Тема I I. Расчет системы отопления.

Вопрос 43. Уравнение теплового баланса помещения. Расчет тепловых потоков потерь и теплопоступлений. (3, с.3..4, 6..13)

Отопление должно поддерживать постоянной температуру в помещении, что достигается при равенстве, равновесии между тепловыми потерями здания и теплопритоком. Уравнение теплового баланса:

,

где - потери из-за теплопередачи через наружные ограждения (стены, пол, чердачные перекрытия);

- потери инфильтрацией из-за поступления холодного воздуха в помещения через неплотности наружных ограждений;

- добавочные потери (испарение жидкостей, …);

-теплота на подогрев холодных предметов (материалов) и транспорта ();

- внутренние тепловыделения.

Основные потери через отдельные ограждения определяются по формуле:

,

где - площадь ограждения,

и - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха,

- общее сопротивление теплопередаче, (м² К)/Вт,

- общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м² К),

- коэффициент, который зависит о положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

,

где - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения,

- термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности,

- число слоев ограждения,

- толщина -го слоя, м,

- коэффициент теплопроводности материала -го слоя, Вт/(м К).

Величины , , , , , берутся из справочных таблиц.

исчисляют в процентах от основных потерь тепла:

1) для ограждений, обращенных на север, восток, северо-восток и северо-запад добавка 10%, а на юго-восток и запад – 5%;

2) если скорость ветра зимой в данной местности не более 5 м/с, то

- если ограждение защищено от ветра добавка 5%,

- если не защищено – 10.

При скорости ветра 5-10 м/с добавки удваиваются, при скорости более 10 м/с – утраиваются;

3) если 2 и более наружные стены – 5%.

Вопрос 44. Расчет количества и определение типа отопительных приборов. (3, с.14..17)

Количество отопительных приборов.

Площадь поверхности нагрева прибора:

, м²,

где - теплота от горячих трубопроводов, кВт,

- теплоотдача нагревательных приборов, кВт,

- коэффициент теплопередачи приборов – 6-12 Вт/(м² К),

- средняя температура теплоносителя в приборе,

- поправочный коэффициент, учитывающий способ установки прибора у стены под подоконником ( 1,04), в стенной нише ( 1,08), без ниши, закрыт под кожухом ( 1,5),

- коэффициент, учитывающий остывание воды в трубопроводах: открытая прокладка ( 1), скрытая прокладка ( 1,05).

Нагревательные приборы:

- радиаторы: гладкие чугунные сборные, штампованные из листовой стали, гнутые/сварные регистры из гладких труб, чугунные ребристые трубы;

- конвекторы из оребренных стальных труб;

- греющие бетонные панели с вмонтированными змеевиками из стальных труб.

1 эквивалентный квадратный метр (ЭКМ) прибора принимается поверхность с теплоотдачей 506 Вт при разности температур =64,5^оС, температура =95-70^оС и расходе теплоносителя =17,4 кг/с по схеме «сверху - вниз».

Теплота от неизолированных трубопроводов:

,

где - площадь наружной поверхности,

- коэффициент: подающая линия (под потолком - =0,25, вертикальные стояки - =0,5), обратная линия (под полом - =0,75, для подводов к прибору - =1).

Необходимое число секция прибора (чугунных радиаторов) считается по формуле: , где - площадь секции.

Вопрос 45. Основные правила гидравлического расчета систем водяного отопления. (3, с.17..20)

Задача расчета – определение экономичных диаметров трубопроводов, обеспечивающих подачу требуемого расхода при располагаемом (заданном) перепаде давлений (напоре). Экономичным называется диаметр, при котором общая стоимость системы отопления и ее эксплуатации будут наименьшими. Для систем с насосной циркуляцией применяют методику:

1. Выполняют в масштабе схему системы отопления с указанием магистральных трубопроводов, стояков, нагревательных приборов, арматуры и всех местных сопротивлений;

2. Определяют расчетные участки трубопроводов с неизменным расходом при заданной температуре и скорости течения теплоносителя. Отмечают (ставят) номера, длины участков и значения тепловых нагрузок всех приборов и участков.

