Реферат Вентиляция и кондиционирование
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Системы вентиляции
Любое производственное, офисное, или жилое здание требует монтажа системы вентиляции, которая становится неотъемлемой составляющей частью жизнедеятельности людей и объекта. Важность системы вентиляции в помещении бесспорна – Правила (СНиП) и государственные Строительные Нормы строго регулируют все требования к устройству системы вентиляции в любых помещениях. Если система вентиляции в помещениях замкнутого типа и на объектах по каким-то причинам отсутствует, то существенно повышается концентрация опасных и вредных веществ, Также увеличивается во много раз содержание микроорганизмов и углекислого газа. В подобных условиях значительно ухудшается самочувствие людей – не прекращаются головные боли и возникает непреодолимая сонливость, люди болеют инфекционными заболеваниями и, как следствие, у них резко понижается работоспособность. Присутствие системы вентиляции и кондиционирования для свежего воздуха жизненно важно. В данном разделе представлены терминология, понятия и основные параметры, необходимые для монтажа, расчета системы вентиляции и проектирования систем вентиляции.
Две важнейшие задачи, которые решает кондиционирование и система вентиляции:
1. Необходимые параметры комфортного микроклимата для людей
Минимально необходимая потребность одного человека в свежем воздухе составляет 20 м.куб./час (в соответствии со СНиП). Для создания комфорта и нормального самочувствия одного человека необходимо до 60 м.куб/час свежего воздуха при 50%относительной влажности и скорости воздухообмена 0,5м/сек в самом помещении. Кроме того, в зависимости от вида помещений необходимо учитывать показатель кратности воздухообмена, который регулируется СНиП.
2. Производственный микроклимат для обеспечения заданного технического процесса
Системы вентиляции классифицируют в зависимости от назначения:
1. Приточная вентиляция, с ее помощью в зимний период происходит подача разогретого и чистого и воздуха в помещение.
Составные части приточной вентиляции:
• Фильтрующее устройство
• Решетка для воздухозабора
• Обратный клапан
• Вентилятор приточного действия
• Подогреватель воздуха
• Виброглушитель
• Автоматика
• Регуляторы на воздуховодах
• Воздуховодные каналы
• Приточные диффузоры или решетки
Система автоматики вентиляции для управления приточной вентиляцией имеет особое значение и состоит из следующих узлов: пускатель, контроллер программируемый, механизмы для исполнения команд и реле для промежуточного пуска. При монтаже системы приточной вентиляции широко используется установка, которая содержит водяной калорифер. При помощи воздуховодов в помещениях распространяется воздух, который идет через вентиляционные решетки или приточные диффузоры в зоне потолка на максимально возможном расстоянии от вытяжного отверстия. При площади помещения около 20 кв. м. отвод воздуха происходит через приточные решетки вентиляции, если же само помещение имеет большой размер, то отвод воздуха производится с помощью каналов воздуховода. Приточного воздух имеет на 10% больший объем, чем вытяжной.
2. Приточно-вытяжная вентиляция для удаления загрязненного воздуха
Составные части приточно-вытяжной вентиляции:
• Наружная решетка для воздухозабора
• Вентилятор вытяжного действия
• Обратный клапан
• Виброглушитель
• Автоматика
• Регуляторы на воздуховодах
• Воздуховодные каналы
• Вытяжные решетки или диффузоры
Приточно-вытяжная вентиляция необходима в условиях, когда нельзя организовать естественный приток воздуха, а также при необходимости очистки поступающего наружного воздуха.
3. Рециркуляционная вентиляция, использующая воздушную массу для охлаждения или обогрева.
Заказ на установку и монтаж системы вентиляции:
1 стадия
- точный поэтажный план помещения. Необходимы данные наличию потолка из подвесных конструкций, по высоте потолка и размерам междупотолочного пространства;
- материал исполнения и толщина для перкрытий;
- материал исполнения и толщина перегородок и стен;
- назначение всех помещений;
- температурные и мощностные характеристики используемого оборудования;
- точное количество людей в помещениях;
- высота здания для отвода вытяжки на крышу;
- индивидуальные особенности объекта;
- выбор места для вентиляционного оборудования.
Обычно применяется расположение вентиляционной системы либо на улице, либо в подсобных помещениях. Каналы воздуховодов удобно располагать за подвесными потолками.
2 стадия
На основе предоставленных данных производится бесплатная и подробная консультация, кроме того, предлагается стоимость расчета систем вентиляции в виде предложения.
3 стадия
Приезд менеджера для обсуждения, корректировки и уточнения цифр по стоимости монтажа и проектирования системы вентиляции. При подборе оборудования используются Строительные Нормы и Правила (СНиПы).
4 стадия
Оформление и заключение договора поставки нужного оборудования и составление договора на монтажные работы в строгом соответствии с этапами, сроками и порядком оплаты. На произведенные работы предоставляется гарантия на поставленное оборудование и монтаж. Возможно заказать проект по системе вентиляции у сторонней проектной организации.
Состав вентиляционной системы.
Ассортимент вентиляционного оборудования огромен и позволяет создавать системы любого уровня сложности с, практически, неограниченным диапазоном параметров. Выбор компонентов вентиляционной системы должен быть технически и экономически обоснован и определяет стоимость системы вентиляции. В состав приточных и вытяжных систем, как правило входят вентиляторы, фильтры, шумоглушители, воздухонагреватели, воздухоохладители, теплоутилизаторы, увлажнители и осушители воздуха, системы управления, различные клапаны, воздухораспределительные устройства и воздуховоды. Необходимость использования и выбор типа того или иного устройства определяется в процессе проектирования.
Вентиляторы.
