максимальні тепловтрати через зовнішні огородження відповідають найменшому значенню температури зовнішнього повітря, але проектуван-ня систем опалення за цією температурою призводять до значного зави-щення потужності теплових установок, оскільки мінімальна зовнішня тем-пература має короткочасний характер. Тому для визначення теплової по-тужності системи опалення виходять з “розрахункового значення зовніш-ньої температури для опалення”, озt , що дорівнює температурі найбільш

холодних п’ятиденок взятих з 8 найбільш холодних зим за 50 річний пері-од. Ця температура визначається за довідниками і наведена в додатку А.

Опалювальне навантаження житлових об’єктів має постійний харак-тер при незмінній зовнішній температурі, а громадських та промислових об’єктів – має непостійний добовий, а часто тижневий характер, оскільки з метою економії тепла штучно знижують подачу теплоти на опалення в не-робочий час (нічний період, вихідні дні). Більш різко змінюється вентиля-ційне навантаження.

Система опалення житлових споруд працює при середньодобовій температурі навколишнього повітря менше + 8 °С, а для промислових спо-руд – менше 0 °С. Оскільки вважається, що тепловтрати при більших тем-пературах покриваються теплоприпливами від працюючого внутрішнього обладнання.

Теплова потужність системи опалення визначається за виразом, кВт

( ) η⋅−⋅⋅= озвбoo ttVqQ , (1.2)

8

де oq – питома опалювальна характеристика, Вт/(м3⋅К);

бV – зовнішній об’єм будівлі, м3;

вt – осереднена розрахункова температура внутрішнього повітря в буді-

влі, °С, що визначається за [2] і складає для житлових будівель 20°С, гро-мадських і адміністративних 20°С, лікувальних, шкільних та дошкільних 21…22°С; η – поправочний коефіцієнт на теплову характеристику, залежить від розрахункової для опалення температури зовнішнього повітря (для проми-слових будівель η = 1).

Під час реального проектування, коли детально відома конструкція будівлі, термічні опори її огороджень тощо розрахунки потужності систе-ми опалення виконуються із використанням методики, наведеної в [2]. По-тім отримані питомі тепловитрати порівнюються з допустимими, наведе-ними в додатку Б.

Розрахункові річні витрати теплової енергії на опалення, кВт⋅год

( )[ ] hsпвнkріко QQQQ β⋅ς⋅ν⋅+−= , (1.3) де kQ – загальні тепловтрати будівлі через огороджувальну оболонку, кВт⋅год, що визначаються за формулою

Σ⋅⋅⋅χ= FDКQ dбуд1k , (1.4)

де 1χ = 0,024 – розмірний коефіцієнт; будК – загальний коефіцієнт теплопередачі теплоізоляційної оболонки

будівлі, Вт/(м2⋅К), що визначається за формулою

інфпрбуд kkК += Σ , (1.5)

де прkΣ - приведений коефіцієнт теплопередачі теплоізоляційної оболонки

будинку, Вт/(м2⋅К), що визначається за формулою

ΣΣΣΣΣΣ

Σ ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛++++⋅ξ= F

RF

RF

RF

RF

RFk

цпр

ц

пкпр

пк

дпр

д

сппр

сп

нппр

нппр , (1.6)

де ξ – коефіцієнт, що враховує додаткові тепловтрати, пов’язані з орієнта-цією огороджень за сторонами світу, наявністю кутових приміщень, над-ходженням холодного повітря через входи в будинок; для житлових буди-нків ξ = 1,13, для інших будинків ξ = 1,1; Fнп , Fсп , Fд , Fпк , Fц – площа відповідно стін (непрозорих частин), світ-лопрозорих конструкції (вікон, ліхтарів), зовнішніх дверей і воріт, покрит-

9

тів (горищних перекриттів), цокольного перекриттів, м2; RΣпр нп , RΣпр сп , RΣпр д , RΣпр пк, RΣпр ц – приведений опір теплопередачі

відповідно стін, світлопрозорих конструкцій (вікон, ліхтарів), зовнішніх дверей і воріт, покриттів (горищних перекриттів), цокольних перекриттів, м2⋅°С/Вт; підлог на ґрунті – з урахуванням їх поділу на зони із відповідни-ми значенням опору теплопередачі;

FΣ - внутрішня загальна площа огороджувальних конструкцій частини будинку, що опалюється з урахуванням покриття (перекриття) верхнього по-верху і перекриття (підлоги) нижнього поверху опалюваного приміщення, м2;

kінф - умовний коефіцієнт теплопередачі огороджувальних конструкцій будинку, Вт/(м2⋅К), що враховує тепловтрати за рахунок інфільтрації та ве-нтиляції, який визначається за формулою

Σν η⋅γ⋅⋅υ⋅⋅⋅χ= FVnck зhоб2інф , (1.7)

де χ2 = 0,278 – розмірний коефіцієнт; с – питома теплоємність повітря, приймається с = 1 кДж/(кг⋅К); nоб – середня кратність повітрообміну будинку за опалювальний пері-

од, год-1, що визначається експериментально або приймається за нормами проектування будинків: для приміщень житлових та громадських будинків – за вимогами ДБН В.2.2-15; для інших будинків - згідно з вимогами СНиП 2.04.05–91У та відповідних норм;

υν – коефіцієнт зниження об’єму повітря у будинку за рахунок наявно-сті внутрішніх огороджувальних конструкцій, за відсутності точних даних приймається υν = 0,85;

Vh – опалюваний об’єм будинку, м3, що визначається згідно з поло-женнями ДБН В.2.2-15, ДБН В.2.2-9, СНиП 2.04.05–91У;

γЗ - середня густина повітря, що надходить до приміщення за рахунок інфільтрації та вентиляції, кг/м3, яка визначається за формулою

( )[ ]зопвз tt5,0273353 +⋅+=γ , (1.8) де tоп з - середня температура зовнішнього повітря за опалювальний період, °С, що визначається за додатком А;

