Модернизация системы отопления

0,05

9075

143,09

-24

3,35

0,396

0,05

9350

147,47

-25

3,35

0,396

0,05

9625

151,86

-26

3,35

0,396

0,05

9900

156,24

-27

3,35

0,396

0,05

10175

160,64

Таблица 5.2

Вентиляционные потери УРНЭО

Температура снаружи, , °С	Температура внутри, , °С	Вентиляционные на части УРНЭО, кВт
		Административная	Производственная	Всё
4	16(10)	16,41	25,82	42,23
3		18,2	30,13	48,33
2		19,62	34,45	54,07
1		21,03	38,76	59,79
0		22,45	43,08	65,53
-1		23,88	47,40	71,28
-2		23,3	51,72	75,02
-3		26,73	56,05	82,78
-4		28,16	60,37	88,53
-5		29,59	64,70	94,29
-6		31,02	69,04	100,06
-7		32,46	73,37	105,83
-8		33,9	77,71	111,61
-9		35,34	82,05	117,39
-10		36,78	86,39	123,17
-11		38,23	90,74	128,97
-12		39,67	95,08	134,75
-13		41,13	99,43	140,56
-14		42,58	103,79	146,37
-15		44,04	108,14	152,18
-16		45,49	112,50	157,99
-17		46,96	116,86	163,82
-18		48,42	121,23	169,65
-19		49,89	125,59	175,48
-20		51,36	129,96	181,32
-21		52,83	134,34	187,17
-22		54,31	138,71	193,02
-23		55,78	143,09	198,87
-24		57,27	147,47	204,74
-25		58,75	151,86	210,61
-26		60,24	156,24	216,48
-27		61,73	160,64	222,37

Таблица 5.6

Сравнение теплопотерь до и после модернизации наружных ограждений и системы вентиляции

Температура снаружи, , °С	Температура внутри, , °С	Теплопотери на части УРНЭО, кВт
		Фактические	С утеплителем	С утеплителем и рекуператором
		Вентиляционные	Теплозащитные	Все, Q1	Вентиляционные	Теплозащитные	Все,Q2	Вентиляционные	Теплозащитные	Все, Q3
4	16 (10)	89,77	37,15	126,92	84,36	5,54	89,9	42,23	5,54	47,77
3		103,67	42,15	145,82	97,49	6,28	103,77	48,33	6,28	54,61
2		117,21	47,17	164,38	110,26	7,02	117,28	54,07	7,02	61,09
1		130,79	52,18	182,96	123,03	7,75	130,78	59,79	7,75	67,54
0		144,46	57,19	201,65	135,81	8,48	144,29	65,53	8,48	74,01
-1		157,96	62,2	220,16	148,61	9,22	157,83	71,28	9,22	80,5
-2		171,6	67,13	238,73	159,41	9,96	169,37	75,02	9,96	84,98
-3		185,25	72,46	257,71	174,22	10,69	184,91	82,78	10,69	93,47
-4		198,92	77,47	276,39	187,04	11,43	198,47	88,53	11,43	99,96
-5		212,61	82,48	295,09	199,86	12,17	212,03	94,29	12,17	106,46
-6		226,33	87,5	313,83	212,69	12,91	225,6	100,06	12,91	112,97
-7		240,08	92,49	332,57	225,54	13,64	239,18	105,83	13,64	119,47
-8		253,84	81,75	335,59	238,39	14,37	252,76	111,61	14,37	125,98
-9		267,63	85,89	353,52	251,26	15,11	266,37	117,39	15,11	132,5
-10		281,45	90,03	371,48	264,12	15,85	279,97	123,17	15,85	139,02
-11		295,29	94,16	389,45	277,01	16,58	293,59	128,97	16,58	145,55
-12		309,15	98,3	407,45	289,89	17,32	307,21	134,75	17,32	152,07
-13		323,02	102,44	425,46	302,8	18,06	320,86	140,56	18,06	158,62
-14		336,95	106,57	443,52	315,7	18,8	334,5	146,37	18,8	165,17
-15		350,89	110,71	461,6	328,62	19,53	348,15	152,18	19,53	171,71
-16		364,85	114,85	479,7	341,54	20,26	361,8	157,99	20,26	178,25
-17		378,85	118,98	497,83	354,49	21,00	375,49	163,82	21,00	184,82
-18		392,86	123,12	515,98	367,43	21,74	389,17	169,65	21,74	191,39
-19		406,91	127,26	534,17	380,4	22,47	402,87	175,48	22,47	197,95
-20		420,97	131,39	552,36	393,37	23,21	416,58	181,32	23,21	204,53
-21		435,07	135,53	570,6	406,34	23,95	430,29	187,17	23,95	211,12
-22		449,16	139,66	588,85	419,34	24,69	444,03	193,02	24,69	217,71
-23		463,35	143,8	607,15	432,33	24,42	456,75	198,87	24,42	223,29
-24		477,54	147,47	625,01	445,35	26,15	471,5	204,74	26,15	230,89
-25		491,74	152,07	643,81	458,37	26,89	485,26	210,61	26,89	237,5
-26		505,98	156,21	662,19	471,41	27,63	499,04	216,48	27,63	244,11
-27		520,25	160,35	680,6	484,45	28,41	512,86	222,37	28,41	250,78

Вентиляционные потери здания после установки рекуператора и утепления ограждающих конструкций уменьшились в 484/251=1,93=2 раза.

Рассчитаем тепловые потери за отопительный период по формуле (3.22) и занесем результаты в таблицу 5.4.

