Файл: Пояснювальна записка до дипломного проекта на здобуття освітньокваліфікаційного рівня Спеціаліст" за фахом 000008 Енергетичний менеджмент".doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 117
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Ф=F(t в -t н )n /R 0= (1/0,806)×390(18+6)+(1/0,345)403,2(18+6)
Ф=11613+28049=39662 Вт
Одна стена обращена на север, вторая на восток, третья стена на запад и последняя на юг поэтому дополнительные потери теплоты через эти стены Ф доб ст составляют: для первой 10%, второй 10%, третьей 5% и четвертая 0% от основных теплопотерь, которые необходимо добавить к последним.
Ф доб ст =39662×0,25=9915Вт. Таким образом, с учетом дополнительных теплопотерь через наружние стены получим
Ф О =39662+9915=49577Вт
Так как здание четырехэтажное, то полученное значение теплопотерь увеличиваем в четыре раза.
ФО=49577×4=198308 Вт.
Перекрытие имеет площадь S=1708м2 и состоит из железобетонных плит толщиной δ пл =0,035м, для которых по таблице λк = 2,04 Вт/(м×0С); Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией выполненной из минеральной ваты толщиной δ ваты =0,14м, слоя гравия керамзитового δ кер =0,1м, и двух слоев рубероида толщиной δ руб =0,003м, для которых выбираем по таблице значения теплопроводности и значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и внешней поверхностей:
λ ваты = 0,06 Вт/(м× 0С), λ грн.= 0,17 Вт/(м× 0С), λ кер = 0,23 Вт/(м×0С)
R в = 0,132 (м2×0 С)/Вт, R н = 0,043 (м2 ×0С)/Вт,
Исходя из этих данных получим значение для сопротивления теплопередаче перекрытия:
R о пер = 0,132+0,043+0,035/2,04 + 0,14/0,06 + 0,1/0,23 + 0,003/0,17=
0,132+0,043+0,017+2,33+0,435+0,018=2,975 (м 2 0 С)/Вт,
Теплопотери через перекрытия находим по соотношению:
Ф =F(t в - t н )n /R 0
Принимаем поправочный коэффициент n =0,9 как для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов
Ф пер = (1/2,975)×1708×(18+6)×0,9=12400 Вт
Полы выполнены из керамзитобетона (ρ=1800кг/м3 ) толщиной δ кер =0,1м, теплопроводность которого находим по справочным данным таблицы 7 [1] λ кер = 0,92 Вт/(м×0С). Ширина пола равна b= 14м, до осевой линии соответственно 7 м. Потери теплоты через неутепленные полы определяем по зонам, паралельным наружним стенам. Сопротивление теплопередаче для первой зоны составляет R н. пол –2,15, для второй –4,3 и для третьей 8,6. Для остальной части пола –14,2 (м2×0С)/Вт. Площадь участков пола, примыкающего к углам в первой двухметровой зоне вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружних стен, образующих угол. Разделим площадь пола на двухметровые зоны и получим две зоны шириной по 2м и одну зону шириной 3 м. Площади данных зон равны: F
1 = F 2 = 122×2=244м2 ; F 3 = 122×3=366м2
Сопротивление теплопередаче R о пол (м2×0С)/Вт, для каждой из зон определяем по формуле
R у. пол= R н. пол + δ / λ
Зона 1 R у. пол= 2,15+ 0,1/0,92=2,15+0,11=2,26
Зона 2 R у. пол= 4,3+ 0,1/0,92=2,15+0,11=4,44
Зона 3 R у. пол= 8,6+ 0,1/0,92=2,15+0,11=8,71
Суммарные теплопотери по всем зонам пола
Ф п = 2×[(1/2,26)×244+(1/4,44)×244 + (1/8,71)×366]×(18+6)×0,9=
2×(108+55+42)×24×0.9=8856 Вт
Общие потери через все ограждения составят:
Добавочные теплопотери
Добавочные теплопотери определяются суммой теплопотерь расходуемой на:
Поток теплоты теряемый на нагрев приточного воздуха определяется соотношением
Ф =0,278×Q ×ρ c(t в - t н )
Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м 3 /ч
ρ - плотность воздуха ρ=1,2κг/м 2
c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг о С
Для оценочного расчета максимального теплового потока расходуемого на вентиляцию воспользуемся методом укрупненных характеристик
Ф =q в×V × (t в - t н )
Где q в V- удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13 и объем помещения
Ф =0,2 ×5551× (18+6)=26645 Вт
Поток теплоты теряемый на испарение влаги с мокрых поверхностей
определяется соотношением
Ф =0,278×2,49×W исп
Для данного случая эти потери не учитываются.