η - коефіцієнт впливу зустрічного теплового потоку в огороджувальних конструкціях, що приймається: η = 0,7 – для стиків панелей стін, а також ба-гатостулкових вікон; η = 0,8 – для двостулкових вікон і балконних дверей; η = 1,0 – для одностулкових вікон і балконних дверей; при цьому коефіцієнт η приймається за найбільшим значенням, єдиним для всього будинку;

10

Dd – кількість градусо-діб опалювального періоду, що визначається залежно від температурної зони експлуатації для І температурної зони приймається Dd = 3750°С⋅діб, для II температурної зони – Dd = 3250°С⋅діб, для III температурної зони – Dd = 2750°С⋅діб, для IV температурної зони – Dd = = 2250°С⋅діб;

Qвн п - побутові теплонадходження протягом опалювального періоду, кВт, що визначаються за СНиП 2.04.05–91У;

Qs - теплові надходження через вікна від сонячної радіації протягом опалювального періоду, кВт⋅год, детальна методика розрахунку наведена у [2, додаток Н];

ν - коефіцієнт, що враховує здатність огороджувальних конструкцій будинків акумулювати або віддавати теплоту при періодичному тепловому режимі і визначається згідно ДБН В.2.5-24, за відсутності точних даних слід приймати ν = 0,8;

ς - коефіцієнт авторегулювання подавання теплоти в системах опален-ня; рекомендовані значення ς = 1,0 – в однотрубній системі з термостатами та з пофасадним авторегулюванням на індивідуальні теплові пункти (ІТП) або поквартирним горизонтальним розведенням; ς = 0,95 – у двотрубній системі опалення з термостатами та з центральним авторегулюванням на ІТП; ς = 0,9 – в однотрубній системі з термостатами та з центральним ав-торегулюванням на ІТП, а також у двотрубній системі опалення з термо-статами і без авторегулювання на ІТП; ς = 0,85 – в однотрубній системі опалення з термостатами і без авторегулювання на ІТП; ς = 0,7 – у системі без термостатів та з центральним авторегулюванням на ІТП з коригуван-ням за температурою внутрішнього повітря; ς = 0,5 – у системі без термо-статів та без авторегулювання на ІТП (регулювання центральне в ІТП або котельні);

βh – коефіцієнт, що враховує додаткове теплоспоживання системою опалення, пов’язане з диcкретністю номінального теплового потоку номе-нклатурного ряду опалювальних приладів і додатковими тепловтратами через зарадіаторні ділянки огорож, тепловтратами трубопроводів, що про-ходять через неопалювані приміщення: для багатосекційних та інших про-тяжних будинків βh = 1,13, для будинків баштового типу βh = 1,11.

Розрахункове значення питомих тепловитрат на опалення будівлі за опалювальний період qбуд , кВт⋅год/м2 або кВт⋅год/м3,

hрікопбудh

рікопбуд VQqабо,FQq == . (1.9)

11

Допустимі значення питомих тепловитрат наведені в додатку Б. Опалювана площа та об’єм будівлі Fh , Vh визначається як площа

(об’єм) поверхів (у тому числі опалюваного мансардного, цокольного і підвального) будівлі, яка вимірюється у межах внутрішніх поверхонь зов-нішніх стін, що включає площу (об’єм), яку займають перегородки і внут-рішні стіни. При цьому площа (об’єм) сходових кліток і ліфтових шахт включається до площі (об’єму) поверху.

Коефіцієнт засклення (відношення площі вікон до загальної площі вертикальних зовнішніх загороджень)

днпсп

cпFFF

F++

=ϕ . (1.10)

Максимальна розрахункова потужність системи опалення будівлі, Вт

( )( ) ( ) пвн32озвінф1прmaxо QbbttFКb1КQ ′−⋅⋅−⋅⋅++⋅= ΣΣ , (1.11)

де b1 = 0,05…0,2 – коефіцієнт, що враховує додаткові тепловтрати пов’язані із швидкістю вітру і поверховістю будівлі;

b2 = 1,02…1,14 – коефіцієнт, що враховує перевищення встановленої потужності радіаторів над розрахунковою;

b3 = 1,01…1,07 – коефіцієнт, що враховує відсутність захисного екра-ну за радіатором;

Об’ємний коефіцієнт будинку жбоб FVК = , (1.12)

де жF – житлова площа будівлі, м2 .

Витрата теплоти на вентиляцію визначається за виразом, кВт

( )взвповповв ttсGQ −⋅⋅= (1.13)

де повс – теплоємність повітря при середній температурі, кДж/(кг⋅К); повG – продуктивність вентиляційної установки, кг/с.

1.3 Цілорічне навантаження

Графік технологічного навантаження залежить від характеру техно-логічних процесів, типу обладнання, організації робіт тощо. Для економії паливно-енергетичних ресурсів слід вдосконалювати теплотехнологічні процеси, використовувати відпрацьовану теплоту тощо. При теплопоста-чання від ТЕЦ слід максимально використовувати теплоносій низького по-

12

тенціалу. Орієнтовну річну витрату теплоти на технологічні потреби ви-значають за допомогою укрупнених показників, ГДж/рік

NqQ технріктехн ⋅= , (1.14)

де технq – питома витрата теплоти на одиницю виробленої продукції, ГДж; N – кількість продукції, що випускається на рік.

Середньогодинна потужність технологічного навантаження, МВт

( )n3600QQріктехн

техн ⋅= , (1.15)

де n – кількість годин роботи технологічного обладнання, годин/рік. Гаряче водопостачання має нерівномірний добовий та тижневий

графік. Найбільше навантаження припадає на останній робочий день тиж-ня. Температура гарячої води повинна підтримуватись в межах 50…65 °С. Всі норми витрат гарячої води приводяться до температури 60 °С. Середньогодинна витрата теплоти на гаряче водопостачання визна-чається за виразом, кВт

( )( ) втрхгввгвп QТ3600ttcamQ Δ+⋅

−⋅⋅ρ⋅⋅= , (1.16)

де m – кількість споживачів; a – норма витрати гарячої води на споживача, л/добу; хгв t,t – середня температура гарячої і холодної води, °С ; T – період споживання гарячої води, год./добу; втрQΔ – втрати теплоти в трубопроводах, кВт.

