Повышение эффективности работы децентрализованной системы теплоснабжения с электродным теплогенератором

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Постановка задач исследования

1.1 Общие сведения

1.2 Обзор электродных водонагревателей

1.3 Постановка проблемы

1.4 Способы регулирования температуры воды в электрических котлах

1.5 Методы интенсификации тепломассообмена

2. Теоретические обоснование исследований

2.1 Расчет теплопотерь в учебной аудитории

2.2 Гидравлический расчет проточной части котла

2.3 Расчет конвектора

3. Натурные испытания

3.1 Инструкция по проведению опытов

3.2 Алгоритм включения лабораторного стенда в работу

3.3 Гидравлический расчет проточной части котла

3.4 Тепловой баланс котла

4. Разработка экономичного режима работы электродного котла в MATLAB

4.1 Алгоритм определения неизвестных коэффициентов

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Актуальность работы. Согласно схемам теплоснабжения поселений РФ, а также прогнозу долгосрочного социально - экономического развития российской федерации на период до 2030 года в настоящее время происходит рост тарифов на тепловую энергию для жителей при централизованном теплоснабжении в связи с существующими проблемами. Одними из таких проблем является: модернизация систем централизованного теплоснабжения (СЦТ), недостоверность исходных данных и результатов при расчетах и неполнота контроля за ходом выполнения работ.

В этой связи исключительную актуальность приобретает повышение эффективности работы децентрализованных систем теплоснабжения, а также переход от СЦТ к поквартирным индивидуальным источникам тепловой энергии.

В данной магистерской диссертации ведется работа в направлении энергосбережения и повышения эффективности работы децентрализованной системы теплоснабжения с электродным теплогенератором с целью повысить качество и надежность работы системы в целом, что является актуальным при теплоснабжении индивидуальных в местах, удаленных от дешевых энергоресурсов.

Объект исследования - выработка теплоты на нужды отопления при децентрализованном способе с помощью электродного котла.

Предмет исследования - процесс преобразования электрической энергии в теплоту теплогенератором.

Методы исследования.

Метод системного анализа, неравновесной и феноменологической термодинамики с применением численного и натурного моделирования гидродинамических и теплообменных процессов.

В работе использован метод конечных элементов (МКЭ) для решения задачи анализа тепловых полей (пакет программ ANSYS), методы параметрической оптимизации, методы сбора и анализа физических параметров в программной среде Matlab. Теоретические исследования проводились с применением законов электротехники и теплотехники, теории установок электродного нагрева.

Целью работы является минимизация потребления электрической энергии при отоплении и разработка математической модели экономного режима работы электродного котла на базе решения дифференциального уравнения теплового баланса.

Для достижения цели необходимо решение следующих задач:

1) разработать физическую, математическую и компьютерную модели для исследования гидродинамических, теплообменных и электрических процессов в электродном котле.

2) оптимизация геометрических параметров корпуса котла и электродов.

Научная новизна.

Исследован принцип действия установки. Выявлены закономерности эффективного преобразования электрической энергии в тепловую энергию в зависимости от геометрических размеров стержней.

Разработана математическая и трехмерная компьютерная модели для анализа электро-, тепло- гидравлических процессов, происходящих в котле.

Оптимизирована конструкция электродов, определён экономный режим работы котла с помощью математической модели, что позволяет снизить электропотребление.

Достоверность. Полученные в диссертационной работе научные результаты и выводы сравниваются путем экспертной оценки полученных от нескольких серий экспериментальных данных на натурной модели.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработанная методика расчета и данные экспериментальных лабораторных исследований использованы для модернизации и экспериментально-вычислительного комплекса, создаваемого в лаборатории №4 кафедры ТГВ и используются в учебном процессе. Также получен акт внедрения на предприятии.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ в сборниках научных трудов VII Всероссийской молодежной научно-практической конференции «Исследования молодежи - экономике, производству, образованию», Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве: материалы докладов I Поволжской научно-практической конференции, Энергетика: Эффективность, надежность, безопасность: материалы XXI всероссийской научно-технической конференции.

1. Постановка задач исследования

В данной главе приводятся результаты обзора литературы, посвященной теме магистерской диссертации.

Проблемой оптимизации работы электродных водонагревателей, повышением их надежности занимались А.М. Глушков, И.В. Юдаев, Ю.М. Миронов, Д.А. Диомидовский, К.А. Магомедов, А.К. Зыков, А.М. Шувалов, Н.Г. Шишинина, А.П. Ильин, Д.Н. Кунков, Е.Н. Горенко, С.А. Побегалов, С.А. Корчегин, Е.Б. Миронов, В.В. Фисенко.

23 октября 2009 г. Президентом РФ подписан Федеральный закон № 261- ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [1]. Данный документ является основой политики страны в области энергосбережения во всех отраслях экономики, в том числе и в строительстве.

К важным документам по рассматриваемому вопросу следует отнести «Основные направления государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2024 года», утверждённые распоряжением Правительства Российской Федерации от 8 января 2009 г. N 1- р (ред. от 05.05.2016) [2]. В соответствии с эти документом, устанавливаются следующие значения целевых показателей объема производства и потребления электрической энергии с использованием возобновляемых источников энергии (кроме гидроэлектростанций установленной мощностью более 25 МВт):

· В 2010 году - 1,5 процента;

· В 2015 году - 2,5 процента;

· В 2020 году - 4,5 процента.

1.1 Общие сведения

Для отопления индивидуальных жилых домов и для нагрева воды в сельском хозяйстве широко используют электродные котлы и электродные водонагреватели. Основные их достоинства:

· постоянная готовность к действию;

· возможность получения различной производительности;

· возможность автоматического управления параметрами воды.

Электродные нагреватели. Электродный нагреватель представляет собой систему электродов, предназначенных для ввода электрического тока в нагреваемую среду при прямом электронагреве материалов.

Электродный нагрев применяют для ионных проводников (проводников второго рода): воды, молока, соков, сочных кормов, почвы, бетона и др.

В электродных нагревателях нагрев среды, обладающей электропроводностью и находящейся между электродами, происходит в результате прохождения через нее электрического тока, т. е. осуществляется прямой электронагрев среды.