Используются во всех без исключения системах принудительной вентиляции. При правильном подключении – поток воздуха движется в нужном направлении и колесо вращается «в ту сторону», даже совершенно бестолково спроектированная и безобразно смонтированная система, в принципе, будет работать. При неправильном подключении вентилятора, что нечасто, но случается, при любительских монтажах, поломке или отсутствии такового, система, в принципе, может работать только в режиме естественной вентиляции.
Для того, чтобы система работала хорошо и долго, необходимо правильно подобрать вентилятор. Основными характеристиками вентилятора являются расход воздуха и свободный напор. Характеристики взаимосвязаны, поэтому тип вентилятора подбирается с учетом заданного расхода воздуха и рассчитанного сопротивления вентиляционной системы. Очевидно, что низконапорный осевой вентилятор нельзя использовать в системе с большим сопротивлением (строители часто используют). Неразумно также использовать высоконапорный центробежный вентилятор, в качестве оконного – будет сильно шуметь, потреблять много энергии, быстро выйдет из строя (заказчики часто предлагают использовать имеющиеся в наличии б.у. вентиляторы). Тип вентилятора – канальный, крышный, оконный и т.д выбираются исходя из конкретных особенностей обьекта.
Фильтры.
Устанавливая систему вентиляции в Антарктиде или высоко в горах, видимо, можно не задумываться о чистоте подаваемого в помещение воздуха, В городских условиях, необходимость очистки поступающего воздуха часто является основной причиной установки системы вентиляции, так как в свежем воздухе, поступающем через открытое окно, кроме необходимого для дыхания кислорода, содержится много такого, что в помещениях не нужно и даже вредно. Обычно используют фильтры 3-5 класса очистки, для офисов и жилых помещений этого вполне достаточно. Если к чистоте воздуха предъявляются повышенные требования, устанавливают более совершенные системы, включающие фильтры тонкой очистки, антибактериальные и дезодорирующие фильтры. В некоторых случаях, когда необходима очистка от вредных примесей выходящего воздуха, фильтры устанавливают на вытяжных системах. Одной из разновидностей подобных фильтров являются фильтры – жироуловители, которые предназначены для защиты от загрязнения вытяжных вентиляторов и воздуховодов, удаляющих загрязненный воздух из кухонь заведений общепита. Попытки сэкономить на данных приспособлениях приводят к быстрому выходу из строя вентиляторов, а покрытые жиром воздуховоды превращаются в комфортное жилище для тараканов.
Шумоглушители.
Понижение уровня шума от работающей системы вентиляции до приемлемого СЭС и соседями значения, является одной из наиболее сложных задач, особенно если данная система располагается в жилом доме или медицинском учреждении. Основным средством решения данной проблемы являются шумоглушители. Одни из самых распространенных - коммуникативные шумоглушители. В некоторых случаях, если этих мер недостаточно, используют шумоизоляцию вентиляторов, или всего помещения, где установлено оборудование (венткамеры). Дополнительная шумоизоляция требует дополнительных затрат, иногда немалых. Альтернатива – санкции СЭС и проблемы с соседями.
Воздухонагреватели и воздухоохладители.
Воздухонагреватели делятся на два основных класса – электрические и водяные. Преимуществом электрических нагревателей являются простота устройства и монтажа, удобство регулирования и независимость от сезонной работы системы отопления и вентиляции. Недостатком – большие эксплуатационные затраты, из-за высокой стоимости электроэнергии. К достоинствам водяных нагревателей можно отнести более низкие, по сравнению с электрическими эксплуатационные расходы, большую, по сравнению с электрическими, сложность в монтаже и обслуживании. В некоторых случаях также используют фреоновые и газовые воздухонагреватели. Выбор того или иного типа и модели нагревателя производится исходя из наличных источников энергии и технико- экономического обоснования. Следует отметить, что воздухонагреватели систем вентиляции не предназначены для обогрева помещения, только для предотвращения холодных сквозняков.
Воздухоохладители, устанавливаемые в системах центрального кондиционирования, делятся на водяные и фреоновые. В качестве источника холода и тем и другим требуются холодильные машины. В одном случае холодильная машина охлаждает воду, которая поступает в теплообменник воздухоохладителя, в другом, в теплообменник поступает холодный жидкий фреон. При охлаждении воздуха происходит конденсация содержащихся в нем водяных паров. Конденсат стекает в дренажный поддон и отводится в канализацию. Для предотвращения попадания влаги в вентиляционный канал, за воздухоохладителем установлен каплеуловитель. Воздухоохладители в системах приточной вентиляции позволяют исключить теплопритоки от приточного воздуха в жаркое время года. Для снятия других теплопритоков, поступающих в помещение, используют фанкойлы и внутренние блоки кондиционеров.
Теплоутилизаторы и системы естественной вентиляции и охлаждения.
Рост цен на энергоносители с одной стороны и стремление снизить эксплуатационные расходы с другой, способствовали росту интереса к энергосберегающим технологиям в области вентиляции и кондиционирования. Одним из способов снижения потребления энергии является утилизация тепла удаляемого воздуха в холодное время года, или холода в теплое. Для этой цели используют различные теплообменники: пластинчатые, роторные, с промежуточным теплоносителем, а также тепловые насосы. Наиболее эффективными устройствами являются роторные регенераторы. Они позволяют возвращать в помещение до 85% тепла и 70% влаги, не обмерзают при низких температурах наружного воздуха. Эффективность других теплоутилизаторов составляет от 50 до 75%. Если температура наружного воздуха ниже температуры воздуха в помещении, то для охлаждения этого помещения разумно использовать приточный воздух. Для этого в системы вентиляции и кондиционирования устанавливают регулируемые заслонки, обеспечивающие подачу наружного воздуха в объеме, необходимом для поддержания заданной температуры в помещении. Мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности, приводят к повышению стоимости оборудования, но, даже при достаточно низких ценах на энергоносители в России, могут быть экономически оправданы. Кроме того, в случае отсутствия необходимых объемов электрической или тепловой энергии, это единственно возможный путь создания полноценных систем вентиляции и кондиционирования.