1.4 Річна витрата теплоти

Для визначення витрати палива, розробки режимів роботи обладнан-ня необхідно знати річну витрату теплоти на теплопостачання, а також йо-го розподілення по сезонах, або по місяцях.

Розподіл середньогодинного теплового навантаження для поточної температури зовнішнього повітря зt по окремих споживачах визначається за формулами, кВт

( ) ( )[ ]о.звзвmaxоo ttttQQ −−⋅=′ , (1.17)

( ) ( )[ ]в.звзввв ttttQQ −−⋅=′ . (1.18)

13

Витрати теплоти на гаряче водопостачання та на технологічні потре-би незначно залежить від температури зовнішнього повітря.

Для встановлення економічного режиму роботи обладнання, вибору параметрів теплоносія і інших планово-економічних потреб необхідно вра-хувати тривалість теплового навантаження (Duration of loading) на протязі року. Для цього зручно користуватись графіками тривалості навантаження.

Для побудови графіка визначають число годин сталості температур зовнішнього повітря на протязі року за допомогою нормативних матеріалів (див. додаток В).

По осі абсцис відкладають температури зовнішнього повітря, а по осі ординат середньогодинні теплові потужності для даної зовнішньої темпе-ратури (рис. 1.1). Будують ліву частину графіка середньогодинного тепло-вого навантаження. А потім горизонтальні лінії продовжують до перетину з вертикалями тривалості температур зовнішнього повітря. Так будують криву правої частини графіка.

Річні витрати теплоти визначаються як сума витрат теплоти для всіх споживачів, в тому числі, опалення, гарячого водопостачання, вентиляції та технологічні потреби, кДж/рік

ріктехн

рікв

рікгвп

ріко

рік QQQ3600QQ +++⋅= , (1.19)

( )оплгвпопопгвпрікгвп n87603600Qn3600QQ −⋅⋅+⋅⋅= , (1.20) ( )оппервопопврікв n87603600Qn3600QQ −⋅⋅+⋅⋅= , (1.21)

tз.в tз ,0С +8 tз.о

Q, ГВт

0 -15 1310+3 2300150 4880 n, год8760

1 2 3 4 5 6

Графік витрати теплоти Графік тривалості навантажень Рисунок 1.1 – Графік витрати теплоти та тривалості навантажень теплової ме-

режі: 1 – витрати теплоти на гаряче водопостачання; 2 – на технологічні потреби; 3 – на вентиляцію; 4 – на опалення; 5 – сумарний графік, 6 – графік тривалості наван-тажень

14

де первопв Q,Q – теплова потужність системи вентиляції для середньої темпе-

ратури зовнішнього повітря в опалювальний період та в перехідний період після закінчення або до початку опалювального періоду, розрахована за (1.18), кВт; ріктехнQ визначається за наведеними вище формулами; nоп – кількість годин тривалості опалювального періоду, год.

Річну витрату теплоти можна визначати або за наведеними вище фо-рмулами, або за величиною площі, обмеженої графіком тривалості наван-таження (рис. 1.1 заштрихована площа).

Контрольні питання

1. Поясніть характеристики сезонного навантаження теплових мереж. 2. Поясніть зміст поняття “розрахункове значення зовнішньої температу-ри для опалення ”. 3. Поясніть метод визначення річної витрати теплоти. 4. Поясніть призначення та особливості графіка тривалості теплових на-вантажень. 5. Поясніть залежність потужності теплових споживачів від температури навколишнього середовища. 6. Поясніть методи визначення потужності теплових навантажень.

Приклади розв’язання задач

Приклад 1.1. Споруда має геометричні розміри: довжина – L = 86 м, ширина – В = 14 м,⋅висота – Н = 20 м. Відношення площі світлопрозорих огороджень до загальної площі вертикальних огороджень ϕ = 0,2. Коефіціє-нти теплопередачі огороджень, Вт/(м2⋅К): стін нппрkΣ = 0,33; вікон сппрkΣ = = 2,0; стелі пкпрkΣ = 0,37; підлоги цпрkΣ = 0,14. Температура внутрішнього

повітря tв = 18°С. Розрахункова температура зовнішнього повітря для опа-лення tз о = -21°С. Об’ємний коефіцієнт споруди Коб = 6,4. Середня кратність повітрообміну у будівлі nоб = 1 год-1 . Питомі тепловиділення і теплонадхо-дження від сонячного освітлення, віднесені до житлової площі складають 12 та 4 Вт/м2. Визначити розрахункове навантаження системи опалення та річ-ну витрату теплоти на опалення, якщо дана будівля розташована у І-й тем-пературній зоні України (тривалість опалювального періоду 189 діб, серед-ня температура зовнішнього повітря за опалювальний період -1,1°С).

15

Розв’язання Поверхні стін, вікон стелі та підлоги, загальна площа поверхонь, м2

Fнп = (86 + 14) · 2 · 20 · (1 - 0,2) = 3200; Fсп = (86 + 14) · 2 · 20 · 0,2 = 800;

Fпк = Fц = 86 · 14 = 1204; FΣ = 3200 + 800 + 2 ⋅ 1204 = 6408.

Зовнішній об’єм будівлі, м3

Vб = 86 · 14 · 20 = 24080.