Поток теплоты теряемый на нагрев наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, фрамуг, дверей и ворот определяется соотношением
Ф=Q ×ρ c (t в - t н )×Fп/3,6
Тепловая мощность всей системы отопления определяется из уравнения теплового баланса и равна
Ф от =283332+41025×4+40992×4= 607800Вт=0.607МВт.
Из соотношения 1МВт=0,86Гкал/ч найдем 0,607×0,86=0,52 Гкал/ч. Отопительный сезон составляет 182 дня, следовательно 0,52×182×24=2270 Гкал.
2.2.4 Математическая модель энергобаланса здания
Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям технологического процесса. Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких, теплота отдается с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Интенсивность теплоотдачи конвекцией в основном определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, а посредством лучеиспускания - температурой поверхностей ограждений, обращенных внутрь помещения.
Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств,
теплофизических свойств наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения и, в какой-то мере, через внутренние ограждения, отделяющие данное помещение от смежных, имеющих более низкую температуру воздуха. Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через не плотности ограждений, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают снаружи в помещение.
При составлении энергобаланса промышленного предприятия удобно воспользоваться следующей обобщенной моделью. Qi и Qj - потоки теплоты, поступающие и удаляемые из объекта с потоками веществ Gi и Gj, например, с паром и конденсатом, топливом и уходящими газами и т. п.; QGi и QGj— потоки теплоты, подведенные к объекту и отведенные от него теплоносителями, циркулирующими по замкнутым контурам, например сетевой или оборотной водой; QFi и QFj - потоки теплоты, подведенные и отведенные через ограждения (стены, окна, полы, перекрытия зданий и др.); Ni и Nj — подведенная и отведенная электрическая или механическая энергия.
Понятно, что i ≠ j, поскольку в производстве имеют место многочисленные слияния и разделения потоков веществ, химические превращения, преобразования одних видов энергии в другие. Более того, количество различных видов потоков теплоты и энергии, подведенных к объекту и отведенных от него, как правило, также не совпадает.
В соответствии с принятой схемой уравнение энергобаланса объекта может быть представлено в виде:
Правая часть уравнения включает как полезно используемые в дальнейшем потоки теплоты
так и рассеиваемые в окружающую среду
Поэтому уравнение (2.11) может быть преобразовано к виду:
В уравнении (2.11) отсутствуют составляющие ΣQFjп, ΣQFjo.c и ΣNjп, ΣNjo.c. Дело в том, что потоки теплоты через ограждения зданий, наружные поверхности оборудования и трубопроводов, расположенных на улице, — не что иное, как потери в окружающую среду, т. е. ΣQFjo.c = ΣQFj.
В учебном заведении имеются системы и установки с периодическим режимом работы. Поэтому для заведения, энергобаланс составляют не для произвольного
і
момента, а для интервала времени, в течение которого рабочий цикл полностью заканчивается. В качестве такого интервала могут быть, рабочая смена, сутки, месяц, квартал, отопительный или летний сезоны, календарный год. Правильный выбор указанного периода позволяет использовать уравнения вида (2.11) и (2.12), не вводя в них дополнительные члены, для учета накопления или убыли энергии в элементах объекта во времени.