3. Выявляют главное циркуляционное кольцо системы отопления (наибольшее по протяженности) через самый удаленный от теплового ввода в здание прибор и определяют общие потери давления в нем, которые должны быть не более расчетного циркуляционного давления в системе (располагаемого напора) .

,

где - динамическое давление потока жидкости, Па.

- расчетное циркуляционное давление в насосных системах. Для производственных и малоэтажных зданий давлением естественной циркуляции пренебрегают и тогда =10-12 кПа.

4. Определяют среднюю удельную потерю давления (на трение) в трубопроводах расчетного кольца , где - общая длина всех участков кольца, 0,65 – коэффициент, учитывающий долю потерь на трение в общих потерях давления.

5. Вычисляют расходы теплоносителя (воды) , кг/ч, через отдельные участки циркуляционного кольца: , где - тепловая нагрузка участка, - расчетный температурный напор (перепад).

6. Зная (Па/м) и расход , кг/ч, по номограмме 6 (3) подбирают диаметр трубопровода участка , уточнят и скорость теплоносителя , м/с. максимально допустимые скорости =1,2 м/с ( =15 мм), =1 м/с ( 20 мм) для жилых зданий; для вспомогательных помещений =2 м/с, для производственных зданий =3 м/с.

7. Для главного кольца заполняется бланк (по участкам):

Определяют суммарную потерю давления в кольце.

Диаметры подобраны правильно, если имеется не более 10% запас давления в кольце на неучтенные местные сопротивления и возможные неточности в монтаже системы: , где .

Аналогично рассчитываются остальные кольца системы отопления. Потери давления в различных кольцах не должны различаться более чем на 15%. Если различие, запас давления более 10%, можно уменьшить , тогда возрастает скорость , потери и . Если различие в контурах велико, избыток располагаемого давления можно уменьшить краном регулировки, устанавливаемом на подводах к нагревательному прибору. На практике, для несложных систем отопления достаточно рассчитать наибольшие и наименьшие кольца. Если различие в значения общих потерь давления меньше указанной нормы, тогда диаметры труб остальных, промежуточных колец определяют без расчета.

Вопрос 46. Схемы систем кондиционирования, их классификация. Условия комфортности.(1, с.63..65)

Задачей кондиционирования воздуха является поддержание состояния воздушной среды в помещениях в соответствии с потребностями людей или технологией производства. Она решается по принципу общеобменной вентиляции с регулированием количества и параметров приточного воздуха в соответствии с режимом его изменения в помещениях. В некоторых случаях системы кондиционирования могут осуществлять очистку воздуха от запахов, придание специальных запахов, ионизацию и др. В типовых кондиционерах, выпускаемых промышленностью, обеспечивается очистка и регулируемая обработка воздуха по температурно-влажностным параметрам.

Под кондиционированием подразумевают автоматическое поддержание параметров воздуха в помещении по принципу общеобменной вентиляции с охлаждением, подогревом, осушением, увлажнением, фильтрацией и дегазацией воздуха.

Классификация.

1. По назначению:

- комфортные – обеспечивают оптимальные (комфортные) санитарно-гигиенические условия для людей и применяются в жилых, общественных и промышленных зданиях;

- технологические – обеспечивают параметры воздушной среды, отвечающие требованиям технологии (могут быть локальные – обеспечивают нужные условия непосредственно у технологического оборудования или внутри него);

-комфортно-технологические – обеспечивают необходимые параметры воздушной среды для людей и технологического оборудования.

2. По сезонности:

- круглогодичные – обеспечивают режим во все периоды года;

- сезонные – в один из периодов (в теплый или холодный) в зависимости от климатических условий местности.

3. По месту обработки воздуха:

- центральные – источники тепла и влаги располагаются в едином агрегате (кондиционере), а обработанный воздух подается в несколько помещений;

- местные – кондиционер располагается в каждом обслуживаемом помещении;

- комбинированные (многозональные) – первичная обработка воздуха осуществляется в центральных кондиционерах, а приведение параметров приточного воздуха в соответствии с требованиями для каждого помещения – в местных доводчиках.

