Визначення теплової потужності промислової будівлі та величини витрат на генерацію тепла при впровадженні на ній енергозберігаючих заходів - контрольная работа

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ ТА ЕНЕРГОЕФЕКТИВНИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Контрольна робота

З дисципліни "Система виробництва та розподілу енергії" на тему:

"Визначення теплової потужності промислової будівлі та величини витрат на генерацію тепла при впровадженні на ній енергозберігаючих заходів"

варіант

СУМИ 2009р.

Вихідні дані до контрольної роботи

ЗМІСТ

Вихідні дані до контрольної роботи

1. Теплотехнічний аналіз дійсного стану огороджуючих конструкцій, обстежуваної будівлі

2. Розрахунок тепловтрат

3. Розрахунок теплонадходжень

4. Аналіз техніко-економічної характеристики обстежуваного будинку

5. Розрахунок площі опалювальних приладів

6. Визначення витрат на експлуатацію системи опалення

Список використаних джерел

Додаток А

1. Теплотехнічний аналіз дійсного стану огороджуючих конструкцій, обстежуванної будівлі

1.1 Розрахунок термічного опору огороджуючих конструкцій

Приведений опір теплопередачі дійсних огороджуючих конструкцій R_?пр, м²·К/Вт повинний бути не менше за вимагаємих значень R_{q min}, які визначаються виходячи із санітарно-гігієнічних та комфортних умов і умов енергозбереження. Теплотехнічний розрахунок внутрішніх огороджуючих конструкцій будівлі проводиться при умові, що різниця температур між приміщеннями не більше 3⁰С.

Для зовнішніх огороджувальних конструкцій опалюваних будинків та споруд і внутрішніх міжквартирних конструкцій, що розділяють приміщення, температури повітря в яких відрізняються на 3 ⁰С та більше, обовязкове виконання умови:

R_{? пр} ? R_{q min}, (1.1)

де R_?пр - приведений опір теплопередачі непрозорої огороджувальної конструкції чи непрозорої частини огороджувальної конструкції, м² ?К/Вт;

R_{q min} - мінімально допустиме значення опору теплопередачі непрозорої огороджувальної конструкції чи непрозорої частини огороджувальної конструкції, м² ?К/Вт.

Мінімально допустиме значення, R_qmin, опору теплопередачі непрозорих огороджувальних конструкцій, світлопрозорих огороджувальних конструкцій, дверей та воріт промислових будинків встановлюється згідно з табл.7 залежно від температурної зони експлуатації будинку, тепловологісного режиму внутрішнього середовища і теплової інерції огороджувальних конструкцій D, що розраховується за формулою:

, (1.2)

де R_i - термічний опір i-го шару конструкції, що розраховується за формулою:

, (1.3)

де ?_i - товщина i-го шару конструкції, м;

?_iр - теплопровідність матеріалу i-го шару конструкції в розрахункових умовах експлуатації, Вт/(м _? К), що приймають згідно з табл.8;

s_i - коефіцієнт теплозасвоєння матеріалу i-го шару конструкції в розрахункових умовах експлуатації, Вт/(м²·К), що приймають згідно з табл.8;

n - кількість шарів в конструкції за напрямком теплового потоку.

Мінімально допустиме значення, R_{q min}, опору теплопередачі внутрішніх огороджуючих конструкцій, що розмежовують приміщення з розрахунковими температурами повітря, які відрізняються більше ніж на 3⁰С (стіни, перекриття), і приміщень з поквартирним регулюванням теплоспоживання визначають за формулою:

, (1.4)

де t_в1, t_в2 -температури повітря в приміщеннях, ⁰С, що приймаються згідно з проведеними вимірами, або приймаються згідно з табл.2;

?t_cг - допустима за санітарно-гігієнічними вимогами різниця між температурою внутрішнього повітря і приведеною температурою внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції, ⁰С, згідно з табл. 4;

?_в1 - коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні конструкцій, Вт/(м² К), що приймається згідно з табл.9.

Приведений опір теплопередачі, R_?пр, м²?К/Вт, непрозорої огороджуючої конструкції при перевірці виконання умови за формулою (1.1) розраховується за формулою

(1.5)

де: ?_в, ?_з - коефіцієнти тепловіддачі внутрішньої і зовнішньої поверхонь огороджувальної конструкції, Вт/(м^{2 .}К), які приймаються згідно з табл.9;

?_iр - теплопровідність матеріалу i-го шару конструкції в розрахункових умовах експлуатації згідно з табл.8, Вт/(м ? К);

n - кількість шарів в конструкції за напрямком теплового потоку;

R_i - термічний опір i-го шару конструкції, згідно формули (1.3), м^{2 .}К/Вт;

Опір теплопередачі заповнень світлових прорізів (вікон) необхідно приймати по табл.11.

