Теплоты. Годовой запас условного топлива

 

Первым этапом проектирования системы теплоснабжения является определение расходов и необходимых параметров теплоты для всех присоединенных к этой системе потребителей.

Годовое потребление состоит из расходов на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение (ГВС) и технологию. Они, в свою очередь, складываются из теплопотреблений отдельных объектов теплоснабжения и по характеру протекания во времени подразделяются на сезонные и круглогодичные. Сезонные нагрузки очень зависят от климатических условий (в нашем случае основным условием будет являться температура наружного воздуха). К сезонным относятся нагрузки отопления и вентиляции. Круглогодичные – фактически не зависят от климатических условий, таковыми являются нагрузки ГВС и технологические.

В нашем проекте три объекта теплоснабжения: промышленное предприятие и 2 жилых района. Расходы теплоты промышленным предприятием нам заданы, необходимо определить величину теплопотребления в жилых районах.

Согласно исходным данным город-местоположение котельной – Иваново. Климатологические параметры расчетного города для холодного периода года принимаем по [3] и заносим их в Таблицу 3.1.

Таблица 3.1 Климатологические параметры расчётного города

Наименование	Обозначение	Размерность	Величина
Расчетная температура воздуха	tнр	ºС	- 30
Продолжительность отопительного периода	nо	сутки	236
Средняя температура воздуха в отопительный период	tср	ºС	- 4,4

 

Согласно [1] при разработке схем теплоснабжения расчетные тепловые нагрузки определяются:

а) для намечаемых к строительству промышленных предприятий — по укрупненным нормам развития основного (профильного) производства или проектам аналогичных производств;

б) для намечаемых к застройке жилых районов — по укрупненным показателям плотности размещения тепловых нагрузок или по удельным тепловым характеристикам зданий и сооружений согласно генеральным планам застройки районов населенного пункта.

Расчётную нагрузкуна отопление жилых и общественных зданий определяем по следующему выражению, Вт

Q_o¢ = q_o × F(1+k₁),                    (3.1)

где q_o – укрупненный показатель максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади, принимаемый по [1], Вт/м².

F – площадь жилых зданий, м²

k₁ – коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий, согласно рекомендациям [1] принимаем k₁ = 0,25;

Расчет ведем для двух жилых районов:

Для 1-го жилого района:

Высота зданий – 30 м, высота потолков ≈ 3 м, следовательно этажность принимаем

30/3 = 10 этажей. Здания возведены после 1985 года.

Для 2-го жилого района:

Высота зданий – 30 м, высота потолков ≈ 3м, этажность – 10 этажей. Здания возведены после 1985 года.

Получаем q_о = 83 Вт/м² для обоих жилых районов.

Площадь жилых зданий:

Для 1-го жилого района: F₁ = 270000 м²;

Для 2-го жилого района: F₂ = 162000 м²;

Определяем расчётную нагрузкуна отопление по районам по формуле (3.1)

Для 1-го жилого района:

 = q_o·F₁·(1 + k₁) = 83·270000·(1 + 0,25) = 28012500 Вт = 28,0125 МВт;

Для 2-го жилого района:

 = q_o·F₂·(1 + k₁) = 83·162000·(1 + 0,25) = 16807500 Вт = 16,807 МВт;

Расчётную тепловую нагрузкуна вентиляцию общественных зданий определяем по выражению, Вт

 = k₁·k₂·q_o·F,                      (3.2)

где k₂ – коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий, для зданий, построенных после 1985 года k₂ = 0,6;

Определяем расчётную тепловую нагрузкуна вентиляцию по районам.

Для 1-го жилого района:

 = k₁·k₂·q_o·F = 0,25·0,6·83·270000= 3361500 Вт = 3,3615 МВт;

Для 2-го жилого района:

 = k₁·k₂·q_o·F = 0,25·0,6·83·162000= 2016900 Вт = 2,0169 МВт.

Для общественных зданий, расположенных в жилом районе, а также если для них неизвестны расходы воды, рекомендуется по [1] расчет расхода теплоты определять в целом по жилому району:

 

 = , Вт (3.3)

 

где N_ж – число жителей:

Коэффициент 1,2 учитывает выстываение горячей воды в абонентских системах горячего водоснабжения [3].

а – средненедельная норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре 55ºС на одного человека в сутки, проживающего в здании с горячим водоснабжением. Принимаем как для жилых домов квартирного типа с централизованным горячим водоснабжением, оборудованных душами и ваннами длиной от 1,5 до 1,7 м, в соответствии с [3], а = 120 л/(сут·чел);

b – норма расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях, при температуре 55ºС, т.к. мы не располагаем более точными данными, по [3] рекомендуется принять b = 25 л/(сут·чел);

t_з – температура холодной (водопроводной) воды. Т.к. отсутствуют данные о температуре холодной водопроводной воды, ее принимаем в отопительный период t_з = 5ºC [1];

с_ср – средняя теплоёмкость воды в рассматриваемом интервале температур, с_ср = = 4 190 кДж/(кг·К) [4];

Число жителей:

Для 1-го жилого района: N_{ж 1} = 15000 чел.