Приведений коефіцієнт теплопередачі теплоізоляційної оболонки бу-дівлі за формулою (1.6) , Вт/(м2⋅К)

( ) 560,0640814,0120437,012040,280033,0320013,1k пр =⋅+⋅+⋅+⋅⋅=Σ . Умовний коефіцієнт теплопередачі огороджувальних конструкцій бу-

дівлі за (1.7), (1.8), Вт/(м2⋅К) : – для розрахункових параметрів опалення

0,857 64088,0)2118(5,0273

3532408085,011278,0kінф =⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅+

⋅⋅⋅⋅⋅= ;

– для середніх за опалювальний період параметрів

887,064088,0)1,118(5,0273

3532408085,011278,0kінф =⋅⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−⋅+

⋅⋅⋅⋅⋅= .

Загальний коефіцієнт теплопередачі теплоізоляційної оболонки будів-лі за (1.5), Вт/(м2⋅К):

– для розрахункових параметрів опалення

417,1857,0560,0Кбуд =+= ;

– для середніх за опалювальний період параметрів

447,1887,056,0Кбуд =+= .

Житлова площа будівлі за (1.12), м2

Fж = 24080 / 6,4 = 3760 .

Внутрішні теплонадходження та теплонадходження від сонячної ра-діації, Вт

( ) 60160150404512037604376012FqqQQ жsпвнsпвн =+=⋅+⋅=⋅+=′+′ . Максимальна розрахункова потужність системи опалення будівлі за

формулою (1.11), Вт

( )( ) ( ) 3530184512005,105,1)21(186408857,005,0156,0Qmaxо =−⋅⋅−−⋅⋅++⋅= .

16

Розрахункові річні витрати теплової енергії на опалення, кВт⋅год/рік

( )[ ] 77031913,17,08,0189024,06016064083750447,1024,0Qріко =⋅⋅⋅⋅⋅−⋅⋅⋅= . Питомі тепловитрати, кВт⋅год/м3

99,3124080/770319V/Qq будрікобуд === .

Приклад 1.2. Для завдання, розглянутого у прикладі 1.1, визначити

зимове теплове навантаження гарячого водопостачання середньотижневе, середнє за добу максимального споживання і максимальне. В розрахунку враховувати: забезпеченість житловою площею fж = 10 м2/люд.; середньо-тижнева витрата води за добу на 1 людину а = 105 кг/(добу⋅люд); темпера-тура холодної (водопровідної) води для зимового періоду tх = 5°С; темпе-ратура гарячої води tгв = 60°С; коефіцієнт тижневої нерівномірності витра-ти теплоти χт=1,2; коефіцієнт добової нерівномірності витрати теплоти χд=1,83. Визначити також теплове навантаження гарячого водопостачання для літнього періоду при температурі холодної води tх.л = 15°С і коефіцієн-та, що враховує зниження літньої витрати води на гаряче водопостачання за рахунок міграції мешканців φл = 0,8. Розв’язання

Із прикладу 1.1 відомо, що Fж = 3760 м2. Число людей, що прожива-ють в будинку, людей

37610

3760fFmж

ж === .

Теплове навантаження гарячого водопостачання для зимового пері-оду середньотижневе, середнє за добу максимального споживання і мак-симальне

( ) ( ) ;год/Гкал09,0МВт105,0243600

56019,4376105n

ttcmaQc

xгвт.сргвп ==⋅

−⋅⋅=

−⋅⋅⋅=

Гкал/год 0,108ВтМ126,0105,02,1QQ т.cргвптгвпд.ср ==⋅=χ= ;

Гкал/год 0,199ВтМ231,0105,083,12,1QQ т.cргвпдтгвпmаа ==⋅⋅=χχ= .

Відношення навантаження гарячого водопостачання в зимовий пері-од до розрахункового опалювального навантаження

;232,0542,0126,0

QQ;194,0

542,0105,0

QQ

maxо

д.сргвп

д.срmaxо

т.сргвп

т.ср ===ρ===ρ

17

.426,0542,0231,0

QQ

maxо

maxгвп

мах ===ρ

Теплове навантаження системи гарячого водопостачання для літньо-го періоду:

( ) ( )

.МВт151,00687,083,12,1QQ

;МВт0824,00687,02,1QQ

;МВт068,0243600

156019,43768,0105n

ttmаQ

т.срл.гвпдтл.г

м

т.срл.гвпт

д.срл.гвп

с

лхвгвслт.срл.гвп

=⋅⋅=⋅χ⋅χ=

=⋅=⋅χ=

=⋅

−⋅⋅⋅⋅=

−⋅⋅ϕ⋅=

Завдання для самостійної роботи

Приклад 1.3. Для групи однакових цехів підприємства, вказаного в таблиці міста, в яких є внутрішні тепловиділення, визначити розрахункову (максимальну) потужність котельні для опалення розглянутих будівель, температуру навколишнього повітря tз.х , при якій необхідна внутрішня те-мпература підтримується тільки за рахунок внутрішніх тепловиділень (тобто температуру навколишнього повітря, при якій починається опалю-вальний сезон у випадку, що розглядається).

Дані для розрахунку: зовнішній об’єм всіх будівель V; питомі тепло-втрати за рахунок теплопередачі через зовнішні огородження qт; частка те-пловтрат в результаті інфільтрації по відношенню до тепловтрат за раху-нок теплопередачі 15,0Q/Q тпов = ; відношення внутрішніх тепловиділень до розрахункових сумарних тепловтрат за рахунок теплопередачі і інфіль-трації β = Qвн п /(Qт + Qпов); розрахункова внутрішня температура tв.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

V, тис м3 210 240 280 250 270 300 230 290 260 220

qт , Вт/(м3⋅K) 0,33 0,36 0,31 0,38 0,30 0,32 0,23 0,29 0,232 0,27

β 0,28 0,25 0,33 0,27 0,3 0,24 0,22 0,29 0,32 0,26 Остання циф-ра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Місто Він-ниця Львів Хар-ків