Системы управления.
Существенное влияние на стоимость систем вентиляции и качество их работы оказывает набор автоматики, предназначенный для управления системой.
Стоимость систем вентиляции.
Стоимость систем вентиляции зависит от назначения вентиляции, объема подаваемого воздуха, типа и состава системы вентиляции, применяемых материалов и изделий. Так, например вытяжная вентиляция в квартире предусмотрена проектом здания, при этом считается, что свежий воздух должен поступать через окна. Современные условия таковы, что воздух, поступающий через окна в крупных городах, не отличается чистотой, зато подача воздуха через систему воздуховодов позволяет избежать сквозняков. Поэтому в квартире дополнительно устраивают только принудительную приточную вентиляцию с подготовкой воздуха –очистка, подогрев в холодное время года. Стоимость такой вентиляции в квартиру или коттедж составит от 1100 до 2400 рублей за 1 квадратный метр вентилируемой площади. Вентиляция офисных и административных помещений, торговых комплексов предполагает большую кратность воздухообмена, чем жилых и такую же подготовку воздуха, при этом предпочтительно наличие как притока, так и вытяжки. Стоимость системы вентиляции для небольшого, до 1000 м2 офиса составит от 1600 до 2400 рублей за 1 квадратный метр вентилируемой площади. При площади офиса более1000м2, стоимость за 1 квадратный метр вентилируемой площади составит от 800 до 1400 рублей Системы промышленной вентиляции рассчитываются не только исходя из потребности людей, занятых на производстве, но и в зависимости от технических процессов, происходящих на производстве. Поэтому, в зависимости от типа производства, стоимость промышленной вентиляции может быть от 1600 до 5500 рублей за 1 квадратный метр вентилируемой площади.
Системы кондиционирования
Кондиционирование воздуха – это автоматизированное поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температура, относительная влажность, чистота и скорость движения воздуха) с целью обеспечения оптимальных условий наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечение сохранности ценностей культуры.
Кондиционирование подразделяется на три класса:
1. Для обеспечения метеорологических условий, требуемых для технологического процесса при допускаемых отклонениях за пределами расчетных параметров наружного воздуха. В среднем 100 часов в год при круглосуточной работе или 70 часов в год при односменной работе в дневное время.
2. Для обеспечения оптимальных, санитарных или технологических норм при допускаемых отклонениях в среднем 250 часов в год при круглосуточной работе или 125 часов в год при односменной работе в дневное время.
3. Для обеспечения допустимых параметров, если они не могут быть обеспечены вентиляцией, в среднем 450 часов в год при круглосуточной работе или 315 часов в год при односменной работе в дневное время.
РАСЧЕТ СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Выбор и обоснование типа систем кондиционирования воздуха
Выбор и обоснование типа СКВ осуществляют на основе анализа условий функционирования кондиционируемого объекта, указанных в задании на проектирование.
Исходя из количества помещений, предусматривают одно- или многозональные системы кондиционирования воздуха, а затем производят оценку возможности их применения с рециркуляцией отработавшего воздуха, которая позволяет уменьшить расход тепла и холода.
СКВ с первой и второй рециркуляцией обычно используют для помещений, не требующих высокой точности регулирования температуры и относительной влажности.
Принятие окончательного решения по выбору принципиальной схемы обработки воздуха производят после определения производительности СКВ и расхода наружного воздуха.
Выбор схем воздухораспределения. Определение допустимой и рабочей разности температур.
По гигиеническим показателям и равномерности распределения параметров в рабочей зоне для большинства кондиционируемых помещений наиболее приемлемой является подача приточного воздуха с наклоном в рабочую зону на уровне 4…6 м и с удалением общеобменной вытяжки в верхней зоны.
1. Определяем допустимый перепад температур
Дtдоп = 2°С.
2. Определяем температуру приточного воздуха
tп = tв - Дtдоп (10)
tптеп = 22 – 2 = 20°С,
tпхол = 20 – 2 = 18 °С.
3. Определяем температуру уходящего воздуха
tу = tв + grad t(H – h),(11)
где grad t – градиент температуры по высоте помещения выше рабочей зоны, °С;
H – высота помещения, м;
h – высота рабочей зоны, м.
Градиент температуры по высоте помещения определяют в зависимости от удельных избытков явного тепла в помещении qя, Вт
qя = УQ/Vпом = (УQп-Qп+ Qя)/ Vпом (12)
qятепл = (40290,8 – 22800 + 22230)/1820,7 = 21,8 Вт
grad t = 1,2;
qяхол = (41945,2 – 34200 + 25650)/ 1820,7 = 18,3 Вт
grad t = 0,3.
tутепл = 22 + 1,2(6,3 – 1,5) = 27,76°С;
tухол = 20 + 0,3(6,3 – 1,5) = 21,44°С.
4. Определяем рабочую разность температур
Дtр = tу - tп(13)
Дtртепл = 27,76 – 20 = 7,76°С;
Дtрхол = 21,44 – 18 = 3,44°С.
Определение производительности систем кондиционирования воздуха
Для систем кондиционирования воздуха различают полную производительность G, учитывающую потерю воздуха на утечку в сетях приточных воздуховодов, кг/ч, и полезную производительность Gп, используемую в кондиционируемых помещениях, кг/ч.
Полезную производительность СКВ определяем по формуле
Gп = УQт/[(Jу – Jп)·0,278],(14)
где УQт – суммарные теплоизбытки в помещении в теплый период года, Вт;
Jу, Jп – удельная энтальпия уходящего и приточного воздуха в теплый период года, кДж/кг.
Gп = 40290,8/[(51 – 40) )·0,278] = 13176кг/ч.
Полную производительность вычисляем по формуле
G = Кп·Gп,(15)
где Кп – коэффициент, учитывающий величину потерь в воздуховодах.