Термічний опір теплопередачі окремих зон підлог на ґрунті R_пг, (м²·⁰С)/Вт визначається за формулами:

І зона - ;

ІІ зона - ;

ІІІ зона - ; (1.7)

ІV зона - ;

де: , , , - значення термічного опору теплопередачі окремих зон підлог на ґрунті, (м²·⁰С)/Вт, відповідно чисельно рівні 2,2; 4,3; 8,6; 14,2;

?R_п - сума значень термічного опору теплопередачі шарів підлоги на ґрунті, (м²·⁰С)/Вт.

Величина ?R_п розраховується по рівнянню:

, (1.8)

де: n - кількість шарів підлоги на ґрунті;

?_і - товщина і-го прошарку, м;

?_і - коефіцієнт теплопровідності матеріалу і-го прошарку, (м²·⁰С)/Вт.

1.1.1 Приклад розрахунку термічного опору огороджуючих конструкцій по адміністративному приміщенню

Зовнішня стіна:

Стеля:

Внутрішня стіна :

Вікна:

Ворота (склад):

Підлога

Розрахунок площ зон підлоги всієї будівлі (див.додаток Б)

(площа IV зони);

(площа підлоги без IV зони);

(площа підлоги без I зони);

(площа I зони);

(площа II зони);

(площа III зони).

Підлога складу:

Термічний опір теплопередачі окремих зон підлог на грунті:

Результати розрахунків термічного опору огороджуючих конструкцій по всім приміщенням наведені у таблиці1.1

Таблиця 1.1

Результати розрахунків термічного опору огороджуючих конструкцій

Збільшення величини опору теплопередачі огороджуючої конструкції з метою приведення її до нормованих показників проводиться шляхом нанесення теплоізоляційного шару з відповідних (обраних) теплоізолюючих матеріалів.

1.2 Визначення необхідної товщини теплоізоляційного шару

, (1.9)

де: ?_ут - теплопровідність теплоізолюючого матеріалу, обирається з табл.8, Вт/(м ? К);

?_в, ?_з - те саме, що в формулі (1.5);

?_i, ?_iр - те саме, що в формулі (1.3).

Після визначення необхідної товщини теплоізоляційного шару ?_ут для утеплення огороджуючих конструкцій в подальших розрахунках визначення теплової потужності будівлі береться величина R_qmin.

Утеплення стелі адміністративного приміщення:

.

Утеплення стелі складу:

Результати розрахунку необхідної товщини теплоізолюючого шару по всім видам огороджуючих конструкцій представлені у таблиці2.2

Таблиця 2.2

Визначення товщини теплоізоляційного матеріалу

2. Розрахунок тепловтрат

При дотриманні оптимальних умов теплового балансу приміщень будинків необхідно щоб виконувалася в них умова рівності між тепловтратами і теплонадходженнями.

2.1 Сумарні розрахункові тепловтрати приміщень

, Вт (2.1)

де: ?Q₀ - сумарні втрати теплоти через огороджуючі конструкції будівлі, Вт;

?Q_д - сумарні додаткові втрати теплоти огороджуючі конструкції, Вт;

?Q_інф - сумарні додаткові втрати теплоти на інфільтрацію холодного повітря, Вт.

2.2 Тепловтрати через огороджуючі конструкції будівлі (стіни, світлові й дверні прорізи, стелі, неутеплені підлоги)

, Вт (2.2)

де: F_огр - розрахункова площа поверхні огороджуючої конструкції, м²;

R₀ - опір теплопередачі огороджуючої конструкції (за результатами проведених розрахунків і зіставлення R_?пр и R_qmin), м²·С/Вт;

t_в, t_з - відповідно температури усередині приміщення і зовнішнього повітря, ⁰С:

- при визначенні тепловтрат через внутрішні стіни у формулу підставляються температури приміщень, які розгороджені даними стінами;

n - коефіцієнт, прийнятий залежно від положення зовнішньої поверхні огороджуючої конструкції відносно зовнішнього повітря, (Таблиця 12).