Принципиальная схема (см. рис. 2.6) позволяет рассмотреть основные подходы к составлению энергетических балансов.
Очевидно, что для большей части видов энергобалансов их составляющие следует представлять в единых единицах измерения (предпочтительно в тоннах условного топлива) за рассматриваемый промежуток времени.
Приходная часть энергобаланса ΣQприх (потребление энергии) может включать: получение топлива QmΣ,электрической Qээ и тепловой Qтэ энергии со стороны и энергию, выработанную установками, утилизирующими энергию вторичных энергоресурсов, Qвэр.
Топливо, потребляемое предприятием Qm — топливо, используемое на производство тепловой и электрической энергии, потребляемой предприятием.
Тогда на энергообеспечение предприятия потребуется:
На всех этапах движения энергии (получение, преобразование, распределение) существуют нерациональные расходы (потери) энергии Qпот.
С учетом затрат энергии на собственные нужды в собственном источнике энергии и потерь энергии потребление энергии составит:
Ф=11613+28049=39662 Вт
Одна стена обращена на север, вторая на восток, третья стена на запад и последняя на юг поэтому дополнительные потери теплоты через эти стены Ф доб ст составляют: для первой 10%, второй 10%, третьей 5% и четвертая 0% от основных теплопотерь, которые необходимо добавить к последним.
Ф доб ст =39662×0,25=9915Вт. Таким образом, с учетом дополнительных теплопотерь через наружние стены получим
Ф О =39662+9915=49577Вт
Так как здание четырехэтажное, то полученное значение теплопотерь увеличиваем в четыре раза.
ФО=49577×4=198308 Вт.
Перекрытие имеет площадь S=1708м2 и состоит из железобетонных плит толщиной δ пл =0,035м, для которых по таблице λк = 2,04 Вт/(м×0С); Железобетонные плиты покрыты теплоизоляцией выполненной из минеральной ваты толщиной δ ваты =0,14м, слоя гравия керамзитового δ кер =0,1м, и двух слоев рубероида толщиной δ руб =0,003м, для которых выбираем по таблице значения теплопроводности и значения сопротивления тепловосприятию для внутренней и внешней поверхностей:
λ ваты = 0,06 Вт/(м× 0С), λ грн.= 0,17 Вт/(м× 0С), λ кер = 0,23 Вт/(м×0С)
R в = 0,132 (м2×0 С)/Вт, R н = 0,043 (м2 ×0С)/Вт,
Исходя из этих данных получим значение для сопротивления теплопередаче перекрытия:
R о пер = 0,132+0,043+0,035/2,04 + 0,14/0,06 + 0,1/0,23 + 0,003/0,17=
0,132+0,043+0,017+2,33+0,435+0,018=2,975 (м 2 0 С)/Вт,
Теплопотери через перекрытия находим по соотношению:
Ф =F(t в - t н )n /R 0
Принимаем поправочный коэффициент n =0,9 как для чердачных перекрытий с кровлей из рулонных материалов
Ф пер = (1/2,975)×1708×(18+6)×0,9=12400 Вт
Полы выполнены из керамзитобетона (ρ=1800кг/м3 ) толщиной δ кер =0,1м, теплопроводность которого находим по справочным данным таблицы 7 [1] λ кер = 0,92 Вт/(м×0С). Ширина пола равна b= 14м, до осевой линии соответственно 7 м. Потери теплоты через неутепленные полы определяем по зонам, паралельным наружним стенам. Сопротивление теплопередаче для первой зоны составляет R н. пол –2,15, для второй –4,3 и для третьей 8,6. Для остальной части пола –14,2 (м2×0С)/Вт. Площадь участков пола, примыкающего к углам в первой двухметровой зоне вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружних стен, образующих угол. Разделим площадь пола на двухметровые зоны и получим две зоны шириной по 2м и одну зону шириной 3 м. Площади данных зон равны: F
1 = F 2 = 122×2=244м2 ; F 3 = 122×3=366м2
