Разработка системы снабжения тепловой энергией промышленных объектов с учетом аккумулирующей способности зданий

На правах рукописи

МАНУКОВСКАЯ Татьяна Григорьевна РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ СНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИЕЙ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ С УЧЕТОМ АККУМУЛИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ЗДАНИЙ Специальность 05.14.04 – Промышленная теплоэнергетика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж – 2012 2 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Липецкий государственный техниче ский университет»

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент Стерлигов Вячеслав Анатольевич

Официальные оппоненты: Жучков Анатолий Витальевич, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный универси тет инженерных технологий», профессор кафед ры.

Кузьмин Сергей Николаевич, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический уни верситет», доцент кафедры.

Ведущая организация: ОАО «КВАДРА-ГЕНЕРИРУЮЩАЯ КОМПАНИЯ» филиал ОАО «Квадра» - «Восточ ная генерация», г.Липецк.

Защита состоится «24» мая 2012 г. в 1400 часов в конференц-зале на засе дании диссертационного совета Д 212.037.05 ФГБОУ ВПО «Воронежский го сударственный технический университет» по адресу: 394026, г. Воронеж, Мос ковский просп., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет».

Автореферат разослан «23» апреля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Бараков А.В.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Актуальность темы. Важнейшей составляющей инфраструктуры и жиз необеспечения промышленных и гражданских объектов является централизо ванное водяное теплоснабжение. В настоящее время на нужды теплоснабжения в стране расходуется более трети всего добываемого топлива. Вследствие сме ны экономической модели развития в 90-е годы и нарастающей изношенности оборудования, около 50% объектов коммунального теплоснабжения и инже нерных сетей требует замены, при этом потери теплоты в отдельных сетях дос тигают 30%. В сложившихся условиях системы теплоснабжения и методы ре гулирования отпуска теплоты зачастую не обеспечивают потребителей необ ходимым количеством тепловой энергии, приводя к нарушениям гидравличе ского режима тепловой сети (ТС). В связи с этим актуальным становится поиск и разработка новых систем снабжения теплотой и методов регулирования ее отпуска на основе комплекса технических, организационных и технологиче ских решений.

Работа выполнялась в рамках научного направления «Исследование кави тационных течений жидкостей и характеристик кавитационных ограничителей расхода в системах транспорта и распределения энергоносителей металлурги ческого производства и функциональных характеристик систем», номер госу дарственной регистрации НИР: 1.1.07.

Целью работы является разработка системы теплоснабжения промыш ленных объектов, позволяющей отпускать тепловую энергию в течение отопи тельного сезона с учетом аккумулирующей способности зданий.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие за дачи:

1. Анализ методов регулирования и отпуска тепловой энергии, в дейст вующих системах водяного теплоснабжения при пониженных параметрах теп лоносителя.

2. Исследование поступления теплоты в помещения от стальных труб ных регистров в условиях снижения расчетных параметров теплоносителя.

3. Разработка и обоснование методики расчета аккумулирующей спо собности зданий и сооружений.

4. Разработка и обоснование системы снабжения теплотой промышлен ных объектов с учетом аккумулирующей способности зданий при постоянном расходе сетевой воды.

5. Разработка инженерной методики расчета регулирования отпуска теп лоты.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в следую щем:

- на основе анализа теплового баланса здания и режимов передачи тепло ты промышленным объектам в периоды «натопа» и «недотопа» установлена возможность в течение отопительного сезона обеспечения зданий требуемым количеством теплоты с учетом их аккумулирующей способности;

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - проведены экспериментальные исследования теплопередачи в трубных отопительных регистрах производственных помещений, учитывающие влияние на теплоперенос ламинарного режима течения на участке термической стаби лизации;

- предложена теоретическая зависимость для определения коэффициента аккумуляции зданий в зависимости от площади теплоотдающих поверхностей и параметров основного теплозащитного слоя.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования откло нений текущих температур сетевой воды от расчетных параметров и их влия ние на отпуск тепловой энергии потребителям в водяных системах теплоснаб жения с центральным качественным регулированием позволили разработать систему теплоснабжения потребителей с учетом аккумулирующей способности зданий. На основе научно-технических решений диссертационной работы раз работан «Способ снабжения тепловой энергией потребителей в централизован ных системах» и защищен патентом РФ № 2334173.

Внедрение результатов работы Результаты исследований внедрены в ОАО «Липецкий металлурги 1.

ческий завод «Свободный Сокол».

Результаты по теме диссертационной работы используются в учеб 2.

