Температура воды на выходе из отопительной системы

; (4.2)

°C;

Аналогично производится расчёт температуры воды на выходе из отопительной системы при остальных текущих температурах наружного воздуха. Полученные значения сведены в Таблицу 4.1.

4.2.3 Температура воды после смесительного устройства (элеватора)

, (4.3)

°C;

Аналогично производится расчёт температуры воды после смесительного устройства при остальных текущих температурах наружного воздуха. Полученные значения сведены в Таблицу 4.1, температурные графики на рис.4.1.

При > регулирование отопительной нагрузки не осуществляется

 

Таблица 2.1 Результаты расчётов регулирования отопительной нагрузки

	0,2222		41,6798	50,5303
	0,2888		41,6798	50,5303
2,069	0,3540	70,0015	41,6798	50,5303
	0,4	75,9890	43,9890	53,9890
-5	0,5111	90,2027	49,3138	62,0915
-10	0,6222	104,1288	54,3504	69,9060
-15	0,7333	117,827	59,1603	77,4956
-20	0,8444	131,34	63,7844	84,8955
-25	0,9555	144,6963	68,2518	92,1407
-27

 

При t_тек = 2,069 ºС имеем = 70ºС, то есть тот предел температуры, который обусловлен требованиями к температуре воды в местах водоразбора, иначе говоря – это координаты точки излома на температурном графике.

Рис.2.3 Температурный график регулирования отпуска теплоты

- температура теплоносителя в подающей линии тепловой сети верхний график;

- температура теплоносителя после отопительной установки нижний график;

- температура воды после смесительного устройства средний график.

 

2.3 Расчёт регулирования отпуска теплоты на горячее водоснабжение.

2.3.1 Расчет водяного эквивалента воды на горячее водоснабжение , кВт/К

,

где: средняя нагрузка на горячее водоснабжение, ;

температура воды в подающем трубопроводе в точке излома,

. температура воды в обратном трубопроводе в точке излома, .

По графику 41,68

 

2.3.2 Расчет водяного эквивалента водопроводной воды в кВт/К

,

где: средняя нагрузка на горячее водоснабжение, ;

температура горячей воды, ;

температура холодной воды, .

2.3.3 Расчетный средний температурный напор для подогревателя системы горячего водоснабжения:

 

.

 

2.3.4 Определим параметр секционного водо-водяного подогревателя:

 

,

.

 

2.3.5Задаемся произвольным значением температуры греющей воды на выходе из подогревателя системы горячего водоснабжения .

 

2.3.6. Значение водяного эквивалента сетевой воды для полученных температур

,

,

 

Вычислим значение при температуре наружного воздуха :

 

2.3.7 Из совокупности водяных эквивалентов выбираем меньший и больший водяные эквиваленты.

2.3.8 Безразмерная удельная тепловая нагрузка секционного подогревателя:

,

Вычислим безразмерная удельную тепловую нагрузку при

2.3.9 Фактическая тепловая нагрузка горячего водоснабжения, кВт.

Рассчитаем фактическую тепловую нагрузку горячего водоснабжения при

2.3.10 Фактическая температура сетевой воды на выходе из подогревателя горячего водоснабжения,

,

Расчет при

 

Таблица 2.2. Результаты расчета физической температуры сетевой воды из подогревателя ГВС.

 

	Wгв	Wб	Wм	е
	252,1951	252,1951	206,8	0,657368	8836,338	34,9623
	252,1951	252,1951	206,8	0,657368	8836,338	34,9623
2,069	252,1857	252,1857	206,8	0,657358	8836,421	34,96219
	220,0515	206,8	206,8	0,607843	8923,458	35,43732
-5	168,9469	206,8	168,9469	0,658298	9476,018	34,11392
-10	137,6314	206,8	137,6314	0,709593	9681,093	33,78747
-15	116,4061	206,8	116,4061	0,751286	9867,194	33,0617
-20	101,0358	206,8	101,0358	0,786194	10035,65	32,01227
-25	89,37192	206,8	89,37192	0,816072	10188,59	30,69413
-27	85,45455	206,8	85,45455	0,826888	10245,9	30,10123

 

На основании данных таблицы 2.2. строим график зависимости температуры сетевой воды от температуры наружного воздух

Рис 2.4 График температур сетевой воды на ГВС при закрытой системе теплоснабжения и параллельной схеме включения водо-водяных подогревателей ГВС на групповых или местных тепловых подстанциях.