Для 2-го жилого района: N_{ж 2} = 9000 чел.

Тогда тепловые нагрузки на ГВС:

Для 1-го жилого района:

 =  = 6,328МВт;

Для 2-го жилого района:

 =  = 3,797 МВт;

При расчете суммарной круглогодичной нагрузки системы централизованного теплоснабжения необходимо иметь величины средних нагрузок для сезонных потребителей теплоты. Такие нагрузки определяются по формулам в зависимости от средней температуры наружного воздуха за отопительный период t^ср.о_н

Для отопления

 

 (3.4)

 

Для вентиляции

 

 (3.5)

Для горячего водоснабжения

 =  (3.6)

Для технологии

Q_т = Q_т¢ (3.7)

где Q_о¢, Q_в¢, _, Q_т¢ - расчётные нагрузки на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологию, МВт;

t_вр- температура воздуха внутри помещения, ^оС;

t_нр, - расчётная температура наружного воздуха, ^оС;

t_н^ср.о – текущая температура наружного воздуха, ^оС.

Для жилых зданий t_вр =20 ^оС.

Для г.Иваново t_нр= -30 ^оС по [4];.

Зависимость тепловых нагрузок отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии от температуры наружного воздуха в соответствии с уравнениями (3.4) и (3.5) имеют прямые линии, поэтому для определения и построения графиков для систем вентиляции и отопления объектов достаточно двух значений, а для систем горячего водоснабжения и технологии всего одного.

В соответствии с формулами (3.4) и (3.5) получаем:

Для 1-го жилого района:

 МВт;

 МВт;

 = = 6,328 МВт.

 

Для 2-го жилого района:

 МВт;

 МВт;

= = 3,797 МВт.

 

Средний тепловой поток, на горячее водоснабжение жилых районов населенных пунктов в неотапливаемый период определяем по следующему выражению

 

 (3.8)

 

 - температуры холодной водопроводной воды летом и зимой, при отсутствии данных можно принять [1];

 - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду, принимаем при отсутствии данных для жилищно-коммунального сектора равным 0,8, для предприятий – 1 в соответствии с рекомендациями ;

Для 1-го жилого района:

4,05 МВт.

 

Для 2-го жилого района:

2,43 МВт.

 

Суммарные тепловые нагрузки по районам при расчётной температуре:

Отопление:  МВт;

Вентиляция:  МВт;

ГВС зимнее:  МВт;

ГВС летнее:  МВт;

На основании выполненных расчётов строим графики изменения подачи теплоты объектам.

Для первого и второго жилых районов суммарный график показан на рисунке 3.1.

 

Рисунок 3.1 – Графики изменения подачи теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в первом и втором жилых районах.

Нагрузка (Q) на: 1 – отопление первого и второго жилых районов; 2 – вентиляцию первого и второго жилых районов; 3– ГВС первого и второго жилых районов (зимняя); 4– ГВС первого и второго жилых районов (летняя); 5 – суммарный график по районам.

 

Выполним расчёт для построения графика изменения подачи теплоты для промышленного предприятия. По [1] для промышленного предприятия температура внутреннего воздуха t_в = 16 ^оС.

Из исходных данных нам известно:

расчётная нагрузка на отопление Q_o = 4,6 МВт;

расчётная нагрузка на вентиляцию Q_в = 2,1 МВт;

расчётная нагрузка на горячее водоснабжение Q_гв = 2,0 МВт;

расчётная нагрузка на технологию Q_т = 26 МВт.

В соответствии с формулами (3.4) и (3.5) получаем:

 

, МВт;

, МВт;

Q_гв= Q_гв(ПП)¢ = 2 МВт;

Q_т = Q_т(ПП)¢ = 26 МВт.

 

Значение летней нагрузки на горячее водоснабжение найдём по формуле (3.8):

 

1,6 МВт.

 

На основании выполненных расчётов строим график тепловых нагрузок потребителей промышленного предприятия, рисунок 3.2.

 

 

Рисунок 3.2 – Графики изменения подачи теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха в ПП.

Нагрузка (Q) на: 1 – отопление; 2 – вентиляцию; 3 – ГВС (зимняя); 4 – ГВС (летняя); 5 – технологию.

Для построения графика суммарного теплопотребления и графика годового теплопотребления необходимо знать число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха. Такие сведения предоставит [3].

