1

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)

государственного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

« Оренбургский государственный университет»

Кафедра «Электроснабжение и энергообеспечение»

ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ

ПРЕДПРИЯТИЙ

Методические указания

к расчётно-графической работе

по дисциплине “Источники и системы

теплоснабжения предприятий”

для студентов специальности - 101600

“Энергообеспечение предприятий”

Орск 2007

Энергообеспечение предприятий.

Саблин В.В., Бушуев А.Н. Методические указания для студентов специальности 101600 «Энергообеспечение предприятий». Орск: ОГТИ, 2007. - стр.18

Рецензент к.т.н. доцент Ануфриенко О.С.

Учебно-методический материал обсуждён и утверждён на заседании кафедры «Электроснабжение и Энергообеспечение»

протокол №_______от “_______” _______________________2007 г.

Зав. Кафедрой Синицына Е.Н.

Учебно-методический материал утверждён

Протокол №_______от “_______” _______________________2007 г.

Тираж

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа теплоснабжение промышленного района выполняется студентами всех форм обучения специальности 101600 - Энергообеспечение предприятий и является завершающим этапом изучения курса “Источники и системы теплоснабжения промышленных предприятий”. В нём в сокращённом объёме решаются основные вопросы централизованного теплоснабжения промышленного района, такие как расчет тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение жилых районов и промышленного предприятия, производится построение температурных графиков регулирования тепловой нагрузки на отопление и вентиляцию, производится полный гидравлический расчет всех трубопроводов, подсоединенных к котельной. В процессе работы над проектом студент получает навыки практического применения теоретических знаний и решения комплексных инженерных задач централизованного теплоснабжения.

В данных методических указаниях излагается порядок определения исходных данных, необходимых для выполнения курсового проекта, разъясняются требования по содержанию, составу, объёму и оформления проекта, приводится пример выполнения курсового проекта и необходимая литература.

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью методических указаний является изложение требований к работе и рекомендации по её выполнению с использованием технической литературы. Выполнение курсовой работы позволит закрепить теоретический материал, получаемый на лекциях и в результате самостоятельной проработки части курса, применить его к решению практической задачи.

2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КУРСОВОЙ РАБОТЕ

2.1. Исходные данные

Курсовая работа по теплоснабжению промышленного района выполняется в соответствии с заданием, составленным и подписанным руководителем. К заданию прилагается схема системы теплоснабжения района.

В работе предусматривается двухтрубная водяная система теплоснабжения, источником теплоты является котельная.

В задании на курсовую работу приведены следующие исходные данные: объем либо площадь отапливаемой территории, район расположения, температурный режим отпуска теплоты, система теплоснабжения (открытая, закрытая), способы регулирования (качественный, количественный), тип прокладки тепловых сетей (канальная, бесканальная) паропроводов, конденсатопроводов.

Остальные исходные данные, необходимые для решения отдельных частных вопросов курсовой работы, студент принимает сам по нормативной или справочной литературе, руководствуясь основными исходными данными.

2.2. Содержание курсовой работы

В курсовой работе разрабатывается в сокращённом объёме водяная система централизованного теплоснабжения промышленного предприятия. В курсовой работе решаются следующие основные вопросы:

- построение графиков изменения подачи теплоты каждому объекту в диапазоне изменения температур наружного воздуха;

- проведение расчета и представление температурного графика регулирования тепловой нагрузки;

- построение графиков расходов сетевой воды по объектам и в сумме;

- проведение гидравлического расчета тепловых сетей, выбор гидравлического режима эксплуатации, построение пьезометрического графика тепловой сети;

- выполнение теплового расчета тепловых сетей, исходя из удельных допустимых норм потерь теплоты при транспортировке теплоносителей, расчет толщины изоляционного покрытия;

- определение расхода пара на технологические нужды предприятия, расчет изменения температуры и давления пара по длине паропровода, расчет конденсатопровода;

- расчет тепловой схемы источника теплоснабжения, выбор основного сетевого оборудования

- определение расчётных часовых и годовых расходов теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и суммарного;

- расчёт и построение графиков расходов теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха и по продолжительности;

- разработка принципиальной схемы подключения потребителей теплоты к тепловым сетям;

- расчёт и построение графиков регулирования отпуска теплоты на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и суммарного;

- выбор элементов конструкции прокладки тепловых сетей, не заданных в основных исходных данных;

- выполнение расчётной схемы для гидравлического расчёта тепловых сетей;

- гидравлический расчёт тепловых сетей по экономически наивыгоднейшим удельным линейным потерям давления;

- построение пьезометрического графика тепловых сетей с проработкой экстремальных режимов;

- подбор основного сетевого оборудования источника теплоты;

- выполнение монтажной схемы участка тепловой сети;

- расчёт заданного участка трубопровода тепловой сети на компенсацию температурных удлинений;

- определение нагрузок на одну разгруженную и одну неразгруженную неподвижные опоры тепловой сети;

- определение экономически наивыгоднейшей толщины тепловой изоляции трубопроводов в тепловой сети;

- построение продольного профиля участка тепловой сети;

- графическая разработка узлов камеры тепловой сети;

- вычерчивание деталей и элементов конструкции тепловой сети.