График 2.5. График расхода сетевой воды на ГВС при закрытой системе теплоснабжения и параллельной схеме включения водо-водяных подогревателей ГВС на групповых или местных тепловых подстанциях.

2.4 Расчёт регулирования отпуска теплоты на вентиляцию

Всё тот же методический источник – [4]. В принципе, здесь рассчитывается водо-воздушный теплообменник (калорифер), нагревающий наружный воздух до температуры в помещении, при этом мы вновь завышаем таковую для производственного помещения до 18ºС, упрощая тем самым расчёт.

Эквивалент расхода сетевой воды на вентиляцию определяется решением следующей системы уравнений:

(2.5)

где 86325 Вт/К – эквивалент расхода первичного (греющего) теплоносителя, воды, при расчётной температуре наружного воздуха;

Вт/К – эквивалент расхода вторичного (нагреваемого) теплоносителя, воздуха, при расчётной температуре наружного воздуха;

= = 86325 Вт/К – меньший из эквивалентов расхода;

t_В1, t_В2 – температуры нагреваемого теплоносителя на «горячем» (t_В1) и «холодном» (t_В2) концах. В нашем случае t_В1 = t_пом = 18ºС, а t_В2 = t_тек;

W_П, W_В – текущие значения эквивалентов расхода первичного и вторичного теплоносителей. Поиском W_П мы и занимаемся, а W_В = = Вт/К ввиду того, что применяется качественное регулирование вентнагрузки;

– основной режимный коэффициент калорифера, примем его при температуре t_нр:

(2.6)

где ºС – среднеарифметический температурный напор в калорифере;

Тогда, по формуле 2.6: ;

Рассчитаем коэффициенты α и β для

Температура сетевой воды после вентиляционной установки:

(2.7)

Таблица 2.3 Результаты расчётов регулирования нагрузки на вентиляцию

tтек, ºС	кВт	, ºС		WП/ WВ,	WП, Вт/К	, ºС
			5,7	0,183	28084,46	20,07916
	1865,4		4,5	0,289	44351,96	27,94098
2,069		70,0015	3,76417	0,433	66451,21	34,98716
	2652,4	75,989	3,721611	0,445	68292,82	37,15036
-5		90,2027	3,639248	0,47	72129,49	42,52456
-10		104,1288	3,576029	0,491	75352,3	48,04557
-15		117,827	3,525061	0,51	78268,17	53,77797
-20		131,34	3,482632	0,526	80723,64	59,48992
-25		144,697	3,446441	0,541	83025,65	65,36003
-27			3,433333	0,548	84099,92	67,93095

Рис 2.3 График температур воды при комбинированном регулировании вентиляционной нагрузки

 

Рис 2.4 График расхода воды при комбинированном регулировании вентиляционной нагрузки

2.5 Средневзвешенная температура возвращаемого теплоносителя

Поток обратной сетевой воды образован смешением потоков после отопительной, вентиляционной и ГВС установок. Температура этой смеси определяется по формуле смешения:

(2.13)

В следующей главе нас будут интересовать непосредственно расходы, G, поэтому в итоговую таблицу включим именно их, а не эквиваленты (связь между расходом и его эквивалентом приведена в параграфе 2.1).

	Таблица 2.4 Результаты расчёта температурного графика тепловой сети
tтек, ºС	, ºС	, ºС	, ºС	, ºС	, ºС	GО, кг/с	GВ, кг/с	GГ, кг/с	GΣ, кг/с	, ºС
		41,6798	50,5303	20,07916	34,9623	65,40847	11,712992	67,1188164	144,240279	36,7998955
		41,6798	50,5303	27,94098	34,9623	89,74748	14,109061	67,1188164	170,97536	37,9090081
2,069	70,0015	41,6798	50,5303	34,98716	34,96219	113,5207	16,427585	67,1188164	197,06713	38,8339578
	75,989	43,989	53,989	37,15036	35,43732	115,3274	19,735119	63,1435729	198,206073	40,583731
-5	90,2027	49,3138	62,0915	42,52456	34,11392	118,3521	20,027557	55,5561645	193,935785	44,2584209
-10	104,1288	54,3504	69,906	48,04557	33,78747	120,2951	20,215309	49,886217	190,396578	48,2932487
-15	117,827	59,1603	77,4956	53,77797	33,0617	121,6517	20,346579	45,4558923	187,454188	52,2474262
-20	131,34	63,7844	84,8955	59,48992	32,01227	122,6503	20,443126	41,8802397	184,973661	56,1161892
-25	144,6963	68,2518	92,1407	65,36003	30,69413	123,4166	20,517219	38,9222878	182,856153	59,9329029
-27				67,93095	30,10123	123,6756	20,542262	37,8754579	182,093315	61,4676321