Достоинством прямого электродного нагрева является простота устройства, объемный нагрев материала, большая скорость нагрева и высокий КПД. Недостаток -- повышенная электроопасность и зависимость производительности от электропроводности среды. Электроды изготавливают из углеродистой и нержавеющей стали, а также графита или угля. Во избежание электролиза нагреваемой среды используют только переменный ток. Наибольшее распространение в сельском хозяйстве электродный нагрев получил в водогрейных и паровых котлах, а также для нагрева сельскохозяйственных продуктов, содержащих воду.

Вода без примесей практически не проводит электрический ток. Проводимость «обычной» воды обусловлена наличием растворенных солей, кислот и щелочей, молекулы которых в воде диссоциируют на ионы.

Элементные нагреватели. Элементное нагревательное устройство представляет собой трубчатый электронагреватель (ТЭН), предназначенный для преобразования электрической энергии в тепловую.

Трубчатый электронагреватель состоит из металлической трубки, внутри которой в электроизоляционном наполнителе запрессована нихромовая спираль. Концы спирали привариваются к выводным контактным стержням. Материал трубок выбирают в зависимости от назначения нагревателя. Так, для нагревания воздуха используются стальные трубки, а для нагревания воды -- трубки из красной меди, латуни или нержавеющей стали.

Наполнители трубчатых элементов служат для электрической изоляции спирали от металлической трубки и являются проводниками тепла. В качестве наполнителей применяются электроизоляционные материалы, обладающие достаточной теплопроводностью для передачи тепла от проволочной спирали к стенкам трубки. К таким материалам относятся кварцевый песок (применяется при рабочей температуре трубки до 450 ⁰С) и периклаз (при температуре свыше 450 °С). После засыпки наполнителя трубку спрессовывают. Под большим давлением наполнитель превращается в твердый монолитный материал, надежно фиксирующий и изолирующий спираль внутри трубки.

Спрессованная трубка может быть изогнута для придания нагревателю необходимой формы. В частности, в водонагревателях применяются ТЭНы U-образной формы. Торцы трубки герметизируются огнеупорным составом и изолирующими пробками. При включении ТЭНа нихромовая спираль раскаляется и отдает тепло металлической трубке и далее нагреваемой среде, т. е. осуществляется косвенный нагрев среды. Срок службы ТЭНов заводского изготовления составляет более 10000 ч. Наибольшая рабочая температура наружной поверхности ТЭНов около 700 °С.

1.2 Обзор электродных водонагревателей

В России и в ближнем зарубежье электродные котлы выпускаются фирмами:

1. «Галан» мощностью от 0.5 до 50 кВт, которые предназначены для отопления зданий и сооружений (рис.1.1) [3].

Рисунок 1.1 - Электродный котел фирмы «Галан».

2. «Электрокотлы» мощностью от 2 до 120 кВт (рис. 1.2) [4].

3. «Луч» (Украина) мощностью от 2 до 27 кВт (рис. 1.3) [5].

4. Водонагреватели типа ЭПЗ мощностью 3;6;25;100;250 кВт, которые предназначены специально для сельского хозяйства (рис. 1.4). В данных ЭВН обеспеченно регулирование мощности в большом диапазоне от 25 до 100% номинального значения [6].

5. Парогенераторы электродные ЭПГ фирмы ООО НПП «Теплотехника» [7].

6. Электродные котлы компании «ION» (Украина) [8].

7. Электродные котлы фирмы ООО «Градиент» [9].

В данной работе исследуется электродные теплогенератор фирмы «Фисенко» (рис. 1.5).

Рисунок 1.2 - Электродный котел фирмы «Электрокотлы».

Рисунок 1.3 - Электродный котел фирмы «Луч».



Рисунок 1.4 - Электродный котел Водонагреватели типа ЭПЗ.

Рисунок 1.5 - Электродный котел фирмы «Фисенко».

Теоретические основы работы аппаратов Фисоник, как новое научное направление в термодинамике двухфазных потоков, были разработаны профессором Фисенко В.В. в начале 70-х годов (см. статью "Новое в термодинамике двухфазных потоков" в разделе профессора Фисенко В.В.) [10].

1.3 Постановка проблемы

Проведем анализ стоимости рассматриваемых электродных котлов по данным фирм-производителей.

Расчёт тепловой мощности электродных котлов производится по формуле 1.1.

, , (1.1)

где - номинальная мощность (по паспорту), кВт;

- КПД устройства.

Коэффициент полезного действия электродных котлов принят равным 98% (исходя из паспортных данных).

Представим данные фирм-производителей в табличной форме (табл.1.1).

Таблица 1.1 - Паспортные данные фирм-производителей

Фирма	Модель	Номинальная мощность P, кВт	Номинальное напр., В	Помещение, м3	Цена, руб	КПД	Тепловая мощн. Pвых, кВт
Галан	Котел ГАЛАН ОЧАГ-2 (N) (2 кВт)	2	220	75	3900	0,98	1,96
	Котел ГАЛАН ОЧАГ-3 (N) (3 кВт)	3	220	125	3950	0,98	2,94
	Котел ГАЛАН ОЧАГ-5 (N) (5 кВт)	5	220	175	4000	0,98	4,9
	Котел ГАЛАН ОЧАГ-6 (N) (6 кВт)	6	220	200	4050	0,98	5,88
	Котел ГАЛАН Гейзер-9 (9 кВт)	9	380	375	7500	0,98	8,82
	Котел ГАЛАН Гейзер-15 (15 кВт)	15	380	550	7800	0,98	14,7
	Котел ГАЛАН Вулкан-25 (25 кВт)	25	380	875	8000	0,98	24,5
	Котел ГАЛАН ВУЛКАН-36 (36 кВт)	36	380	1200	10800	0,98	35,28
	Котел ГАЛАН ВУЛКАН-50 (50 кВт)	50	380	1700	12950	0,98	49
"Электрокотлы"	ЭОУ 1/2	2	220	120	6000	0,98	1,96
	ЭОУ 1/3	3	220	180	6100	0,98	2,94
	ЭОУ 1/4	4	220	240	6200	0,98	3,92
	ЭОУ 1/5	5	220	300	6300	0,98	4,9
	ЭОУ 1/6	6	220	360	6400	0,98	5,88
	ЭОУ 1/7	7	220	420	6500	0,98	6,86
	ЭОУ 1/8	8	220	480	6600	0,98	7,84
	ЭОУ 1/9	9	220	540	6700	0,98	8,82
	ЭОУ 1/10	10	220	600	6800	0,98	9,8
	ЭОУ 1/12	12	220	750	6900	0,98	11,76
	ЭОУ 3/6	6	380	360	12000	0,98	5,88
	ЭОУ3/9	9	380	540	12500	0,98	8,82
	ЭОУ3/12	12	380	750	13000	0,98	11,76
	ЭОУ3/15	15	380	900	13500	0,98	14,7
	ЭОУ3/18	18	380	1080	14000	0,98	17,64
	ЭОУ3/21	21	380	1260	14500	0,98	20,58
	ЭОУ3/24	24	380	1440	15000	0,98	23,52
	ЭОУ3/27	27	380	1620	15500	0,98	26,46
	ЭОУ3/30	30	380	1800	16000	0,98	29,4
	ЭОУ3/36	36	380	2250	16500	0,98	35,28
	ЭОУ3/60	60	380	3600	41000	0,98	58,8
	ЭОУ3/90	90	380	5400	46000	0,98	88,2
	ЭОУ ?3/120	120	380	7200	51000	0,98	117,6
Фисенко	Фисенко 3 кВт	3	220	210	4400	0,98	2,94
	Фисенко 6 кВт	6	380	360	6900	0,98	5,88
	Фисенко 9 кВт	9	380	540	7200	0,98	8,82
	Фисенко 18 кВт	18	380	1080	14500	0,98	17,64