ном процессе при изучении студентами специальности «Промышленная тепло энергетика» дисциплины «Источники и системы теплоснабжения предприятий».

Автор защищает:

Результаты анализа подачи тепловой энергии в действующих водя 1.

ных системах теплоснабжения при снижении расчетных параметров теплоноси теля.

Методику определения аккумулирующей способности зданий.

2.

Инженерную методику расчета регулирования отпуска теплоты для 3.

обеспечения промышленных объектов требуемым количеством тепловой энер гии в течение всего отопительного сезона с учетом аккумулирующей способно сти зданий.

Апробация работы.

Основные результаты работы доложены на:

-международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэф фективные технологии», Часть 1. г.Липецк, 2006г.;

международной научно технической конференции «Энергетика и энергоэффективные технологии», г.Липецк, октябрь, 2007.;

третьей международной научно-технической конфе ренции «Теоретические основы теплогазоснабжения и вентиляции», Москва, ноябрь, 2009г.;

научно-технических семинарах кафедр «Промышленная тепло энергетика», а также «Теплофизика и автоматизация металлургических печей» Липецкого государственного технического университета.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Публикации.

По теме диссертационной работы опубликовано 12 научных и научно технических работ, в том числе 3 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата лично соискателю принадлежат: [1, 7] - исследования конвективного теплооб мена на начальном участке трубы при ламинарном режиме течения жидкости на экспериментальном стенде;

[1, 2, 7] – анализ и выбор зависимости при рас чете локальной теплоотдачи и значений коэффициентов теплопередачи отопи тельных регистров;

[3, 4, 5, 6, 8, 9, 10, 11, 12] – схема системы снабжения теп лотой и расчеты отпуска теплоты с учетом аккумулирующей способности зда ния на примере труболитейного цеха.

Объем и структура диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, основных выводов, списка использованной литературы (135 наименований) и приложений, содер жащих рабочие материалы в форме расчетов, документов, отражающих произ водственное внедрение. Работа изложена на 175 страницах машинописного тек ста, содержит 29 таблиц, 57 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи.

В первой главе на основе изучения литературного материала проведен анализ существующих методик отпуска теплоты потребителям в централизо ванных водяных системах теплоснабжения. Показано, что в тепловых сетях имеют место, как неравномерное распределение теплоносителя, так и понижен ные температуры, что приводит к избытку или к недостатку теплоты в зданиях.

Теплоснабжающие предприятия прибегают в расчетных условиях к снижению температуры воды в сети со 150 до 130°C и ниже, или переходят на понижен ный график, сохраняя центральное качественное регулирование. Недоподачу теплоты компенсируют повышенным расходом теплоносителя. Увеличенные расходы воды приводят к изменению гидравлического режима ТС, повышению удельных затрат, ухудшению теплоснабжения. В связи, с чем возникает необ ходимость в разработке новых методов подачи теплоты и изменению теплоот дачи отопительных приборов в соответствии с изменением потребности зданий в теплоте.

Во второй главе приведены результаты исследований отпуска теплоты в действующих системах при центральном качественном регулировании.

Для таких систем на примере климата г.Липецка исследованы отклонения текущих температур сетевой воды от их проектных значений и показано влия ние этих отклонений на продолжительность регулирования в течение отопи тельного периода. Результаты приведены в табл.1.

Установлено, что и при «срезке», и при переходе на пониженные темпе ратуры время центрального качественного регулирования сокращается и только PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com для 51,4% от отпускаемого количества теплоты в течение отопительного пе риода осуществляется регулирование.

Исследования подачи теплоты проводились и при понижении температу ры воды, когда для компенсации её недоподачи увеличивают расход. Перерас ход воды в сетях достигает до 40-50% от проектного значения, что приводит к разрегулировке тепловой сети и увеличению мощности насосов от 1,5 до12 раз.

Таблица Продолжительность регулирования Переход на пониженные температу Срезка температурного графика ры Параметры Период местно- Период централь- Период срез- Период местно- Период цен теплоноси- го регулирова- ного качественно- ки темпера- го регулирова- трального каче теля, °С ния, сут. (%) го регулирования, турного гра- ния, сут. (%) ственного регу сут. (%) фика, сут. лирования, сут.

