Скачать

Система централизованного теплоснабжения жилых районов г. Владимира

Целью дипломного проекта является разработка системы централизованного теплоснабжения жилых районов г. Владимир источником тепла которого является городская котельная. В ходе работы необходимо произвести расчет расхода теплоты на отопление, вентиляцию и ГВС для всех районов, гидравлический расчет для тепловых сетей.

Проектируемая производственно- отопительная котельная находится в городе Владимире.

Водоснабжение котельной осуществляется из городского водопровода.

Забор воздуха на горение осуществляется с улицы и непосредственно с котельного помещения.

Система теплоснабжения, для нужд отопления и вентиляции, закрытая. Регулирование качественное по отопительному графику с температурой 120- 70 °С.

Транспортная сеть района строительства представлена железными дорогами общего пользования и автодорогами местного значения.

Проект производственно - отопительной котельной разработан на основании задания проектирования.

1. Характеристика природных условий

Тепловая сеть проектируется для жилого района города Владимир при расчетных температурах отопительного периода для отопления -28 °С и для вентиляции -16 °С и скорости ветра в январе = 4,5 м/с. К данному району относятся четыре микрорайона, в каждом из которых расположены жилые и административные здания, больницы, детские сады и магазины. Так, например, в жилом микрорайоне I расположены две 9- этажных, четыре 5- этажных, три 2- этажных жилых зданий, два одноэтажных детского сада и два одноэтажных магазина. В каждом 9- этажном здании проживают 275 жителей, в 5- этажном 270 человек, в 2- этажном 100 человек, детский сад рассчитан на 30 человек, магазин на 10 рабочих мест.

Источником тепловой энергии служит городская котельная, расположенная в промышленной зоне. Теплоносителем для транспортировки тепловой энергии является вода. Система теплоснабжения закрытая, количество трубопроводов в тепловой сети две: подающая и обратная. Температура воды в подающей магистрали 120 °С, в обратной 70 °С. Обеспечение потребителей тепловой энергией осуществляется посредством проборов отопления, вентиляции и горячего водоснабжения.

2. Определение расчетных расходов тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение

Расчетные тепловые нагрузки на отопление и вентиляцию зависят от температуры наружного воздуха для данного района, наружного объема зданий и их удельных характеристик.

Для начала определим объем зданий по наружному обмеру

Объем зданий по наружному обмеру:

 V=ABH, м, ( 1 ) стр.4 (1)

где А – длина здания, м;

В – ширина здания, м;

Н – высота здания( Н = nh, n– количество этажей, h– высота одного

этажа, м), м.

Высоту одного этажа примем:

жилой 5, 9- этажный дом h=2,85 м;

жилой 8- этажный дом h=2,7м;

жилой 1,2,3,4- этажный дом h=3 м;

административное здание h=2,85 м;

детский сад, магазин, больница, школа h=4 м.

Определим объем 9- этажного жилого здания, расположенного в I микрорайоне со следующими данными: А=60 м, В=15 м,

Н=9×2,85= 2565 м.

V=60×15×9×2,85=23085 м.

Аналогичным образом определим объемы всех зданий, расположенных в заданно районе строительства.

Расчеты сводим в таблицу 1.1

Таблица 1.1 - Геометрические размеры зданий

Расчетная часовая тепловая нагрузка отопления Q(ккал/ч) отдельного здания определяется по укрупненным показателям:

Q=αVq(t-t)(1+k)×10, МДж/ч, (1) cтр.6 (2)

где α – поправочный коэффициент, учитывающий отличие расчетной температуры наружного воздуха для проектирования отопления t в местности, где расположено рассматриваемое здание, от t= - 28 ºC, при которой определено соответствующее значение q.