До-нецьк Луцьк Рівне

Жи-томир

Чер-нівці Київ

Пол-тава

тпов Q/Q 0,15 0,135 0,12 0,145 0,16 0,115 0,125 0,14 0,165 0,13

tв , °С 17 22 18 16 19 21 20 19 21 17

18

Приклад 1.4. Визначити розрахункове навантаження системи опален-ня та річну витрату теплоти на опалення, якщо будівля розташована у вка-заному нижче місті, довжина будівлі дорівнює його ширині L = В, а висота Н, відношення площі світлопрозорих огороджень до загальної площі верти-кальних огороджень ϕ. Коефіцієнти теплопередачі огороджень: стін нппрkΣ ;

вікон сппрkΣ ; стелі пкпрkΣ ; підлоги цпрkΣ . Об’ємний коефіцієнт споруди Коб . Середня кратність повітрообміну у будівлі nоб . Питомі тепловиділення і теплонадходження від сонячного освітлення, віднесені до житлової площі складають 11 та 6 Вт/м2. Побудувати річний графік тривалості опалюваль-ного навантаження для будівлі.

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Коб 6 4,5 6,5 5,5 5 4,8 6,2 5,2 4,2 5,8 nоб , год-1 1,05 1,2 1,1 1,15 1,25 1,3 1,45 1,35 1,4 1,5

Призначення будівлі

шкіль-на

адміні-стра-тивна

гро-мадсь-ка

житло-ва

лікува-льна

дошкі-льна

гро-мадсь-ка

житло-ва

адміні-стра-тивна

лікува-льна

Остання циф-ра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

нппрkΣ , Вт/(м2⋅К) 0,32 0,31 0,325 0,315 0,335 0,322 0,318 0,324 0,312 0,321

сппрkΣ , Вт/(м2⋅К) 1,95 2,05 1,92 2,02 1,88 2,06 1,82 2,1 1,85 2,12

пкпрkΣ , Вт/(м2⋅К) 0,374 0,382 0,376 0,386 0,368 0,372 0,364 0,384 0,366 0,388

пкпрkΣ , Вт/(м2⋅К) 0,374 0,382 0,376 0,386 0,368 0,372 0,364 0,384 0,366 0,388

Місто До-нецьк Хар-ків Київ Рівне

Пол-тава Луцьк

Жи-томир

Він-ниця Львів

Чер-нівці

Приклад 1.5. Визначити середньотижневу витрату теплоти на гаряче

водопостачання будівель, якщо середньотижнева витрата води за добу на 1 людину а; температура холодної (водопровідної) води для зимового пе-ріоду tх = 5°С ; температура гарячої води tгв = 60°С; кількість мешканців m. Побудувати річний графік тривалості опалювального навантаження для будівель, якщо температура внутрішнього повітря tв . Розрахункове наван-таження при температурі зовнішнього повітря для умов вказаного міста складає maxоQ . Користуючись графіком, розрахувати витрату теплоти на опалення та гаряче водопостачання за опалювальний період.

19

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

maxоQ , МВт 10 12 11 14 15 13 20 18 16 17

а, кг/(добу⋅люд.) 98 105 102 99 104 100 103 110 107 115

tв , °С 18 20 19 20 18 19 20 19 18 20

Остання циф-ра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Місто Київ Він-ниця Хар-ків

Чер-нівці

Пол-тава Луцьк

Жи-томир

До-нецьк Львів Рівне

m, люд. 4900 5900 5300 6300 7500 5900 8200 7400 7000 7300

2 ПАРОВІ ТА ВОДЯНІ СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ. ПІДКЛЮЧЕННЯ СПОЖИВАЧІВ. ВИБІР ТЕПЛОНОСІЯ ДЛЯ

СИСТЕМИ ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ

2.1 Підключення систем опалення до теплових мереж

До водяних теплових мереж системи опалення підключають за шіс-тьма різними схемами. Залежні (Dependent chart) (гідравлічний режим сис-теми опалення пов’язаний з гідравлічним режимом теплової мережі) і не-залежні (Independent chart) (теплоносій для системи опалення нагрівається у водо-водяному теплообміннику поверхневого типу) [3].

Підключення системи опалення до теплової мережі за схемою, пока-заною на рис. 2.1а застосовують у тому випадку, коли розрахункові пара-метри теплової мережі відповідають розрахунковим параметрам системи опалення, а різниця тисків на вводі достатня для забезпечення циркуляції теплоносія в системі опалення.

Найбільше поширення у випадку підключення системи опалення до теплової мережі отримала схема, наведена на рис. 2.1б. Цю схему застосо-вують у тому випадку, коли розрахункова температура теплоносія в тепло-вій мережі вище, ніж у системі опалення, а різниця тисків на вході достат-ня для роботи водоструминного насоса – елеватора (Elevator). Елеватор призначений для підготовки води для системи опалення шляхом змішу-вання води із зворотного трубопроводу (Reverse pipeline) системи опален-ня та води з подавального трубопроводу (Direct pipeline) мережі.

Підключення системи опалення до теплової мережі через елеватор має свої недоліки:

20

– у випадку використання елеватора різниця тисків у подавальному та зворотному трубопроводах тепломережі повинна перевищувати різницю тисків в трубопроводах системи опалення не менше ніж у 10 разів; – сталість коефіцієнта змішування елеватора, виключає можливість викори-стання місцевого якісного регулювання потужності нагрівальних приладів.

Рисунок 2.1 – Принципові схеми підключення систем опалення до водяних теп-лових мереж: а, б, в, г, д – залежні схеми без елеватора, з елеватором, з насосом на пе-ремичці, з насосом на подавальному трубопроводі, з насосом на зворотному трубопро-воді відповідно; е – незалежна схема; 1, 2 – подавальний трубопровід теплової мережі та системи опалення відповідно; 3 – пристрій для видалення повітря; 4 – опалювальні прилади; 5, 6 – зворотні трубопроводи системи опалення та теплової мережі відповід-но; 7 – елеватор; 8 – циркуляційний насос; 9 – водоводяний теплообмінник.