4. По степени централизации систем тепло- и хладоснабжения:

- автономные – каждый кондиционер имеет свою систему тепло- и хладоснабжения;

- неавтономные – тепло и холод приготавливаются централизованно и по трубопроводам подводятся к кондиционерам.

5. В зависимости от использования наружного и рециркуляционного воздуха:

- прямоточные – используется только наружный воздух, который обрабатывается в кондиционере, подается в помещения и после обработки в них выбрасывается наружу;

- рециркуляционные – в кондиционер поступает наружный воздух и воздух из помещений, после обработки смесь подается в кондиционируемые помещения, откуда воздух частично выбрасывается наружу, а частично вновь подается в кондиционер (бывают только рециркуляционные системы, но только там, где нет болезненных микроорганизмов или токсичных веществ).

Условия комфортности.

До 80% общей продолжительности жизни человек проводит в закрытых помещениях, поэтому к ним предъявляются повышенные требования.

Микроклимат помещения – совокупность теплового, воздушного и влажностного режимов в их взаимосвязи (взрослый человек при нормальных условиях выделяет в окружающую среду 85-120 Вт тепла: 20% - конвекция, 55% - излучение, 25% - испарение).

Количество выделяемой теплоты измеряется в зависимости от физической нагрузки и температуры воздуха внутри помещения . Существенное влияние оказывает температура внутренних поверхностей стен, пола, потолка , которая является средней радиационной температурой.

Влияние на микроклимат оказывают подвижность воздуха и его влажность.

Тепловое равновесие в организме человека называют комфортным при отсутствии напряжений в системе терморегуляции.

На рис. 23. показаны зоны комфортных сочетаний температур в жилых помещениях: 1- зимний период, 2 – летний период.

Кроме комфортных различают допустимые условия, когда дискомфорт незначителен.

Температурную обстановку помещения определяют двумя условиями комфортности:

1. Температура помещения должна соответствовать режиму в центре рабочей зоны: а) спокойное состояние =21-23^оС, б) легкая работа =19-21^оС, в) тяжелая работа =14-16^оС;

Для зимнего периода , где - средняя температура помещения.

2. Определяет дополнительные температуры нагретых или охлажденных поверхностей если они расположены в рабочей зоне человека.

Поверхности потолка и стен могут быть нагреты, тогда:

, , где - коэффициент облученности, который зависит от расположения и размеров поверхностей. - одна поверхность, - несколько поверхностей.

соответствует доле лучистого потока, падающей на поверхность элементарной площадки на голове человека от всей лучистой эмиссии.

Наружная температура оборудования и аппаратов в рабочей зоне не должны превышать 50^оС.

Основные требования к микроклимату приводятся в СН 245-71, а также в СНиП 2.04.05-86, ГОСТ 12.1.005-88.

В нормах указано, что температура пола может быть ниже температуры тела на 2-2,5^оС, но не выше 34^оС.

Обычно задаваемые климатические условия местности ввиду многообразия комбинаций параметров воздуха очерчиваются на I-d-диаграмме определенными границами, характеризующими наружный расчетный климат (рис. 24). Они определяются изотермами максимальных и минимальных температур и линиями относительных влажностей. В качестве летней расчетной величины служит теплосодержание, соответствующее средним значениям температуры и влажности наружного воздуха в данной местности в 13 часов самого жаркого месяца (практикуется и ограничение расчетного климата предельным значением абсолютного влагосодержания воздуха).

Микроклимат в помещениях назначают исходя из санитарных требований и технологических условий; определяются допустимые колебания температуры и влажности воздуха в помещении.

Сводные данные для обработки кондиционируемого воздуха, характеризующие наружный и внутренний климат, приведены на рисунке. При проектировании кондиционирующей установки должен быть обеспечен такой режим, чтобы при любых параметрах наружного воздуха, лежащих в пределах зоны наружных колебаний, параметры воздуха помещения не выходил за границу их допустимых колебаний. Процесс обработки приточного воздуха следует выбирать наиболее экономичным, а автоматическое регулирование – наиболее простым.

Вопрос 47. Режимы и методы обработки воздуха. (1, с.65..67, 72..73)

В установке для кондиционирования воздуха (см. рис. 25) воздух поступает через жалюзи 1, очищается от пыли фильтром 2, подогревается калорифером 4 первой ступени, теплоносителем которого являются горячая вода или пар.