V – объем здания по наружному обмеру, м

q - удельная отопительная характеристика здания, кДж/( м×ч× ºC), при t= - 28 ºC,принимается по приложению 3,4 (1) cтр. 63;

t - расчетная температура наружного воздуха, ºC, для проектирования отопления в местности, где расположено здание;

t - расчетная температура воздуха в отапливаемом здании, ºC; для административных общественных зданий принимается по приложению 4, для жилых зданий принять равной: при t= - 28 ºC, и ниже t= 20 ºC;

k - расчетный коэффициент инфильтрации, обусловленный тепловым и ветровым напором, т.е. соотношение тепловых потерь зданием с инфильтрацией и теплопередачей через наружные ограждения при расчетной температуре наружного воздуха для проектирования отопления.

Расчетный коэффициент определяется по формуле:

k= 10, ( 1 ) стр.6 (3)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

Н – высота здания, м;

 - расчетная для данной местности скорость ветра в отопительный период, м/с;

k=

Q=1,05×23085,×1,55 (20-(-28))×(1+0,1)×10 = 1983,74 МДж/ ч.

Расчетная часовая тепловая нагрузка приточной вентиляции Q общественных зданий определяется по укрупненным показателям:

Q=(αVq - t)×10, МДж ⁄ч 1 ) стр.6 (4)

где q-удельная вентиляционная характеристика здания, кДж ⁄(м³×ч׺С), зависящая от назначения и строительного объема вентилируемого здания; принимается по приложению 4;

t - расчетная температура наружного воздуха, ºС, для проектирования приточной вентиляции в местности, где расположено здание; t= t, принимается по приложению 1.

Q=1,05×2700×0,46(20 - ( - 28))×10= 62,6 МДж ⁄ч.

Средняя часовая тепловая нагрузка горячего водоснабжение Qпотребителей тепловой энергии определяется по формуле:

Q= , МДж ⁄ч, ( 1 ) стр.7 (5)

где a – норма расхода горячей воды потребителями, л/сут; принимается по приложению 5;

m – количество единиц потребления, отнесенное к суткам: количество жителей, учащихся в учебных заведениях, мест в детских садах и т. д.;

c – удельная теплоемкость воды; принимается равной 4,187 кДж ⁄(кгºС);

t - температура холодной водопроводной воды в отопительный (зимний) период, ºС; принимается t= 5 ºС.

Q=  = 239,88 МДж ⁄ч.

Максимальная нагрузка горячего водоснабжения:

Q= 2,4 Q, МДж ⁄ч, ( 1 ) стр.7 (6)

Q= 2,4×239,88 = 575,71 МДж ⁄ ч.

Средний тепловой поток на горячее водоснабжение в неотопительный (летний) период:

Q= Q, МДж ⁄ч, ( 1 ) стр.7 (7)

где t - температура холодной водопроводной воды в неотопительный период, ºС; принимается равной 15 ºС.

 - коэффициент, учитывающий изменение среднего расхода воды на горячее водоснабжение в неотопительный период по отношению к отопительному периоду; принимается равным 0,8 для жилищно-коммунального сектора, 1,2 – 1,5 – для курортных и южных населенных мест, 1,0 для предприятий.

Q= 239,88×=153,52 МДж ⁄ч.

Определяем суммарную тепловую нагрузку на отопление, вентиляцию и максимальное горячее водоснабжение каждого потребителя:

Q= Q+ Q+ Q, МДж ⁄ч, ( 1 ) стр.7 (8)

Q=1983,74+575,71=2559,45 МДж ⁄ч.

Определяем суммарный тепловой поток для каждого потребителя теплоты:

Q= Q×N, МДж ⁄ч, ( 1 ) стр.7 (9)

где N – количество зданий;

Q=2559,45×2=5118,9 МДж ⁄ч.

Рассчитываем суммарный тепловой поток для каждого микрорайона:

Q=Q+ Q+Q +Q+Q, МДж ⁄ч, ( 1 ) стр.7 (10)

Q=5118,9+6569,92+2420,4+623,54+95,06=14827,82 МДж ⁄ч.

Расчеты сводим в таблицу 1.2

3. Выбор способа регулирования тепловой нагрузки

Для водяных тепловых сетей следует предусматривать, как правило, качественное регулирование отпуска теплоты по нагрузке отопления или совмещенной нагрузке топления и горячего водоснабжения согласно графику изменения температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха. В обоих случаях центральное качественное регулирование отпуска

теплоты ограничивается наименьшими температурами воды в подающем трубопроводе, необходимым для подогрева воды, поступающей в системы горячего теплоснабжения потребителей.

