Энергоснабжение промышленных предприятий


Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ






Т.В. ЧЕКАЛИНА





                ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ




Утверждено
Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия











НОВОСИБИРСК

2011

УДК 658.26(075.8)
      4-37
    Рецензенты: канд. техн. наук, доцент Н.П. Гужов, канд. техн. наук, доцент Б.Н. Мошкин
    Работа подготовлена кафедрой систем электроснабжения предприятий для студентов IV-V курсов ФЭН дневного и заочного обучений по специальности 140200 - Электроэнергетика.
      Чекалина Т.В.
4-37      Энергоснабжение промышленных предприятий: учеб. посо      бие / Т.В. Чекалина. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2011. - 136 с.
          ISBN 978-5-7782-1562-7
          В пособие включены основные положения документов, касающихся требований к выбору параметров наружного и внутреннего воздуха; к системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха; к уровню теплозащиты зданий.
          Представлены следующие расчеты: теплотехнический расчет наружных ограждающих конструкций; определение тепловой мощности системы отопления; тепловой расчет отопительных приборов; основы гидравлического расчета систем водяного отопления; основы расчета теплопоступлений и влаговыделе-ний в помещении; определение требуемого количества приточного и вытяжного воздуха; основы аэродинамического расчета систем вентиляции и кондиционирования воздуха; основы гидравлического расчета систем горячего водоснабжения; расчет удельного расхода тепловой энергии на отопление производственных и общественных зданий за отопительный период.
УДК 658.26(075.8)
Чекалина Татьяна Владимировна
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Учебное пособие
Редактор Л.Н. Ветчакова
Выпускающий редактор И.П. Брованова
Корректор ИЕ. Семенова
Дизайн обложки А.В. Ладыжская Компьютерная верстка НВ. Гаврилова
Подписано в печать 07.02.2011. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная
            Тираж 150 экз. Уч.-изд. л. 7,9. Печ. л. 8,5. Изд. № 242. Заказ №
Цена договорная
Отпечатано в типографии
Новосибирского государственного технического университета
630092, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
ISBN 978-5-7782-1562-7                     © Чекалина Т.В., 2011
© Новосибирский государственный технический университет, 2011

ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение.........................................................4

1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ..6

2. РАСЧЕТ СИСТЕМ ВОДЯНОГО ОТОПЛЕНИЯ....................13
  2.1. Тепловой расчет систем водяного отопления.......13
  2.2. Гидравлический расчет систем водяного отопления.24
3. КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ ВОЗДУХА...........................37
4. СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ВОЗДУХА..........................43
5. ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ...............................51
  5.1. Определение расчетных расходов горячей воды.....53
  5.2. Гидравлический расчет трубопроводов подающей сети системы ГВС.................................................56
  5.3. Определение теплопотерь и циркуляционных расходов в подающих трубопроводах системы ГВС.......................58
  5.4. Гидравлический расчет циркуляционного кольца системы ГВС.58
6. ГАЗОСНАБЖЕНИЕ.......................................68

  6.1. Выбор и обоснование системы газоснабжения................72
  6.2. Гидравлический расчет газопроводов.......................74
Термины, определения, классификация и категории помещений.......80
Рекомендуемая литературы........................................95
Приложения......................................................99

        ВВЕДЕНИЕ

   Основная цель данного курса состоит в подготовке студентов к профессиональной деятельности по специальности 140200.
   Госстроем Российской Федерации в 2002-2004 гг. введен в действие ряд новых строительных норм и правил, в том числе СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», которые являются основными нормативными документами при проектировании систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
   В связи с этим в пособие включены без сокращений содержание основных указанных положений и ряд других документов, касающихся требований к выбору параметров наружного и внутреннего воздуха, к системам отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, к уровню теплозащиты зданий.
   Приведены также возможные схемы систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, климатические параметры холодного и теплого периодов года ряда населенных пунктов РФ и ближнего зарубежья, физические свойства основных теплоносителей (воды, пара и воздуха) и др.
   Работа выполнена с учетом особенностей действия и технических показателей современной продукции, такой как продукция фирмы ГЕРЦ (HERZ), применяемой широко в отопительно-вентиляционной технике.
   Объектом изучения являются системы теплоснабжения промышленных предприятий как совокупность сооружений и оборудования, в частности вопросы снабжения объектов тепловой энергией и горячей водой; применения вентиляции и кондиционирования воздуха; теплофикации, распределения пара и горячей хозяйственной воды; газоснабжения; выбора параметров и режимов систем энергоснабжения.
   Основу курса составляет исследование самых важных параметров оборудования и энергетических характеристик энергосистем, а также

4

тех общих условий, от которых зависит выполнение каждым отдельным элементом его функций как составной части системы энергоснабжения, и изучение экономических механизмов энергоснабжения промышленных предприятий в современных рыночных условиях.
   Курс состоит из лекционного цикла, практических занятий и лабораторных работ.
   Оценка знаний студентов осуществляется в течение семестра при индивидуальной защите каждого практического задания, защите расчетно-графического задания и проведении зачета по лекционному и лабораторному материалу данного курса.