У відповідності з формулою (2.2), основні тепловтрати крізь підлоги Q_пдл розраховуються як:

, Вт (2.3)

де: , , , - термічний опір теплопередачі окремих зон підлог на ґрунті, (м²·⁰С)/Вт;

F_I, F_II, F_III, F_IV - площі підлоги, відповідно першої, другої, третьої, четвертої зони, м²;

t_в, t_гр - відповідно внутрішня температура приміщень над підлогами і температура ґрунту (для практичних розрахунків приймається температура ґрунту t_гр=+4⁰С);

2.2.1 Сумарні втрати теплоти через огороджуючі конструкції визначаються по наступному вираженню

, Вт (2.4)

де: ?Q_ст - сумарні втрати теплоти через зовнішні огородження, обчислені по кожному приміщенню, Вт;

?Q_вкн - сумарні втрати теплоти через світлові прорізи, обчислені по кожному приміщенню, Вт;

?Q_з.д - сумарні втрати теплоти через зовнішні двері (ворота), обчислені для приміщень у яких є вихід на зовнішню сторону будинку, Вт;

?Q_пдл - сумарні втрати теплоти через неутеплені підлоги, обчислені по кожному приміщенню з такими підлогами, Вт.

2.3 Розрахунок додаткових тепловтрат через огороджуючі конструкції

Додаткові втрати тепла через огороджуючі конструкції будівель обумовлені наявністю багатьох різних неврахованих факторів, що підвищують величини основних тепловтрат на деякі частки від їхніх значень.

2.3.1 Додаткові тепловтрати через зовнішні стіни, обумовлені орієнтацією будинків

, Вт (2.5)

де: Q_ст - тепловтрати через кожну зовнішню стіну приміщень, Вт;

?_ор - коефіцієнт добавки на орієнтацію зовнішньої стіни стосовно сторін світу:

- зона від північно-заходу до сходу ?_ор=0,1;

- південно-східна зона ?_ор=0,05;

- зона від півдня до південно-заходу ?_ор=0;

- західна зона ?_ор=0,05.

Допускається для практичних розрахунків для всіх зовнішніх стін будинку, незалежно від орієнтації, приймати ?_ор=0,08 - при одній зовнішній стіні в приміщенні, і ?_ор=0,13 - при двох і більше зовнішніх стін у приміщенні.

2.3.2 Сумарні додаткові тепловтрати через зовнішні огородження на орієнтацію стосовно сторін світу

, Вт (2.6)

де: Q^д_i.ор - додаткові тепловтрати на орієнтацію крізь кожну зовнішню стіну, Вт;

n - кількість зовнішніх стін через які визначались значення Q^д_i.ор.

2.3.3 Додаткові тепловтрати на відкривання зовнішніх дверей (воріт)

, Вт (2.7)

де: Q_з.д - втрати теплоти через зовнішні двері (ворота), Вт;

?_відкр - коефіцієнт добавки на відкривання дверей, що має значення:

- для одинарних дверей (воріт) для виробничих будинків ?_откр=3;

2.3.4 Додаткові тепловтрати через неутеплені підлоги розташованими на ґрунті або над холодними підвалами

, Вт (2.8)

де: Q_пдл - втрати теплоти через неутеплені підлоги, Вт.

2.3.5 Сумарні тепловтрати через неутеплені підлоги

, Вт (2.9)

де: Q^д_i.пдл - втрати теплоти через неутеплені підлоги по кожному приміщенню, Вт;

n - кількість приміщень де є неутеплені підлоги, для яких розраховано значення Q^д_i.пдл.

2.3.6 Величина сумарних додаткових втрат теплоти через огороджуючі конструкції

, Вт (2.10)

де: ?Q^д_ор - сумарні додаткові тепловтрати через зовнішні огородження на орієнтацію, Вт;

?Q^д_з.д - сумарні додаткові тепловтрати на відкривання зовнішніх дверей, Вт;

?Q^д_пдл - сумарні тепловтрати через неутеплені підлоги, Вт.

2.4 Додаткові втрати теплоти на інфільтрацію холодного повітря

2.4.1 Додаткові тепловтрати на інфільтрацію повітря через світлові прорізи

, Вт (2.12)

де: с - питома теплоємність повітря, що дорівнює 1,005кДж/кг·⁰С;

t_в, t_з -відповідно температури внутрішнього повітря приміщення і зовнішнього повітря, ⁰С;

G_н.вкн - кількість інфільтрованого холодного повітря через нещільність віконного огородження, кг/(м²год), (Таблиця 13);

F_вкн - площа віконного прорізу, м².