– для закрытых систем теплоснабжения – не менее 70ºC;

– для открытых систем теплоснабжения – не менее 60ºC,

В закрытых и открытых системах при отношении  0,15 может применяться центральное качественное регулирование отпуска теплоты по отопительной нагрузке. При этом в закрытых системах водоподогреватели для горячего водоснабжения должны присоединяться по двухступенчатой смешанной схеме или параллельной схеме в зависимости от отношения  и типа регуляторов.

Центральное качественное регулирование отпуска теплоты по совмещенной нагрузке отопления и горячего водоснабжения применяется, если > 0,15. При этом в закрытых системах водоподогреватели горячего водоснабжения могут присоединяться по одноступенчатой или двухступенчатой схеме. Выбор схемы зависит от отношения  и вида регуляторов воды или теплоты на отопление.

Таблица 1.3- Суммарные тепловые нагрузки

Построение графика центрального качественного регулирования отпуска теплоты по отопительной нагрузке основано на определении зависимости температуры сетевой воды в подающей и обратной магистралях от температуры наружного воздуха:

 ,.

Для зависимых схем присоединения отопительных установок к тепловым сетям температуру воды в подающей и обратной магистралях в течении отопительного периода, т.е. в диапазоне температур наружного воздуха от +8ºC до t, рассчитывают по формулам:

=t+Δt+ , ºC, ( 1 ) стр.11 (11)

= t+ Δt – 0,5, ºC, ( 1 ) стр.11 (12)

где Δt – температурный напор нагревательного прибора при расчетной температуры воды в отопительной системе, ºC, Δt =,( где  – температура воды в подающей ( после смесительного устройства) линии системы отопления, ºC, принять равной 95 ºC,  – температура воды в обратной линии системы отопления, ºC);

 – расчетный перепад температур воды в тепловой сети, =, ºC;  – расчетный перепад температур воды в местной системе отопления, =  – , ºC

Задаваясь различными значениями t в пределах от +8 ºC до t (t=+8 ºC, t=0 ºC, t=t, t= t) определяем  и  по формулам:

= 20+62,5+=50 ºC;

= 20 +62,5- 0,5 2×5=37,5 ºC.

Таблица 1.4 - Температура воды в подающем о обратном трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха

Строим график  ,(рисунок 1.1)

4. Расчет расходов теплоносителя в тепловых сетях

Определим расход воды на отопление G_{o. max} (кг/с) по формуле:

G_{o. max}= Q_o.p./c×(τ₁–τ₂) , т/ч, (1) cтр. 15 (13)

G_{o. max}=1983,74/ 4,19 (120 - 70)=9,5 т/ч.

где Q_o.p. − расчетная тепловая нагрузка отопления, ккал/ч;

с – удельная теплоемкость воды; с=1 ккал/(кг·°С);

Найдем расход воды на вентиляцию G_{в. max} (кг/с) по формуле:

где Q_в.p. − расчетная тепловая нагрузка вентиляции, ккал/ч;

G_{в. max}= 62,6/ 4,19 (120 - 70) = 0,3 т/ч.

В закрытых системах теплоснабжения средний расход сетевой воды G_г.ср. (кг/с) при двухступенчатой схеме присоединения водоподогревателей найдем по формуле:

где τ'₂ − температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети после системы отопления в точке излома температурного графика, °С;

t' – температура воды после первой ступени подогрева при двухступенчатых схемах присоединения подогревателей, °С;

G_г.ср. =239,88/ 4,19(70 – 58,3)× (55-48,3/55-5 +0,2)=1,61 т/ч.

Максимальный расход G_г.mах. (кг/с) определим по формуле:

где τ'₁ – температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети после системы отопления в точке излома температурного графика, °С;

τ'₂ – температура воды в обратном трубопроводе тепловой сети после системы отопления в точке излома температурного графика, °С.