4

1

6

3

8

9

а б

в е

д г

7

6

34

2

5

21

Більш гнучке експлуатаційне регулювання має система опалення, підключена до теплової мережі за схемою із використанням циркуляцій-них насосів (Circulation pump) (рис. 2.1в). Ця схема дозволяє застосовувати місцеве якісне регулювання тепловіддачі нагрівальних приладів.

Схему, показану на рис. 2.1г, з насосом на подавальному трубопро-воді передбачають у тому випадку, коли тиск у тепловій мережі нижче ста-тичного тиску в системі опалення. Якщо тиск в зворотному трубопроводі тепломережі вищий, ніж тиск в зворотному трубопроводі системи опален-ня то використовують схему, наведену на рис. 2.1д.

Незалежна схема підключення систем опалення до тепломережі (рис. 2.1е) є більш дорогою та складною для автоматизації, через встанов-лення водоводяного теплообмінника. Перевагами такої схеми є: – гідравлічний режим системи опалення не залежить від гідравлічного ре-жиму тепломережі (наприклад, зменшення тиску в мережі не погіршить циркуляцію води через опалювальні прилади); – можливість використання такої схеми незалежно від тиску в трубопро-водах мережі, на відміну від залежних схем, для яких високі тиски мереж-ної води можуть призвести до пошкодження опалювального обладнання; – можливість використання як якісного так і кількісного регулювання по-тужності системи опалення; – використання оборотної води в системі опалення, що зменшує можли-вість забруднення поверхонь опалювальних приладів (Heating device).

До парових теплових мереж системи опалення підключають за двома схемами – залежною і незалежною (рис. 2.2). При підключенні системи опалення до парової мережі за незалежною схемою – через пароводяний теплообмінник – теплоносієм в системі опалення є вода.

У житловій зоні забудови парові мережі можуть обслуговувати пральні і лазні, спортивні споруди, ресторани, їдальні, кафе тощо. На тери-торії промислових підприємств у випадку подачі пари на технологічні по-треби парові мережі є основними і до них можливе підключення систем опалення.

При залежній схемі підключення системи опалення до парової мере-жі (рис. 2.2а) пара надходить на паророзподільну гребінку (Comb), а потім через регулювальний клапан (Regulation valve) надходить в опалювальні прилади. При такій схемі підключення в зв’язку з високою температурою стінки опалювального приладу необхідно встановлювати відповідні захис-ні екрани.

22

У випадку незалежної схеми підключення (рис. 2.2б) циркуляція во-ди в системі опалення може бути природна або примусова. Перевагами та-кої схеми є:

– найбільш повне повернення конденсату; – більша безпека експлуатації і надійність роботи обладнання; – більш надійне регулювання теплової потужності.

2.2 Підключення систем гарячого водопостачання до теплових мереж

До теплових мереж системи гарячого водопостачання підключають за залежною та незалежною схемами. Взагалі існує п’ять найбільш розпо-всюджених схем підключення гарячого водопостачання до відкритих та закритих теплових мереж (рис. 2.3).

Відкритою називають мережу, з якою частина води відбирається на гаряче водопостачання – безпосередній водорозбір (Direct watertake). Ме-режа, в якій вода використовується тільки як теплоносій і на потреби гаря-чого водопостачання не відбирається, називається закритою.

Для нормальної роботи відкритої мережі важливим є співвідношення між витратою мережної води через абонентський вузол споживача і відбо-ром мережної води на гаряче водопостачання. В зв’язку із значною нерів-номірністю споживання гарячої води абонентами, особливістю схеми під-ключення системи ГВП до відкритої мережі (рис. 2.3а) є необхідність встановлення акумуляторів гарячої води.

Рисунок 2.2 – Принципові схеми підключення систем опалення до парової ме-режі. а – залежна; б – незалежна; 1 – паропровід; 2 – регулювальний клапан; 3 – кон-денсатовідвідник (Steam trap); 4 – конденсатний бак; 5 – конденсатний насос: 6 – зворо-тний клапан (Check valve); 7 – конденсатопровід (Condensate pipeline); 8 – розширник; 9 – пароводяний теплообмінник

а

1

2

6

3

45

7

б

9

8

23

Баланс змішувального теплообмінника (Mixer heat exchanger) для випадку підключення системи ГВП до відкритої мережі, що заживлений водою з подавального та зворотного трубопроводів має вигляд

( ) 2звгвп1пгвпхгвгвгвп cGcGttcGQ τ⋅⋅+τ⋅⋅=−⋅⋅= , (2.1)

де звгвппгвпгв G,G,G – витрати води на гаряче водопостачання, витрати з по-

2

3

4

Рисунок 2.3. Принципові схеми підключення систем гарячого водопостачаннядо теплової мережі: а – з безпосереднім водорозбором на гаряче водопостачання; б –паралельна; в – змішана; г – послідовна двоступенева (Twostage chart); д – передввім-кнена. 1 – змішувач; 2 – регулятор температури; 3 – циркуляційний трубопровід сис-теми гарячого водопостачання; 4 – прямий трубопровід системи гарячого водопоста-чання; 5 – зворотний клапан; 6 – трубопровід холодної води; 7 – теплообмінник

а

1А

б

76

в

6

г

ІІ ступінь

6

д

6

І ступінь

ІІ ступінь

І ступінь

24

давального та зворотного трубопроводів мережі відповідно, кг/с; 21хгв ,,t,t ττ – температури гарячої, холодної води та температури ме-режної води в подавальному та зворотному трубопроводах мережі, °С.

Інші схеми, представлені на рис. 2.3, є варіантами приєднання гаря-чого водопостачання до закритої теплової мережі. Вибір схеми залежить від співвідношення навантажень гарячого водопостачання і опалення.