Таблица 5.3

Тепловые потери за отопительный период

Температура снаружи, , °С	Теплопотери УРНЭО, кВт	Длительность стояния температур, ч	Теплопотери за отопительный период, кВт·ч
4	47,77	4002	191175,54
3	54,61	4002	218549,22
2	61,09	4002	244482,18
1	67,54	4002	270295,08
0	74,01	2276	168446,76
-1	80,5	2276	183218
-2	84,98	2276	193414,48
-3	93,47	2276	212737,72
-4	99,96	2276	227508,96
-5	106,46	1117	118915,82
-6	112,97	1117	126187,49
-7	119,47	1117	133447,99
-8	125,98	1117	140719,66
-9	132,5	1117	148002,5
-10	139,02	1117	155285,34
-11	145,55	452	65788,6
-12	152,07	452	68735,64
-13	158,62	452	71696,24
-14	165,17	452	74656,84
-15	171,71	452	77612,92
-16	178,25	135	24063,75
-17	184,82	135	24950,7
-18	191,39	135	25837,65
-19	197,95	135	26723,25
-20	204,53	135	27611,55
-21	211,12	38	8022,56
-22	217,71	38	8272,98
-23	223,29	38	8485,02
-24	230,89	38	8773,82
-25	237,5	38	9025
-26	244,11	6	1464,66
-27	250,78	6	1504,68
Итого:	3265612,6

По расчетным данным теплопотери за отопительный сезон после установки рекуператора и модернизации наружных ограждений составили

3265612,6 кВт·ч(2749 Гкал).

Сравним их с фактическими теплопотреми за отопительный сезон, которые были рассчитаны ранее и равны 7329 Гкал и с теплопотерями с утепления наружных ограждений, которые равны 5539 Гкал. Получается что тепловые потери за отопительный период после утепления ограждающих конструкций уменьшились в 7329/5539=1,32 1,5 раза, а после установки рекуператора еще в 5539/2749=2 раза. При применении их в комплексе тепловые потери уменьшаться в 7329/2749=2,67 раза.

Для уменьшения нагрузки на систему отопления целесообразно утеплить наружные ограждения помещения и установить приточно-вытяжную вентиляцию с рекуператором.

5.4 Организация воздухообмена в помещениях

Эффективность общеобменной вентиляции в значительной степени зависит от способа и равномерности раздачи приточного воздуха в помещение и удаления отработавшего. Наилучшим вариантом организации воздухообмена является такой, при котором в помещении нет застойных зон. Это достигается равномерным размещением приточных и вытяжных каналов раздельно в противоположных стенах [10].

Вентиляционные установки при организации централизованной рекуперации будут расположены в помещении хозяйственного блока. Предполагаемое расположение вентиляционных установок и воздуховодов приведено на рисунке 5.2.

Рисунок 5.2 Предполагаемое расположение вентиляционных установок и воздуховодов

Санитарно-гигиеническая и экономическая эффективность системы вентиляции во многом зависит от распределения воздуха в помещении, при грамотно выбранной схеме воздухообмена и конструкции воздухораспределителей можно подать воздух в помещение с минимальными затратами (при низкой температуре и большой скорости, что уменьшает расход воздуха, затраты на оборудование, тепловую и электрическую энергию), но при этом обеспечить требуемые комфортные условия в помещении.

Воздухораспределитель - устройство, через которое воздух из приточного воздуховода поступает в помещение. В настоящее время выпускаются различные воздухораспределители, удовлетворяющие любым техническим и эстетическим требованиям: решетки, плафоны, перфорированные панели и воздуховоды, насадки с форсунками и др. Существуют воздухораспределители для создания вытесняющей вентиляции в помещении. Конструкции современных воздухораспределителей позволяют распределять воздух при больших значениях рабочей разности температур и большой скорости и при этом обеспечивать требуемые параметры воздуха в рабочей зоне помещения. Воздухораспределители изготавливаются из стали, алюминия, полимерных материалов.

Площадь поперечного сечения каналов, воздуховодов, сечения воздухораспределителей, м²:

A = L / (х_рек * 3600), (5.1);

где L - расход воздуха, м³/ч;

х_рек - рекомендуемая скорость движения воздуха в канале, воздуховоде, воздухораспределителе, м/с.

Принимаются к установке каналы, воздуховоды, воздухораспределители с близкой по значению площадью сечения A₀ и определяется их количество:

n_{кан.(реш.)} = A / A₀ (5.2);

Определяем действительную скорость движения воздуха в каналах, воздуховодах, воздухораспределителях по формуле, м/с:

х₀ = L / (n_{кан.(реш.)} * A₀ * 3600) (5.3);

Для производственных помещений для механической вентиляции рекомендуемая скорость движения воздуха воздуховоде, х_рек = 3 м/с, Результаты расчетов приведены в таблицах 5.4.

Таблица 5.4

Расчет диаметров воздуховодов при организации системы вентиляции с централизованной рекуперацией

Помещение	расход, м3/час	рекомендуемая скорость м/с	Площадь поперечного сечения воздуховодов, м	диаметр, м	диаметр из стандартного ряда, м	уточнённая скорость м/с
Хим.лабор.	1816	3	0,16	0,20	0,20	2,52
Токарный цех	1521,12	3	0,14	0,17	0,18	2,34
Аккумуляторная	574,4	3	0,03	0,03	0,1	1,59
Цех ремонта	200	3	0,01	0,01	0,1	0,5
Тепловой пункт	152,08	3	0,01	0,01	0,1	0,42

5.5 Подбор воздухораспределителей

Диффузор, изображенный на рисунке 5.3, предназначен для подачи воздуха в жилых, административных, общественных и производственных помещениях [44].

Рисунок 5.3 Диффузор Лиссант

Описание:

Потолочные диффузоры Лиссант предназначены для распределения по направлению потока воздуха в системах вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления.

Потолочные диффузоры используются в качестве конечных элементов систем распределения воздуха в потолках общественных зданий, офисов, магазинов, производственных помещений. Потолочные диффузоры изготавливаются из алюминиевого профиля в соответствии с ТУ 4863-039-15185548-2009 и окрашиваются методом порошкового напыления.

Конструктивно диффузор состоит из двух частей: наружной рамки, которая крепится к воздуховоду, центральной съемной части, которая крепится с помощью пружинных фиксаторов к наружной рамке.

Для регулирования количества расхода воздуха на диффузоры устанавливаются регуляторы расхода воздуха.

6. Модернизация систем отопления

Модернизацию тепловых пунктов осуществляют для усовершенствования теплоснабжения здания в соответствии с современными требованиями. Основные задачи модернизации - организация учета теплопотребления абонентом и сокращение потребления тепловой энергии при улучшении уровня теплового комфорта в обслуживаемых помещениях. Для этого, как минимум, на абонентском вводе устанавливают прибор учета и автоматический регулятор теплового потока, корректирующий отпуск теплоты по погодным условиям. Такое применение оборудования называют местным либо абонентским автоматическим регулированием. При этом не осуществляют изменений конструктивного характера в системе отопления, но предусматривают эту возможность в будущем. Особенно это касается решений о применении гидроэлеватора с регулируемым соплом.