Перед калорифером установлены клапаны 3, регулирующие количество поступающего воздуха (часть воздуха может пропускаться мимо калорифера). Подогретый воздух направляется в оросительную камеру для увлажнения.

Вода для орошения забирается из поддона 10 через фильтр 11 насосом 12, проходя фильтр 13, подается к форсункам 6. для предотвращения выноса капель из оросительной камеры перед ней и после нее установлены сепараторы 5. увлажненный воздух подогревается в калорифере 7 второго подогрева, проходит через клапаны 8 и с помощью центробежного вентилятора 14 с приводом 9 поступает в воздуховоды приточной вентиляции 15 и затем в вентилируемое помещение 16 и на выход 17.

Для использования избыточной теплоты, выделяющейся в помещении, создается рециркуляция воздуха. Часть воздуха первой рециркуляции 18 поступает в камеру смешения с воздухом, нагретым калорифером 4 первой ступени. Другая часть воздуха второй рециркуляции 19 поступает в камеру смешения с воздухом, прошедшим оросительную камеру.

По такой схеме работает кондиционер в зимний период.

В летний период необходимо охлаждать воздух, для чего может устанавливаться специальный воздухоохладитель (поверхностный или контактный). В поверхностном - воздух отдает теплоту поверхности труб, по которым пропускают холодную воду или хладоагент. В контактном – воздух охлаждается в результате непосредственного контакта с охлажденной водой. В данной схеме кондиционера охладителем является оросительная камера. В летнем режиме калорифер первой ступени отключен. Калорифер 7 второго подогрева может использоваться в некоторых схемах летнего кондиционирования для подогрева охлажденного и увлажненного воздуха после камеры.

Вопрос 48. Построение процессов кондиционирования (i-d-диаграмма). (1, с.67..72)

Для рассмотрения процессов тепловлажностной обработки воздуха представим кондиционер в виде схемы на рис.26,а), состоящей из секций. Цифрами 1, 2, 3, 4, 5 обозначим состояния воздуха после соответствующей обработки в разных секциях.

Для холодного периода года (см. рис. 26,б)) при расчетном режиме наружный воздух на I-d-диаграмме характеризуется расчетной точкой 1, требуемое состояние воздуха в помещении – точкой 5. В соответствии с расчетным режимом выделения вредностей находится угловой коэффициент луча процесса изменения тепловлажностного состояния воздуха в помещении:

,

где - избыточное количество теплоты, - количество влаги.

В результате выделения и влаги состояние воздуха изменяется в направлении, которое определяется коэффициентом (показывает насколько увеличивается теплосодержание воздуха при повышении его влагосодержания).

Система кондиционирования должна забирать наружный воздух из состояния точки1 перевести в состояние, характеризуемое точкой 4, для чего требуется его нагревание и увлажнение. Орошение в холодный период осуществляется с использованием адиабатного режима.

Наружный воздух в калорифере первого подогрева нагревается до состояния 2, в камере орошения увлажнятся до состояния 3, в калорифере второго подогрева доводиться до состояния 4. точка 3 в данном процессе называется условно точкой росы и лежит на линии относительной влажности 90-95%.

При расчетном режиме теплого периода года (см. рис.26,в)) наружный воздух состояния 1 поступает в камеру орошения, где осуществляется политропный процесс охлаждения 1-3 (с увлажнением или осушением). Далее воздух нагревается в калорифере второго подогрева до состояния 4 и направляется в помещения.

Схема с первой рециркуляцией и режимы тепловлажностной обработки воздуха показаны на рис. 27 (применяются при необходимости снижения требуемой теплоотдачи калориферов первого подогрева в холодный период, а также холодопроизводительности камеры орошения в теплый период года).

Отличие в том, что первым процессом в кондиционере с рециркуляцией является смешивание наружного воздуха (точка 1) с внутренним рециркуляционным (точка 6) и получение состояния смеси (точка 2). Параметры смеси могут быть найдены по формуле:

.

После этого смесь (точка 2) подвергается обработке как в прямоточном кондиционере для холодного и теплого периодов.