(%) (%) 56 сут. (27,6%) 146 сут. (72,4%) 56 сут. (27,6%) 146 сут. (72,4%) 150-70 56 сут. (27,6%) 139 сут. (68%) 7 сут.(3,4%) 68 сут.(33,7%) 134 сут. (66,3%) 130- 56 сут. (27,6%) 122 сут. (60,4%) 24 сут.(12%) 106 сут. (52,5%) 96 сут. (47,5%) 115- 56 сут. (27,6%) 104 сут. (51,4%) 42 сут. (21%) 116 сут. (57,4%) 86 сут. (42,6%) 105- Результаты расчетов показали, что теплота, поступающая в помещения, как для схем с зависимым, так и с независимым присоединением систем ото пления, отличается от проектного значения на 8…40%. При непосредственном присоединении систем отопления к сети её недоподача может составлять от 12,5 до 56%.

Таким образом, определено, что в водяном теплоснабжении отпуск теп лоты центральным качественным регулированием не обеспечивает потребите лей требуемым количеством теплоты. Для подачи теплоты, изменяющейся в течение отопительного сезона, необходима разработка и внедрение новых ме тодов по отпуску теплоты потребителям.

В третьей главе приведены исследования поступлений теплоты в отап ливаемое производственное помещение при понижении температурных пара метров теплоносителя. Исследована теплоотдача гладкотрубных отопительных приборов в виде регистров, установленных в труболитейном цехе (ТЛЦ) Ли пецкого металлургического завода (ЛМЗ) «Свободный Сокол», выполненных из 3…8 рядов стальных гладких труб с D y =50…200 мм горизонтального рас положения. Теплоноситель, поступает в регистры по подводкам D y =15, 20, мм и из общего коллектора распределяется по параллельному пучку труб.

В процессе исследований установлено, что из-за конструктивных особен ностей регистров и требований к предельным скоростям в подводках, в трубах регистров формируется ламинарный режим. Показано, что при этом не успева ют сформироваться профили скорости и температуры, и теплообмен протекает на начальном участке трубы.

Теплопередачу в отопительных приборах определяют в основном внеш ние условия, однако работы Петухова А.Б.. Левека И., Григуля У., Ма-Тун-Дзе, Стерлигова В.А.. а также наши исследования показали, что длина начального PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com участка трубы при ламинарном режиме влияет на средний коэффициент тепло отдачи в трубе и в целом на коэффициент теплопередачи.

Для выбора расчетного уравнения среднего коэффициента теплоотдачи при ламинарном течении в лаборатории «Теплотехники и тепловых процессов» кафедры ПТЭ Липецкого государственного технического университета прове дены исследования теплообмена в круглой трубе.

Исследования сводились к экспериментальному определению коэффици ентов теплопередачи между горячей водой в трубке и воздухом помещения.

Наиболее близкими к экспериментальным величинам коэффициентов теплопе редачи оказались результаты расчета, где коэффициенты теплоотдачи внутри трубы, получены на основе уравнения, приведенного в работе Стерлигова В.А.

Расчеты показали, что при учете изменения коэффициента теплообмена по всей протяженности начального участка для труб Dy=50-200 мм коэффици ент теплопередачи возрастает от 4,66% до 11%.

Таким образом, при определении теплоты, поступающей в отапливаемые помещения от трубных регистров, необходимо учитывать условия теплообмена на внутренних участках труб, где профили скорости и температуры не сформи ровались.

В четвертой главе рассмотрены условия нестационарного теплового ре жима помещения, а также влияние теплоаккумулирующей способности здания на отпуск теплоты.

В практике эксплуатации зданий и сооружений изменение температуры воздуха после нарушения теплового режима связаны с аккумулирующей спо собностью здания, которое оценивается коэффициентом аккумуляции.

Величина существенно зависит от массы и теплофизических характери стик материалов здания.

В практике теплоснабжения известными являются внешние габариты зданий и вид основного строительного материала теплозащитного слоя ограж дения. Поэтому для определения, существующих зданий различных лет за стройки, предложено выполнять расчет на основе удельного массового значе ния коэффициента, отнесенного к единице площади теплоотдающей поверхно сти зданий F, ч/кг м = F Fно. (1) Величины удельных значений коэффициентов аккумуляции F для су ществующих зданий предложено определять на основе эталонной величины ко эффициента *, который определяют для типа здания, например, из кирпича или бетона по достоверно известным геометрическим параметрам и теплофизи ческим характеристикам строительных материалов ограждений mc * =, (2) F * а значение F в виде отношения F = ( ). (3) f н.о M но PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Для двух зданий одного из районов г.Липецка с достоверно известными массогабаритными и теплофизическими характеристиками основного теплоза щитного слоя, в первом случае керамзитобетон (панельное) и во втором – си ликатный кирпич (кирпичное здание) рассчитаны эталонные значения *.