При модернизации теплового пункта рассматривают множество задач - автоматизация процесса управления, контроль, учет.

Наиболее часто решаемые задачи управления:

* регулирование температуры теплоносителя, подаваемого в систему отопления, в зависимости от температуры наружного воздуха;

* регулирование температуры теплоносителя, возвращаемого в теплосеть, в соответствии с температурой наружного воздуха по заданному температурному графику;

* ускоренный прогрев ("натоп") здания после энергосберегающего режима (пониженного теплопотребления);

* коррекция режима теплопотребления по температуре воздуха в помещении;

* ограничение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе системы отопления.

Указанные процессы в тепловом пункте изменяют режим теплопотребления абонента: с качественного режима на качественно-количественное. С гидравлической точки зрения - это переход от постоянного гидравлического режима к переменному.

Традиционным подходом при подключении подавляющего большинства систем отопления зданий к сети централизованного теплоснабжения считалось применение нерегулируемого гидроэлеватора. Основные его достоинства: дешевизна, простота, надежность. Он эжектирует охлажденную воду из обратного трубопровода системы отопления и смешивает ее с высокотемпературной сетевой водой, сохраняя незначительную часть напора сетевого насоса на тепловой станции, чем обеспечивает циркуляцию теплоносителя в системе отопления. Однако при всех достоинствах гидроэлеватор несовместим с современной системой отопления. Недостатком гидроэлеватора является очень малая доля создаваемого располагаемого перепада давления для системы отопления - примерно 10 %, что относит гидроэлеватор к низкоэффективным устройствам побуждения движения теплоносителя. Для того, чтобы гидроэлеватор работал необходимо обеспечить перед ним перепад давления не менее 150 кПа, а создаваемое им циркуляционное давление составляет не более 16 кПа. Это означает, что в теплосети необходимо поддерживать высокий перепад давления, затрачивая в 10 раз больше энергии от требуемой, что увеличивает возникновение аварий в подающих трубопроводах и создает вероятность образования кавитации на регулирующих клапанах.

Следующий недостаток нерегулируемого гидроэлеватора - его работа при постоянном коэффициенте смешивания. При этом исключается возможность местного количественного регулирования системы отопления автоматическими терморегуляторами у отопительных приборов.

Безусловно, что для двухтрубных систем отопления с переменным гидравлическим режимом такие гидроэлеваторы непригодны. Для однотрубных систем отопления с квазипостоянным гидравлическим режимом такие гидроэлеваторы также непригодны. В них, хоть и значительно меньшие, чем в двухтрубных системах, но происходят колебания расхода теплоносителя, создаваемые работой терморегуляторов. Устранять эти колебания следует автоматическими ограничителями расхода (регуляторами расхода) устанавливаемыми на стояках вертикальных систем либо приборных ветках горизонтальных систем отопления. Эти регуляторы требуют потерь давления на себе для обеспечения работоспособности мембраны около 15...20 кПа, не оставляя располагаемого давления (из развиваемых гидроэлеватором 16 кПа) на преодоление сопротивления в остальных элементах циркуляционного кольца. Нерегулируемый гидроэлеватор при колебании расхода в системе отопления создает диаметрально противоположный энергосбережению эффект: в то время, когда закрываются терморегуляторы и уменьшается расход теплоносителя, начинает возрастать температура теплоносителя на выходе из него. При этом возрастает температура теплоносителя в трубопроводах системы отопления и в обратном трубопроводе теплосети, увеличивая теплопотери в трубопроводах и ухудшая работу ТЭЦ или районной котельной. Кроме того, работа нерегулируемого гидроэлеватора несовместима с регулятором теплового потока, который следует устанавливать на абонентском вводе тепловой сети.

Таким образом, к достоинствам элеваторных узлов относится низкая стоимость, абсолютная надежность, отсутствие затрат на эксплуатацию и потребности в электроэнергии.

Недостатком элеваторного узла является невозможность оперативно изменить коэффициент смешения, что приводит к осенне-весенним перетопам при завышенной температуре в тепловой сети.

Системы отопления зданий гидравлически очень неустойчивы и требуют постоянного расхода воды, при сокращении расхода теплоноситель прекращает поступать в отдельные стояки и отопление подключенных к ним квартир просто прекращается. Следовательно регулировать (сокращать) подачу тепла на отопление зданий можно только изменением температуры теплоносителя, но не расхода.

Для ликвидации перетопов предлагается создать независимую систему отопления с автоматизированным блочным тепловым пунтком. Такое решение имеет ряд достоинств:

· Так как автоматизированные тепловые пункты работают "на замке", значительно сокращается потребность в квалифицированном персонале.

· Автоматически поддерживаются комфортные условия, за счет контроля параметров теплоносителей: температуры и давления сетевой воды, воды системы отопления; температуры воздуха в отапливаемых помещениях (в контрольных точках) и наружного воздуха.

· Оплата потребленного каждым зданием тепла осуществляется по фактически измеренному расходу за счет использования приборов учета.

6.1 Оценка перерасхода тепловой энергии в системе отопления

Оценка производится по методике представленной в [11].

Перерасход тепловой энергии находим по формуле:

(6.1)

где Q - потребленное тепло;

dQ - отклонение отопительной нагрузки;

(6.2)

где фактические температуры воды перед отопительной установкой и после нее;

температуры воды перед отопительной установкой и после нее установленные температурным графиком;

(6.3)

(6.4)

- удельное отклонение относительной отопительной нагрузки на 1°С отклонения температуры воды перед отопительной установкой от расчетного значения для данной наружной температуры;

- удельное отклонение относительной отопительной нагрузки на 1°С отклонения температуры воды после отопительной установкой от расчетного значения для данной наружной температуры;

- относительная отопительная нагрузка, т.е. отношение действительной отопительной нагрузки к расчетной;

(6.5)

- действительная отопительная нагрузка;

- расчетная отопительная нагрузка;

- расчетная разность внутренней и наружной температур;

(6.6)

- внутренняя температура в соответствии с проектом;

- температура наружного воздуха расчетная для проектирования [3];

°С.