Применение в системах кондиционирования второй рециркуляции позволяет в ряде случаев избежать необходимости постановки калориферов второго подогрева. Схема показана на рис. 28.

Первая ступень обработки воздуха (калорифер первого подогрева и камера орошения) такая же, как в прямоточном кондиционере. Далее путем смешивания камерного воздуха 3 и рециркуляционного воздуха из помещения 5 добиваются получения смеси, соответствующей параметрам точки 4. Линия 3-4-5 должна иметь угловой масштаб .

Вопрос 51. Назначение и типы теплонасосных установок. (3, с.68..69), (6, с.204..208, л/р)

Все возрастающее потребление энергоресурсов делают актуальной проблему экономии топлива, а вместе с ней – экологическую.

Тепловые насосы позволяют в весьма больших размерах экономить топливо, снижают загрязнение окружающей среды. Для их работы требуется не топливо, а электроэнергия, транспорт которой значительно проще и дешевле. Они являются универсальными перспективными устройствами, которые можно применят как для обогрева, так и для охлаждения помещений, для одновременного производства теплоты и холода, для сушки и дистилляции и т.д.

Теплонасосные установки (ТНУ) включают три основных элемента: собственно тепловой насос (ТН) (по типам их различают парокомпрессионные, абсорбционные, пароэжекторные, термоэлектрические, газокомпрессионные и др.), низкопотенциальный источник теплоты (НПИТ) и потребитель теплоты (ПТ) (рис. 29).

По типу теплоносителей НПИТ и ПТ различают следующие ТНУ: воздухо-воздушные – используются в системах кондиционирования воздуха, сушильных установках, НПИТ – вытяжной воздух помещений, наружный воздух, отработавший сушильный агент; воздухо-водяные – используются для горячего водоснабжения, теплоснабжения и в технологических целях, НПИТ – аналогичен предыдущему; водо-воздушные – используются для кондиционирования воздуха, теплоснабжения ферм, теплиц, НПИТ – сточные воды, вода оборотных систем охлаждения, грунтовая вода, вода рек, водохранилищ; водо-водяные – используются для отопления, горячего водоснабжения, НПИТ – аналогичен предыдущему.

Все типы установок могут использоваться для утилизации и возврата в цикл тепла с различных технологических процессов.

Выбор схемы ТНУ определяется видом НПИТ. НПИТ могут быть как естественного (воздух, вода, грунт) так и искусственного происхождения (тепловые отходы различных производств, например, отходящие горячие газы промышленных печей в среднем содержат около 30-40% теплоты, поступающей в печи, охлаждающая вода в различных процессах).

Общая мощность ТНУ в мире более 100 МВт, в России – несколько ТНУ, суммарной мощностью около 1 МВт.

Вопрос 52. Тепловая схема, цикл и принцип работы парокомпрессионного теплового насоса (установки). (6, с.204..206)

Тепловые насосы относятся к установкам трансформации теплоты, к которым также относятся холодильные ( 120 К), криогенные ( =0..120 К) и комбинированные (, ) установки. Все данные установки работают по обратным термодинамическим циклам, в которых с затратой внешней работы происходит перенос тепловой энергии от тел с низкой температурой (теплоотдатчиков) к телам с высокой температурой (теплоприемникам). Но если функция холодильных и криогенных установок – охлаждение тел и поддержание низкой температуры в холодильной камере, т.е. отвод тепла, то основная функция тепловых насосов – подвод теплоты к высокотемпературному источнику, используя низкотемпературную тепловую энергию. При этом выгодно то, что количество получаемой высокотемпературной теплоты может быть в несколько раз выше затраченной работы. Рассмотрим идеальные циклы Карно установок трансформации теплоты (рис. 30).

Эффективность холодильных машин ( - полезный эффект) оценивается холодильным коэффициентом. Для теплового насоса используется понятие коэффициент трансформации ( - полезный эффект) или отопительный коэффициент, т.е. количество полученной теплоты на единицу затраченной работы.

, ,

, .