На рисунке 1.6 а) и рисунке 1.6 б) показаны зависимости стоимости электродных котлов от тепловой мощности в ценах 2016 года.

Как видно из рисунка 1.6 а) и рисунка 1.6 б), самой низкой стоимостью обладают электродные котлы фирмы «Галан». Цены начинаются от 3700 р.

а)

б)

Рисунок 1.6 - Зависимость стоимости электродных котлов от тепловой мощности с учетом КПД = 98%.

Исследования проведены на базе информации от фирм-производителей. В технической документации к электродным котлам значения КПД равны 98%, а также в технической документации представлены зависимости отапливаемого объема помещений от мощности устройств. В среднем необходимая мощность для нагрева 1м³ составляет 19Вт.

В связи с этим представляет интерес теоретические, натурные и компьютерные исследование работы электродных котлов, с целью определения фактических параметров их работы.

1.4 Способы регулирования температуры воды в электрических котлах

На рынке автоматики представлен большой выбор способов регулирования мощности и температуры электрических котлов в том числе использование:

· механических термостатов;

· электронных регуляторов (регуляторы, ПИД-регуляторы, контроллеры, программные задатчики).

Преимущества, которыми обладает механический термостат для электрического котла отопления:

· простота в управлении;

· невысокая стоимость;

· долговечность;

· устойчивость к скачкам напряжения в сети.

Недостатки оборудования:

· низкая чувствительность;

· отклонение от заданного диапазона температур на 2-3 градуса.

Электронная автоматика для электрических котлов отопления и ее преимущества:

· многофункциональность (отвечает за работу котла, циркуляционного насоса и др.);

· точность (незначительные отклонения от заданных человеком параметров температуры);

· независимость (оборудование может работать без вмешательства человека от 8 часов до 1 недели);

· несколько режимов работы.

Недостатки:

· высокая выходная стоимость;

· дорогое сервисное обслуживание;

· монтаж выполняется только профессионалами;

· недопустимы скачки напряжения в электросети.

В настоящее время известно большое количество способов регулирования потребляемой мощности и температуры электродных водонагревателей. Диапазон регулирования мощности электродных водонагревателей составляет от 25 до 100 % - это не обеспечивает стабильности температуры и необходимый ее диапазон регулирования. Кроме того, все известные способы регулирования имеют нелинейные характеристики изменения температуры и потребляемой мощности, а также полностью не используется возможный диапазон регулирования.

Широкий модельный ряд блоков управления электродными котлами представлен исключительно фирмой «Галан». [3].

Известен аппарат плавного регулирования температуры объемным экраном электродного водонагревателя, защищенный патентом на полезную модель 78618 РФ [11]. Данный аппарат (рис. 1.7) регулирует мощность электродного водонагревателя объемным экраном. К преимуществам данного способа относится расширенный диапазон регулирования, простота изготовления. К недостаткам данного способа относится необходимость устройства компрессора для нагнетания воздуха в объемный экран в процессе регулирования.

Известен регулирования температуры теплоносителя в проточной части электродного котла [12]. Данный способ заключается в ограничении площади поверхности электродов диэлектриком, что позволяет снижать мощность короткого замыкания. К преимуществам данного способа относится надежность регулировки мощности. К недостаткам относится ручной способ процесса регулирования, что не всегда представляется возможным.

Рисунок 1.7 - Расчетная схема ЭВН ОЭ: а) Объемный экран отсутствует; б) объемный экран перекрывает часть электродов; в) объемный экран перекрывает электроды полностью; h - высота электродов, м; h_эк - высота объемного экрана, м; U - напряжение сети, В; h₀ - высота без объемного экрана, м; l - длина линий тока, м; Э - объемный экран.

Обзор способов регулирования мощности и температуры электродных котлов показал, что самый недорогой, простой и надежный способ регулирования мощностью и температурой электродных котлов является механический термостат. Однако наиболее экономично будут работать котлы, если используются программаторы в связи с тем, что у данных устройств меньше значение гистерезиса, а также данные устройства позволяют программировать поддержание необходимой оптимально/ дежурной температуры в заданный промежуток времени.

1.5 Методы интенсификации тепломассообмена

Разработаны и исследуются самые различные методы интенсификации теплообмена. Принципиально их классифицируют на две категории [96]:

1) активные методы интенсификации: механическое воздействие на поверхность теплообмена (вращение или вибрация поверхности, перемешивание жидкости и т. п.); воздействие на поток электрическим магнитным или акустическим полем, пульсациями 10 давления; вдув или отсос рабочей среды через пористую поверхность и др.

2) пассивные методы, в основе которых - воздействие на поток формой поверхности теплообмена: применение вставных интенсификаторов (винтовых, локальных и пластинчатых закручивателей потока), различное оребрение поверхности теплообмена и др.

В данной работе исследуется эффективность применения нескольких методов интенсификации теплообмена:

· расположение электродов относительно входного патрубка;

· оребрение электродов стальной проволокой диаметром 3 мм с шагом 1 см;

· оптимизация конструктива корпуса и выходного патрубка.