- расчетный температурный напор в отопительном приборе

(6.7)

u - коэффициент смешения элеватора, определяется по формуле

(6.8)

где - температура в подающем трубопроводе теплосети, °С;

- температура в обратном трубопроводе теплосети, °С;

- температура в подающем трубопроводе системы отопления, °С.

Тепловая сеть работает по графику 150-70 °С, а система отопления 95-70°С, найдем коэффициент смешения элеватора по формуле (6.8).

=2,2.

Рассчитаем перерасход тепловой энергии, например для апреля 2015 года.

Фактическую температуру воды перед отопительной установкой и температуры воды установленную температурным графиком занесем в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

Температура воды фактическая и установленная температурным графиком

	апрель 2015 г	Май 2015г	Июнь 2015 г	сент 2015 г	окт 2015 г	нояб 2015 г	дек 2015 г	янв 2016 г	Фев 2016 г	Март 2016 г
,°С	74,12	73,49	71,66	64,9	69,57	72,94	77,37	83,48	89,87	83,75
,°С	53,61	53,61	53,57	56,46	57,46	53,7	55,15	52,9	54,62	49,82
,°С	66,4	59	51,4	43	45	54,5	62	67,9	72,2	68,54
,°С	49,2	45	40,6	36	36,8	40,6	46,7	50,1	51,7	47,5

Найдем расчетный температурный напор в отопительной трубе по формуле 6.7.

°С.

Найдем удельное отклонение относительной отопительной нагрузки на 1°С отклонения температуры воды до и после отопительной установки, по формулам 6.3-6.4.

Перед отопительной установкой:

==0,0032524.

После отопительной установки

==0,0175631.

Найдем отклонение отопительной нагрузки по формуле 6.2

0,1025671 Гкал.

Перерасход тепловой энергии найдем по формуле 6.1

7,9495601 Гкал.

Найдем относительную отопительную нагрузку по формуле 6.5.

Аналогично рассчитаем перерасход тепловой энергии для оставшихся месяцев в отопительном сезоне 2015-2016 года по формулам 6.1-6.7 и занесем результаты в таблицу 6.2

Таблица 6.2

Перерасход тепловой энергии на отопление

	апрель 2015 г	Май 2015г	Июнь 2015 г	Сент 2015 г	Окт 2015 г	Нояб 2015 г	Дек 2015 г	Янв 2016 г	Фев 2016 г	Март 2016 г
,°С	74,12	73,49	71,66	64,9	69,57	72,94	77,37	83,48	89,87	83,75
,°С	53,61	53,61	53,57	56,46	57,46	53,7	55,15	52,9	54,62	49,82
,°С	66,4	59	51,4	43	45	54,5	62	67,9	72,2	68,54
,°С	49,2	45	40,6	36	36,8	40,6	46,7	50,1	51,7	47,5
	1,11	1,25	1,39	1,79	1,825	1,42	1,24	1,1	1,11	1,09
,°С	32	32	32	32	32	32	32	32	32	32
,°С	47,865	47,55	46,615	44,68	47,515	47,32	50,26	52,19	56,245	50,785
	0,0033	0,0032	0,0031	0,0033	0,0033	0,0033	0,0032	0,0032	0,0031	0,0032
	0,0178	0,0177	0,0169	0,0181	0,0178	0,0179	0,0176	0,0174	0,0168	0,0173
, Гкал	99,38	89,87	41,25	88,98	98,58	101,98	110,54	105,21	98,25	85,14
, Гкал	10,36	18,03	11,70	39,52	44,44	30,22	22,09	10,41	10,27	7,57

Таким образом, суммарный перерасход тепловой энергии составил 204 Гкал/год.

6.2 Выбор циркуляционного насоса для системы отопления

В настоящее время циркуляционный насос входит в состав любой отопительной системы или горячего водоснабжения. Он обеспечивает циркуляцию жидкости в замкнутом цикле, что значительно увеличивает теплоотдачу в отопительной системе. Расположение насоса на подающем либо обратном трубопроводе имеет свою аргументацию. Обычно это зависит от предпочтений проектировщиков и эксплуатационников. Размещение насоса на подающем трубопроводе уменьшают, например, вероятность засорения при заполнении и эксплуатации системы отопления. В то же время, при пропадании электроэнергии в насос пропадает высокотемпературный теплоноситель за счет незначительной циркуляции через него под разностью давлений в подающем и обратном трубопроводах теплосети, поскольку не всегда выполняются рекомендации о необходимости отсечения местной системы отопления в таких ситуациях. При расположении насоса на обратном трубопроводе устраняют влияние повышенного давления в обратной магистрали теплосети, часто наблюдаемое в концевых участках теплосети. И создают более благоприятные условия для его работы. В нашем случае будем устанавливать насос на обратном трубопроводе.[17]

Циркуляционные расходы, л/с, рассчитываются по формуле:

(6.9)

где DT - разница температур в подающем и обратном трубопроводе (?С)
c - удельная теплоемкость воды, равная 4,2 кДж/ кг*град C.

Q- потери тепла при расчетной температуре -27?

Рассчитаем расход холодногно теплоносителя по формуле (6.9)

Для пересчета полученной величины в куб.м/ч (необходимо разделить ее на плотность воды при расчетной температуре;она составляет 971,8 кг/куб.м.

Кроме необходимой подачи, насос должен обеспечивать в системе отопления давление (напор), достаточное для преодоления сопротивления трубопроводной сети. Для правильного выбора нужно определить потери в наиболее протяженной линии схемы (до самого дальнего радиатора).
Найдем напор в системе отопления по формуле:

(6.10)

где R - сопротивление в прямой трубе (Па/м), сопротивление прямых участков трубы составляет порядка 100-150 Па/м. Это соответствует необходимому напору насоса в 0,01-0,015 м на 1 м трубопровода. В расчетах нужно учитывать длину и подающей, и обратной линии.

L - длина трубопровода (м);

ZF - коэффициент запаса.