2.4.2 Сумарні тепловтрати через нещільності світлових прорізів

, Вт (2.13)

де: - втрати теплоти на інфільтрацію, обчислені по кожному світловому прорізу в приміщенні, Вт;

n - кількість світлових прорізів, для яких розраховано значення

2.4.3 Додаткові тепловтрати на інфільтрацію повітря через дверні прорізи (ворота)

, Вт (2.14)

де: с - питома теплоємність повітря, що дорівнює 1,005кДж/кг·⁰С;

t_в, t_з -відповідно температури внутрішнього повітря приміщення і зовнішнього повітря (за результатами виконаних вимірів), ⁰С;

G_з.д - кількість інфільтрованого холодного повітря через нещільність дверного прорізу, кг/год

, (2.15)

де: b_н.д - ширина встановленої дверної нещільності (приймається 0,005м);

L_н.д - довжина нещільності дверного прорізу (приймається загальний периметр воріт), м;

v_{ср.н. д} - осереднена швидкість інфільтрації холодного повітря через нещільності дверного прорізу за результатами виконаних вимірів (приймається 0,5м/с);

m_п - маса 1м³ повітря, рівна 1,3кг.

2.4.4 Сумарні додаткові втрати теплоти на інфільтрацію холодного повітря

, Вт (2.16)

У підсумку проведених розрахунків за результатами дискретного визначення тепловтрат у приміщеннях обстежуванної будівлі визначається сумарне розрахункове значення тепловтрат ?Q_втр по формулі (2.1)

2.5 Приклад розрахунку тепловтрат по складу

Через зовнішні стіни :

,де , n=1.

(Для внутрішньої стінки адміністративного приміщення

Через стелю:

Через підлогу:

Вт

Через вікна:

Через зовнішні двері:

-для складу

-

для адміністративного приміщення(з врахуванням тепловтрат через внутрішню стінку).

Додаткові тепловтрати через огороджуючи конструкції:

?_ор=0,13

Вт

Втрати по висоті приміщення

Додаткові тепловтрати на інфільтрацію повітря через світлові прорізи

Вт

Додаткові тепловтрати на інфільтрацію повітря через дверні прорізи (ворота)

Вт

кг/год

.

Сумарні додаткові втрати теплоти на інфільтрацію холодного повітря

Вт

Величина сумарних додаткових тепловтрат

Сумарні розрахункові тепловтрати приміщень

Вт

Результати розрахунків по всім приміщенням наведені у таблиці2.1, таблиці2.2 і таблиці2.3

Таблиця 2.1

Результати розрахунку основних видів тепловтрат

Таблиця 2.2

Результати розрахунку додаткових видів тепловтрат

Таблиця 2.3

Сумарні результати по всім видам тепловтрат

3. Розрахунок теплонадходжень

3.1 Теплонадходження від людей

, Вт (3.1)

де: q_л - явні теплонадходження від людей, Вт (Таблиця 14);

n_л - кількість людей.

3.2 Теплонадходження від працюючого електроустаткування

, Вт (3.2)

де: N_ел - номінальна потужність електроустаткування, Вт;

k_П - коефіцієнт завантаження (k_П =0,9);

? - ККД електроустаткування (приймається 0,9);

k_Т - коефіцієнт переходу тепла в приміщення (k_Т =0,9);

k_с - коефіцієнт попиту на електроенергію (k_с=0,15).

3.3 Теплонадходження від джерел освітлення

, Вт (3.3)

де: N_л - потужність одного джерела освітлення, Вт;

k_осв - коефіцієнт переходу електричної енергії в теплову (лампи розжарення - k_осв= 0,95);

k_з - коефіцієнт завантаження освітлення (за умовою завдання до курсової роботи);

n_л - кількість однотипних джерел освітлення.

3.4 Теплонадходження від сонячної радіації

, Вт (3.4)

де: q_с, q_Т - відповідно тепловий потік, що надходить через 1м² скління, освітленого сонцем і перебуваючого в тіні, Вт/м² (q_с=250Вт/м²; q_Т=100Вт/м²);

F_с, F_Т - площі заповнення світлових прорізів, відповідно освітлених і затінених, м²;

k_О.П - коефіцієнт відносного проникнення сонячної радіації через заповнення світлового прорізу (k_О.П=0,6).