 

На основании данных таблиц 2.1; 2.2; 2.3; 2.4 строим графики зависимости температур воды от температуры наружного воздуха.

График 2.5. Суммарный график температур в зависимости от температур наружного воздуха

 

2.6 Расчёт расхода воды из тепловой сети.

Для определения расхода воды из тепловой сети и построения графика расхода необходимо задаться температурами наружного воздуха из заданного интервала температур и рассчитать по формулам нужные расходы, занести все полученные данные в таблицу и затем по ней построить графики. Как пример рассчитаем расходы для температуры наружного воздуха

Расходы сетевой воды на отопление и вентиляцию:

Расход сетевой воды на ГВС:

Суммарный расход сетевой воды в системах теплоснабжения определяется по формуле для закрытой системой теплоснабжения.

 

 

Таблица 2.5. Расходы воды на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение.

tтек, ºС	GО, кг/с	GВ, кг/с	GГ, кг/с	GΣ, кг/с
	65,40847	11,712992	67,1188164	144,240279
	89,74748	14,109061	67,1188164	170,97536
2,069	113,5207	16,427585	67,1188164	197,06713
	115,3274	19,735119	63,1435729	198,206073
-5	118,3521	20,027557	55,5561645	193,935785
-10	120,2951	20,215309	49,886217	190,396578
-15	121,6517	20,346579	45,4558923	187,454188
-20	122,6503	20,443126	41,8802397	184,973661
-25	123,4166	20,517219	38,9222878	182,856153
-27	123,6756	20,542262	37,8754579	182,093315

 

 

 

Рисунок 2.6. График изменения суммарных расходов теплоносителя для различных видов тепловой нагрузки.1- расход воды на отопление, 2- расход воды на веснтиляцию, 3- расход воды на ГВС

 

 

3. Гидравлический расчёт тепловой сети. Пьезометрический график. Выбор насосов

Расчёт ведём согласно с [1], [5] и [6]. Источник [1] при этом выступает более как руководящий документ, а [5] и [6] как методические.

Ввиду учебного характера проекта проведём гидравлический расчёт только для максимально зимнего периода, то есть при расчётной температуре наружного воздуха.

Диаметры труб прямого и обратного хода сетевой воды примем одинаковыми. В совокупности с тем, что вязкость и плотности воды, а также эквивалентная шероховатость приняты постоянными, такой шаг обеспечит нам одинаковое падение давления в подающем и обратном трубопроводах и, следовательно, упростит расчёт.

3.1 Расходы воды по объектам снабжения

Суммарный расчётный расход объекта:

, кг/с (4.1)

где k – коэффициент запаса который учитывает долю среднего расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, принимаем по [1] таблица 2, как для закрытой системы с мощностью более 100 МВт (см. табл. 1.3) k = 1,0:

, – температуры воды в подающем и обратном трубопроводах первичного теплоносителя подогревателя ГВС в точке излома температурного графика (т.е. когда расход воды на ГВС максимален, см. рис. 3.1), равны: ºС и ºС.

Расчётный расход воды на жилой район:

кг/с;

Расчётный расход воды на промышленное предприятие:

кг/с;

Суммарный расчётный расход теплосети: G = G₁ + G₂ = 157,41 + 100,12= 257,53 кг/с

3.2 Выбор и расчёт магистрали и ответвлений.

 

 

Имеются две магистрали: участок ТК и ПП и направление на жилой район, состоящее из участков И-ТК и ТК-ЖР. Необходимо определить главную магистраль. Определение главной магистрали проводится по расчету наибольших потерь давления, но в данном случае очевидно, что наиболее удаленным потребителем является жилой район, поэтому главной магистралью будет направление И-ЖР,поскольку на этом участке будут наибольшие потери давления.