При великих навантаженнях на гаряче водопостачання, тобто коли витрата теплоти на гаряче водопостачання в годину максимального спожи-вання перевищує розрахункову витрату на опалення на 20% і більше, за-стосовують паралельну схему підключення системи ГВП до теплової ме-режі (схема 2.3б). В такій схемі потужність ГВП і потужність опалення не пов’язані і це забезпечує високу надійність теплопостачання, але за такої схеми присутнє нераціональне використання мережної води і, відповідно, перевитрати енергії на її перекачку.

При малих навантаженнях на ГВП (менше 10 % від потужності сис-теми опалення) можна використовувати передввімкнену схему підключен-ня підігрівників (схема 2.3д). Але така схема працює із пріоритетом ГВП і в періоди піків навантаження ГВП можливі провали у теплозабезпеченні системи опалення.

З метою зниження витрати мережної води на гаряче водопостачання і підвищення ефективності теплофікації застосовують двоступінчасте на-грівання води (рис. 2.3в і 2.3г). Схема на рис.2.3в дозволяє використовува-ти теплоту води із зворотного трубопроводу і забезпечувати піки наванта-ження на ГВП за рахунок збільшення витрати мережної води.

При підключенні за схемою 2.3г енергоефективність вузла підклю-чення максимальна, оскільки максимально раціонально використовується теплота мережної води. Але використання такої схеми для систем ГВП з значними коливаннями навантаження вимагає використання місцевого ре-гулювання опалювальних установок. Завдяки високій ефективності дво-ступеневі послідовні схеми підключення ГВП є найбільш розповсюджени-ми в системах теплопостачання міст.

При підключенні до теплової мережі систем гарячого водопостачан-ня лазень, пралень, плавальних басейнів, лікарень, тобто споживачів з ве-ликою витратою води на ГВП і з великою нерівномірністю споживання, передбачають установку баків-акумуляторів (Tank-Accumulator). Частіше встановлюють два баки-акумулятори по 50% об’єму кожний із верхнім або нижнім розташуванням.

25

До парових мереж системи гарячого водопостачання підключають безпосередньо чи через пароводяний теплообмінник.

При безпосередньому приєднанні пар з парової мережі шляхом бар-ботажа подають у бак-акумулятор. Холодна вода надходить з водопроводу.

Якщо систему гарячого водопостачання підключають до теплової мережі через теплообмінник, функції теплообмінника і бака-акумулятора можуть бути сполучені за рахунок установки ємкісного пароводяного теп-лообмінника. У лазнях, пральнях і інші великих споживачах гарячої води може застосовуватися схема підключення системи гарячого водопостачан-ня до парової мережі через швидкісний пароводяний теплообмінник.

2.3 Підключення технологічного навантаження

Схема підключення технологічного навантаження до теплової мере-жі залежить від виду теплоносія і характеру устаткування, що підключа-ється. Для технологічних потреб найчастіше застосовують пару. Усіх спо-живачів промислового підприємства до теплової мережі підключають че-рез вузол керування (рис. 2.4). До паророзподільних гребінок підключають паропроводи технологічних потреб, вентиляції і систем опалення. Конден-сат перед поверненням у конденсатний бак повинен пройти очищення.

Теплова потужність технологічного споживача, підключеного до па-рової мережі при неповному поверненні конденсату, кг/с

Рисунок 2.4 – Схема вузла керування для парової мережі: 1 – паропровід; 2 – на технологічні потреби; 3 – на вентиляцію; 4 – на опалення; 5 – конденсатопрово-ди; 6 – конденсатний бак; РК – регулювальний клапан; РУ – регулятор рівня; МП –магнітний пускач

РУ

МП 65

1 3

Продувка

РП

Р П

Р П

42

РК

5

26

( )[ ]xвкккп tсh)1(hhDQ ⋅−⋅α−−−⋅= , (2.2)

де D – витрата пари, кг/с; кα – частка повернення конденсату від технологічного споживача; кп h,h – ентальпія пари і конденсату, кДж/кг .

2.4 Вибір теплоносія і системи теплопостачання

Вибір теплоносія визначається технічними і економічними мірку-ваннями, він залежить від джерела і виду навантаження. Рекомендується спрощувати систему: чим простіша система – тим вона дешевша в спору-дженні і експлуатації.

Якщо теплове навантаження складається з вентиляції, опалення і га-рячого водопостачання, то використовують двотрубні водяні мережі.

Коли технологічне навантаження основне, а сезонне навантаження невелике використовують парові системи. Але подача пари на потреби опалення і ГВП вимагає відбору пари більшого потенціалу, що зменшує комбіноване виробництво електроенергії на теплоелектроцентралях ТЕЦ (Thermal Electric Plant) та електростанціях ТЕС.

Таким чином, перевагами води є: 1. Більше питоме виробництво електроенергії на ТЕЦ та ТЕС; 2. Максимальне збереження конденсату в схемі станції; 3. Більш високий ККД, пов’язаний з відсутністю втрат теплоносія (в па-рових мережах втрати і пари і конденсату);

4. Більша акумулювальна здатність мережі; Недоліки води :

1. Більша витрата електроенергії на перекачку; 2. Велика чутливість до аварій (Sensitiveness to the failures), оскільки виті-

кання теплоносія в 20…40 разів більше ніж з парових мереж. В більшості випадків вода і пара рівноцінні, окрім деяких випадків

підключення технологічного навантаження, коли потрібен теплоносій ви-сокого потенціалу. За енергетичними характеристиками закриті і відкриті системи рівноцінні. При далекому транспорті води доцільніші відкриті си-стеми, але для відкритих систем економічно важлива наявність джерел м’якої води для підживлення мережі (upfeeding of network).