Сопротивление теплопередаче R о пол (м2×0С)/Вт, для каждой из зон определяем по формуле
R у. пол= R н. пол + δ / λ
Зона 1 R у. пол= 2,15+ 0,1/0,92=2,15+0,11=2,26
Зона 2 R у. пол= 4,3+ 0,1/0,92=2,15+0,11=4,44
Зона 3 R у. пол= 8,6+ 0,1/0,92=2,15+0,11=8,71
Суммарные теплопотери по всем зонам пола
Ф п = 2×[(1/2,26)×244+(1/4,44)×244 + (1/8,71)×366]×(18+6)×0,9=
2×(108+55+42)×24×0.9=8856 Вт
Общие потери через все ограждения составят:
Ф= Σ Ф=8856×4+12400×4+198308=283332Вт
Добавочные теплопотери
Добавочные теплопотери определяются суммой теплопотерь расходуемой на:
-
вентиляцию помещения, -
испарение влаги, -
нагрев инфильтрующего воздуха
Вентиляция помещения
Поток теплоты теряемый на нагрев приточного воздуха определяется соотношением
Ф =0,278×Q ×ρ c(t в - t н )
Где Q нормативный воздухообмен, принимаемый равным Q =3м 3 /ч
ρ - плотность воздуха ρ=1,2κг/м 2
c- массовая изобарная теплоемкость воздуха c=1кДж/кг о С
Ф =0,278×3×1,2×1×24×122×14=41025 Вт
Для оценочного расчета максимального теплового потока расходуемого на вентиляцию воспользуемся методом укрупненных характеристик
Ф =q в×V × (t в - t н )
Где q в V- удельная тепловая характеристика здания, берется по приложению 13 и объем помещения
Ф =0,2 ×5551× (18+6)=26645 Вт
Испарение влаги
Поток теплоты теряемый на испарение влаги с мокрых поверхностей
определяется соотношением
Ф =0,278×2,49×W исп
Для данного случая эти потери не учитываются.
Нагрев инфильтрующего воздуха
Поток теплоты теряемый на нагрев наружного воздуха, инфильтрующегося через притворы окон, фрамуг, дверей и ворот определяется соотношением
Ф=Q ×ρ c (t в - t н )×Fп/3,6
Ф =3×1,2×1×24×122×14/3,6=40992 Вт
Тепловая мощность всей системы отопления определяется из уравнения теплового баланса и равна
Ф от =283332+41025×4+40992×4= 607800Вт=0.607МВт.
Из соотношения 1МВт=0,86Гкал/ч найдем 0,607×0,86=0,52 Гкал/ч. Отопительный сезон составляет 182 дня, следовательно 0,52×182×24=2270 Гкал.
2.2.4 Математическая модель энергобаланса здания
Система отопления предназначена для создания в помещениях здания температурной обстановки, соответствующей комфортной для человека или отвечающей требованиям технологического процесса. Выделяемая человеческим организмом теплота должна быть отдана окружающей среде так и в таком количестве, чтобы человек, находящийся в процессе выполнения какого-либо вида деятельности, не испытывал при этом ощущения холода или перегрева. Наряду с затратами на испарение с поверхности кожи и легких, теплота отдается с поверхности тела посредством конвекции и излучения. Интенсивность теплоотдачи конвекцией в основном определяется температурой и подвижностью окружающего воздуха, а посредством лучеиспускания - температурой поверхностей ограждений, обращенных внутрь помещения.
Температурная обстановка в помещении зависит от тепловой мощности системы отопления, а также от расположения обогревающих устройств,
теплофизических свойств наружных и внутренних ограждений, интенсивности других источников поступления и потерь теплоты. В холодное время года помещение в основном теряет теплоту через наружные ограждения и, в какой-то мере, через внутренние ограждения, отделяющие данное помещение от смежных, имеющих более низкую температуру воздуха. Кроме того, теплота расходуется на нагревание наружного воздуха, который проникает в помещение через не плотности ограждений, а также материалов, транспортных средств, изделий, одежды, которые холодными попадают снаружи в помещение.