2.3. Состав и объём курсовой работы

Курсовая работа состоит из расчётно-пояснительной записки объёмом 20 - 30 страниц и 1 - 2 листов чертежей.

Расчётно-пояснительная записка должна содержать следующие разделы: исходные данные; описание системы теплоснабжения; определение тепловых нагрузок; регулирование отпуска теплоты; определение расчётных расходов теплоносителя в тепловых сетях; разработка монтажной схемы и выбор строительных конструкций тепловых сетей; гидравлический расчёт водяных тепловых сетей; разработка графиков давления и выбор схем присоединение абонентов к тепловым сетям; построение продольного профиля тепловых сетей; подбор основного оборудования теплоподготовительной установки источника теплоты; механический расчёт теплопроводов; тепловой расчёт изоляционной конструкции; определение падения температуры теплоносителя по длине теплопровода; подбор оборудования теплового пункта, схемы автоматики; экономия тепловой энергии и охрана окружающей среды.

Все расчёты в записки должны сопровождаться соответствующими пояснениями, ссылками на источники и производится в единицах СИ, согласно СН 528-80. В конце расчётно-пояснительной записки приводится список использованной литературы и оглавление.

В расчётно-пояснительной записке приводятся следующие графики и схемы:

- график расхода теплоты в зависимости от температуры наружного воздуха и по продолжительности;

- принципиальная схема подключение потребителей теплоты к тепловой сети;

- графики регулирования тепловых нагрузок отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и суммарной;

- расчётная схема к гидравлическому расчёту тепловой сети;

- пьезометрический график тепловой сети;

- расчётная схема к тепловому расчёту тепловой сети;

- расчётная схема к расчёту трубопровода тепловой сети на самокомпенсацию температурных удлинений;

- расчётная схема к расчёту нагрузок на неподвижные опоры трубопроводов тепловой сети;

На чертежах курсового проекта должны быть представлены;

- генеральные план промплощадки с нанесёнными горизонталями, трассой тепловой сети и источником теплоты;

- монтажная схема тепловой сети;

- продольный профиль тепловой сети;

- план и разрезы узловой камеры тепловой сети;

- поперечное сечение конструкции прокладки тепловой сети;

- детали и элементы конструкции тепловой сети;

2.4. Требования к оформлению курсовой работы

Текст расчётно-пояснительной записки курсового проекта должен быть аккуратно оформлен на писчей бумаге формата с оставлением полей верхнее и нижнее - , левое - , правое .

В расчётно-пояснительной записке приводятся все расчёты и формулы с объяснением входящих в них величин. У всех размерных величин указываются единицы измерения. Все таблицы в расчётно-пояснительной записки должны иметь порядковые номера и названия. Все схемы и графики должны иметь порядковые номера и названия. Нумерация их ведётся отдельно от таблиц.

Чертежи проекта выполняются в соответствии с требованиями стандартов единой конструкторской документации на чертёжной бумаге. Для выполнения чертежей рекомендуется следующие масштабы:

- генеральный план объектов - М 1:1000;

- монтажная схема тепловых сетей - без масштаба;

- продольный профиль тепловой сети: горизонтальный - М 1:1000; вертикальный - М 1:100;

- узловая камера тепловой сети - М 1:20, 1:25, 1:50 (в зависимости от размеров камеры);

- поперечное сечение конструкции прокладки тепловой сети - М 1:20, 1:25 (в зависимости от диаметров трубопроводов);

- детали и элементы конструкции тепловой сети - М 1:5, 1:10, 1:20 (в зависимости от размеров детали и элементов).

Расчётно-пояснительная записка и чертежи подписываются студентом-исполнителем с указанием даты завершения проекта. Проекты, оформления которых не отвечает изложенным в настоящем разделе требованиям, рассмотрению не принимаются.

Литература

1. СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика/Госстрой СССР М.: Стройиздат, -1997. -140с.

2. СНиП 2.04.07-86*. Тепловые сети -М.: Госстрой, -2001. -48 с.

3. Теплоснабжение/Козин В. Е. и др. -М.: Высшая школа, -1980. -408 с.

4. Соколов Е. Я. Теплофикация и тепловые сети. -М.: Издательство МЭИ, -1999. -472 с.

5. Теплотехнический справочник/Под ред. Юренева В. Н. и Лебедева П. Д. в 2-х т. -М.: Энергия. -1975. Т. 1. -744 с.

6. Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей/Под ред. Николаева А. А. -М.: Стройиздат. -1965. -360 с.