Наиболее распространены парокомпрессионные ТНУ (ПКТУ), в которых для сжатия рабочего тела (хладоагента) используется механическая или электрическая энергия. Так как процессы теплообмена с ПТ и НПТИ в них протекают в области влажнопарового состояния хладоагента, т.е. являются изобарно-изотермическими, поэтому циклы данных ТН близки к циклу Карно и термодинамически совершенны.

В качестве рабочего тела в ПКТУ обычно используются:

- аммиак (имеет высокую плотность, следовательно компактный компрессор, и большую теплоту парообразования, следовательно компактные теплообменники; однако он токсичен, взрывоопасен и коррозионно активен, но утечки легко обнаруживаются);

- фреон (хладоны) – галогенопроизводные предельных углеводородов.

Одноступенчатый парокомпрессионный цикл ТН (идеальный) (рис. 31).

Считаем: - температура окружающей среды, - температура НПТИ, - температура ПТ, - температура конденсации хладоагента, - температура испарения. Потерь в окружающую среду нет.

После подведения к хладоагенту в испарителе теплоты от НПТИ образующийся сухой пар (т. ) или перегретый после противоточного теплообменника То пар (т.1) поступает на вход компрессора Кп, в котором адиабатно () сжимается до давления Рк, определяемого температурой насыщения в конденсаторе (Рк=Рs(Тк)) (т. 2). В конденсаторе хладоагент отдает теплоту высокотемпературному потребителю , при этом сначала снимается перегрев пара (процесс или ) и затем происходит его изобарно-изотермическая конденсация (процесс ). Затем хладоагент в состоянии насыщенной жидкости (т.3) поступает либо в противоточный теплообменник То, где отдает теплоту на перегрев пара (процесс 3-4), либо при отсутствии То поступает сразу в дроссель Др, в котором дросселируется по линии с падением температуры и давления (процессы или 4-5). Образующийся важный пар поступает в испаритель Ип, где поглощая теплоту НПТИ превращается в сухой пар (процессы или ). Дроссель регулирует уровень , т.к. он задает разность давлений , а т.к. Тк=f(Рs=Рк) и Ти=f(Рs=Ри), то и разность . В некоторых мощных ТН вместо дросселя (гидравлического сопротивления) используют расширительную машину (поршневой или турбодетандер), работу расширения хладоагента в которой используют для уменьшения работы сжатия в компрессоре, тогда . Расширение в детандере изображается линией 4-6 (рис. 32).

Реальная установка имеет потери, вызванные необратимостью процессов сжатия (внутренняя) и теплообмена (внешняя).

Пусть теплообменник То отсутствует.

Внутренняя необратимость обусловлена вязкостью хладоагента и выделением теплоты внутреннего трения при сжатии в компрессоре (энтропия растет). Действительная работа сжатия , где - идеальная работа в обратимом процессе, - относительный внутренний КПД компрессора, - электромеханический КПД привода.

Внешняя необратимость объясняется необходимостью иметь разность температур для возникновения теплообмена, которая задается (определяется) площадью теплообменной поверхности при заданном тепловом потоке.

Поэтому и ,

и .

Вопрос 53. Тепловой расчет и выбор оборудования теплонасосных установок. (3, с.83..87)

Задано: тепловая нагрузка потребителя (кВт), температура подвода к нему теплоты и температура НПТИ .

1. Выбирают хладоагент;

2. Оценивают по рекомендациям , , , ;

3. Оценивают необходимость теплообменника - переохладителя;

4. Зная и находят и , строят цикл на TS и lgP-i – диаграммах;

5. Определяют и расход хладоагента ;

6. Определяют для компрессора: объемную подачу на входе ( - из диаграммы) и мощность , где - идеальные затраты энергии на сжатие газа;

7. Нагрузка испарителя ;

8. Коэффициент трансформации ;

9. Тепловой баланс: .

Зная , и , подбирают компрессор, определяют тип и размеры теплообменников (конденсатор, испаритель, переохладитель).

Вопрос 54. Теплонасосные установки для кондиционирования и вентиляции воздуха. (3, с.70..73)

При вентиляции и кондиционировании целесообразно использовать теплоту вытяжного нагретого воздуха помещения для подогрева приточного свежего воздуха из атмосферы. Обычно нагрев осуществляется калориферами и теплота сбрасываемого воздуха не используется.