2. Теоретические обоснование исследований

2.1 Расчет теплопотерь в учебной аудитории

В данном разделе исследуются теплопотери лаборатории с учетом тепловыделений от людей, осветительных и технологических приборов, находящихся в помещении в рабочее и нерабочее время.

Исходные данные:

1. Приведенные сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, , определялись по СП 50.13330.2012 [13];

2. Коэффициенты теплопередачи для наружной стены и двойного окна определялись раздельно. Следует отметить, что для удобства расчетов площадь наружной стены принимают равной суммарной площади стены и окон, установленных в ней. В качестве коэффициента теплопередачи окон используют разность коэффициентов теплопередачи окон k_ок и наружной стены k_нс (k_ок- k_нс), Вт/(м²*⁰C). Аналогично рассматривают внутренние стены с дверями, разделяющими помещения, которые имеют разную расчетную температуру внутреннего воздуха. Наружную стену и расположенную в ней входную наружную дверь рассчитывают раздельно;

3. В расчете учитывались теплопотери через пол, расположенного на грунте. В соответствие с методикой расчета пол разбивался на зоны (т.к. площадь пола 20 м²и наименьшая сторона равна 4м, поэтому коэффициент теплопередачи определялся только для зоны I);

4. В расчете не учитывались теплопотери через внутренние стены и потолок, т.к. разница температур в данном и соседних помещениях не превышает 3⁰С;

5. В исследуемом помещении удельный вентиляционный расход воздуха м³/(ч*чел) определялся расчетом.

6. В расчете принято количество человек в размере 10 людей.

7. Нормы минимального воздухообмена в лабораториях ВУЗов принимались из табл. 3 СТО НП «АВОК» 2.1-2008 [14].

8. В помещении отсутствует механическая приточная вентиляция с подогревом, приток осуществляют за счет инфильтрации и проветривания, а потребность в теплоте на нагрев наружного воздуха учитывается в теплопотерях, компенсируемых системой водяного отопления.

9. Итоговые расчетные теплопотери должны быть компенсированы системой отопления в рабочие часы в остальное время должны компенсироваться итоговые расчетные теплопотери в нерабочее время (теплопотери без учета тепловыделений и вентиляционной нормы наружного воздуха).

В таблице 2.1 представлены формулы, используемые в расчёте.

Таблица 2.1 - Формулы для расчета теплообмена от ЭТГК в КП

Наим.величины	Формула для вычисления	Ед. изм.
Расчетные теплопотери в помещениях		Вт
Внутренние теплопоступления в помещение		Вт
Трансмиссионные теплопотери		Вт
Коэффициент теплопередачи ограждения конструкции
Потребность в теплоте на нагрев инфильтрационного воздуха		Вт
Удельный расход инфильтрационного воздуха	через окна, витражи, витрины, зенитные фонари, балконные двери	кг/(ч*м2)
	через входные наружные двери, ворота
Расчетная разность давлений воздуха на наружной и внутренней поверхностях ограждающих конструкций		Па
Удельный вес воздуха	Наружного	Н/м3
	Внутреннего
Давление внутреннего воздуха	для зданий со сбалансированной системой механической вентиляции и равномерно распределенными по фасадам воздухопроницаемыми элементами	Па
	для зданий со сбалансированной системой механической вентиляции и неравномерно распределенными по фасадам воздухопроницаемыми элементами
Потребность в теплоте на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха		Вт
Расчетную температуру приточного воздуха (сухой нагрев в калориферах)		0С
Теплоотдача отопительных приборов в помещении	- учитывающий дополнительные теплопотери в приборах у наружных ограждающих конструкций; - коэффициент запаса поверхности нагрева отопительных приборов, позволяющий учесть компенсацию возможных теплопотерь через внутренние ограждения смежных помещений, в которых посредством термостатов поддерживается температура внутреннего воздуха ниже расчетной, или учесть прервывистый режим отопления в общественных зданиях (как правило 1…1,2), а так же необходимость в «сушке» стен в первые годы эксплуатации здании после окончания строительства; где - разность потребности в теплоте на нагрев наружного воздуха в целом на квартиру (исходя из нормы воздухообмена) и внутренних теплопоступлений в квартире, распределяемая пропорционально площади помещения квартиры, имеющих окна или воздухопропускные клапаны в стенах, Вт; - площадь n-го помещения, м2; - площадь помещения квартиры, имеющего окна или воздухопропускные клапаны наружного воздуха (кроме жилых помещений это могут быть кухни, ванные комнаты, с окном и т.д.), м2	Вт
Расчетная тепловая нагрузка на систему водяного отопления	- коэффициент учета дополнительного теплового потока устанавливаемых отопительных приборов за счет округления сверх расчетной величины; принимают при отсутствии термостатов на отопительные приборы по таблице 3.7, при наличии= 1,0; - добавочные теплопотери на остывание теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах, проложенных в неотапливаемых помещениях от места установки домового узла учета теплоты, Вт; определяют расчетом с учетом параметров теплоизоляции этих трубопроводов.	Вт
Расчетная тепловая нагрузка на систему воздушного отопления		Вт

В результате расчета получены следующие зависимости рис. 2.1-2.3.

Расчет потребности в теплоте учебной аудитории произведен по стандартным формулам, представленным на рисунках 2.1-2.3 (расчет потребности в теплоте определяется по итогам составления теплового баланса в помещении, составляющие теплового баланса: трансмиссионные теплопотери. Коэффициент теплопередачи наружной стены 4 аудитории удовлетворяет требованиям по теплосбережению (СП 50.13330. 2012).



Рисунок 2.1- Динамика вопроизводства тепловой энергии при изменении температуры окружающей среды.

Рисунок 2.2 - Динамика вопроизводства тепловой энергии при изменении температуры внутренней среды.

Согласно расписанию учебных занятий, был определен график подачи тепловой энергии в учебное помещение, который представлен на рисунке 2.3. На рисунке 2.3 показана зависимость потребности в теплоте в течении недели. Т.к. во вторник и в четверг по расписанию в учебной аудитории проводятся лабораторные работы у студентов, следовательно, потребность в теплоте на нагрев вентиляционной нормы воздуха возрастает (из расчета удельной нормы вентиляционного расхода = 400 м³/ч на 10 человек) и, таким образом, потребность в теплоте в рабочее время увеличивается в несколько раз по сравнению потребностью в теплоте в нерабочее время.

Рисунок 2.3 - Динамика вопроизводства тепловой энергии при изменении температуры окружающей среды по дням недели.