G = 1,1·13176= 14493,6 кг/ч.
Объемную производительность систем кондиционирования воздуха L, м3/ч, находим по формуле
L = G/с,(16)
где с – плотность приточного воздуха, кг/м3
с = 353/(273+tп)(17)
с = 353/(273+20) = 1,2кг/м3;
L = 14493,6 /1,2 = 12078 м3/ч.
Определение количества наружного воздуха
Количество наружного воздуха, используемого в СКВ, влияет на затраты тепла и холода при тепловлажностной обработке, а также на расход электроэнергии на очистку от пыли. В связи с этим всегда следует стремиться к возможному уменьшению его количества.
Минимально допустимое количество наружного воздуха в системах кондиционирования воздуха определяют, исходя из требований:
- обеспечения требуемой санитарной нормы подачи воздуха на одного человека, м3/ч
Lнґ = l·n,(18)
где l – нормируемый расход наружного воздуха, подаваемого на одного человека, м3/ч;
n – число людей в помещении, чел.
Lнґ = 25·285 = 7125 м3/ч;
- компенсации местной вытяжки и создания в помещении избыточного давления
Lнґґ = Lмо + Vпом·Кґґ , (19)
где Lмо – объем местной вытяжки, м3/ч;
Vпом – объем помещения, м3;
Кґґ-кратность воздухообмена.
Lнґґ = 0 + 1820,7·2 = 3641,4 м3/ч.
Выбираем большее значение из Lнґ и Lнґґ и принимаем для дальнейших расчетов Lнґ = 7125 м3/ч.
Определяем расход наружного воздуха по формуле
Gн = Lн·сн, (20)
гдесн – плотность наружного воздуха, кг/м3.
Gн =7125·1,18 = 8407,5 кг/ч.
Проверяем СКВ на рециркуляцию:
1.G > Gн
14493,6 кг/ч >8407,5кг/ч, условие выполняется.
2. Jу < Jн
51 кДж/кг < 60 кДж/кг, условие выполняется.
3. В воздухе не должны содержаться токсичные вещества.
Примечание: все условия выполняются, поэтому применяем схему СКВ с рециркуляцией.
Принятый расход наружного Lн должен составлять не менее 10% от общего количества приточного воздуха, то есть должно выполняться условие
Gн≥ 0,1G
8407,5кг/ч ≥ 0,1· 14493,6
8407,5кг/ч ≥ 1449,36 кг/ч, условие выполняется.
Построение схемы процессов кондиционирования воздуха на
J
-
d
диаграмме
Построение схемы процессов кондиционирования воздуха для теплого периода года
Схема процессов кондиционирования воздуха на J-d диаграмме для теплого периода года приведена в приложении А.
Рассмотрим порядок построения схемы СКВ с первой рециркуляцией.
а) нахождение на J-d диаграмме положения точек Н и В, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха, по параметрам, которые приведены в таблицах 1 и 2;
б) проведение через т. В луча процесса с учетом величины углового коэффициентает ;
в) определение положения других точек:
- т. П ( то есть состояние приточного воздуха), которая лежит на пересечении изотермы tп с лучом процесса;
- т. Пґ ( то есть состояние приточного воздуха на выходе из второго воздухонагревателя ВН2), для чего от т. П вертикально вниз откладывают отрезок в 1°С ( отрезок ППґ характеризует нагрев приточного воздуха в воздуховодах и вентиляторе);
- т. О ( то есть состояние воздуха на выходе из оросительной камеры), для чего от т. Пґ вниз по линии d = const проводят линию до пересечения с отрезком ц = 90% ( отрезок ОПґ характеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателе ВН2);
- т. У ( то есть состояние воздуха, уходящего из помещения), лежащей на пересечении изотермы tу с лучом процесса ( отрезок ПВУ характеризует ассимиляцию тепла и влаги воздухом в помещении);
- т. Уґ ( то есть состояние рециркуляционного воздуха перед его смешиванием с наружным воздухом), для чего от т. У по линииd = const
откладывают вверх отрезок в 0,5 °С ( отрезок УУґ характеризует нагрев уходящего воздуха в вентиляторе);
- т. С ( то есть состояние воздуха после смешивания рециркуляционного воздуха с наружным воздухом).
Точки Уґ и Н соединяют прямой. Отрезок УґН характеризует процесс смешивания рециркуляционного и наружного воздуха. Точка С находится на прямой УґН ( на пересечении с Jс).
Удельную энтальпию Jс, кДж/кг, точки С вычисляем по формуле
Jс = (Gн· Jн + G1р· Jуґ)/ G, (21)
гдеJн – удельная энтальпия наружного воздуха, кДж/кг;
Jс – удельная энтальпия воздуха, образовавшегося после смешения наружного и рециркуляционного, кДж/кг;
G1р – расход воздуха первой рециркуляции, кг/ч
G1р =G - Gн (22)
G1р =14493,6– 8407,5= 6086,1 кг/ч
Jс = (8407,5 ·60+6086,1 ·51)/ 14493,6= 56,4 кДж/кг
Точки С и О соединяют прямой. Получившийся отрезок СО характеризует политропический процесс тепловлажностной обработки воздуха в оросительной камере. На этом построение процесса СКВ заканчивают. Параметры базовых точек заносим по форме в таблицу 4.
Построение схемы процессов кондиционирования воздуха для холодного периода года
Схема процессов кондиционирования воздуха на J-d диаграмме для холодного периода года приведена в приложении Б.
Рассмотрим порядок построения схемы с первой рециркуляцией воздуха на J-d диаграмме.