1. ТНУ с промежуточным теплоносителем, работающая на фреоне-12 (рис. 33). Зимой установка подогревает приточный холодный воздух до 15-20^оС за счет охлаждения вытяжного воздуха до 0^оС. промежуточный теплоноситель соединяет теплообменники воздуха с теплообменниками теплового насоса, работающего по циклу ПКХУ. Если изменить направление движения воздуха от вентиляторов, тогда установка может использоваться летом для охлаждения приточного воздуха.

Наибольшее применение ТНУ могут иметь в производственных помещениях с высокой кратностью вентиляции и большими тепло- и влаговыделениями. При необходимости догрев приточного воздуха может проводиться различными калориферами.

2. ТНУ для осушки и подогрева (кондиционирования) (рис. 34).

Влажный (приточный) воздух охлаждается и осушается в испарителе за счет выпадения конденсата и подогревается в конденсаторе за счет использования теплоты конденсации влаги воздуха в испарителе. Испаритель и конденсатор могут располагаться также последовательно по ходу воздуха и на выходе будет более сухой и нагретый воздух. Отопительный коэффициент таких ТНУ равен 2-2,5. Подобные установки могут использоваться для утилизации тепла высоковлажного вытяжного воздуха, осушения воздуха с его подогревом и рециркуляцией, для осушения и подогрева наружного воздуха в районах с высокой влажностью атмосферного приточного воздуха.

Для установок вентиляции и кондиционирования в качестве НПТИ кроме воздуха могут использоваться незамерзающие водоемы (озера, пруды ТЭЦ), грунт (его воды), артезианская вода.

Вопрос 55. Теплонасосные установки для отопления и горячего водоснабжения. (3, с.74..77)

В качестве НПТИ могут использоваться вытяжной воздух, оборотный воздух или газ сушилок, сбросные воды производств, теплооборотные воды электростанций, солнечные коллекторы (водяные нагреватели) и т.д. Получаемая в таких ТНУ теплота может использоваться для отопления и горячего водоснабжения бытовых или жилых помещений, бань, плавательных бассейнов и др.

Сейчас имеются два направления развития ТНУ:

- Крупные теплонасосные станции (ТНС) для централизованного теплоснабжения, включающие парокомпрессионные ТНУ и пиковые водогрейные котлы, используемые при низких температурах воздуха. Электрическая (потребляемая) мощность ТНУ 20-30 МВт, тепловая – 110-125 МВт. По сравнению с обычными котельными экономия топлива 20-30%, снижается загрязнение воздуха (нет котельной!);

- Децентрализованное индивидуальное теплоснабжение (парокомпрессионные ТНУ и термоэлектрические полупроводниковые ТН) – маломощные. Экономия топлива по сравнению с мелкими котельными 10-20%. Возможно хладоснабжение. Высокие удельные расходы топлива, капиталовложения и трудозатраты. Примеры ТНУ:

1. ТНС открытой системы теплоснабжения. ТНУ (рис. 35) состоит из испарителя И, конденсатора Кн, компрессора К, переохладителя, доохладителя хладоагента ДОХ и дросселя Др. Она подогревает сетевую воду до , а окончательный догрев может осуществляться в пиковой котельной ПВК до температуры . Подпиточная вода нагревается в переохладителе (он может использоваться для подогрева сетевой воды в закрытой системе теплоснабжения), далее она проходит химводоочистку ХВО, деаэрацию ДЭ и смешивается с водой из обратной линии. Отопительный коэффициент ТНУ составляет до 3-4 при температуре воды на входе в сеть летом 70^оС и зимой до 95^оС.

2. Воздушно-водяная ТНУ для жилого дома (отопление) (рис. 36) использует теплоту наружного или вытяжного воздуха для отопления здания. При температуре наружного воздуха выше 2-3^оС отопление только от ТНУ, при понижении температуры в работу включается котел (мазутный, газовый, электрический). Экономия топлива до 50% по сравнению с отоплением только от котла.

В промышленности используются системы оборотной воды с градирнями для охлаждения различного технологического оборудования. Использование ТНУ вместо градирни или совместно для целей горячего водоснабжения и отопления экономически выгодно.