2.2 Гидравлический расчет проточной части котла

Проведем предварительную оценку распределения основных гидравлических параметров в проточной части котла. Расчет будем производить на основании напорных характеристик циркуляционного насоса Grundfos UPS-25/80 180 (рис. 2.4).

Условно разбиваем проточную часть котла на 4 сечения (рисунок 2.5).

Для нахождения площадей сечений 1,2, 3,4 используем формулу (2.1):

.(2.1)



Рисунок 2.4 - Напорные характеристики электрического насоса

Результаты расчета приведен в таблице 2.2:

Таблица 2.2 - Результаты расчета площадей сечения

Сечение	Размер	Ед. изм.
S1	0.00038	м2
S3	0.005672	м2
S4	0.00038	м2

Для определения площади сечения 2 необходимо учесть геометрические характеристики ТВЭЛов

Площадь сечения ТВЭЛа равна S_1тв=, 0,00025м²., трех ТВЭЛов

равна S_3тв=,00075м².

Площадь проточной части сечения 2 равна без ТВЭЛов S₂ =S₃-S_3тв, S₂=0,00491 м².

По характеристике сети насоса рисунке 2.5 (режим 3) принимаем следующие расходы рабочего тела через проточную часть ЭТГ (таблица 2.3).

Скорости в основных сечениях проточной части по расходам представленным в таблице 2.3, определены в таблицах 2.4, 2.5, 2.6.



Рисунок 2.5 - Сечения котла

Таблица 2.3 - Расходы рабочего тела через проточную часть ЭТГ

	расход, м3/ч	3 режим, м.вод.ст.
Q1	1	3
Q2	2	1.9
Q3	3	0.8

Таблица 2.4 - Скорости по расходам 1

Для расхода,Q1
W1ср	0.73111	м/с
W2ср	0.05659	м/с
W3ср	0.048977	м/с
W4ср	0.73111	м/с

Таблица 2.5 - Скорости по расходам 2

Для расхода,Q2
W1ср	1.462219	м/с
W2ср	0.11318	м/с
W3ср	0.097954	м/с
W4ср	1.462219	м/с

Таблица 2.6 - Скорости по расходам 3

Для расхода,Q3
W1ср	2.193328771	м/с
W2ср	0.16976989	м/с
W3ср	0.14693026	м/с
W4ср	2.193328771	м/с

Число Рейнольдса (Re) для каждого из сечений ТГ по формуле (2.2):

. (2.2)

где d-характерный размер, м;

W_cр - средняя скорость в живом сечении, м/с;

v - коэффициент кинематической вязкости (таблица П.1), м²/с.

Для определения коэффициента трения сопротивления л воспользуемся формулами (2.3)-(2.6):

л = 0,3164/Re 0,25; 10 4 ?Re ? 10 6 (2.3)

л =0,0032 + 0,221/Re 0,37; Re >10 4 - 10 5 ,(2.4)

л=0,11(Кэ/d1+68/Re)0,25 2000 ?Re ? 10 6 (2.5)

л = 64/Re; Re ? 2300(2.6)

Результаты расчета чисел Рейнольдса по формулам 2.3-2.6 представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Результаты расчета чисел Рейнольдса

Расход	№ сечения	Температура	d, м	Wср, м/с	v, (м2 / с)•10-6	Re	л
Q1=1м3/ч	1	20	0.022	0.73	1.004	16020	0.028123
	2	20	0.085	0.06	1.004	4791	0.03803
	3	20	0.085	0.05	1.004	4146	0.039429
	4	20	0.022	0.73	1.004	16020	0.028123
Q2=2м3/ч	1	20	0.022	1.46	1.004	32041	0.023649
	2	20	0.085	0.11	1.004	9582	0.03198
	3	20	0.085	0.10	1.004	8293	0.033156
	4	20	0.022	1.46	1.004	32041	0.023649
Q3=3м3/ч	1	20	0.022	2.19	1.004	48061	0.021369
	2	20	0.085	0.17	1.004	14373	0.028897
	3	20	0.085	0.15	1.004	12439	0.02996
	4	20	0.022	2.19	1.004	48061	0.021369

Потери напора по длине от сечения к сечению для текущего теплоносителя определяются по формуле Дарси-Вейсбаха (2.7).

,(2.7)

где л- коэффициент гидравлического трения - сопротивления для участка трубы (зависит от числа Рейнольдса),

l и d - длина и диаметр трубы, м,

о - принят коэффициент местного сопротивления, при внезапном расширении -1,25, при внезапном сужении - 0,5.

Коэффициент местного сопротивления определен в результате компьютерного моделирования течения жидкости в проточной части котла с помощью программы Ansys при определенных граничных условиях: давление на выходе из котла, температура на входном и выходном патрубках (Приложение 2). Результат расчета потерь напора по длине от сечения к сечению представлен в таблице 2.8. При расчете коэффициента трения л использовалась формула 2.5.

Таблица 2.8 - Результаты расчета потерь напора по длине от сечения к сечению

Расход	№ сечения	л	Wср, м/с	Дh,м.вод.ст.	Сумма Дh, м.вод.ст.
Q1=1м3/ч	1	0.028123451	0.73	0.015189046	0.03054114
	2	0.03803035	0.06	8.23561E-05
	3	0.039429174	0.05	8.06954E-05
	4	0.028123451	0.73	0.015189046
Q2=2м3/ч	1	0.023648909	1.46	0.059758795	0.12015687
	2	0.031979585	0.11	0.00032895
	3	0.033155851	0.10	0.00031033
	4	0.023648909	1.46	0.059758795
Q3=3м3/ч	1	0.021369202	2.19	0.133313943	0.26805144
	2	0.028896817	0.17	0.000739595
	3	0.029959693	0.15	0.000683967
	4	0.021369202	2.19	0.133313943

График изменения скорости в сечениях по длине проточной части приведен на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 - Изменение скорости в сечениях по длине проточной части (7,10,20,34см)

По закону Бернулли связь средней скорости и давления находится из закона сохранения механической энергии для напора H в данном сечении F (2.8).

,(2.8)

где Z- высота положения оси трубопровода относительно выбранной системы координат (рис.2.5), м,

Р- давление жидкости в трубопроводе, Па,

-средняя скорость потока, м/с,

б-коэффициент Кориолиса.