а) нахождениена J-d диаграмме положения базовых точек В и Н, характеризующих состояние наружного и внутреннего воздуха, по параметрам, которые приведены в табл. 1, 2;
б) проведение через т. В луча процесса с учетом величины углового коэффициента ех;
в) определение положения точек П, У, О:
- т. У, расположенной на пересечении изотермы tу ( для холодного периода) с лучом процесса;
- т. П, расположенной на пересечении изоэнтальпы Jп с лучом процесса; численное значение удельной энтальпии Jп приточного воздуха для холодного периода года вычисляют предварительно из уравнения
Jп = Jу – [УQх/(0,278·G)],(23)
гдеJу – удельная энтальпия воздуха, уходящего из помещения в холодный период года, кДж/кг;
Qх – суммарные полные теплоизбытки в помещении в холодный период года, Вт;
G – производительность СКВ в теплый период года, кг/ч.
Jп = 47 - [41945,2/(0,278·14493,6)] = 38,6 кДж/кг
Отрезок ПВУ характеризует изменение параметров воздуха в помещении.
- т. О (то есть состояние воздуха на выходе из оросительной камеры), расположенной на пересечении линии dп с линией ц = 90%; отрезок ОП характеризует нагрев воздуха во втором воздухонагревателе ВН2;
- т. С (то есть состояние воздуха после смешения наружного воздуха, прошедшего нагрев в первом воздухонагревателе ВН1, с уходящим из помещения воздухом), расположенной на пересечении изоэнтальпы Jо с линией dс; численное значение вычисляют по формуле
dс = (Gн· dн + G1р· dу)/ G (24)
dс = (8407,5· 0,8 + 6086,1 · 10)/ 14493,6= 4,7 г/кг.
- т. К, характеризующей состояние воздуха на выходе из первого воздухонагревателя ВН1 и находящейся на пересечении dн (влагосодержание наружного воздуха) с продолжениемпрямой УС.
Параметры воздуха для базовых точек заносим по форме в таблицу 5.
Таблица 5 – Параметры воздуха в базовых точках в холодный период года
| Базовая Точка | Параметры воздуха | |||||||||
| температура t, °С | Удельная энтальпия J, кДж/кг | Влагосодержание d, г/кг | Относительная влажность ц, % | |||||||
| П | 13,8 | 38,6 | 9,2 | 85 | ||||||
| В | 20 | 45 | 9,8 | 68 | ||||||
| У | 21,44 | 47 | 10 | 62 | ||||||
| О | 14,2 | 37 | 9,2 | 90 | ||||||
| С | 25 | 37 | 4,8 | 25 | ||||||
| Н | -18 | -16,3 | 0,8 | 90
| ||||||
| К | 28 | 30 | 0,8 | 4 | ||||||
Тепловые сети
Тепловая сеть - это система прочно и плотно соединенных между собой участников теплопроводов, по которым теплота с помощью теплоносителей (пара или горячей воды) транспортируется от источников к тепловым потребителям.
Основными элементами тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие при его эксплуатации.
Наиболее ответственными элементами являются трубы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя, обладать низким коэффициентом температурных деформаций, малой шероховатостью внутренней поверхности, высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты, неизменностью свойств материала при длительном воздействии высоких температур и давлений.
Снабжение теплотой потребителей (систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из трех взаимосвязанных процессов: сообщения теплоты теплоносителю, транспорта теплоносителя и использования теплового потенциала теплоносителя. Системы теплоснабжения классифицируются по следующим основным признакам: мощности, виду источника теплоты и виду теплоносителя.
По мощности системы теплоснабжения характеризуются дальностью передачи теплоты и числом потребителей. Они могут быть местными и централизованными. Местные системы теплоснабжения - это системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях (печи). Централизованные системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.
По виду источника теплоты системы централизованного теплоснабжения разделяют на районное теплоснабжение и теплофикацию. При системе районного теплоснабжения источником теплоты служит районная котельная, теплофикации-ТЭЦ.
По виду теплоносителя системы теплоснабжения делятся на две группы: водяные и паровые.
Теплоноситель – среда, которая передает теплоту от источника теплоты к нагревательным приборам систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.
Теплоноситель получает теплоту в районной котельной (или ТЭЦ) и по наружным трубопроводам, которые носят название тепловых сетей, поступает в системы отопления, вентиляции промышленных, общественных и жилых зданий. В нагревательных приборах, расположенных внутри зданий, теплоноситель отдает часть аккумулированной в нем теплоты и отводится по специальным трубопроводам обратно к источнику теплоты.
В водяных системах теплоснабжения теплоносителем служит вода, а в паровых - пар. В Беларуси для городов и жилых районов используются водяные системы теплоснабжения. Пар применяется на промышленных площадках для технологических целей.
Системы водяных теплопроводов могут быть однотрубными и двухтрубными(в отдельных случаях многотрубными). Наиболее распространенной является двухтрубная система теплоснабжения (по одной трубе подается горячая вода потребителю, по другой, обратной, охлажденная вода возвращается на ТЭЦ или в котельную). Различают открытую и закрытую системы теплоснабжения. В открытой системе осуществляется "непосредственный водоразбор", т.е. горячая вода из подающей сети разбирается потребителями для хозяйственных, санитарно - гигиенических нужд. При полном использовании горячей воды может быть применена однотрубная система. Для закрытой системы характерно почти полное возвращение сетевой воды на ТЭЦ (или районную котельную).
К теплоносителям систем централизованного теплоснабжения предъявляют следующие требования: санитарно- гигиенические (теплоноситель не должен ухудшать санитарные условия в закрытых помещениях - средняя температура поверхности нагревательных приборов не может превышать 70-80), технико-экономические (чтобы стоимость транспортных трубопроводов была наименьшей, масса нагревательных приборов - малой и обеспечивался минимальный расход топлива для нагрева помещений) и эксплуатационные (возможность центральной регулировки теплоотдачи систем потребления в связи с переменными температурами наружного воздуха).