3. ТНУ с приводом от теплового двигателя (ДВС, газовой турбины) (рис. 37) широко распространены за рубежом. Они могут использоваться там, где нет электричества (автономно). Они утилизируют тепло отходящих газов, поэтому более экономичны, чем ТНУ с электродвигателем, т.к. коэффициент использования топлива в них выше. Основной недостаток – использование органического топлива и выброс продуктов сгорания в атмосферу. В качестве НПТИ в районах с большим числом солнечных дней в году могут использоваться солнечные коллекторы (водяные подогреватели).

4. ТНУ теплохлаоснабжения зданий (тепло – зимой, холод - летом) (рис. 38), разработана Грузинским политехническим институтом. Установки подобного типа используют в санаторных и торговых центрах черноморского побережья Кавказа.

В зимнем режиме задвижки 1, 5, 4, 8 открыты, 2, 6, 3, 7 – зарыты. Вода НПТИ насосом Н прокачивается через испаритель И, охлаждается на 5-8^оС, образующиеся пары фреона-12 сжимаются в компрессоре К и далее направляются в конденсатор Кн, где нагревают сетевую воду до 50-60^оС. Нагретая вода циркуляционным насосом ЦН прокачивается через калориферы кондиционера Кд, нагревая помещение. Охлажденная сетевая вода 40^оС возвращается в конденсатор и цикл повторяется. В летнем режиме задвижки 2, 6, 3, 7 – открыты, 1, 5, 4, 8 – закрыты и сетевая вода охлаждается в испарителе, а вода от НПТИ подается в конденсатор для отвода теплоты от хладоагента.

Вопрос 56. Теплонасосные установки в промышленности. (3, с.77..81)

Промышленные ТНУ применяют для утилизации теплоты различных технологических процессов и возврата ее обратно в цикл. Наиболее часто ТНУ применяют в сушильных, дистилляционных, ректификационных, выпарных и других тепломассообменных процессах и аппаратах. Рассмотрим некоторые схемы.

Сушильные установки (конвективные).

Если пренебречь тепловыми потерями, то для идеальной СУ теплота горячего воздуха, затраченная на испарение влаги из сырого материала остается в уходящем воздухе в виде паров, т.е. энтальпия сушильного агента не меняется. Эффективность же обычных реальных сушилок очень низка и энтальпия уменьшается. Затраты энергии достигают 20-23 МДж/кг удаляемой влаги, т.е. почти в 10 раз больше теплоты испарения (2,26 МДж/кг). Теплота теряется в стенки сушильной камеры и уносится уходящим воздухом и парами воды. Наиболее эффективной является схема с замкнутой циркуляцией сушильного агента с использованием теплонасосного осушителя (ТНО). Использование при этом скрытой теплоты парообразования испарившейся влаги дает значительную экономию энергии (в 2-5 раза). Рассмотрим две схемы сушилок с ТНО.

1. Сушильная установка с парокомпрессионным ТНО. (рис. 39)

Сушка зерна идет в кипящем слое. Теплота конденсации хладоагента после турбокомпрессора ТК в конденсаторе К и доохладителе ДО используется для нагрева сушильного агента и суши зерна, причем теплота горячего воздуха после сушилки и водяных паров в нем используется в испарителе И для парообразования хладоагента.

2. Сушильная установка с воздушным ТН (рис. 40) более эффективна, т.к. использует также тепло высушенного зерна за счет охлаждения его холодным воздухом. Энергия сжатого воздуха используется в турбодетандере, передающем свою мощность компрессору. Удаляемый влажный воздух сжимается в турбокомпрессоре, отдает тепло зерну и сушит его, остывает и осушается в рекуператоре РК, охлаждаясь холодным воздухом после турбодетандера.

3. Установка дистилляции. (рис. 41) При дистилляции с использованием теплового насоса его конденсатор К используется для испарения сырой воды (вместе с электронагревателем ЭН), а испаритель для конденсации пара. В теплообменнике (рекуператоре) сырая вода подогревается за счет охлаждения конденсата (дистиллята).

Дата добавления: 2015-07-25