Теперь займёмся расчётом этой магистрали (И - ТК - ЖР), который будем проводить в два этапа: предварительный и поверочный. Разбиение на этапы необходимо, потому что в начале расчёта неизвестных величин несколько. Предварительный этап расчёта – подпункты а – б. Остальные (в – к) – поверочный.

3.2.1 Участок И - ТК:

а) Задаёмся R_л = 75 Па/м;

б) Расход: G =257,53 кг/с

в) Расчитываем внутренний диаметр трубопровода

-коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости и плотности воды . Для водяных тепловых сетей

г) Подбираем трубу с ближайшим внутренним диаметром по [4] стальные трубы: наружный диаметр , d_вн = 466 мм, толщина стенки δ =7 мм, Условный проход d_О = 450 мм;

д) Скорость воды в трубопроводе:

е) Критерий Рейнольдса: . Здесь – кинематическая вязкость, примем её при средней температуре в магистральных трубопроводах ºС, 0,271·10^-6.

 

ж) Предельное число Рейнольдса:

;

з) Re > Re_пр значит гидравлическое трение считается по формуле Шифринсона:

;

и) Тогда по формуле Дарси уточняем величину линейной потери напора:

Па/м;

к) Поскольку нам неизвестно как расставлена арматура на трассе, то примем на каждом участке по 2 задвижки, по 1 тройнику, 1 компенсатор на 100 м, 1 сварочный шов на 25 м.

 

л) Потери давления на участке:

Па;

3.2.2 Участок ТК - ЖР:

а)Задаёмся R_л = 90 Па/м;

б)Расход: G =157,41 кг/с

в)Расчитываем внутренний диаметр трубопровода

-коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости и плотности воды . Для водяных тепловых сетей

г)Подбираем трубу с ближайшим внутренним диаметром по [4] стальные трубы: наружный диаметр , d_вн = 359 мм, толщина стенки δ =9 мм, Условный проход d_О = 350 мм;

д)Скорость воды в трубопроводе:

е)Критерий Рейнольдса: . Здесь – кинематическая вязкость, примем её при средней температуре в магистральных трубопроводах ºС, 0,271·10^-6.

 

ж)Предельное число Рейнольдса:

;

з)Re > Re_пр значит гидравлическое трение считается по формуле Шифринсона:

;

и)Тогда по формуле Дарси уточняем величину линейной потери напора:

Па/м;

к)Поскольку нам неизвестно как расставлена арматура на трассе, то примем на каждом участке по 2 задвижки, по 1 тройнику, 1 компенсатор на 100 м, 1 сварочный шов на 25 м.

 

л)Потери давления на участке:

Па;

3.2.3 Расчет ответвлений ТК-ПП:

Расчет ответвлений производим после окончательного расчета главной магистрали.

Принимаем равенство:

;

,

где -коэффициент линейных потерь напора в ответвлениях.

,

а)Расчитываем внутренний диаметр трубопровода

-коэффициент, зависящий от эквивалентной шероховатости и плотности воды . Для водяных тепловых сетей

г)Подбираем трубу с ближайшим внутренним диаметром по [4] стальные трубы: наружный диаметр , d_вн = 359 мм, толщина стенки δ =9 мм, Условный проход d_О = 350 мм;

д)Скорость воды в трубопроводе:

е)Критерий Рейнольдса: . Здесь – кинематическая вязкость, примем её при средней температуре в магистральных трубопроводах ºС, 0,271·10^-6.

 

ж)Предельное число Рейнольдса:

;

з)Re > Re_пр значит гидравлическое трение считается по формуле Шифринсона:

;

и)Тогда по формуле Дарси уточняем величину линейной потери напора:

Па/м;

к)Поскольку нам неизвестно как расставлена арматура на трассе, то примем на каждом участке по 2 задвижки, по 1 тройнику, 1 компенсатор на 100 м, 1 сварочный шов на 25 м.