Направление теплопроводов выбирается по тепловой карте района с учетом материалов геодезической съемки, плана существующих и намечаемых надземных и подземных сооружений, данных о характеристике грунтов и т. д. Вопрос о выборе типа теплопровода (надземный или подземный) решается с учетом местных условий и технико-экономических обоснований.
При высоком уровне грунтовых и внешних вод, густоте существующих подземных сооружений на трассе проектируемого теплопровода, сильно пересеченной оврагами и железнодорожными путями в большинстве случаев предпочтение отдается надземным теплопроводам. Они также чаще всего применяются на территории промышленных предприятий при совместной прокладке энергетических и технологических трубопроводов на общих эстакадах или высоких опорах.
В жилых районах из архитектурных соображений обычно применяется подземная кладка тепловых сетей. Стоит сказать, что надземные теплопроводные сети долговечны и ремонтопригодны, по сравнению с подземными. Поэтому желательно изыскание хотя бы частичного использования подземных теплопроводов.
При выборе трассы теплопровода следует руководствоваться в первую очередь условиями надежности теплоснабжения, безопасности работы обслуживающего персонала и населения, возможностью быстрой ликвидации неполадок и аварий.
В целях безопасности и надежности теплоснабжения, прокладка сетей не ведется в общих каналах с кислородопроводами, газопроводами, трубопроводами сжатого воздуха с давлением выше 1,6 МПа. При проектировании подземных теплопроводов по условиям снижения начальных затрат следует выбирать минимальное количество камер, сооружая их только в пунктах установки арматуры и приборов, нуждающихся в обслуживании. Количество требующих камер сокращается при применении сильфонных или линзовых компенсаторов, а также осевых компенсаторов с большим ходом (сдвоенных компенсаторов), естественной компенсации температурных деформаций.
На не проезжей части допускаются выступающие на поверхность земли перекрытия камер и вентиляционных шахт на высоту 0,4 м. Для облегчения опорожнения (дренажа) теплопроводов, их прокладывают с уклоном к горизонту. Для защиты паропровода от попадания конденсата из конденсатопровода в период остановки паропровода или падения давления пара после конденсатоотводчиков должны устанавливаться обратные клапаны или затворы.
По трассе тепловых сетей строится продольный профиль, на который наносят планировочные и существующие отметки земли, уровень стояния грунтовых вод, существующие и проектируемые подземные коммуникации, и другие сооружения пересекаемые теплопроводом, с указанием вертикальных отметок этих сооружений.
Потери тепловой энергии при передаче.
Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе теплоэнергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичности) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.
Основной же проблемой, возникающей при решении этой задачи, является выявление наиболее крупных составляющих этих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект (цель энергосбережения) имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его тепловых потерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы теплоэнергетического оборудования (например, системы отопления), перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.
Источники потерь.
Любую теплоэнергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на три основные участка:
1. участок производства тепловой энергии (котельная);
2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);
3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).
Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения. Рассмотрим каждый участок в отдельности.
Участок производства тепловой энергии. Существующая котельная.
Главным звеном на этом участке является котлоагрегат, функциями которого является преобразование химической энергии топлива в тепловую и передача этой энергии теплоносителю. В котлоагрегате происходит ряд физико-химических процессов, каждый из которых имеет свой КПД. И любой котлоагрегат, каким бы совершенным он не был, обязательно теряет часть энергии топлива в этих процессах. Упрощенно схема этих процессов изображена на рисунке.
На участке производства тепловой энергии при нормальной работе котлоагрегата всегда существуют три вида основных потерь: с недожогом топлива и уходящими газами (обычно не более18%), потери энергии через обмуровку котла (не более 4%) и потери с продувкой и на собственные нужды котельной (около 3%). Указанные цифры тепловых потерь приблизительно близки для нормального не нового отечественного котла (с КПД около 75%). Более совершенные современные котлоагрегаты имеют реальный КПД около 80-85% и стандартные эти потери у них ниже. Однако они могут дополнительно возрастать:
· Если своевременно и качественно не проведена режимная наладка котлоагрегата с инвентаризацией вредных выбросов, потери с недожогом газа могут увеличиваться на 6-8 %;
· Диаметр сопел горелок, установленных на котлоагрегате средней мощности обычно не пересчитывается под реальную нагрузку котла. Однако подключенная к котлу нагрузка отличается от той, на которую рассчитана горелка. Это несоответствие всегда приводит к снижению теплоотдачи от факелов к поверхностям нагрева и возрастанию на 2-5% потерь с химическим недожогом топлива и уходящими газами;
· Если чистка поверхностей котлоагрегатов производится, как правило, один раз в 2-3 года, это снижает КПД котла с загрязненными поверхностями на 4-5% за счет увеличения на эту величину потерь с уходящими газами. Кроме того, недостаточная эффективность работы системы химводоочистки (ХВО) приводит к появлению химических отложений (накипи) на внутренних поверхностях котлоагрегата значительно снижающих эффективность его работы.
· Если котел не оборудован полным комплектом средств контроля и регулирования (паромерами, теплосчетчиками, системами регулирования процесса горения и тепловой нагрузки) или если средства регулирования котлоагрегата настроены неоптимально, то это в среднем дополнительно снижает его КПД на 5%.
· При нарушении целостности обмуровки котла возникают дополнительные присосы воздуха в топку, что увеличивает потери с недожогом и уходящими газами на 2-5%
· Использование современного насосного оборудования в котельной позволяет в два-три раза снизить затраты электроэнергии на собственные нужды котельной и снизить затраты на их ремонт и обслуживание.
· На каждый цикл "Пуск-останов" котлоагрегата тратится значительное количество топлива. Идеальный вариант эксплуатации котельной - ее непрерывная работа в диапазоне мощностей, определенном режимной картой. Использование надежной запорной арматуры, высококачественной автоматики и регулирующих устройств позволяет минимизировать потери, возникающие из-за колебаний мощности и возникновения нештатных ситуаций в котельной.