7. Справочник по теплоснабжению и вентиляции /Щёкин Р. В. и др. В 2-х кн. Киев: Будивельник, -1976, Кн. 1. -416 с.

8. Сафонов А. П. Сборник задач по теплофикации и тепловым сетям. -М.: Энергия, -1968. -240 с.

9. Громов Н. К. Абонентские устройства водяных тепловых сетей. -М.: Энергия, -1979. -248 с

10. Ширакс З. Э. Теплоснабжение. -М.: Энергия, -1979. -256 с.

11. Инженерные коммуникации в нефтегазодобывающих районах Западной Сибири/Н.Н. Карнаухов, Б.В. Моисеев, О.А. Степанов и др. Стройиздат, Красноярск. -1993. -160с.

12. Степанов О.А., Моисеев Б.В., Хоперский Г.Г. Теплоснабжение на насосных станциях нефтепроводов. -М.: Недра. -1998. -302с.

13. Водяные тепловые сети: Справочное пособие по проектированию/

И.В. Беляйкина, В.П. Витальев, Н.К. Громов и др. -М.: Энергоатомиздат. -1988. -376с.

СОДЕРЖАНИЕ:

• 1. Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.
• 2. Регулирование отпуска теплоты на отопление.
• 3. Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию.
• 4. Определение расходов сетевой воды.
• 5. Гидравлический и тепловой расчет тепловых сетей.
• 6. Гидравлические режимы водяных тепловых сетей
• 7. Подбор сетевых и подпиточных насосов
• 8. Расчет толщины тепловой изоляции
• 9. Расчет и подбор компенсаторов
• 10. Расчет усилий на опоры
• 11. Подбор основного и вспомогательного оборудования
• Пример выполнения курсовой работы
• Приложения.

 1. Определение тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение.

Максимальные тепловые потоки на отопление Q_omax, вентиляцию Q_vmax и горячее водоснабжение Q_hmax жилых, общественных и производственных зданий следует принимать при проектировании тепловых сетей по соответствующим проектам. Тепловые потоки при отсутствии проектов отопления, вентиляции и горячего водоснабжения определяются:

Максимальный тепловой поток на отопление

для жилых и общественных зданий:

(1)

для любых зданий при известных наружных объемах:

(2)

Максимальный тепловой поток на вентиляцию

для жилых и общественных зданий:

(3)

для любых зданий при известных наружных объемах:

(4)

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение

для жилых и общественных зданий:

(5)

для любых зданий при известных тепловых потоках на горячее водоснабжение на 1 человека:

(6)

Максимальный тепловой поток на горячее водоснабжение

(7)

где , - удельный показатель теплового потока на отопление (определяется по приложению №4, №6 и №8 в зависимости от типа отапливаемого здания);

- удельный показатель теплового потока на горячее водоснабжение (определяется по приложению №5);

- поправочный коэффициент к величине (определяется по приложению №9)

а- норма расхода воды на горячее водоснабжение при температуре , на одного человека в сутки, л (при );

в- норма расхода воды на горячее водоснабжение, потребляемой в общественных зданиях (при температуре на 1 человека);

- температура горячей воды в системе горячего водоснабжения;

t_c- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС);

- коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным 0.25;

- коэффициент, учитывающий тепловой поток на вентиляцию общественных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным: для общественных зданий, построенных до 1985 г.- 0.4, после 1985 г. - 0.6;

-общая площадь отапливаемых помещений в жилом квартале, , рассчитываемая по формуле:

, (8)

здесь - количество жителей в квартале, рассчитываемое, как , здесь - площадь рассчитываемого квартала, , - плотность населения в рассчитываемом квартале, ;

- общая площадь жилого здания, отводимая на одного человека, .

Суммарный тепловой поток по кварталам Q_, определяем суммированием расчётных тепловых потоков на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

(9)

Среднечасовой тепловой поток за отопительный период

на отопление:

(10)

на вентиляцию:

(11)

на горячее водоснабжение жилого района в неотопительный период:

(12)

где - средняя температура внутреннего воздуха отапливаемых зданий (определяется по приложению №6);

- средняя температура наружного воздуха за период со среднесуточной температурой воздуха 8 ^оС и менее (отопительный период), ;

- расчетная температура наружного воздуха для отопления, ;

- расчетная температура наружного воздуха для вентиляции, ;

t_c- температура холодной (водопроводной) воды в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5 ^оС);

t^s_c - температура холодной (водопроводной) воды в неотопительный период (при отсутствии данных принимается равной 15 ^оС);

- коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (см. приложение №7).

Величины , являются климатическими данными для города, в котором располагается рассчитываемая котельная (определяются по приложению №1).