При составлении энергобаланса промышленного предприятия удобно воспользоваться следующей обобщенной моделью. Qi и Qj - потоки теплоты, поступающие и удаляемые из объекта с потоками веществ Gi и Gj, например, с паром и конденсатом, топливом и уходящими газами и т. п.; QGi и QGj— потоки теплоты, подведенные к объекту и отведенные от него теплоносителями, циркулирующими по замкнутым контурам, например сетевой или оборотной водой; QFi и QFj - потоки теплоты, подведенные и отведенные через ограждения (стены, окна, полы, перекрытия зданий и др.); Ni и Nj — подведенная и отведенная электрическая или механическая энергия.
Понятно, что i ≠ j, поскольку в производстве имеют место многочисленные слияния и разделения потоков веществ, химические превращения, преобразования одних видов энергии в другие. Более того, количество различных видов потоков теплоты и энергии, подведенных к объекту и отведенных от него, как правило, также не совпадает.
В соответствии с принятой схемой уравнение энергобаланса объекта может быть представлено в виде:
| ΣQi + ΣQGi + ΣQFi + ΣNi = ΣQj + ΣQGj + ΣQFj + ΣNj, | (2.11) |
Правая часть уравнения включает как полезно используемые в дальнейшем потоки теплоты
| ΣQi + ΣQGjn, |
так и рассеиваемые в окружающую среду
| ΣQioc + ΣQGioc + ΣQFi. |
Поэтому уравнение (2.11) может быть преобразовано к виду:
| ΣQi + ΣQGi + ΣQFi + ΣNi = ΣQjп + ΣQGjп + ΣQjо.с + ΣQGjо.с + ΣQFj + ΣNj, | (2.12) |
В уравнении (2.11) отсутствуют составляющие ΣQFjп, ΣQFjo.c и ΣNjп, ΣNjo.c. Дело в том, что потоки теплоты через ограждения зданий, наружные поверхности оборудования и трубопроводов, расположенных на улице, — не что иное, как потери в окружающую среду, т. е. ΣQFjo.c = ΣQFj.
В учебном заведении имеются системы и установки с периодическим режимом работы. Поэтому для заведения, энергобаланс составляют не для произвольного
і
момента, а для интервала времени, в течение которого рабочий цикл полностью заканчивается. В качестве такого интервала могут быть, рабочая смена, сутки, месяц, квартал, отопительный или летний сезоны, календарный год. Правильный выбор указанного периода позволяет использовать уравнения вида (2.11) и (2.12), не вводя в них дополнительные члены, для учета накопления или убыли энергии в элементах объекта во времени.
Принципиальная схема (см. рис. 2.6) позволяет рассмотреть основные подходы к составлению энергетических балансов.
Очевидно, что для большей части видов энергобалансов их составляющие следует представлять в единых единицах измерения (предпочтительно в тоннах условного топлива) за рассматриваемый промежуток времени.
Приходная часть энергобаланса ΣQприх (потребление энергии) может включать: получение топлива QmΣ,электрической Qээ и тепловой Qтэ энергии со стороны и энергию, выработанную установками, утилизирующими энергию вторичных энергоресурсов, Qвэр.
Топливо, потребляемое предприятием Qm — топливо, используемое на производство тепловой и электрической энергии, потребляемой предприятием.
Тогда на энергообеспечение предприятия потребуется:
| ΣQприх = QmΣ +Qээ + Qтэ + Qвэр, | (2.13) |
На всех этапах движения энергии (получение, преобразование, распределение) существуют нерациональные расходы (потери) энергии Qпот.
С учетом затрат энергии на собственные нужды в собственном источнике энергии и потерь энергии потребление энергии составит:
| Qпотр = Qээ +Qтэ + Q'ээ + Q'тэ – Qсн+ QВЭР – ΣQпот, | (2.14) |