27

Контрольні питання

1. Поясніть особливості схеми підключення до водяної теплової мережі залежної системи опалення з струминним насосом. 2. Поясніть особливості схеми підключення до теплової мережі залежної системи опалення з насосом на перемичці. 3. Поясніть особливості схеми підключення залежної системи опалення до парової теплової мережі. 4. Поясніть особливості незалежної схеми підключення системи опалення до водяної теплової мережі. 5. Поясніть особливості залежної схему підключення гарячого водопо-стачання до водяної теплової мережі. 6. Поясніть залежну схему підключення гарячого водопостачання до па-рової мережі. 7. Поясніть переваги і недоліки води як теплоносія в теплових мережах. 8. Поясніть особливості незалежної схеми підключення системи опалення до парової теплової мережі.

Приклади задач з розв’язаннями

Приклад 2.1. Користувачу відпущена теплота Q = 1 ГДж в вигляді сухої насиченої пари з абсолютним тиском 0,5 МПа. Визначити масу від-пущеної пари, якщо від користувача буде повністю повернено конденсат з температурою tк = 100°С. Визначити масу відпущеної пари, якщо від ко-ристувача буде повернено 50% конденсату. В розрахунках прийняти, що температура холодної води складає tх = 10°С. Розв’язання.

За таблицями для водяної пари в стані насичення визначаємо, що ентальпія пари hп = 2748 кДж/кг. Ентальпія води при температурі 10°С і 100°С складає 41,9 і 422 кДж/(кг⋅К) відповідно.

Маса відпущеної пари при повному поверненні конденсату, кг

( ) ( ) .4309,41422)11(422274810

hh)1(hhQG

6

xвкккп=

−⋅−+−=

−⋅α−+−=

Маса відпущеної пари при поверненні 50 % конденсату, кг

( ) ( ) .3979,41422)5,01(422274810

hh)1(hhQG

6

xвкккп=

−⋅−+−=

−⋅α−+−=

28

Приклад 2.2. Визначити витрату мережної води на підготовку гаря-чої води при підключенні гарячого водопостачання (ГВП) за паралельною схемою до закритої теплової мережі та до відкритої мережі. Потужність системи ГВП 1 Гкал/год. Для обох варіантів температура води в подава-льному трубопроводі τ1 = 70°С. Для закритої тепломережі температура во-ди після підігрівника гарячого водопостачання τ2 = 30°С. Для відкритої мережі вода на гаряче водопостачання відбирається з подавального та зворотного трубопроводів, при цьому температура води після підігрівника системи опалення τ02 = 41,7°С. Температура води, що надходить в систему гарячого водопостачання, складає tгв = 60°С, а температура холодної води tx = 15°С. Розв’язання.

Теплоємність води в діапазоні температур, що розглядається, при-ймаємо св = 4,19 кДж/(кг⋅К).

Потужність підігрівника системи гарячого водопостачання, МВт

163,1103600

19,41Q 3гвп =⋅⋅= .

Витрата мережної води в закритій тепломережі із паралельним під-ключенням підігрівника гарячого водопостачання, кг/с

( ) ( ) 94,6307019,410163,1

cQG

3

21в

гвпгвп =−⋅

⋅=

τ−τ⋅= .

Загальна витрата мережної води з подавального і зворотного трубо-проводів для відкритої тепломережі, кг/с

( ) ( ) 05,556019,410163,1

ttcQG

3

xгв

гвпгв =−⋅

⋅=

−⋅= .

Витрата мережної води із подавального пгвпG і зворотного звгвпG тру-бопроводів з рівняння теплового і матеріального балансів змішувального теплообмінника, кг/с

27,37,41707,416005,5tGG

021

02гвгв

пгвп =−

−=

τ−ττ−

= ,

78,127,305,5GGG пгвпгвзвгвп =−=−= .

29

Приклад 2.3. Визначити теплоту, акумульовану в воді з температу-рою τ = 150°С, що заповнює трубопровід з внутрішнім діаметром dвн = 514 мм і довжиною l = 1 км, і порівняти її з теплотою, акумульова-ною в сухій насиченій парі з температурою насичення τ = 150°С, яка зна-ходиться в такому ж трубопроводі. Теплоту визначати відносно темпера-тури холодної водопровідної води tx = 10°С. Розв’язання.

За таблицями води і водяної пари визначаємо: – густина та ентальпія води для температури 150°С складає ρв = = 917 кг/м3, hв = 632 кДж/кг; – густина та ентальпія пари для температури 150°С складає ρп = 2,55 кг/м3; hп = 2746 кДж/кг; – ентальпія води при температурі 10°С складає hх = 42 кДж/кг.

Внутрішній об’єм трубопроводу, м3

20710004

514,014,3l4dV

22вн =⋅

⋅=⋅

⋅π= .

Маса води в трубопроводі, кг 189819917207VG вв =⋅=ρ⋅= .

Маса пари в трубопроводі, кг 9,52855,2207VG пп =⋅=ρ⋅= .

Теплота, акумульована в воді, ( ) ( ) 99,111104263218981910hhGQ 66xвввв =⋅−⋅=⋅−⋅= −− ГДж,

або 73,2619,4/99,111 = Гкал.

Теплота, акумульована в парі, ( ) ( ) 43,1104227469,52810hhGQ 66xппп =⋅−⋅=⋅−⋅= −− ГДж,

або 341,019,4/43,1 = Гкал. Таким чином, теплота, акумульована в воді, в 78 разів більша, ніж теплота, акумульована в парі.

Завдання для самостійної роботи

Приклад 2.4. Користувачу гарячого водопостачання відпущено Qгвп теплоти. Температура гарячої води tгв = 60°C, а температура холодної ви-хідної холодної води tx . Яка кількість води була відпущена споживачу?

Передостання цифра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Qгвп , ГДж 0,5 0,75 1 1,25 1,5 1,75 2 2,25 2,5 3,0

30

Остання циф-ра шифру 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

tx , 0С 20 18 16 14 12 10 8 6 4 3

Приклад 2.5. Визначити кількість теплоти, акумульованої (відносно температури 10°С) в воді з температурою τ , яка заповнює транзитний те-плопровід внутрішнім діаметром 1392 мм і довжиною 20 км. Визначити також можливу три