Для построения часовых графиков расходов теплоты на отопление и вентиляцию достаточно использовать два значения тепловых потоков: максимальные Q_omax и Q_{vmax ,} определенные при температуре наружного воздуха t_н= +8 ^оС. Среднечасовой расход на горячее водоснабжение рассчитывается для двух случаев - для отопительного и неотопительного периодов. График среднечасового расхода теплоты на горячее водоснабжение не зависит от температуры наружного воздуха, и будет представлять собой прямую, параллельную оси абсцисс с ординатой для отопительного периода и с ординатой для неотопительного периода.

Суммируя ординаты часовых графиков по отдельным видам теплопотребления, строят суммарный часовой график расходов теплоты Q, который используют также для построения годового графика по продолжительности тепловой нагрузки. Для построения этого графика необходимо иметь данные по продолжительности стояния температур наружного воздуха, принимаемые для конкретного города по приложению №2 и просуммированные с нарастающим итогом.

Для построения годового графика по месяцам, (см. пример решения), используя среднемесячные температуры наружного воздуха из приложения №3, определяют по формулам (10) и (11) тепловые потоки на отопление и вентиляцию для каждого месяца отопительного периода. Суммарный тепловой поток для каждого месяца отопительного периода определяется как сумма тепловых потоков на отопление, вентиляцию и среднечасового теплового потока для данного периода на горячее водоснабжение.

Для неотопительного периода (при ), суммарный тепловой поток будет равен среднечасовому тепловому потоку на горячее водоснабжение в данный период, Q ^s_hm.

2. Регулирование отпуска теплоты на отопление.

Центральное качественное регулирование по нагрузке отопления целесообразно в случае, если тепловая нагрузка на жилищно-коммунальные нужды составляет менее 65 % от суммарной нагрузки района и при отношении .

При таком способе регулирования, для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления температуру воды в подающей и обратной магистралях, а так же после элеватора в течение отопительного периода определяют по следующим выражениям:

(13)

(14)

(15)

где t - расчетный температурный напор нагревательного прибора, ⁰С, определяемый по формуле:

, (16)

здесь ₃ и ₂ - расчетные температуры воды соответственно после элеватора и в обратной магистрали тепловой сети определенные при (для жилых районов, как правило, ₃= 95 ⁰С; ₂= 70 ⁰С);

- расчетный перепад температур сетевой воды в тепловой сети

= ₁ - ₂ (17)

- расчетный перепад температур сетевой воды в местной системе отопления,

(18)

Задаваясь различными значениями температур наружного воздуха t_н (обычно t_н= +8; 0; -10; t_нрv; t_нро) определяют _{01; 02}; ₀₃ и строят отопительный график температур воды. Для удовлетворения нагрузки горячего водоснабжения температура воды в подающей магистрали ₀₁ не может быть ниже 70 ⁰С в закрытых системах теплоснабжения. Для этого отопительный график спрямляется на уровне указанных температур и становится отопительно-бытовым (см. пример решения).

Температура наружного воздуха, соответствующая точке излома графиков температур воды t_н ^', делит отопительный период на диапазоны с различными режимами регулирования:

· в диапазоне I с интервалом температур наружного воздуха от +8 ⁰С до t_н^' осуществляется групповое или местное регулирование, задачей которого является недопущение "перегрева" систем отопления и бесполезных потерь теплоты;

· в диапазонах II и III с интервалом температур наружного воздуха от t_н^' до t_нро осуществляется центральное качественное регулирование.

Регулирование по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения целесообразно в системах теплоснабжения с преобладающей (более 65 %) жилищно-коммунальной нагрузкой. В таких системах регулирование производится по повышенному (скорректированному) графику температур воды. В закрытых системах теплоснабжения эффективность повышенного графика реализуется при применении двухступенчатой смешанной с ограничением расхода и последовательной схемах включения водоподогревателей.

Расчет повышенного графика для закрытых систем

балансовая нагрузка горячего водоснабжения :

(19)

где - балансовый коэффициент.

Суммарный перепад температур сетевой воды в верхней и нижней ступенях водоподогревателей в течение всего отопительного периода постоянен и определяется по формуле:

(20)

Перепад температуры сетевой воды в нижней ступени водоподогревателя ₂ соответствующий температуре наружного воздуха для точки излома температурного графика t_н^', а так же для всего диапазона температур наружного воздуха от +8^оС до t_н^' определяют по формуле:

(21)

для диапазона от t_н^' до t_нро величину ₂ определяют по формуле

(22)

где t_h - температура горячей воды поступающей из водоподогревателя в систему горячего водоснабжения, ⁰С;

t_c - температура холодной водопроводной воды перед водоподогревателем нижней ступени, ⁰С;

t_h^' - температура водопроводной воды после водоподогревателя нижней ступени, ⁰С, определяемая по формуле

(23)

- температура сетевой воды в обратной магистрали соответствующая точке излома температурного графика, ⁰С

- температура сетевой воды в обратной магистрали принимаемая по отопительному графику в соответствии с заданной температурой наружного воздуха t_н, ⁰С;

Температуру сетевой воды по повышенному графику в обратной магистрали _2п определяют по формуле, ⁰С