        1. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОМЕЩЕНИЙ

   Тепловой режим зданий в зависимости от их назначения может быть постоянным или переменным. Для большинства зданий характерен постоянный тепловой режим, требующий круглосуточного поддержания в течение всего отопительного периода установленных температур воздуха в помещениях. Поддержание установленных нормативными документами температур воздуха в помещениях обеспечивается, как правило, работой систем отопления. Поэтому, решая вопрос о необходимом устройстве системы отопления и определении ее мощности, составляют тепловой баланс помещений, представляющий собой сопоставление теплопотерь, т.е. расход теплоты из помещения 2П₀т, и теплопоступлений бпост при максимальном дефиците теплоты в расчетном режиме функционирования системы в здании.
   Потери теплоты помещениями через их ограждающие конструкции наземных зданий определяют путем суммирования теплоты через отдельные наружные ограждения и потерь (поступлений) теплоты через внутренние ограждения, если температура в соседних помещениях ниже или выше температуры в данном помещении более чем на 3 °C.
   Потери теплоты через отдельную ограждающую конструкцию помещения определяют по формуле
               F
богр _ R ⁽^в — ^н)(1⁺ SPi⁾п ~ kF⁽^в — ^н )vw,
               Rorp

где F - расчетная площадь ограждающей конструкции, м² ; R₀Tₚ -сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м² - К / Вт; k = JR   - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции,
   /Rorp
Вт/(м² - К); tₐ - расчетная температура воздуха в помещении, °C;

б

t^ - расчетная температура наружного воздуха для холодного периода года или температура воздуха более холодного помещения, °C; Рj -добавочные потери теплоты в долях от основных потерь; у - 1 + ZPг- -коэффициент, учитывающий добавочные потери через ограждающую конструкцию; п - поправочный коэффициент к расчетной разности температур (tB - tH), зависящий от положения наружной поверхности ограждающей конструкции по отношению к наружному воздуху.
   Сопротивление теплопередаче стен, перекрытий, покрытий Rq , м² • К /Вт, определяют по формуле
—+1^+—, ав    Лj ан
где ав - коэффициент теплообмена на внутренней поверхности ограждения, Вт/ (м² • К); 8j - толщина i-го слоя конструкции, м; Лj - коэффициент теплопроводности материала i-го слоя, Вт / м • К; ан - коэффициент теплоотдачи на внешней поверхности ограждения, Вт/м² -К.
   При теплотехническом расчете систем отопления многоэтажных зданий, а также сооружений и наземных зданий технологического назначения необходимо учитывать потери теплоты на нагрев наружного воздуха, поступающего в результате инфильтрации через наружные ограждения. В соответствии с методикой, приведенной в СНиП 2.04.05-86, затраты теплоты QH (Вт) для нагрева инфильтрующегося воздуха в помещениях жилых и общественных зданий при естественной вытяжной вентиляции, не компенсируемого подогретым приточным воздухом, следует принимать равными большему из значений, определенных по формулам
Qh = -Z Gс(tB - £ )рн;
Qh - kₚLрнс(tB -4),
где Z GH - расход инфильтрующего воздуха через ограждения помещения, кг/ч; с - удельная теплоемкость воздуха, с - 1кДж / (кг • °C);

7

t^ - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха в холодный период года; Рн - коэффициент, учитывающий нагрев инфильтрующего воздуха в ограждении встречным тепловым потоком; кр = 0,28 - числовой коэффициент, приводящий в соответствие принятые размерности расходов воздуха (кг/ч) и теплового потока (Вт): 0,28 = 1000/3600; L - расход удаляемого воздуха, не компенсируемый подогретым приточным воздухом, м³ / ч ; рн - плотность наружного воздуха, кг / м³.
   Добавочные потери теплоты р через ограждающие конструкции следует принимать в долях от основных потерь:
   а)    в помещениях любого назначения через наружные вертикальные и наклонные (вертикальная проекция) стены, двери и окна, обращенные на север, восток, северо-восток и северо-запад в размере 0,1; на юго-восток и запад - в размере 0,05; в угловых помещениях дополнительно - по 0,05 на каждую стену, дверь и окно, если одно из ограждений обращено на север, восток, северо-восток и северо-запад и 0,1 -в других случаях;
   б)    в помещениях, разрабатываемых для типового проектирования, через стены, двери и окна, обращенные на любую из сторон света, -в размере 0,08 при одной наружной стене и 0,13 - для угловых помещений (кроме жилых), а во всех жилых помещениях -0,13;
   в)    через необогреваемые полы первого этажа над холодными подпольями зданий в местностях с расчетной температурой наружного воздуха минус 40 °C и ниже - в размере 0,05;
   г)    через наружные двери, не оборудованные воздушными или воздушно-тепловыми завесами, при высоте зданий Н, м, от средней планировочной отметки земли до верха карниза, центра вытяжных отверстий фонаря или устья шахты в следующих размерах: 0,2Н - для тройных дверей с двумя тамбурами между ними; 0,27Н - для двойных дверей с тамбурами между ними; 0,34Н - для двойных дверей без тамбура; 0,22Н - для одинарных дверей;
   д)    через наружные ворота, не оборудованные воздушными и воздушно-тепловыми завесами, - в размере 3 при отсутствии тамбура и в размере 1 - при наличии тамбура у ворот.
   Примечание. Для летних и запасных наружных дверей и ворот добавочные потери теплоты по подпунктам «г» и «д» учитывать не следует.