G_г.mах. =0,55×575,7 /4,19×(70-58,3)=6,46 т/ч.

Суммарный расчетный расход сетевой воды

В двухтрубных тепловых сетях в открытых и закрытых системах теплоснабжения при качественном регулировании отпуска теплоты суммарные расчетные расходы сетевой воды G_d (кг/с) следует определять по формуле:

G_d =9,5 + 1,2+1,51=11,4 т/ч.

5. Гидравлический расчет тепловых сетей

Проектирование тепловых сетей начинается с выбора трассы и способа их прокладки. Проектирование трасс магистральных тепловых сетей должно увязываться с условиями как существующей застройки города, так и перспективами его дальнейшего развития.

Для проектирования тепловых сетей необходимы исходные данные: топографические условия местности, характер планировки и застройки городских районов, размещение наземных и подземных инженерных сооружений и коммуникаций, характеристика свойств грунтов и глубина их залегания, режим и физико-химические свойства подземных вод и другие

Трасса тепломагистрали, наносимая на топографический план, выбирается по кратчайшему направлению между начальной и конечной ее точками с учетом прохода труднопроходимых территорий и различных препятствий. Трасса тепловых сетей в городах и других населенных пунктах должна предусматриваться в отведенных для инженерных сетей технических полосах параллельно красным линиям улиц, дорог и проездов вне проезжей части и полосы зеленых насаждений, а внутри микрорайонов и кварталов – вне проезжей части дорог. При выборе трассы теплопроводов необходимо учитывать экономичность и надежность тепловых сетей. Наиболее экономичной является тупиковая схема.

С целью повышения надежности работы тепловых сетей целесообразно устраивать блокировочные перемычки, которые рассчитываются на пропуск аварийного расхода воды, принимаемого равным 70 – 75 % от расчетного. При диаметре магистралей до 500 мм перемычки можно не устраивать.

Пересечение тепловыми сетями естественных препятствий и инженерных коммуникаций должно выполнятся под углом 90º, а при обосновании – под меньшим углом, но не менее 45º.

При выборе трассы предусматривается один ввод тепловых сетей в каждый квартал. В местах ответвлений к кварталам или зданиям предусматривают тепловую камеру. Подключать рядом расположенные кварталы целесообразно из одной тепловой камеры.

За расчетную магистраль принимаем наиболее напряженное и нагруженное направление на трассе тепловой сети, соединяющее источник теплоты с дальним потребителем. В проекте за магистраль принимаем направление от источника до микрорайона IV, т. е. участки: 1 (о – а), 2 (а – б), 3 (б – в), 4 (в – микрорайон IV).

Таблица 5.1- Расход сетевой воды на участке тепловой сети

Предварительный гидравлический расчет тепловой сети

Гидравлический расчет один из важнейших разделов проектирования в эксплуатации тепловой сети.

При проектировании в задачу гидравлического расчета входит:

– определение диаметров трубопроводов;

– определение падения давления (напора);

– определение давлений (напоров) в различных точках сети;

– увязка всех точек системы при статическом и динамическом режимах с целью обеспечения допустимых давлений и требуемых напоров в сети и абонентских системах.

Независимо от результатов расчета наименьшие диаметры труб принимают: для распределительных трубопроводов – не менее 50 мм, для ответвлений к отдельным зданиям – не менее 25 мм.

Удельные потери на трение R (h) на трубопроводах принимаем:

– для участков расчетной магистрали от источника тепла до наиболее удаленного потребителя до 80 Па/м;

– для ответвления от расчетной магистрали – по располагаемому давлению, но не более 300 Па/м.

При определении диаметра труб принимаем значения коэффициента эквивалентной шероховатости =0,5 мм и скорость движения теплоносителя не более 3,5 м/с.

По приложению 1 ,(1) выбираем наружный диаметр (d×s) трубопровода для каждого участка тепловой сети, скорость движения теплоносителя () и удельные потери давления R(h). Выбранные значения заносим в таблицу 2.2 По приложению 20, (1) подбираем соответствующие данные (d×s), условный (d) и внутренний (d)диаметры трубопроводов.