Мощность в каждом сечении в ТГ находим по уравнению (2.9)

,Вт,(2.9)

где Н- напор на единицу весового расхода, м,

G- расход жидкости, Н/сек,

,(2.10)

где Y-удельный вес жидкости (справочные данные),Н/м³,

Q-расход жидкости, м³/с.

Мощность и напор в каждом из сечений приведены в таблице 2.9.

Таблица 2.9 - Мощность и напор в каждом из сечений

Расход	№ сечения	Z, м	(P/Y) м. вод ст.	б	Wср, м/с	H, м. вод ст.	Y, Н/м3	Q, м3/с	G, Н/сек	N, Вт
Q1=1м3/ч	1	0.07	3	1.1	0.73	3.10	9810	0.000277778	2.725	8.447413
	2	0.1			0.06	3.10	9810	0.000277778	2.725	8.4479893
	3	0.2			0.05	3.20	9810	0.000277778	2.725	8.7203665
	4	0.34			0.73	3.37	9810	0.000277778	2.725	9.183163
Q2=2м3/ч	1	0.07	1.9		1.46	2.09	9810	0.000555556	5.45	11.389804
	2	0.1			0.11	2.00	9810	0.000555556	5.45	10.903914
	3	0.2			0.10	2.10	9810	0.000555556	5.45	11.447932
	4	0.34			1.46	2.36	9810	0.000555556	5.45	12.861304
Q3=3м3/ч	1	0.07	0.8		2.19	1.14	9810	0.000833333	8.175	9.3171501
	2	0.1			0.17	0.90	9810	0.000833333	8.175	7.37071
	3	0.2			0.15	1.00	9810	0.000833333	8.175	8.1848947
	4	0.34			2.19	1.41	9810	0.000833333	8.175	11.5244

Для нахождения механической энергии котла пользуемся формулой 2.11

(2.11)

где N- мощность, в каждом из сечений ТГ, Вт, найденная по формуле (3.10),

ф-время, сек, (по экспериментальным данным).

Результаты расчета механической энергии по сечениям 1,2,3,4 приведены в таблице 2.10

Таблица 2.10 - Результаты расчета механической энергии

Расход	№ сечения	N, Вт	Е1,Дж	Е2,Дж	Сумма Е1, Дж	Сумма Е2, Дж
Q1=1м3/ч	1	8.447413	126.711194	2872.120409	521.98	11831.6368
	2	8.447989	126.719839	2872.316348
	3	8.720366	130.805497	2964.9246
	4	9.183163	137.747444	3122.275409
Q2=2м3/ч	1	11.3898	170.847056	3872.533268	699.04	15845.0041
	2	10.90391	163.558711	3707.330785
	3	11.44793	171.718977	3892.296802
	4	12.8613	192.919556	4372.843268
Q3=3м3/ч	1	9.31715	139.757251	3167.83103	545.95	12375.0327
	2	7.37071	110.56065	2506.0414
	3	8.184895	122.773421	2782.864208
	4	11.5244	172.866001	3918.29603

2.3 Расчет конвектора

Проведем расчет максимальной мощности теплоотдачи конвектора с регулируемой теплоотдачей, ребра охлаждения у которого выполнены из тонких металлических пластин прямоугольной формы. В качестве расчетной модели такого конвектора принят прибор, нагревательный элемент которого по конструкции полностью идентичен нагревательному элементу конвектора марки «Комфорт-20» модели КСК20-0,655. Все технические и геометрические параметры конвектора «Комфорт-20» модели КСК20-0,655 приведены в таблице 2.11.

Алгоритм и результаты расчета основных тепловых характеристик принятой модели навесного конвектора с регулируемой теплоотдачей приведены в таблице 2.12 Расчет проведен для условия, при котором оребренные накладки максимально сдвинуты между собой, т.е. плотно прижаты к трубе нагревательного элемента конвектора.

Таблица 2.11 Технические и геометрические параметры конвектора «Комфорт-20» модели КСК20-0,655

Наименование	Обозн., ед. изм.	Значение
Общая длина конвектора	Lк, мм	826
Наружный диаметр трубы нагревательного элемента	d1, мм	26,8
Внутренний диаметр трубы нагревательного элемента	d2, мм	21,2
эквивалентный диаметр трубы нагревательного элемента	dэ, мм	19
длина оребренного участка трубы нагревательного элемента	Lор, мм	540,5
суммарная длина прямых участков неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	lпр, мм	447,2
расстояние между осями соседних ветвей трубы нагревательного элемента,	lос, мм	80
длина загнутого участка (калача) трубы нагревательного элемента	lзаг,мм	125,66
длина прямолинейного участка одной ветви трубы нагревательного элемента конвектора	lв, мм	775,1
теплопроводность материала трубы нагревательного элемента (стали)	л1, Вт/(мЧєС)	45
длина трубы нагревательного элемента конвектора	L = 2Чlв + lзаг, мм	1675,86
Параметры съемной накладки, размещенной на нагревательном элементе выполненной из стальной трубы
наружный диаметр накладки	d3,мм	33,5
внутренний диаметр накладки	d4, мм	26,8
толщина стенки накладки	d5, мм	3,5
припуск на длину накладки	lн, мм	11
кинематическая вязкость горячего теплоносителя	mвод, с/м2	0,00000032
теплопроводность горячего теплоносителя	лвод, Вт/(мЧєС)	0,58
плотность горячего теплоносителя	rвод, кг/м3	1000
объемная теплоемкость горячего теплоносителя	Cвод, кДж/(м3ЧєС);	4189
удельная теплоемкость горячего теплоносителя	cвод, Дж/(кгЧєС).	4220
Параметры воздуха окружающей среды нагреваемого навесным конвектором
температура воздуха	tв, єС	20
кинематическая вязкость воздуха	mвоз, с/м2	0,0000001506
теплопроводность воздуха	лвоз, Вт/(мЧєС);	0,034
температурный коэффициент объёмного расширения воздуха	bвоз, єС-1.	0,003665
Параметры теплопровода системы отопления, выполненные из стали
наружный диаметр трубы	dн,мм;	26,8
внутренний диаметр трубы	dвн,мм	21,2
толщина стенки трубы	dстен,мм	2,8
средняя скорость горячего теплоносителя	wcр,м/с;	0,2833
расход горячего теплоносителя	Wв,кг/с	0,1
lтеплопроводность материала трубы (стали)	лтр, Вт/(мЧєС)	45
температура горячего теплоносителя на входе в трубу длиной lтр=2,5м	tвx, єС	90
средняя величина падения температуры горячего теплоносителя на один этаж здания	tпад, єС	1,211
температура горячего теплоносителя на выходе из трубы длиной lтр = 2,5м	tвых = tвх - tпад,єС	88,789
длина трубы	lтр,м	2,5

Таблица 2.12 Алгоритм и результаты расчета основных тепловых характеристик навесного конвектора.