Если установка не оснащена ни терморегулирующим вентилем, ни смесителем, ZF = 1,3; для контура с терморегулирующим вентилем ZF = 1,3 х 1,7 = 2,2; когда система включает оба прибора ZF = 1,3 х 1,7 х 1,2 = 2,6

Расчитаем требуемый напор в системе отопления по формуле (6.10)

Подбираем насос Grundfos Alpha2 L25-40/

6.2 Расчет и выбор теплообменника для системы отопления

Произведем проектный расчет пластинчатого теплообменника.[49], выбрав тип, рассчитав и подобрав нормализованный вариант конструкции пластинчатого теплообменника.

Параметры горячего теплоносителя:

Температура, °С

вход t_1н ………………………………………………………………150

выход t_1к ……………………………………………………………..70

Параметры холодного теплоносителя:

Расход G₂, кг/с…………………………………………………………8,59

Температура, °С

вход t_2к …………………………………………………………..95

выход t_2н ………………………………………………………………70

Средняя температура воды t₂, °С:

(6.11)

Средняя разность температур ?t_ср, °С:

(6.12)

Средняя температура горячего теплоносителя t₁, °С:

(6.13)

Теплофизические свойства горячего теплоносителя [27]

плотность с₁=947 кг/м³;

теплопроводность л₁=0,686 Вт/(м K);

теплоёмкость с₁=4236 Дж/(кг/К);

динамическая вязкость м₁=0,000262 Па с.

Теплофизические свойства холодного теплоносителя

плотность с₂=947 кг/м³;

теплопроводность л₂=0,686 Вт/(м K);

теплоёмкость с₂=4236 Дж/(кг/К);

динамическая вязкость м₂=0,000262 Па с.

Тепловая нагрузка Q, Вт:

 (6.14)

.

Расход греющей воды G₁, кг/с:

(6.15)

кг/с.

Ориентировочное значение коэффициента теплопередачи принимается по данным табл. 4.8 [49]. При вынужденном движении при теплопередаче от жидкости к жидкости (воде) рекомендуется принимать К_ор = 800..1700 Вт/(м²•К).

Ориентировочная поверхность теплопередачи F_op, м²:

(6.16)

14,69 м²

Рассмотрим пластинчатый теплообменник типа Danfoss XGF 100-034, поверхность пластины 0,34 м², количество пластин N=50 шт.

Эквивалентный диаметр канала d_э=8 мм, поперечное сечение канала S=1,410^-4 м². [23]

Выбранный теплообменник однопакетной компоновки, принимаем схему

Скорость горячего теплоносителя , м/с;

(6.17)

м/с

Критерий Прандтля Pr:

(6.18)

Критерий Рейнольдса Re₁:

(6.19)

т.е. режим турбулентный.

Критерий Нюсельта Nu:

(6.20)

Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке б₁, Вт/(м²·К):

(6.21)

Вт/(м²·К)

Скорость холодного теплоносителя , м/с;

Критерий Прандтля Pr:

Критерий Рейнольдса Re₂:

т.е. режим турбулентный.

Критерий Нюсельта Nu:

Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке б₂, Вт/(м²·К):

Тепловая проводимость загрязнений со стороны воды:

r = 5800

Термическое сопротивление стенки из стали при ее толщине в 1 мм:

(6.22)

Общее термическое сопротивление R_пт, (м²·К)/Вт:

(6.23)

(м²·К)/Вт

Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К):

 (6.24)

К=1250 Вт/(м²·К)

Расчетная поверхность теплопередачи F_p, м²:

F_p=Q/K?t_ср (6.25)

Выбираем пластинчатый одноходовой разборный теплообменник фирмы Danfoss XGF 100-034, поверхность пластины 0,34 м², количество пластин N=40 шт.

6.4 Описание оборудования, используемого для модернизации систем отопления

Тепловой пункт (ТП) -- один из главных элементов системы централизованного теплоснабжения зданий, выполняющий функции приема теплоносителя, преобразования (при необходимости) его параметров, распределения между потребителями тепловой энергии и учета ее расходования. В зависимости от предназначения, условий присоединения потребителей к тепловой сети, требований заказчика и др. Тепловой пункт составляется из ряда отдельных функциональных узлов. Для упрощения процесса проектирования, комплектации и монтажа тепловые пункты могут изготавливаться в заводских условиях и поставляться на объект строительства в виде готовых блоков -- блочный тепловой пункт (БТП). БТП представляет собой собранные на раме в общую конструкцию отдельные функциональные узлы, как правило, в комплекте с приборами и устройствами контроля, автоматического регулирования и управления. Фирма Danfoss предлагает для применения в России стандартные автоматизированные блочные тепловые пункты полной заводской готовности, предназначенные для присоединения к тепловой сети различных систем теплопотребления и выполненные по типовым технологиче-ским схемам с применением водоподогревателей на базе паяных или разборных пластинчатых теплообменников собственного производства1). Применение автоматизированных БТП фирмы Danfoss способствует решению важнейшей задачи в области теплоснабжения -- повышению его качественного уровня, который заключается в обеспечении комфортных климатических условий в зданиях и требуемых по санитарным нормам температур и расходов горячей воды для хозяйственно-питьевых нужд при минимальных энергозатратах. [23]

Для данного проекта подходит БТП фирмы Danfoss для системы отопления с зависимым подключение м к тепловой сети.

На рисунке 6.1 изображена стандартная схема АИТП Danfoss, позициями на рисунке обозначены [24]:

1 - одноходовой теплообменник для системы отопления: Danfoss XGF100-034 40;

3- насос циркуляционный: Grundfos ALPHA 2 L25-40;

4 - клапан регулирующий, седельный, проходной: VF2 Д_у = 65-100 мм, K_vs = 63-145 м³/ч, чугунный, фланцевый, Р_у = 16 бар, Т_макс. = 130 °C;

5 - редукторный электропривод регулирующего клапана: AMV55 для клапанов VF2 и VFS2, 220 В, 8 с/мм;

6 - регулятор перепада давлений: составной типа AFP/VFG2: клапан VFG2 (Д_у = 15-125 мм, K_vs = 34-160 м3/ч, чугунный, фланцевый, Р_у = 16 бар, Т_макс. = 200 °C), регулирующий элемент AFP-9 (ДР = 0,15-1,50 или 0,5-3,0 бар), импульсная трубка AF для AFP (2 шт.);