 

л)Потери давления на участке:

Па;

 

Сравниваем значения ,устанавливаем диафрагму из условия

,

 

3.3 Результаты гидравлического расчёта

Сведём результаты расчётов параграфов 4.1 - 4.3 в таблицу:

Таблица 3.1 Результаты гидравлического расчёта сети при максимально зимнем режиме

Участок	G, кг/с	, м	dГ, мм	u, м/с	Rл, Па/м	, м	l	, Па	, м. вод. ст.
Магистральный трубопровод
И-ТК	257,53			1,59	49,1	526,75	0,0199		14,13
ТК-ЖР	157,41			1,64	74,8	418,49	0,021		31,44
Ответвления
ТК-ПП	100,12			1,01	29,24	232,50	0,021	65278,3	6,61

3.4 Пьезометрический график

Основные требования к пьезометрическому режиму сети по условиям надёжной работы можно свести к следующим:

1. Давление в сети не должно превышать допустимых давлений в элементах оборудования сети. Приведём величины допустимых давлений для элементов, которые нам потребуются:

– чугунные радиаторы – 60 м. вод. ст.;

– пароводяные теплообменники – 1,4 МПа = 145,6 м. вод. ст.;

– арматура и трубопроводы – 1,6 МПа = 166,4 м. вод. ст.;

2. Необходимо обеспечивать избыточное давление во всех элементах системы теплоснабжения для защиты от подсосов воздуха и кавитации насосов. Примем запас давления 5 м. вод. ст.

3. Необходимо обеспечивать невскипание сетевой воды при гидродинамическом режиме наличием избыточного давления. Значит в подающем трубопроводе давление должно быть следующим:
Р_под > Р_нас(t_нас) = 476 101 Па = 49,5227 м. вод. ст. Примем 50 м. вод. ст.

3.4.1 Гидростатический режим

Построение начинаем с гидростатического режима, когда циркуляции нет и система заполнена водой с температурой не выше 100ºС.

Самая высокая точка системы – это отопительные установки промышленного предприятия, имеющие высоту: Н_пп = Z₂ + h_зд2 = 2 + 15 = 17 м; Возьмём запас 5 м. вод. ст. во избежание подсосов воздуха в систему и кавитации насосов. Тогда полный статический напор сети Р_S = 22 м. вод. ст.

Самой низкой точкой системы являются отопительные установки промышленного предприятия (оно подключено через общий коллектор), их геометрическая высота составляет 0 м. На них будет действовать напор в 22 м. вод. ст., но это безопасно для отопительных установок ПП, поскольку допустимая по условиям прочности величина составляет 60 м. вод. ст. (чугунные радиаторы).

3.4.2 Гидродинамический режим

1. Давление в коллекторе обратного трубопровода на источнике принимаем: = 15 м. вод. ст. из условия нормальной работы насосов и учитывая опыты предыдущих построений, результаты которых здесь не приводятся. Заметим только, что полный статистический напор сети изменён до 60 м. вод. ст., что также не нарушает статический режим.

2. Давление в точке ТК: м. вод. ст.

3. Давление в обратном трубопроводе на абонентских вводах в жилые районы:

м. вод. ст.

4. Давление в прямом трубопроводе на абонентских вводах в жилые районы с учётом потерь давления в абонентской установке, 15 м. вод. ст.:

м. вод. ст.

5. В прямом трубопроводе в точке ТК: м. вод. ст.

6. Коллектор прямого трубопровода в точке И: м. вод. ст.

7. Нагнетательный патрубок сетевого насоса: м. вод. ст.

8. Здесь – потери в сетевых подогревателях.

9. Прямой трубопровод на вводе в ПП: м. вод. ст.

10. Обратного трубопровода на вводе в ПП: м. вод. ст.

Только что рассчитанный режим изобразим на рисунке 4.2 на следующей странице.

Рисунок 3.1 Пьезометрический график

 

3.5 Выбор насосов

Выбор любого насоса производится по напору и подаче. Имеет, конечно, значение вид перекачиваемой среды и температуры этой среды. В нашем случае подавать необходимо воду, с температурой не более 70ºС.

Выбранная нами схема подключения абонентов и подогрева воды предусматривает выбор насосов следующего назначения:

1. Сетевые – обеспечивают движение воды в сетевых трубопроводах. Источник [1] требует наличия не менее двух сетевых насосов, один из которых является резервным;

2. Подпиточные – компенсируют утечки воды в сети. Для закрытой сети их число также должно быть не менее двух, при одном резервном;

3. Циркуляционные – создают циркуляцию воды в локальных водяных системах. Требования к их количеству аналогичны предыдущим.