Перечисленные выше источники возникновения дополнительных потерь энергии в котельной не являются явными и прозрачными для их выявления. Например, одна из основных составляющих этих потерь - потери с недожогом, могут быть определены только с помощью химического анализа состава уходящих газов. В то же время увеличение этой составляющей может быть вызвано целым рядом причин: не соблюдается правильное соотношение смеси топливо-воздух, имеются неконтролируемые присосы воздуха в топку котла, горелочное устройство работает в неоптимальном режиме др.
Таким образом, постоянные неявные дополнительные потери только при производстве тепла в котельной могут достигать величины 20-25%!
Потери тепла на участке его транспортировки к потребителю. Существующие трубопроводы теплосетей.
Обычно тепловая энергия, переданная в котельной теплоносителю, поступает в теплотрассу и следует на объекты потребителей. Величина КПД данного участка обычно определяется следующим:
· КПД сетевых насосов, обеспечивающих движение теплоносителя по теплотрассе;
· потерями тепловой энергии по длине теплотрасс, связанными со способом укладки и изоляции трубопроводов;
· потерями тепловой энергии, связанными с правильностью распределения тепла между объектами-потребителями, т.н. гидравлической настроенностью теплотрассы;
· периодически возникающими во время аварийных и нештатных ситуаций утечками теплоносителя.
При разумно спроектированной и гидравлически налаженной системе теплотрасс, удаление конечного потребителя от участка производства энергии редко составляет больше 1,5-2 км и общая величина потерь обычно не превышает 5-7%. Однако:
· использование отечественных мощных сетевых насосов с низким КПД практически всегда приводит к значительным непроизводительным перерасходам электроэнергии.
· при большой протяженности трубопроводов теплотрасс значительное влияние на величину тепловых потерь приобретает качество тепловой изоляции теплотрасс.
· гидравлическая налаженность теплотрассы является основополагающим фактором, определяющим экономичность ее работы. Подключенные к теплотрассе объекты теплопотребления должны быть правильно шайбированы таким образом, чтобы тепло распределялось по ним равномерно. В противном случае тепловая энергия перестает эффективно использоваться на объектах потребления и возникает ситуация с возвращением части тепловой энергии по обратному трубопроводу на котельную. Помимо снижения КПД котлоагрегатов это вызывает ухудшение качества отопления в наиболее отдаленных по ходу теплосети зданиях.
· если вода для систем горячего водоснабжения (ГВС) подогревается на расстоянии от объекта потребления, то трубопроводы трасс ГВС обязательно должны быть выполнены по циркуляционной схеме. Присутствие тупиковой схемы ГВС фактически означает, что около 35-45% тепловой энергии, идущей на нужды ГВС, затрачивается впустую.
Обычно потери тепловой энергии в теплотрассах не должны превышать 5-7%. Но фактически они могут достигать величины в 25% и выше!
Потери на объектах потребителей тепла. Системы отопления и ГВС существующих зданий.
Наиболее существенными составляющими тепловых потерь в теплоэнергетических системах являются потери на объектах-потребителях. Наличие таковых не является прозрачным и может быть определено только после появления в теплопункте здания прибора учета тепловой энергии, т.н. теплосчетчика. Опыт работы с огромным количеством отечественных тепловых систем, позволяет указать основные источники возникновения непроизводительных потерь тепловой энергии. В самом распространенном случае таковыми являются потери:
· в системах отопления связанные с неравномерным распределением тепла по объекту потребления и нерациональностью внутренней тепловой схемы объекта (5-15%);
· в системах отопления связанные с несоответствием характера отопления текущим погодным условиям (15-20%);
· в системах ГВС из-за отсутствия рециркуляции горячей воды теряется до 25% тепловой энергии;
· в системах ГВС из-за отсутствия или неработоспособности регуляторов горячей воды на бойлерах ГВС (до 15% нагрузки ГВС);
· в трубчатых (скоростных) бойлерах по причине наличия внутренних утечек, загрязнения поверхностей теплообмена и трудности регулирования (до10-15% нагрузки ГВС).
Общие неявные непроизводительные потери на объекте потребления могут составлять до 35% от тепловой нагрузки!
Главной косвенной причиной наличия и возрастания вышеперечисленных потерь является отсутствие на объектах теплопотребления приборов учета количества потребляемого тепла. Отсутствие прозрачной картины потребления тепла объектом обуславливает вытекающее отсюда недопонимание значимости принятия на нем энергосберегающих мероприятий.
Тепловая изоляция
Теплоизоляция, тепловая изоляция, термоизоляция, защита зданий, тепловых промышленных установок (или отдельных их узлов), холодильных камер, трубопроводов и прочего от нежелательного теплового обмена с окружающей средой. Так, например, в строительстве и теплоэнергетике теплоизоляция необходима для уменьшения тепловых потерь в окружающую среду, в холодильной и криогенной технике - для защиты аппаратуры от притока тепла извне. Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных ограждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т. п.) и затрудняющих теплопередачу; сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией. При преимущественном конвективном теплообмене для теплоизоляции используют ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене - конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например, из фольги, металлизированной лавсановой плёнки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) - материалы с развитой пористой структурой.
Эффективность теплоизоляции при переносе тепла теплопроводностью определяется термическим сопротивлением (R) изолирующей конструкции. Для однослойной конструкции R=d/l, где d - толщина слоя изолирующего материала, l - его коэффициент теплопроводности. Повышение эффективности теплоизоляции достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками.
Задача теплоизоляции зданий - снизить потери тепла в холодный период года и обеспечить относительное постоянство температуры в помещениях в течение суток при колебаниях температуры наружного воздуха. Применяя для тепловой изоляции эффективные теплоизоляционные материалы, можно существенно уменьшить толщину и снизить массу ограждающих конструкций и таким образом сократить расход основных стройматериалов (кирпича, цемента, стали и др.) и увеличить допустимые размеры сборных элементов.