3.5 Теплонадходження від матеріалів, що вистигають (розраховуються тількі для цехів)

, Вт (3.5)

де: G_м - маса матеріалу, що вистигає, кг;

c_м - питома теплоємність матеріалу (для металів - c_м=0,11кДж/кг·⁰С);

t_н - початкова температура матеріалу, що вистигає^{, 0}С;

t_до - кінцева температура матеріалу, що вистигає^{, 0}С;

? - коефіцієнт інтенсивності тепловіддачі (без примусового охолодження ?=0,75).

3.6 Сумарні теплонадходження

, Вт (3.6)

3.7 Визначення теплової потужності всієї будівлі

, Вт (3.7)

де: ?Q_втр - сумарні тепловтрати по всій будівлі, Вт;

?Q_тн - сумарні теплонадходження по всій будівлі, Вт.

3.8 Приклад розрахунку теплових надходжень по складу

Теплонадходження від людей

Теплонадходження від працюючого електроустаткування

Вт

Теплонадходження від джерел освітлення

Вт

Теплонадходження від сонячної радіації

Вт

Сумарні теплонадходження

Вт

Сумарні тепловтрати по всій будівлі

Вт

Сумарні теплонадходження по всій будівлі:

Вт

Результати розрахунків по всім приміщенням наведені у таблиці 3.1 і таблиці 3.2

Таблиця 3.1

Результати розрахунку теплонадходжень

Таблиця 3.1

Результати розрахунку теплової потужності

4. Аналіз техніко-економічної характеристики обстежуваного будинку

З метою приведення результатів розрахунку дійсного стану обстежуваного будинку на предмет енергетичної ефективності його експлуатації, вираженої в остаточному підсумку величиною матеріальних витрат, необхідним є визначення фактичної питомої витрати теплової енергії, що доводиться на 1м² опалювальній площі.

Питома теплова витрата енергії на опалення будинку за опалювальний період q_буд - це кількість теплової енергії за опалювальний період, необхідної для компенсації тепловтрат будинку із врахуванням повітрообміну і додаткових теплонадходжень при нормованих параметрах теплового і повітряного режимів приміщень у ньому, віднесеної до одиниці площі корисної площі приміщень будинку.

Фактичну питому витрату теплоти можна визначати і у відношенні до всього періоду опалювального сезону, а не тільки по окремо встановлених температурних показниках зовнішнього повітря. З урахуванням градусо-діб опалювального сезону цей показник розраховується по наступній залежності:

, кВт·год/м². (4.1)

де: - сумарні розрахункові тепловтрати приміщення, Вт;

- загальна площа приміщення будинку, м²;

n - кількість днів опалювального періоду;

?t - температурний перепад між температурою повітря приміщення та середньою температурою зовнішнього повітря за опалювальний сезон, ⁰С;

D_d - кількість градусо-діб опалювального періоду, що визначається залежно від температурної зони експлуатації будинку, що приймається згідно з таблицею 5.

Опалювана площа визначається у межах внутрішніх поверхонь зовнішніх стін, що включає площу, яку займають перегородки і внутрішні стіни.

Питомі тепловитрати на опалення будинків повинні відповідати умові

q_буд ? E_max, (4.2)

де: q_буд - розрахункові або фактичні питомі тепловитрати, що визначаються за (4.1);

E_max - максимально допустиме значення питомих тепловитрат на опалення будинку за опалювальний період, кВт·год/м², що встановлюється згідно з табл.16.

Таким чином, якщо > то такий стан всіх технологічних і конструктивних елементів, що визначають енергетичну ефективність процесу створення і підтримки теплового балансу в будинку, необхідно вважати незадовільними. Якщо ? - тепловий режим будинку перебуває в задовільному стані.

В адміністративному приміщенні:

кВт·год/м².

В складі:

кВт·год/м².

Порівняльна характеристика розрахункових і максимально допустимих тепловитрат наводиться у таблиці 4.1

Таблиця 4.1

5. Розрахунок площі опалювальних приладів

Розрахунок ведеться по кожному приміщенню в будинку.

5.1 Кількість води, що циркулює в системі опалення

, кг/год (5.1)

де: ?Q - теплова потужність опалювального приміщення, Вт;

с - питома масова теплоємність води, що дорівнює 4,187кДж/(кг·⁰С);

t_вх - температура входу теплоносія в систему опалювальних приладів, (t_вх=70⁰С);

t_вих - температура виходу теплоносія із системи опалювальних приладів, (t_вих=6 ...........