Число Рейнольдса для горячего теплоносителя (воды)		Re = (wcрЧdэ)/mвод	8 815,07
Температуропроводность горячего теплоносителя (воды)	м2/c	aвод= лвод/(cводЧrвод)	1,37
Критерий Прандтля		Pr = mвод/aвод	2,33
Критерий Нуссельта		Nu = 0,023ЧRe0,8ЧPr0,43	473,95
Коэффициент теплоотдачи A1	Вт/(м2ЧєС)	A1 = NuЧlвод/dэ	14 467,97
Расчет коэффициента теплоотдачи A2тр от наружной поверхности неоребренного участка стенки трубы нагревательного элемента конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды
Объемный расход горячего теплоносителя (воды)	м3/с	Vвод= wcрЧрЧdвн2/4	5,23798E-05
Мощность теплового потока от горячего теплоносителя (воды)	Вт	Nгт= VводЧCводЧ(tвх- tвых)	0,267682564
Величина теплового потока от горячего теплоносителя (воды)	Дж	Q = NгтЧ(lтр/wcр)	0,451
Средняя температура горячего теплоносителя (воды)	єС	tср= (tвх + tвых)/2	89,3945
Температура внутренней поверхности стенки трубы	єС	tвн = tср - - Q/[(A1ЧрЧdэЧlтр)Ч(lтр/wcр)]	89,39437595
Температура наружной поверхности стенки трубы	єС	tн = tвн - - QЧ[ln(dн/dэ)/(2ЧрЧlтрЧlтр)]	89,29562303
Температурный напор между наружной стенкой трубы и холодным теплоносителем (воздухом) окружающей среды	єС	?tтр = tн - tвоз	69,29562303
Критерий Грасгофа		Gr = lтр3ЧgЧbвозЧ?tтр/mвоз2	1,630Ч1015
Критерий Нуссельта		Nu = 1,18Ч(GrЧPr)0,125	94,06
Коэффициент теплоотдачи A2тр	Вт/(м2ЧєС)	A2тр = NuЧlвоз/dн	119,33
Расчет коэффициента теплоотдачи A2трк(рабу) от наружных поверхностей оребренных накладок трубы нагревательного элемента конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды
Температура наружной поверхности стенки трубы оребренного (рабочего) участка конвектора (наружных поверхностей оребренных накладок)	єС	t1 = tвн - [Q/(2ЧрЧlтр)]Ч Ч{ln(d1/dэ)/l1+ +ln[(d1+2Чdпр1) /d1]/lпр1+ ln[(d1 + 2Чdпр1 + 2Чd5)/(d1 + 2Чdпр1)]/ l2}	84,4
Температурный напор между наружной поверхностью оребренных накладок оребренного (рабочего) участка конвектора и холодным теплоносителем (воздухом) окружающей среды	єС	?t1 = t1 - tвоз	64,4
Критерий Грасгофа		Gr = lтр3ЧgЧbвозЧ?t1/mвоз2	1,595Ч1015
Критерий Нуссельта		Nu = 1,18Ч(GrЧPr)0,125	93,81
Коэффициент теплоотдачи A	Вт/(м2ЧєС)	A = NuЧlвоз/d1	95,21
Расчет коэффициента теплоотдачи от наружной поверхности пластины конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды
Внутренний диаметр пластины конвектора (равен наружному диаметру трубы оребренного участка нагревательного элемента конвектора dн)	м	dп = dн= d1 + 2Чdпр1 + 2Чd5	0,0335
Температура наружной поверхности пластины конвектора при	єС	tпл = t1- [Q/(2ЧрЧlтр)]Ч{ln[dпл1/ dн]/(lвоз) + ln(dпл2/dпл1)/(lпл)}	78,531
Температурный напор между наружной стенкой пластины конвектора и холодным теплоносителем (воздухом) окружающей среды	єС	?tпл= tпл - tвоз	58,531
Критерий Грасгофа		Gr = lтр3ЧgЧbвозЧ?tпл/mвоз2	1,450Ч1015
Критерий Нуссельта		Nu = 1,18Ч(GrЧPr)0,125	92,69
Коэффициент теплоотдачи А2пл	Вт/(м2ЧєС)	A2пл = NuЧlвоз/dпл2	37,24
Расчет мощности теплоотдачи N1 с одного погонного метра поверхности наружной стенки трубы теплопровода
Конвекционная теплоотдача трубы теплопровода	Вт/(м2ЧoC)	qкон= 4,1Ч(tн - tвоз)0,25	11,68
Теплоотдача трубы теплопровода при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	qизл= 20,4Ч10-8Ч Ч[273 + (tн + tвоз)/2]3	7,06
Общая теплоотдача с 1м2поверхности трубы теплопровода	Вт/м2	Q = (qкон+ qизл)Ч(tн - tвоз)	1 233,31
Площадь наружной поверхности трубы теплопровода при длине lтр=2,5м	м2	S = рЧdнЧlтр	0,2105
Мощность теплоотдачи с поверхности трубы теплопровода	Вт	N = QЧS	259,59
Мощность теплоотдачи N1	Вт/пм	N1 = N/lтр	103,83
Расчет мощности теплоотдачи Nплк пластин конвектора
Конвекционная теплоотдача одной пластины конвектора	Вт/(м2ЧoC)	qпл1= 4,1Ч(tн - tвоз)0,25	11,34
Теплоотдача одной пластины конвектора при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	qпл2= 20,4Ч10-8Ч Ч[273 + (tн + tвоз)/2]3	6,828
Площадь поверхности одной пластины	м2	Sпл = рЧdпл22/4 - рЧdпл12/4	0,004744
Мощность теплоотдачи одной пластины конвектора	Вт	Nпл = (qпл1+ qпл2)Ч Ч[(tн- tвоз)/2]ЧSпл	2,52
Мощность теплоотдачи Nплк пластин конвектора	Вт	Nплк= nплЧNпл	459,03
Расчет мощности теплоотдачи Nн3 с поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора
Температура наружной поверхности стенки неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	єС	tн1 = tвн - - QЧln(d1/dэ)/(2ЧрЧlтркЧlтр)	85,813
Конвекционная теплоотдача неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	Вт/(м2ЧoC)	qн1= 4,1Ч(tн1 - tвоз)0,25	11,678
Длина неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	м	lн1 = lпр + lзаг	0,57286
Площадь поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	м2	Sн1 = рЧd1Чlн1	0,0482
Мощность конвекционной теплоотдачи с поверхности неоребренной части трубы конвектора	Вт	Nн1 = qн1Ч(tн1 - tвоз)ЧSн1	37,07
Теплоотдача неоребренной трубы нагревательного элемента конвектора при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	Qн2= 20,4Ч10-8Ч Ч[273 + (tн1 + tвоз)/2]3	7,06
Мощность теплоотдачи с поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора при тепловом излучении	Вт	Nн2 = qн2Ч(tн1 - tвоз)ЧSн1	22,42
Полная мощность теплоотдачи Nн3 с поверхности неоребренной части трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nн3 = Nн2 + Nн1	59,48
Расчет мощности теплоотдачи с наружной поверхности оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора
Длина оребренного (рабочего) участка трубы нагревательного элемента	м	L1= dплЧnсек+ dЧ(nпл- nсек)	1,0810
Конвекционная теплоотдача с чистой поверхности оребренного участка трубы нагревательного элемента	Вт/(м2ЧoC)	qр1 = 4,1Ч[t1- tвоз]0,25	11,615
Длина неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента	м	lр1= nплЧd - nсекЧ(d - dпл) + + nсекЧlн- dплЧnпл	1,012
Площадь поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента	м2	Sр1=рЧdнЧ lр1	0,1065
Мощность конвекционной теплоотдачи с поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента	Вт	Nр1 = qр1Ч[t1 - tвоз]ЧSр1	79,66
Теплоотдача неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента при тепловом излучении	Вт/(м2ЧoC)	qизл1= 20,4Ч10-8Ч{273 + [t1+ tвоз]/2}3	7,02
Мощность теплоотдачи с поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента при тепловом излучении	Вт	Nизл1 = qизл1Ч[t1 - tвоз]ЧSр1	48,12
Полная мощность теплоотдачи с поверхности неоребренной части рабочего оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nр2 = Nр1 +Nизл1	127,78
Сводная таблица основных тепловых характеристик навесного конвектора
Мощность теплоотдачи пластин конвектора	Вт	Nплк	459,03
Мощность теплоотдачи оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nр2	127,78
Полная мощность теплоотдачи оребренного участка конвектора	Вт	Nк1 = Nплк+ Nр2	586,82
Мощность теплоотдачи неоребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора	Вт	Nн3	59,48
Полная мощность теплоотдачи конвектора	Вт	Nк = Nк1 + Nн3	646,3