Используя полученные значения «эталон» *, для жилых зданий различ ной этажности и объемов, рассчитаны F по формуле (3). Полученные числен ные значения коэффициентов аккумуляции располагаются в диапазоне вели чин, приводимых, в литературных источниках и составляют от 25 до 34 часов.

В пятой главе диссертации оцениваются системы теплоснабжения и факторы, влияющие на регулирование отпуска теплоты. Время нагрева и осты вания здания примерно на два порядка больше времени подачи теплоты от ис точника и времени изменения температурного режима отопительного прибора.

Поэтому при переходе с установившегося стационарного теплового режима на новый режим процессы, протекающие в элементах системы теплоснабжения можно считать очень быстрыми, и в расчетах учитывать только аккумулирую щую способность зданий. Результаты, полученные в работах Е.Я. Соколова, Н.М. Зингера, В.К. Дюксина, Н.К. Громова, А.А. Ионина и др. послужили осно вой для разработки системы снабжения тепловой энергией промышленных объектов по нескольким магистралям в течение всего отопительного сезона при постоянном расходе сетевой воды с учетом аккумулирующей способности зданий. Для управления отпуском теплоты в системе разработана методика ре гулирования.

На рис.1 изображена предлагаемая схема снабжения тепловой энергией потребителей.

В качестве источников теплоты для теплоснабжаемых районов (ТР) попе ременно служат теплоприготовительная установка 2 (ТПУ) и коллектор охлаж денной воды 6 (КОВ), где смешивают теплоноситель, поступающий из трубо проводов охлажденной воды (15). Коллектор горячей воды 10 (КГВ) служит для периодической подачи горячего теплоносителя в тепломагистрали (Т1.1, Т1.2, Т1.3) и в теплоснабжаемые районы (ТР1, ТР2, ТР3) путем переключения регулирующих клапанов (12, 13, 14).

При установившейся циркуляции воды в системе часть расхода из КОВ, (например, расход тепломагистрали для района ТР1) и часть расхода магистра лей ТР2 и ТР3 направляют в теплоприготовительную установку (ТПУ). Там те плоноситель нагревается и поступает в КГВ. Из него расчетный расход посту пает в магистраль (Т1.1) и часть расхода в магистрали Т1.2. и Т1.3., в течение первого расчетного периода времени. При этом расход в магистрали (Т1.1) и температура теплоносителя поддерживается постоянными. В остальные маги страли (Т1.2) и (Т1.3) направляют часть расходов сетевой воды из ТПУ и часть, по обводным трубопроводам Т2.4.2. и Т.2.4.3 из КОВ.

Суммарные расходы, равны расчетным значениям для каждой из магист ралей. Таким образом, в ТР1 создают режим «натопа», а в ТР2 и ТР3 режимы «недотопа». С течением времени (первый расчетный период) в районе «натопа» PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com температура воздуха будет повышаться. В районах «недотопа» в помещениях зданий начнется понижение температуры внутреннего воздуха.

Т2.4. Т2.4. Т2.4. Т2. Рис.1. Схема снабжения тепловой энергией потребителей 1 – теплоснабжаемые районы (ТР);

2 – теплоприготовительная установка (ТПУ);

3 – подаю щие трубопроводы горячей воды из КГВ;

4 – тепломагистрали горячей воды отдельных ТР;

– сетевой насос (СН);

6 – коллектор охлажденной воды (КОВ);

7 – трубопровод охлажденной воды;

8 – обводной трубопровод;

9 – трубопровод горячего теплоносителя от ТПУ;

10 - кол лектор горячей воды (КГВ);

11 – байпасные трубопроводы;

12, 13, 14 – регулирующие кла паны (РК);

15 –трубопроводы охлажденной воды.

При достижении температуры обратной воды, в Т2.2. и Т.2.3 перед (КОВ), соответствующей температуре наружного воздуха и определяющей температуру воздуха в помещениях зданий, регулирующие клапаны переклю чают потоки. Горячий теплоноситель из ТПУ поступает в ТР2, а в остальные районы поступают расходы воды со своими значениями температуры, получен ной после смешения в регулирующих клапанах. Наступает второй расчетный период. По его завершении горячий теплоноситель поступает в ТР3, и он рабо тает в режиме «натопа».

Происходит периодическое повышение и понижение температур тепло носителя в подающих трубопроводах магистралей. При этом расход теплоно PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com сителя в каждой магистрали остается постоянным, что обеспечивает стабиль ный гидравлический режим в сети ТР.