(24)

Перепад температур сетевой воды в верхней ступени водоподогревателя ₁ определяют по формуле, ⁰С

(25)

Температуру сетевой воды в подающей магистрали _1п определяют по формуле:

(26)

Расчет повышенного графика для открытой системы

Необходимо вначале построить графики температур, для зависимых схем присоединения элеваторных систем отопления (см. формулы (13), (14), (15)). Температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях для повышенного графика, соответственно 1п и п в течение отопительного периода определяют по следующим выражениям:

(27)

(28)

где - относительный расход теплоты на отопление, определяемый по формуле:

(29)

- относительный расход сетевой воды на отопление, определяемый из выражения:

(30)

где (31)

Регулирование по повышенному графику в открытых системах осуществляется в диапазоне температур наружного воздуха +8 ^оС t_н. Температура наружного воздуха t_н соответствует началу периода, когда температура сетевой воды в обратном трубопроводе достигает значений t_h и весь водоразбор на горячее водоснабжение в диапазоне наружных температур t_н t_нро осуществляется только из обратного трубопровода.

Для корректного построения температурных графиков регулирования для закрытой системы теплоснабжения в осях и целесообразно все расчеты этого раздела свести в таблицу типа (см. пример решения):

Таблица №1.

tН	10	20	30	1	2	1П	2П	2V
+8
-10

3. Регулирование отпуска теплоты на вентиляцию.

По характеру изменения температуры и расхода теплоты на вентиляцию отопительный период делится на три диапазона.

В диапазоне I (от +8 ^оС до ) при переменной тепловой вентиляционной нагрузке температура воды в подающем трубопроводе постоянна. В этом диапазоне осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды.

В диапазоне II (от до t_нрv) по мере увеличения вентиляционной нагрузки возрастает и температура сетевой воды.

В диапазоне III (от t_нрv до t_нро) возрастает температура сетевой воды и также тепловая нагрузка для большинства вентиляционных систем. Для систем вентиляции с рециркуляцией тепловая нагрузка в данном диапазоне поддерживается постоянной.

Для систем вентиляции без рециркуляции воздуха в диапазонах II и III осуществляется центральное качественное регулирование.

Для систем с рециркуляцией в диапазоне III осуществляется местное количественное регулирование изменением расхода сетевой воды и количества наружного и рециркуляционного воздуха.

При построении графиков температур сетевой воды для систем вентиляции основной задачей является определение температуры сетевой воды в обратном трубопроводе после калориферов _2v для различных диапазонов отопительного периода. Для решения этой задачи используют следующие уравнения:

для диапазона I (от +8 ^оС до )

(32)

для диапазона II (от до t_v)

(33)

для диапазона III (от t_v до t_o)

(34)

где t_к - температурный напор в калорифере, определяемый при температуре t_н (t_к^' - то же при температуре )

(35)

(36)

t^p_к - расчетный температурный напор в калорифере, определенный при температуре наружного воздуха, расчетной для систем вентиляции, :

(37)

_1v, _2v - значения температур сетевой воды соответственно в подающем трубопроводе перед калориферами и в обратном трубопроводе после калориферов при заданной температуре наружного воздуха t_н ;

; - то же, но для точки излома температурного графика t.

; - то же, но при расчетной температуре наружного воздуха для вентиляции, t_нрv.

Уравнения (32) и (34) решаются методом подбора. Расчет температур сетевой воды для отопительных и повышенных графиков регулирования может быть выполнен с использованием таблиц и номограмм, приведенных в приложении.

4. Определение расходов сетевой воды.

Расчетный расход сетевой воды, кг/ч, для определения диаметров труб в водяных тепловых сетях при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять отдельно для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения по формулам:

на отопление

(38)

на вентиляцию

(39)

на горячее водоснабжение

в открытых системах теплоснабжения

среднечасовой

(40)

максимальный

(41)

в закрытых системах теплоснабжения

среднечасовой, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

(42)

максимальный, при параллельной схеме присоединения водоподогревателей

(43)

среднечасовой, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

(44)

максимальный, при двухступенчатых схемах присоединения водоподогревателей

(45)

В формулах (38 - 45) расчетные тепловые потоки приводятся в Вт, теплоёмкость с принимается равной . Расчет по этим формулам производится поэтапно, для температур .

Суммарные расчетные расходы сетевой воды, кг/ч, в двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты следует определять по формуле:

(46)

Коэффициент k_3, учитывающий долю среднечасового расхода воды на горячее водоснабжение при регулировании по нагрузке отопления, следует принимать по таблице №2 :

Таблица №2. Значения коэффициента k₃

Система теплоснабжения	Значение коэффициента k3
открытая с тепловым потоком, МВт:
100 и более	0.6
менее 100	0.8
закрытая с тепловым потоком, МВт:
100 и более	1.0
менее 100	1.2

ПРИМЕЧАНИЕ. При регулировании по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения коэффициент k₃ принимается равным нулю.