7 - регулятор перепуска: Составной типа AFPA/VFG2: клапан VFG2 (Д_у = 50-100 мм, K_vs = 32-125 м3/ч, чугунный, фланцевый, Ру = 16 бар, Т_макс. = 200 °C), регулирующий элемент AFP-9 (ДР = 0,15-1,20 или 0,5-2,5 бар), импульсная трубка AF для AFPА (2 шт.);

8 - электромагнитный (соленоидный) клапан: клапан EV220B Д_у = 15-50 мм, K_v =4-40 м3/ч, бронзовый, муфтовый, Р_у =16 бар, Т_макс. = 120 °C, катушка электромагнитная на 220 В для клапана EV220B, штекер для подключения кабеля к электромагнитной катушке;

9 - электроконтактное реле давления (прессостат) KPI35;

10 - реле разности давлений RT262A для АВР насосов;

11 - контроллер ECL (ECL 301; карта L66, L62; релейный модуль ECA80, резисторы 1К, 1.3К; крепежные элементы для щитового или настенного монтажа);

12 - датчик температуры наружного воздуха ESMT;

13 - датчик температуры теплоносителя и горячей воды: ESMU, погружной, из нержавеющей стали, L = 100 мм;

14 - расходомер холодноводный;

15 - клапан балансировочный, ручной (MSV-F2 Д_у = 15-150 мм, чугунный, фланцевый, Р_у = 16 бар, Т_макс. = 130 °C);

16 - кран шаровой типа JiP Ду = 32-150 мм, стальной, фланцевый, Р_у = 40 бар (для Д_у = 25-50 мм) и Р_у = 25 бар (для Д_у = 65-150 мм), Т_макс. = 150 °C;

17 - кран шаровой типа Х1666 Д_у = 15-50 мм, стальной, муфтовый, Р_у = 69 бар, Т_макс. = 230 °C;

18 - кран трехходовой под манометр, Д_у = 15 мм, Р_у = 16 бар, Т_макс. = 150 °C;

19 - дисковый поворотный затвор типа SYLAX Д_у = 65-100 мм, чугунный, для установки между фланцами, Р_у = 16 бар, Т_макс. = 120 °C;

20 - клапан обратный: тип 462 Д_у = 50-100 мм, чугунный, фланцевый, Р_у = 10 бар, Т_макс. = 100 °C;

21 - фильтр сетчатый: тип FVF Д_у = 15-150 мм, чугунный, фланцевый, со спускным краном, Р_у = 16 бар, Т_макс. = 150 °C;

22 - манометр показывающий, сертифицированный в России, с диаметром шкалы не менее 100 мм, верхним пределом измерения в соответствии со значением испытательного давления;

23 - термометр показывающий с гильзой, сертифицированный в России, с верхним пределом измерения в соответствии с максимальной температурой измеряемой среды;

24 - клапан предохранительный;

УВ - Узел ввода может различаться в зависимости от схемы системы теплоснабжения (закрытая или открытая), способа присоединения систем отопления и вентиляции к тепловой сети (зависимое или независимое), а также от общей тепловой мощности ТП.

Для обеспечения надежной работы оборудования БТП узел ввода, кроме запорной арматуры и грязевика, должен оснащаться сетчатым фильтром Danfoss.

При независимом присоединении потребителей к тепловой сети через водоподогреватели от обратного трубопровода узла ввода делается ответвление с отдельным для подключения узлов подпитки фильтром.

В узле ввода первая запорная арматура на подающем и обратном трубопроводах должна быть стальной. Этому требованию удовлетворяют краны шаровые стальные Danfoss типа JiP, фланцевые или приварные.

Минимально допустимый условный проход трубопроводов узла ввода -- 32 мм.

УУ - Узел учета теплопотребления. Узлом учета теплопотребления оснащаются все без исключения ТП. Он выполняется по отдельной части проекта ТП в соответствии с требованиями «Правил учета тепловой энергии и теплоносителя».



Рисунок 6.1 Схема АИТП Danfoss

7. Расчет технико-экономических показателей

Целью данного дипломного проекта является модернизация системы отопления и вентиляции. Планируется произвести устройство приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла, автоматизированного индивидуального теплового пункта. Произведём расчёты согласно [50].

7.1 Расчет капитальных затрат при модернизации системы отопления и вентиляции УРНЭО

Капитальные затраты можно подразделить на значения представленные в формуле (7.1).

(7.1)

где: - сметная стоимость оборудования;

- сметная стоимость строительно-монтажных работ;

- стоимость демонтажных работ;

Д - доход строительной организации.

Сведения о количестве и стоимости оборудования, а также строительно-монтажных работ приведены в таблице (7.1).

Таблица 7.1

Сводная таблица стоимости оборудования и строительных работ для комплексной реновации жилого многоквартирного дома

Наименование работ и затрат	единица измерения	кол-во едениц	цена за еденицу, руб	общая цена, руб
Устройство вентилируемого фасада
Утеплитель	м2	400	285,04	114016
Подсистема оцинкованная (в сборе)	м2	400	239	95600
Фасадные дюбели	шт	1000	10	10000
Ветровлагозашитная мембрана	м2	400	20	80000
Двухсторонняя клейкая лента	шт	5	300	1500
Фиброцементные облицовочные панели	м2	400	400	160000
Монтаж вентилируемого фасада	м2	400	1000	400000
Итого	861116
Устройство приточно-вытяжной вентиляции
Вент. установка Salda RIS 5500	шт	1	810000	810000
Диффузоры Лиссант КП125	шт	2	185	370
Диффузоры Лиссант КП100	шт	12	153	1836
Воздуховоды
Сечение 800х500	м	3	2013	6039
Диаметром 125 мм	м	20	350	7000
Диаметром 100 мм	м	65	279	18135
Фасонные изделия
Врезка круглая 100	шт	8	126	1008
Врезка круглая 125/100	шт	2	132	264
Отвод 90? 100	шт	4	159	636
Переход с квадратного сечения на круглое	шт	2	1676	3352
Переход 150/125	шт	2	321	642
Крестовина 125/100	шт	2	275	550
Монтаж приточно-вытяжной установки	шт	1	6274,3	6274,3
Монтаж воздухораспределителей	шт	14	72,99	1021,86
Монтаж воздуховодов	шт	1	25320	25320
Устройство АИТП и циркуляции в системе ГВС
Стандартный блочный АИТП Danfoss	шт	1	1000000	100000
Трубы Rehau 42x6,7	м	5	263	1315
Монтаж	шт	1	75000	75000
Транспортные расходы
Доставка вент. установки и воздуховодов	шт	1	20000	20000
Доставка блочного АИТП и труб	шт	1	20000	20000
Доставка материалов для утепления, окон	щт	1	2000	20000
				2880059

Общая стоимость оборудования:

К_об = Ц_о+Ц_тр (7.2)

где: Ц_о = 2,820 тыс. руб. - цена оборудования;

Ц_тр 60 тыс. руб. -цена доставки.