Температура воздуха внутри помещений поддерживается на заданном уровне, при условии, что подводимая теплота равна тепловым потерям:

Qот = Qт.п.. При нарушении этого баланса возникает «натоп» или «недотоп».

Использование теплоаккумулирующей способности зданий позволяет прово дить регулирование отпуска теплоты на отопление не по текущей температуре наружного воздуха, а по средней наружной температуре за некоторый период.

Для теоретического определения изменения внутренней температуры воздуха в отапливаемых зданиях при нарушении теплового режима и заданных расходах теплоты на отопление Qo, с учетом аккумулирующей способности, в качестве исходного дифференциального уравнения использовано уравнение проф. Соколова Е.Я.

dt в qoVн (t в t н )dz = Qdz + Fsc p, (4) Fsc p dt в dt в dz = = откуда, (5) Q Q 2q oVн tв tн tв t н qoVн qoVн Fsc p где =.

2q oVн В результате интегрирования (5) и коррекции внутренней температуры воздуха на температуру помещения определена температура внутреннего воз духа в условиях нестационарного режима:

Q tП tн q 0 Vн Q t '' = t н + +. (6) q 0 Vн z exp Количество теплоты, аккумулируемой в наружных ограждениях здания, составит t ' + t ' Qак = Fc p c1 c 2 t н = Fc p (t c'.cp t н ).

' (7) 2 Тогда количество теплоты, которое выработает ТПУ Fc p t в " ( ) Q + Q = Q =Q + Q = q oVн t t н + ' ' ' ' ". (8) ТПУ пот ак в На основе равенства теплоты транспортируемой теплоносителем от ис точника, отдаваемой отопительным прибором в помещение, теряемой и акку мулируемой ограждением здания получены балансовые уравнения регулирова ния отпуска теплоты PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com + 2 " ( ) tв kf 1 q V t " t ± Fc p t в Gc( 1 2 ) " 2 = oнв н Q Q= = = ( ) (9).

qoVн (t в t н ) ± Fc p t в G ' c 1' 2 + Q' ' ' ' k' f 2 tв Из балансового уравнения (9) температура воды после отопительных приборов систем отопления вых = 2, определяется по формуле:

cGi Qi + cGi k i f i t в 0,5Qi k i f i " 2i =. (10) k i f i cGi При определении температуры воды на выходе из системы величину тем 1i + 2i пературы отопительного прибора, определяемую как t пр = ср =, можно представить:

Qi + kft в пр = ср =. (11) kf При режиме «натопа» или «недотопа», который обеспечивается тепло приготовительной установкой, тепловой поток определяется tв tн " QТПУ = Q ' + Q = Q ', (12) t в t но где Q - тепловой поток, который обеспечивает новое тепловое состояние сис темы, поднимая температуру от t в до t в.

" При постоянстве расхода сетевой воды балансовое уравнение (9) в этом режиме имеет вид t в tн ' " Qi = Gi c i, (13) t в t но где i перепад температур сетевой воды на входе и на выходе из ТР, равный:

Qi' (t в t н ) i =. (14) (tв tно )Gi c Температура воды в подающем трубопроводе, либо на выходе из ТПУ, которая должна поступать в теплоснабжаемый район определяется как 1 = 2 + i. (15) Из баланса расходов сетевой воды в предлагаемой системе получено уравнение для расчета расхода высокотемпературной воды, поступающей из КГВ на смешение к регулирущим клапанам, когда тепломагистрали работают в режимах «недотопа» ( ) Gi' 12 1 см КОВ Gi =. (16) 1ТПУ 1 1 см КОВ Температура смеси (теплоносителя) в коллекторе охлажденной воды (КОВ) определяется по уравнению:

(G ( ) ) см = i 2i. (17) G i PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Тепловая энергия в период «натопа» зданиями аккумулируется, а в пери од «недотопа» отдается помещению. Время подачи теплового потока определя ется по формуле:

Qi tП tн q oVн z = ln. (18) Q t '' t н i q oVн Таким образом, для обеспечения потребителей требуемым количеством теплоты в течение отопительного сезона разработана система снабжения тепло вой энергией абонентов и инженерная методика регулирования отпуска тепло ты с учетом аккумулирующей способности зданий.