Для закрытых систем теплоснабжения при регулировании по нагрузке отопления и тепловом потоке менее 100 МВт при наличии баков аккумуляторов у потребителей коэффициент k₃ следует принимать равным единице.

Суммарный расчетный расход воды для потребителей при при отсутствии баков аккумуляторов, а также с тепловым потоком 10 МВт и менее, следует определять по формуле:

(47)

Расчетный расход воды, кг/ч, в двухтрубных водяных тепловых сетях в неотопительный период, , следует определять по формуле:

(48)

где - коэффициент, учитывающий изменение расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (определяется по приложению №7).

Расход воды в обратном трубопроводе двухтрубных водяных тепловых сетей открытых систем теплоснабжения принимается равным в размере 10 % от расчетного расхода воды, определенного по формуле (41). Расчетный расход воды для определения диаметров подающих и циркуляционных трубопроводов систем горячего водоснабжения следует определять в соответствии со СНиП 2.04.01-85.

5. Гидравлический и тепловой расчет тепловых сетей.

Основной задачей гидравлического расчета является определение диаметров трубопроводов, а также потерь давления на участках тепловых сетей. По результатам гидравлических расчетов разрабатывают гидравлические режимы систем теплоснабжения, подбирают сетевые и подпиточные насосы, авторегуляторы, дроссельные устройства, оборудование тепловых пунктов. Гидравлический расчет выполняется, как правило, в 2 этапа:

Этап 1. Разработка расчетной схемы тепловых сетей.

На расчетной схеме проставляют номера участков (сначала по главной магистрали, затем по ответвлениям), расходы теплоносителя в кг/с или в т/ч, длины участков в метрах. Главной магистралью является наиболее протяженная и нагруженная ветвь сети от источника теплоты (точки подключения) до наиболее удаленного потребителя. При неизвестном располагаемом перепаде давления в начале теплотрассы, удельные потери давления R следует принимать:

а) на участках главной магистрали 20 - 40, но не более 80 Па/м;

б) на ответвлениях - по располагаемому перепаду давления, но не более 300 Па/м.

Этап 2. Определение полных потерь давления на каждом участке трубопровода.

Полные потери давления Р складываются из потерь давления на трение и потерь давления в местных сопротивлениях Р_м :

(49)

Потери давления на трение определяют по формуле:

(50)

где R - удельные потери давления, Па/м, определяемые по формуле

, (51)

здесь - коэффициент гидравлического трения;

d - внутренний диаметр трубопровода, м;

- плотность теплоносителя, кг/м³;

- скорость движения теплоносителя, м/c;

L - длина трубопровода, м.

Потери давления в местных сопротивлениях Р_м определяют по формуле:

(52)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Потери давления в местных сопротивлениях могут быть также определены по следующей формуле:

Р_м R L_э, (53)

здесь L_э - эквивалентная длина местных сопротивлений, которую определяют по формуле:

(54)

Гидравлический расчет выполняют по таблицам и номограммам, представленным в приложении. Сначала выполняют расчет главной магистрали. По известным расходам, ориентируясь на рекомендованные величины удельных потерь давления R, определяют:

· диаметры трубопроводов d_нS (см. приложение №12)

· фактические удельные потери давления R, Па/м;

· скорость движения теплоносителя , м/с.

Условный проход труб, независимо от расчетного расхода теплоносителя не должен превышать в тепловых сетях 32 мм. Скорость движения теплоносителя (воды) не должна превышать 3,5 м/с.

Определив диаметры трубопроводов, находят:

· количество компенсаторов на участках

· местные сопротивления

Потери давления в местных сопротивлениях определяют по формуле (52), либо, по формуле (53). Затем, определив полные потери давления на участках главной магистрали и суммарные по всей ее длине, выполняют гидравлический расчет ответвлений, увязывая потери давления в них с соответствующими частями главной магистрали (от точки деления потоков до концевых потребителей).

Увязку потерь давления выполняют подбором диаметров трубопроводов ответвлений. Невязка не должна превышать 10 %. При невозможности полностью увязать диаметрами, излишний напор на ответвлениях должен быть погашен соплами элеваторов, дроссельными диафрагмами и авторегуляторами потребителей.

При известном располагаемом давлении Р_р для всей сети, а также для ответвлений, предварительно определяют ориентировочные средние удельные потери давления R_m, Па/м:

(55)

где L - суммарная протяженность расчетной ветви (ответвления) на потери давления в которой используется величина Р_р;

- коэффициент, учитывающий долю потерь давления в местных сопротивлениях (принимается по приложению №11).