3.5.1 Сетевые насосы

Располагаемый напор сети, то есть напор который должен обеспечить насос:

ΔН_С = ΔН_Т + ΔН_ПОД + ΔН_ОБР + ΔН_АБ (4.1)

где ΔН_Т – уже упомянутые потери давления в сетевых подогревателях, ΔН_Т = 15 м. вод. ст.;

ΔН_ПОД – потери давления в подающей линии, ΔН_ПОД = ΔН_и-тк + ΔН_тк-жр = 14,13+31,44 =45,57
м. вод. ст.;

ΔН_ОБР – потери давления в обратной линии, ΔН_ОБР = ΔН_ПОД = 45,57 м. вод. ст.;

ΔН_у – потери давления в абонентской установке или располагаемый напор на абонентском вводе, принят ранее 15 м. вод. ст.;

Тогда по формуле (4.1):

ΔН_С = ΔН_Т + ΔН_ПОД + ΔН_ОБР + ΔН_АБ = 15 + 45,57 + 45,57 + 15 = 121,14 м. вод. ст. = 1187172 Па;

Подача сетевого насоса равна расчётному расходу сетевой воды G = G_тк-жр + G_тк-пп = 157,41 + 100,12 = 257,43 кг/с = 945,66 м³/ч.

В своём выборе мы будем руководствоваться данными [7], рис. П.5, [4], приложение 12 и [8]. Итак, выбираем насос СЭ-1250-140-11. Их будет установлено 2, один – рабочий, один – резервный. Характеристики насоса:

Таблица 3.2 Характеристика сетевого насоса

Насос	Подача, м3/ч	Напор, м. вод. ст.	Кавитационный запас, м. вод. ст.	КПД не менее, %	Частота, об/мин	Но, м. вод. ст.	SН,
СЭ-1250-70-11			7,5			169,8	246

Построим характеристику сети и насоса:

Сеть:

Характеристика выглядит следующим образом: . По одной известной нам точке на рабочем графике сети найдём параметр S:

= 138,09·10^-6 .

Насос:

Характеристика: , здесь Н_о – максимальный напор, S_Н – параметр насоса.

Построенную характеристику приведём на рисунке 3.1.

 

Рисунок 3.1 Характеристики насоса на сеть

Точка пересечения: V_Д = 1080м³/ч, Н_Д = 138м. вод. ст.

Выбранный насос нам подходит, поскольку V_Д > V_Р = G = 945,66 м³/ч, Н_Д > Н_Р = 121,14 м. вод. ст. и рабочая точка лежит в поле характеристики насоса (на рисунке 4.3 этого не видно).

Для летнего периода года:

Подача сетевого насоса равна G=G_тк-жр+G_тк-пп=70,63+46 = 116,63кг/с = 428,44м³/ч,

Располагаемый напор сети ΔН_С = = 63,5 м. вод. ст

В своём выборе мы будем руководствоваться данными [7], рис. П.5, [4], приложение 12 и [8]. Итак, выбираем насос СЭ-1250-70-11. Их будет установлено 2, один – рабочий, один – резервный. Характеристики насоса:

Таблица 3.2 Характеристика сетевого насоса

Насос	Подача, м3/ч	Напор, м. вод. ст.	Кавитационный запас, м. вод. ст.	КПД не менее, %	Частота, об/мин	Но, м. вод. ст.	SН,
СЭ-500-70-11						92,6	7,95 *10-6

Построим характеристику сети и насоса:

Сеть:

Характеристика выглядит следующим образом: . По одной известной нам точке на рабочем графике сети найдём параметр S:

= 41,81·10^-6 .

Насос:

Характеристика: , здесь Н_о – максимальный напор, S_Н – параметр насоса.

 

3.5.2 Подпиточные насосы

Напор этого насоса должен быть равен полному статистическому напору сети, то есть:

ΔН_П = P_S = 60 м. вод. ст.

Подача подпиточного насоса должна обеспечивать восполнение потерь в сети. Согласно [1], приложение 23: для закрытых систем теплоснабжения необходимо предусматри