 

Таблица 3.2 – Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха, ч

t, ºС	8	0	-5	-10	-15	-20	-25	-30	-35
n, час	5210	3800	2070	1300	635	275	102	42	5

 

Годовой расход топлива:

 

, (3.9)

 

где Q^год – суммарное годовое потребление теплоты, МДж/год;

Qн^р – низшая теплота сгорания условного топлива, МДж/кг; Qн^р = 29,3 МДж/кг;

h- КПД источника теплоснабжения; h= 0,9.

Годовой расход теплоты определяется по следующей формуле

 

Q^год = Qо^год + Qв^год + Qгвс^год + Qт^год , (3.10)

 

где Qо^год, Qв^год , Qгвс^год , Qт^год – годовые потребления теплоты на цели отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологии, ГДж/год.

Годовой расход теплоты на отопление для жилых и общественных зданий, ГДж/год:

 

Qо.ж^год = nот × Qо^ср × 3,6 × 24, (3.11)

 

где nот – продолжительность отопительного периода, nот = 236суток;

Qо^ср - суммарное среднее потребление теплоты на отопление, МВт. Qо^ср определяется по выражению

 

Qо^ср = Qо(1)^ср + Qо(2)^ср, (3.12)

 

где Qо(1)^ср, Qо(2)^ср- суммарное среднее потребление теплоты на отопление первого жилого района и второго жилого района, МВт, которое определяется соотношением

 

, МВт (3.13)

 МВт;

 МВт;

 

Тогда по формуле (3.12) определяем суммарное среднее потребление теплоты на отопление для жилых и обжественных зданий

Qо^ср = 13,67 + 8,2 = 21,87 МВт.

Определяется годовая нагрузка на отопление жилых и общественных зданий по формуле (3.11):

Qо.ж^год = 236 × 21,87 × 86,4 = 445938,05 ГДж/год.

Годовой расход теплоты на отопление на промышленном предприятии, ГДж/год:

, (3.14)

 

где z_п.п – число часов работы промышленного предприятия в сутки, примем z_п.п=24 ч/сут по ; Дежурного отопления на предприятии нет.

Определяем годовой расход теплоты на отопление по (3.14)

,

 

Суммарный годовой расход теплоты на отопление жилых районов и промышленного предприятия:

 

 

Определяется годовая нагрузка на вентиляцию в жилых и общественных зданиях:

Qв.ж^год = Qв^ср nв×z×3600×10^-3, (3.15)

где z – усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток (при отсутствии данных принимается равным 16 ч) [1];

Qв^ср - суммарное среднее потребление теплоты на вентиляцию, МВт.

Qв^ср = Qв(1)^ср + Qв(2)^ср, (3.16)

где Qв(1)^ср, Qв(2)^ср - суммарное среднее потребление теплоты на вентиляцию первого жилого района и второго жилого района, МВт, которое определяется по формуле

 

, МВт (3.17)

 МВт

 МВт

 

Суммарное среднее потребление теплоты на вентиляцию по формуле (3.17)

Qв.ж^ср = 1,64 + 0,984 = 2,624 МВт

Тогда по формуле (3.16)

Qв^год = 2,624 × 236 × 16 × 3,6 = 35669,61 ГДж/год.

Годовой расход теплоты на вентиляцию на промышленном предприятии, ГДж/год:

 

 (3.18)

 

Тогда суммарный годовой расход теплоты на вентиляцию:

 

 

Годовая нагрузка на горячее водоснабжение:

Qгв ^год = Qгв ж ^год + Qгв пп^год ,

где Qгв ж ^год - годовой расход теплоты на ГВС в жилых микрорайонах,

Qгв пп^год – годовой расход теплоты на ГВС промпредприятия.

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение жилых районов:

 

 (3.19),

 

где n_у – расчетное число суток в году работы системы горячего водоснабжения. При отсутствии данных следует принимать 350 суток [2].

 

ГДж/год.

 

Годовой расход теплоты на горячее водоснабжение промпредприятия:

 

,

так как вода подается только на душевой разбор, который работает только в течении двух часов в смену, то Т=9часа.

 

 ГДж/год.

Qгв ^год = 270278,21 + 21202,56 = 291480,77 ГДж/год.

 

Годовой расход теплоты на технологию:

 

, (3.20)

 

где n_год – годовое число часов использования максимума технологической тепловой нагрузки, ч/год, принятое значение соответствует 3^х-сменному режиму работы:

n_год = 8760 ч/год;

 

ГДж/год.

 

Суммарное годовое потребление теплоты:

Q^год = 458172,29 + 41254,54 + 291480,77 + 737942,4 = 1528850 ГДж/год

Годовой расход топлива:

 

 т/год у.т.

Полученные результаты будут использованы при выборе и расчете источника теплоснабжения.

Рисунок 3.3 – График годового расхода теплоты (График Россандера).