Таблицы и номограммы гидравлического расчета, приведенные в литературе [5,6,7], составлены для эквивалентной шероховатости труб К_э = 0.5 мм. При расчете трубопроводов с другой шероховатостью к значениям удельных потерь давления R следует принимать поправочный коэффициент [6 табл. 4.14]. Диаметры подающего и обратного трубопроводов двухтрубных водяных тепловых сетей при совместной подаче теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, как правило, принимаются одинаковыми.

Гидравлический расчет конденсатопровода выполняется по тем же пунктам, что и расчет трубопроводов водяных тепловых сетей. Тепловой расчет паропровода, проводимого к промышленному предприятию, как правило, ничем не отличается от обычного гидравлического расчета. Тепловой расчет паропровода можно выполнить по следующим пунктам:

1. По известному расходу пара определяется диаметр паропровода по формуле:

(56)

В большинстве расчетов удельное падение давления лежит в пределах 180 - 220 Па/м.

_п = 6,25 кг/м³ - плотность пара при t = 230 °С.

Полученное значение диаметра d уточняется по ГОСТ 8731-74.

2. Уточняется значение удельного падения давления

(57)

3. Потери температуры по длине паропровода

(58)

где q_l = 353 Вт/м - нормы тепловых потерь для паропровода при t_п = 230 °С;

l - длина паропровода;

= 0,2 - коэффициент местных потерь;

с_р = 2449 кДж/(кг°С) - теплоемкость пара.

4. Давление в конце паропровода

(59)

где = - доля местных сопротивлений;

Р₁ - давление пара у источника;

Т_ср = - средняя температура пара по длине паропровода;

5. Падение давления пара

Р = Р₁ - Р₂ (60)

6. Потери напора (61)

6. Гидравлические режимы водяных тепловых сетей

Гидравлические режимы водяных тепловых сетей (пьезометрические графики) следует разрабатывать для отопительного и неотопительного периодов. Пьезометрический график позволяет: определить напоры в подающем и обратном трубопроводах, а также располагаемый напор в любой точке тепловой сети. Пьезометрические графики строятся для магистральных и квартальных тепловых сетей. Для магистральных тепловых сетей могут быть приняты масштабы: горизонтальный М_г 1:10000; вертикальный М_в 1:1000; для квартальных тепловых сетей: М_г 1:1000, М_в 1:500.

Пьезометрические графики строятся для статического и динамического режимов системы теплоснабжения. Пьезометрический график для отапливаемого периода строится поочередно, в 9 этапов:

1). За начало координат в магистральных сетях принять местоположение ТЭЦ.

2). В принятых масштабах построить профиль трассы и высоты присоединенных потребителей (приняв 9-ти этажную застройку). За нулевую отметку оси ординат (оси напоров) принимают отметку низшей точки теплотрассы или отметку сетевых насосов.

3). Построить линию статического напора, величина которого должна быть выше местных систем теплопотребления не менее чем на 5 метров, обеспечивая их защиту от «оголения», и в то же время не должна превышать максимальный рабочий напор для местных систем. Величина максимального рабочего напора составляет: для систем отопления со стальными нагревательными приборами и для калориферов - 80 метров; для систем отопления с чугунными радиаторами - 60 метров; для независимых схем присоединения с поверхностными теплообменниками - 100 метров.

4). На оси ординат откладывается требуемый напор у всасывающих патрубков сетевых насосов (30 - 35 метров) в зависимости от марки насоса.

5). Используя результаты гидравлического расчета, строят линию потерь напора обратной магистрали. Величина напоров в обратной магистрали должна соответствовать требованиям указанным выше при построении линии статического напора.

6). Строится линия располагаемого напора для системы теплоснабжения расчетного квартала. Величина располагаемого напора в точке подключения квартальных сетей принимается не менее 40 м.

7). Строится линия потерь напора подающего трубопровода, а так же линия потерь напора в коммуникациях источника теплоты (ТЭЦ). При отсутствии данных потери напора в коммуникациях ТЭЦ могут быть приняты равными 25 - 30 м. Напор во всех точках подающего трубопровода исходя из условия его механической прочности не должен превышать 160 м. Пьезометрический график может быть перемещен параллельно себе вверх или вниз если возникает опасность «оголения» или «раздавливания» местных систем теплоснабжения. При этом необходимо учитывать, чтобы напор на всасывающем патрубке не превысил предельного значения для принятой марки насоса.

8). Под пьезометрическим графиком располагается спрямленная однолинейная схема теплотрассы с ответвлениями, указываются номера и длины участков, диаметры трубопроводов, расходы теплоносителя, располагаемые напоры в узловых точках.

9). На пьезометрическом графике главной магистрали строится график расчетного ответвления.

Для построения пьезометрических графиков для неотопительного периода необходимо:

1). Определить потери давления в главной магистрали при пропуске максимального расхода сетевой воды на горячее водоснабжение G_hmax. В открытых системах потери давления в обратной магистрали определяют при пропуске расхода равного 0,1G_hmax.