8

   Теплопотери помещения суммируют для здания в целом.
   Тепловая мощность системы отопления Qcb в общем виде равна сумме потерь теплоты через отдельные ограждающие конструкции QTп, с округлением до 10 Вт для помещений, расхода теплоты Q, на нагревание инфильтрующегося воздуха, а также поступающих в помещение холодных материалов, изделий и транспортных средств в холодный период года Qmtc (с учетом бытовых тепловыделений Q§):
Qcb = S (QTₙ + Qi + Qmtc + Q₆) = .
   Часовое теплопоступление в помещение складывается из теплопо-ступлений от технологического оборудования, бытового оборудования, нагретых материалов, людей, искусственного освещения и других источников теплоты, Вт.
   Рассмотрим отопление здания на примере местных систем электрического отопления. Принцип действия электрических отопительных систем основан на выделении теплоты в результате прохождения электрического тока по проводнику. К ним относят электрические отопительные приборы, электрические инфракрасные обогреватели, электрокотлы.
   Инфракрасные обогреватели используют в системах отопления в качестве дополнительных источников для непосредственного обогрева отдельно отапливаемых зон помещений в неотапливаемых помещениях при производстве временных работ.
   При расчете систем лучистого электроотопления устанавливают допустимые значения необходимой средней облученности человека qHC и неравномерности облученности головы Q, лица Q₂ , ног Q₃, а также минимально допустимое значение неравномерности облученности человека 8 при данной температуре.
   Необходимую среднюю облученность qHC рассчитывают по формуле
п Ч„ 0= 'у/,

где qₙ - необходимая облученность человека, Вт/ м² ; q0 - средняя облученность человека от других источников или оборудования, Вт/м² ; Р - коэффициент облучения лучистого потока от электрообогревателей, например, пылью, парами воды.

9

Необходимую облученность человека определяют по формуле 3Н = 1,25(tH - tB),
где 3Н - необходимая облученность человека, Вт/ м² ; а^ - коэффициент суммарной теплоотдачи, Вт/ (м² • °C); tH - нормируемая температура воздуха, равная среднему значению нормируемого диапазона температуры воздуха, °C; tB - минимальная температура воздуха в помещении, °C.
   Относительные облученности головы QQ⁰n лица Q⁰ не должны превышать максимально допустимых значений облученности головы 01 и лица О2 , определяемых по формулам:
1Д - 33L ^н ^в ³Н ;
₁ ₋ 3*   ’
3



Д t

3 2

1 +

О2 =

t ₋1
Щ в

3

1 - 30

3н

где Дt - допустимое отклонение температуры воздуха от нормируемой, принимается по ГОСТ 12.1.005-88 в виде полуразности между максимально и минимально допустимыми температурами, °C; 3о,31,32 - средние облученности соответственно человека, его головы и лица от производственных источников, Вт / м² .
   Относительная облученность ног (ОЗ не должна быть меньше минимально допустимой облученности ног О₃, определяемой по формуле

Д t

1 +

33

	

О₃ =

3к

1 - 30

3н

10

где q^ - средняя облученность ног человека от производственных ис-2
точников, Вт / м .
   Неравномерность облучения человека 8° в пределах рабочей площадки не должна превышать минимально допустимого значения 8 при данной температуре, определяемой по формуле
2А t
t — t
8 _ н *в
”1—q° ’
qH


        Расчет теплового баланса помещений


   Цель работы
   Для поддержания установленных нормативными документами температур воздуха в помещениях:
   1)     рассчитать теплопотери помещения, т.е. расход теплоты из помещения;
   2)     научиться рассчитывать теплопоступления в расчетном режиме функционирования системы отопления в здании.


Практические задачи

   1. Рассчитать теплопотери через ограждения помещения общежития, расположенного в Санкт-Петербурге (рис. 1.1).

Рмс. 1.1. План (а) и разрез (о) двухэтажного здания общежития

11