К_об = Ц_о+Ц_тр = 2,880 тыс. руб.

7.2 Расчет сметной стоимости демонтажных работ

Демонтажу подлежат окна в деревянной раме, элеваторный узел смешения, стоимость указана с учетом стоимости демонтажа. К_двм = 0.

7.3 Расчет стоимости строительно-монтажных работ

Стоимость СМР может быть определена по формуле (7.3).

............................................................ (7.3)

где: И_МЗ - материальные затраты определяемые на основе ценников;

И_ЗП - затраты на зарплату строительных рабочих;

И_сзо - затраты на эксплуатацию строительных машин;

И_МЗ + И_ЗП + И_сзо = 500тыс. руб. - т.к. все эти затраты включены в стоимость монтажных работ;

- накладные расходы;

= 0;

Стоимость строительно-монтажных работ будет составлять:

= 107 +0 = 500 тыс. руб.

Прочие расходы (проектирование, пусконаладочные работы, общехозяйственные работы) (К_пр) принимаются ? 5% от цены оборудования К_пр= 140 тыс. руб.

Доход строительной организации также включён в стоимость монтажных работ, Д =0, тыс. руб.

Доход строительной организации включен в материальные затраты.

Тогда К_з по формуле (9.1):

К_з= К_об+ К_смр+ К_двм+ К_пр+Д=2,880 +500+140= 3,520 тыс. руб.

7.4 Определение экономии средств от модернизации системы отопления

Экономия от модернизации системы отопления будет выражаться в разности между текущим потреблением энергии и ресурсов здания и его потреблением после проведения мероприятий.

Расчетное годовое теплопотребление здания составляет 919,18 Гкал за период март-февраль 2015-2016 г. Тогда в денежном выражении это составит по формуле (9.4).

(7.4)

где: Q - суммарное годовое теплопотребление на отопление и ГВС, Гкал;

Ц - стоимость 1 Гкал тепловой энергии, рублей.

Текущая стоимость 1 Гкал тепловой энергии, согласно тарифам, составляет 985,85 рублей за Гкал. Тогда годовое теплопотребление здания до проведения работ:

ЭР_до= 919,18·985,85=906 тыс. руб.

После проведенных работ теплопотребление уменьшается на величину 521 Гкал в год. Итого 918,18 - 521 = 459,09 Гкал в год:

ЭР_после= 459,09·985,85=452тыс. руб.

Экономия будет равна разности между затратами на энергию до модернизации и после по формуле (7.5):

(7.5)

Э₁ = 906 - 452=454 тыс. руб.

Для текущего обслуживания вентиляционной системы и контроля ее работы необходимы услуги компании, занимающейся соответствующей деятельностью. Полугодовое техническое обслуживание обойдётся в 3200 руб./мес.:

З_т/о = 3200 * 2 = 6400 руб.

Электроэнергия в спроектированной системе будет потребляться вентиляторами, воздухонагревателем и насосами. Необходимо учесть, что воздух, подаваемый в помещения, частично нагревается за счет удаляемого воздуха в теплоутилизаторе. Чтобы определить, сколько придется платить за электроэнергию, недостаточно знать только мощность воздухонагревателя, ведь с максимальной мощностью он будет работать непродолжительное время, только в период сильных морозов. При повышении температуры наружного воздуха потребляемая мощность уменьшается, поэтому средняя потребляемая мощность будет заметно ниже максимальной.

Стоимость энергии, потребляемой воздухонагревателем:

С_вн = ДТ * L * c_v * С * N_д / 1000, (7.6)

где ДТ - увеличение температуры подаваемого в помещения воздуха за счет электрического нагрева воздуха, °С;

L - производительность установки, м³/ч;

c_v - объемная теплоемкость воздуха, равная 0,336 Вт·ч/мі/°С;

С - стоимость электроэнергии, руб;

N_д - число дней в месяце.

ДТ = t_вн - t_рек,

где t_вн - температура воздуха, подаваемого в помещения, °С;

t_рек - величина нагрева воздуха за счет рекуперации, °С.

Производим расчеты, результаты сводим в таблицу 7.2.

Таблица 7.2

Стоимость энергии, потребляемой воздухонагревателем

	янв	фев	мар	апр	маи	июн	июл	авг	сен	окт	ноя	дек
tрек	16,18	15,9	13,7	11,1	8,6	5,8	3,8	4,7	6,9	9,95	13,3	15,1
ДТ	13,6	13,3	11,7	8,8	5,8	2,6	0,4	1,4	4,0	7,4	11,3	12,4
L	4263
N	31	28	31	30	31	30	30	31	30	31	30	31
cv	0,3
Тариф	1,91	1,91	1,91	1,91	1,91	1,91	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02
Всего ст-ть	1029	909	886	644	439	190	31	112	310	592	875	993
У	7015

Определим стоимость энергии, потребляемой вентиляторами и насосами:

С_в = С * N, (7.7)

где N - мощность вентиляторов, кВт.

Производим расчет, результаты сводим в таблицу 9.3.

Таблица 7.3

стоимость энергии, потребляемой вентиляторами

Вентилятор/ насос	Мощ-ть вент.,кВт	Время раб, ч	мощ/год	тариф	Стоимость, руб
Salda	3.98	8760	34164	2	68328

Итого текущие затраты за год составят:

ТЗ = З_т/о + С_вн + С_в (7.8)

ТЗ = 81 тыс. руб.

7.5 Показатели эффективности

Произведем определение срока окупаемости.