2). Принять потери напора в коммуникациях источника, а также располагаемый напор перед расчетным кварталом такими же, как и для отопительного периода.

3). Следует учитывать, что квартальные сети являются продолжением магистральных сетей. Располагаемый напор в начале квартальных сетей (40 м.) должен быть использован на потери напора в местных системах теплопотребления зданий кварталов и на потери напора в подающей и обратной магистралях квартальных сетей.

4). Следует учитывать, что линии напоров пьезометрического графика квартальных сетей и при статическом, и при динамическом режимах будут продолжением соответствующих линий пьезометрического графика магистральных тепловых сетей.

7. Подбор сетевых и подпиточных насосов

Напор сетевых насосов следует отдельно определять для отопительного и неотопительного периодов по формуле:

(62)

где - потери напора в установках на источнике теплоты (при отсутствии более точных данных, могут быть приняты равными 30 м);

- потери напора в подающем трубопроводе;

- потери напора в обратном трубопроводе;

- потери напора в местной системе теплопотребления (не менее 40м).

Потери напора в подающем и обратном трубопроводах для отопительного периода принимают по результатам гидравлического расчета при пропуске суммарных расчетных расходов воды.

Потери напора для неотопительного периода

а). в подающих трубопроводах:

(63)

б). в обратном трубопроводе открытых систем теплоснабжения:

(64)

где - суммарный расход сетевой воды на головном участке системы теплоснабжения в отопительный период;

- максимальный расход сетевой воды на горячее водоснабжение в неотопительный период, определяемый по формуле (48).

Подача (производительность) рабочих насосов

а) сетевых насосов для закрытых систем теплоснабжения в отопительный период - по суммарному расчетному расходу воды, определяемому по формуле (46) учебного пособия;

б) сетевых насосов для открытых систем теплоснабжения в отопительный период - по суммарному расчетному расходу воды, определяемому при k₄ =1,4 по формуле

(65)

в) сетевых насосов для закрытых и открытых систем теплоснабжения в неотопительный период - по максимальному расходу воды на горячее водоснабжение в неотопительный период (формула (48)).

Число сетевых насосов следует принимать не менее двух, один из которых - резервный; при пяти рабочих сетевых насосах, соединённых параллельно в одной группе, допускается резервный насос не устанавливать.

Напор подпиточных насосов H_пн должен определяться из условий поддержания в водяных тепловых сетях статического напора Н_ст и преодоления потерь напора в подпиточной линии H_пл, величина которых, при отсутствии более точных данных, принимается равной 10-20 м.

(66)

здесь z - разность отметок уровня воды в подпиточном баке и оси подпиточных насосов.

Подача подпиточных насосов

а). в закрытых системах теплоснабжения принимается равной расчетному расходу воды на компенсацию утечки из тепловой сети :

(67)

б). в открытых системах - равной сумме максимального расхода воды на горячее водоснабжение и расчетного расхода воды на компенсацию утечки :

(68)

Расчетный расход воды на компенсацию утечки , принимается в размере 0,75% от объема воды в системе теплоснабжения, аварийный расход на компенсацию утечки принимается в размере 2% от объема воды в системе теплоснабжения. Объем воды в системе теплоснабжения допускается принимать равным 65 м³ на 1 МВт расчетного теплового потока при закрытой системе теплоснабжения и 70 м³ на 1 МВт - при открытой системе теплоснабжения.

Число параллельно включенных подпиточных насосов

а). в закрытых системах теплоснабжения не менее двух, один из которых является резервным;

б). в открытых системах не менее трех, один из которых также является резервным.

Технические данные насосов для систем теплоснабжения приведены в приложениях №21 и №22. При подборе насосов следует учитывать требования по максимальной температуре воды, по величине допускаемых напоров на всасывающем патрубке насоса. Из условий экономии потребления электроэнергии величина КПД насоса , не должна быть менее 90% от величины максимального КПД .

Указание моделей и количества сетевых и подпиточных насосов произвести в разделе №12.

8. Расчет толщины тепловой изоляции

Расчет толщины тепловой изоляции трубопроводов _к по нормированной плотности теплового потока выполняют по формуле:

(69)

где d - наружный диаметр трубопровода, м;

е - основание натурального логарифма;

_к - теплопроводность теплоизоляционного слоя, Вт/(м ·°С), (определяемая по приложению №15 и №24);

R_к - термическое сопротивление слоя изоляции, м ·°С/Вт, величину которого определяют в зависимости от способа прокладки трубопровода по следующим выражениям:

При надземной прокладке (также прокладке в тоннелях и техподпольях):

(70)

При подземной прокладке

канальная прокладка

(71)

бесканальная прокладка

(72)

где - нормированная линейная плотность теплового потока, Вт/м (принимается по приложению 16);

- средняя за период эксплуатации температура теплоносителя (при параметрах теплоносителя 150/90 принимается для подающего трубопровода 90С, для обратного 50С);