Таким образом произведен аналитический расчет основных тепловых характеристик конвектора марки Комфорт-20М по алгоритму, представленному в таблице 2.12. В частности, на основании определения критерия Нуссельта, рассчитаны коэффициенты теплоотдачи:

1) от горячего теплоносителя (воды) к внутренней стенке трубы нагревательного элемента конвектора

2) от наружной поверхности неоребренного участка стенки трубы нагревательного элемента конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды

3) от наружных поверхностей оребренных накладок трубы нагревательного элемента конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды

4) от наружной поверхности пластины конвектора холодному теплоносителю (воздуху) окружающей среды

После определения коэффициентов теплоотдачи определена полная мощность теплоотдачи конвектора, состоящая из мощности теплоотдачи пластин конвектора, мощности теплоотдачи оребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора, мощности теплоотдачи неоребренного участка трубы нагревательного элемента конвектора при следующих исходных параметрах: w_cр- средняя скорость горячего теплоносителя, w_cр= 0,2833 м/с; W_в - расход горячего теплоносителя, W_в = 0,100кг/с; l_тр- теплопроводность материала трубы (стали), l_тр= 45Вт/(мЧєС); t_вх - температура горячего теплоносителя на входе в трубу длиной l_тр = 2,5м, t_вх = 80єС.

водонагреватель конвертор электродный котел

3. Натурные испытания

Выявление связи между теплоэнергетическим устройством и окружающей средой (рис.3.1) осуществляется посредством представления ТС в виде «источник энергии-приёмник», где источником энергии является тепло-,механо-,аэрогидравлическая установка, предназначенная для создания условий комфортности в климатизируемом объеме (пространстве), которое, в свою очередь, является приемником энергии. Измерения производились с помощью приборов (Приложение 3).

Рисунок 3.1 - Энергообмен в термодинамической системе: ТГ - теплогенератор, ТС - тепловая сеть, К - конвектор, ЭН - электрический насос, ЭЩ - электрический щит, Q1, Q2 - тепловая энергия в помещение и из помещения соответственно.

Энергообмен в исследуемой термодинамической системе представлен на рисунке 3.1.

3.1 Инструкция по проведению опытов

Лабораторная работа выполняется группой студентов в количестве 10-14 человек под руководством преподавателя. В начале занятия студенты опрашиваются преподавателем по теории соответствующей лабораторной работы и порядке её выполнения, которые коротко изложены в настоящих методических указаниях. По окончании эксперимента результаты наблюдений, оформленные в виде таблиц, предъявляются преподавателю.

При выполнении очередной работы студенты должны представить преподавателю отчет по предыдущей работе.

Отчет по каждой лабораторной работе, в который входит как текстовая так и графическая части, должен грамотно оформляться на стандартных листах белой бумаги А4 (210х297 мм), сброшюрованных с титульным листом (см. образец) в соответствии с ГОСТ 19600-74 и на твердых носителях информации. В печатном варианте отчет должен быть отпечатан либо через один, либо полтора межстрочных интервала, одновременное использование двух вариантов не допускается. Нумерация страниц оформляется по центру внизу страницы. По всем четырем сторонам листа следует оставить поля: размер левого поля 30 мм, правого 15 мм, верхнего и нижнего полей не менее 20 мм.Текстовые документы оформляют в виде сброшюрованной пояснительной записки. В сквозную нумерацию страниц включаются приложения и список литературы, а также исполненные на отдельных листах рисунки, графики, диаграммы, таблицы и компьютерные распечатки формата А4.