Срок окупаемости можно найти по формуле (7.10):

(7.10)

где: К_з - капитальные затраты (стоимость реконструкции), тыс.руб. (стоимость оборудования, прочие расходы (затраты на демонтаж, установку оборудования);

Э - ежегодная экономия средств на энергию, тыс. рублей;

И = 37 тыс.руб.- ежегодные издержки, ежегодные амортизационные отчисления, примем 2% для вентиляционной установки и АИТП.

К_ок=3,520 /(454-81-37) = 11 лет

Учитывая динамику роста цен на Гкал в Мурманске, можно заключить, что в среднем она дорожает на 5 % в год. Рост цен будет увеличивать эффект экономии так же на 5% в год. Таким образом за 8 лет объём сэкономленных средств составит 3,880 тыс. руб., что превышает кап. затраты на 1,5%. Следовательно реальный срок окупаемости составит 10 лет.

Для оценки эффективности производства продукции или затрат рассчитывается рентабельность реальных инвестиций (капитальных вложений) (Р_кв)

(7.11)

где: Э - экономия средств при модернизации, тыс. руб.;

К_з- капительные затраты, тыс. руб.

P=454/3,520·100 % =12,8 %

Предлагаемый проект модернизации является рентабельным мероприятием, показатель рентабельности равен 12,8%.

7.6 Сводные показатели экономической эффективности

Сводные показатели экономической эффективности приведены в таблице 7.4

Таблица 7.4

Технико-экономические показатели эффективности модернизации системы отопления

Наименование показателя	Значение показателя
Капитальные вложения, тыс. руб.	2,330
Затраты на тепловую энергию до проведения мероприятий по увеличению энергоэфективности	9060
Затраты на тепловую энергию после проведения мероприятий по увеличению энергоэфективности	487
Экономия средств после проведения мероприятий по увеличению энергоэфективности	419
Дополнительные затраты на электроэнергию для, подогрева воздуха, работу вентиляторов и на техничское обслуживание вент. установки, тыс. руб.	81
Ежегодная экономия средств, тыс. руб. / год	338
Рентабельность капитальных вложений	17,9%
Срок окупаемости	8 лет

8. Охрана труда

8.1 Анализ возможных опасных и вредных производственных факторов при модернизации системы вентиляции и системы отопления

В соответствии с ГОСТ 12.0.003-74 «Опасные и вредные производственные факторы. Классификация» при модернизации системы вентиляции объекта на работающих могут действовать следующие физические опасные и вредные производственные факторы:

- повышенный уровень шума на рабочем месте;

- повышенная подвижность воздуха;

- недостаток естественного света;

- недостаточная освещенность рабочей зоны.

8.2 Разработка технических мероприятий по снижению воздействия опасных и вредных производственных факторов на работающий персонал

8.2.1 Требования к помещениям, оборудованию и его размещению при модернизации системы вентиляции и отопления

ГОСТ 12.4.021-75 «Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляционные. Общие требования» устанавливает общие требования к системам вентиляции, кондиционирования воздуха и воздушного отопления производственных, административно-бытовых и общественных зданий и сооружений.

Расположение вентиляционных систем должно обеспечивать безопасный и удобный монтаж, эксплуатацию и ремонт технологического оборудования. При размещении вентиляционных систем должны соблюдаться нормы освещения помещений, рабочих мест и проходов [51].

Для монтажа, ремонта и обслуживания элементов вентиляционных систем, а также для перехода через них должны предусматриваться стационарные площадки, проходы, лестницы и мостики.

Помещения для вентиляционного оборудования должны быть вентилируемыми и обеспечивать безопасное выполнение ремонта, монтажа и наблюдения за установками.

На случай возникновения пожара следует предусмотреть специальные устройства, обеспечивающие отключение вентиляционных систем, а также включение, при необходимости, систем аварийной противодымной вентиляции.

Размещение и устройство электрооборудования вентиляционных систем, а также контрольно-измерительная аппаратура, устройство токоведущих частей и заземлений должно удовлетворять требованиям "Правил устройства электроустановок", "Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

ГОСТ 12.2.003-91 «Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности» устанавливает общие требования безопасности к оборудованию и его размещению.

Каждый технологический комплекс и автономно используемое производственное оборудование должны укомплектовываться эксплуатационной документацией, содержащей требования, предотвращающие возникновение опасных ситуаций при монтаже (демонтаже), вводе в эксплуатацию и эксплуатации [32].

Оборудование должно соответствовать требованиям охраны труда на протяжении всего срока эксплуатации и использоваться в соответствии с требованиями технической документации, утвержденной в установленном порядке.

Производственное оборудование в процессе эксплуатации не должно загрязнять природную среду выбросами вредных веществ и вредных микроорганизмов в количествах выше допустимых значений, установленных стандартами и санитарными нормами.

Конструкция производственного оборудования, приводимого в действие электрической энергией, должна включать устройства для обеспечения электробезопасности.

Технические средства и способы обеспечения электробезопасности (например, заземление, изоляция токоведущих частей, защитное отключение и др.) должны устанавливаться в стандартах и технических условиях на производственное оборудование с учетом условий эксплуатации и характеристик источников электрической энергии.

Размещение оборудования должно обеспечивать удобные и безопасные условия обслуживания, ремонта и санитарной обработки и не создавать встречных и перекрещивающихся потоков при движении работников.

Установки должны быть оборудованы контрольной, предупреждающей, запрещающей и аварийной сигнализацией в соответствии с технологической и технической документацией.

8.2.2 Требования к рабочим местам и инструменту

Рабочие места и инструмент должны соответствовать правилам и требованиям ГОСТ 12.2.061-81 «Оборудование производственное. Общие требования безопасности к рабочим местам».

Требования к рабочим местам и инструменту:

- рабочее место, его оборудование и оснащение должны обеспечивать безопасность, охрану здоровья и работоспособность работающих;

- уровни опасных и вредных производственных факторов, воздействующих на человека на рабочем месте, не должны превышать установленных предельно допустимых значений;

- рабочее место и взаимное расположение его элементов должны обеспечивать безопасное и удобное техническое обслуживание и чистку;

- организация рабочего места должна обеспечивать безопасность выполнения трудовых операций;