В тепловых промышленных установках (промышленных печах, котлах, автоклавах и т. п.) теплоизоляция обеспечивает значительную экономию топлива, способствует увеличению мощности тепловых агрегатов и повышению их КПД, интенсификации технологических процессов, снижению расхода основных материалов. Экономическую эффективность теплоизоляции в промышленности часто оценивают коэффициентом сбережения тепла h= (Q1 - Q2)/Q1 (где Q1 - потери тепла установкой без теплоизоляции, а Q2 - c теплоизоляцией). Теплоизоляция промышленных установок, работающих при высоких температурах, способствует также созданию нормальных санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала в горячих цехах и предотвращению производственного травматизма.
Теплоизоляционные материалы
Основные области применения теплоизоляционных материалов — изоляция ограждающих строительных конструкций, технологического оборудования (промышленных печей, тепловых агрегатов, холодильных камер и т. д.) и трубопроводов.
От качества изоляционной конструкции теплопровода зависят не только тепловые потери, но и его долговечность. При соответствующем качестве материалов и технологии изготовления тепловая изоляция может одновременно выполнять роль антикоррозийной защиты наружной поверхности стального трубопровода. К таким материалам, относятся полиуретан и производные на его основе - полимербетон и бион.
Основные требования к теплоизоляционным конструкциям заключается в следующем:
· низкая теплопроводность как в сухом состоянии так и в состоянии естественной влажности;
· малое водопоглощение и небольшая высота капиллярного подъема жидкой влаги;
· малая коррозионная активность;
· высокое электрическое сопротивление;
· щелочная реакция среды (pH>8,5);
· достаточная механическая прочность.
Основными требованиями для теплоизоляционных материалов паропроводов электростанций и котельных являются низкая теплопроводность и высокая термостойкость. Такие материалы обычно характеризуются большим содержанием воздушных пор и малой объемной плотностью. Последнее качество этих материалов предопределяет их повышенные гигроскопичность и водопоглощение.
Одно из основных требований к теплоизоляционным материалам для подземных теплопроводов заключается в малом водопоглащении. Поэтому высокоэффективные теплоизоляционные материалы с большим содержанием воздушных пор, легко впитывающие влагу из окружающего грунта, как правило, непригодны для подземных теплопроводов.
Различают жёсткие (плиты, блоки, кирпич, скорлупы, сегменты и др.), гибкие (маты, матрацы, жгуты, шнуры и др.), сыпучие (зернистые, порошкообразные) или волокнистые теплоизоляционные материалы. По виду основного сырья их подразделяют на органические, неорганические и смешанные.
Органические в свою очередь делятся на органические естественные и органические искусственные. К органическим естественным материалам относятся материалы, получаемые переработкой неделовой древесины и отходов деревообработки (древесноволокнистые плиты и древесностружечные плиты), сельскохозяйственных отходов (соломит, камышит и др.), торфа (торфоплиты) и др. местного органического сырья. Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо- и биостойкостью. Указанных недостатков лишены органические искусственные материалы. Очень перспективными материалами этой подгруппы являются пенопласты, получаемые путем вспенивания синтетических смол. Пенопласты имеют мелкие замкнутые поры и этим отличаются от поропластов – тоже вспененных пластмасс, но имеющих соединяющиеся поры и поэтому неиспользуемые в качестве теплоизоляционных материалов. В зависимости от рецептуры и характера технологического процесса изготовления пенопласты могут быть жесткими, полужесткими и эластичными с порами необходимого размера; изделиям могут быть приданы желаемые свойства (например, уменьшена горючесть). Характерная особенность большинства органических теплоизоляционных материалов — низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 150 °С.
Более огнестойки материалы смешанного состава (фибролит, арболит и др.), получаемые из смеси минерального вяжущего вещества и органического наполнителя (древесные стружки, опилки и т. п.).
Неорганические материалы. Представителем этой подгруппы является алюминиевая фольга (альфоль). Она применяется в виде гофрированных листов, уложенных с образованием воздушных прослоек. Достоинством этого материала является высокая отражательная способность, уменьшающая лучистый теплообмен, что особенно заметно при высоких температурах. Другими представителями подгруппы неорганических материалов являются искусственные волокна: минеральная, шлаковая и стеклянная вата. Средняя толщина минеральной ваты 6-7 мкм, средний коэффициент теплопроводности л=0,045 Вт/(м*К). Эти материалы не горючи, не проходимы для грызунов. Они имеют малую гигроскопичность (не более 2%), но большое водопоглащение (до 600%).
Лёгкие и ячеистые бетоны (главным образом газобетон и пенобетон), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита и др.
Неорганические материалы, используемые в качестве монтажных, изготовляют на основе асбеста (асбестовые картон, бумага, войлок), смесей асбеста и минеральных вяжущих веществ (асбестодиатомовые, асбестоизвестковокремнезёмистые, асбестоцементные изделия) и на основе вспученных горных пород (вермикулита, перлита).
Для изоляции промышленного оборудования и установок, работающих при температурах выше 1000 °С (например, металлургических, нагревательных и др. печей, топок, котлов и т. д.), применяют так называемые легковесные огнеупоры, изготовляемые из огнеупорных глин или высокоогнеупорных окислов в виде штучных изделий (кирпичей, блоков различного профиля). Перспективно также использование волокнистых материалов теплоизоляции из огнеупорных волокон и минеральных вяжущих веществ (коэффициент их теплопроводности при высоких температурах в 1,5—2 раза ниже, чем у традиционных).
Таким образом, имеется большое количество теплоизоляционных материалов, из которых может осуществляться выбор в зависимости от параметров и условий эксплуатации различных установок, нуждающихся в теплозащите.