Предлагаемая система проходила апробацию в отопительные сезоны 2005-2006, 2006-2007 в труболитейном цехе (ТЛЦ) ОАО «Свободный Сокол» в диапазоне наружных температур +1…-21°С. В ТЛЦ ЛМЗ «Свободный Сокол» существующая система теплоснабжения разделена на отдельные группы, пи тающиеся тепловой энергией от четырех вводов по температурному графику 115-70°С. Исходя из планировки и рассредоточения технологического обору дования отапливаемое пространство ТЛЦ условно разделено на три различных зоны.

Подача теплоты трубными регистрами в цех определялась с учетом ре жима течения и теплообмена в приборах. По расчетным величинам (10),(14),(15),(16),(17),(18) получены графики регулирования отпуска теплоты, которые показаны на рис.2, 3, 4, 5.

140,0 120,0 Температура теплоносителя, °С 100, Расход воды, кг/ч 80, 60, 40, 20, 0, 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 - 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 - Температура наружного воздуха, °С Температура наружного воздуха, °С Рис.2. Зависимость температуры теплоноси- Рис.3. Зависимость расходов воды, поступаю щих в ТР из ТПУ и из КОВ от температуры на теля от температуры наружного воздуха 1 – на входе в ТР («натоп»);

2 – на выходе ружного воздуха из ТР («натоп»);

3 – на входе в ТР («недо топ»);

4 – на выходе из ТР («недотоп»);

5 температура смеси, образованная в КОВ.

В процессе «натопа» в одной из зон и остывания в других зонах, при ко эффициенте аккумуляции здания = 10 ч, для каждой из них потребуется раз PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com ное время подачи теплоты. Графики регулирования рассчитаны и построены на основе потребности в теплоте для наиболее неблагоприятной третьей зоны.

Подачу теплоты в водяную систему отопления цеха осуществляли пере ключением запорно-регулирующей арматуры в ручном режиме в зависимости от температуры наружного воздуха поочередно в 1-ю зону, затем во 2-ю и затем в 3-ю. Время подачи определяли по рис.4, а температуру теплоносителя и воз духа измеряли при помощи жидкостных термометров.

Анализ полученных результатов измерений и их сравнение с расчетными значениями, показывает, что расхождения составляют ± (3…17)% по темпера туре теплоносителя и ± (6…23)% по температуре внутреннего воздуха.

16, 7, 15, Температура внутреннего воздуха, °С Продолжительность подачи теплоты, ч 6,00 14, 13, 5, 12, 11, 4, 10, 9, 3, 8, 2,00 7, 6, 1, 5, 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 - 0,00 Температура наружного воздуха, °С 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25 - Рис.5. Зависимость температуры внутреннего Температура наружного воздуха, °С воздуха от наружной температуры Рис.4. График продолжительности подачи те 1 – в условиях «натопа»;

2, 3 – в условиях «не плоты в зону ТЛЦ («натоп»).

дотопа».

Таким образом, разработана система подачи теплоты с учетом аккумули рующей способности здания и новый инженерный метод регулирования ее от пуска. Производственными испытаниями подтверждены как работоспособность предлагаемой системы, так и методика регулирования. По результатам испыта ний и эксплуатации системы теплоснабжения ТЛЦ в отопительных сезонах 2005-06 и 2006-07 гг получен акт внедрения.

В шестой главе исследована и определена возможная область примене ния предлагаемой системы снабжения теплотой для зданий и сооружений, а также ее технико-экономическая эффективность.

В работе для рассматриваемых жилых зданий и промышленного цеха, выполнены теплотехнические расчеты ограждений и аналитически определены Ri Si Fi Fc p величины массивности Учитывая, что или Dзд = =.

Fi 2qoV Fc p c p, получен оценочный коэффициент аккумуляции для здания, = = F выполненного из того или иного строительного материала в виде:

D c p =. (19) S PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Для рассматриваемых зданий на рис.6 показаны зависимости коэффици ентов аккумуляции от тепловой инерции (массивности) здания. На графики на несены значения величин для жилых зданий, рассчитанные по F, а также труболитейного цеха ЛМЗ «Свободный Сокол».

На примере здания ТЛЦ на графике (рис.6) определены минимально и максимально возможные значения коэффициента аккумуляции ( min и max ).

Получены графики зависимости температуры внутреннего воздуха от времени подачи теплоты z * (рис.7) в режиме «недотопа».

На график нанесена минимально допустимая температура внутреннего Коэффициент аккумуляции, ч D1,5 безинерционная воздуха и на пересечении инерционности ее с кривыми tв = f (z * ) по D7 область большой область лучены максимальные ве личины временных интер валов, в течение которых max возможно подавать тепло min вую энергию в зону здания теплоносителем, образо 0 1 2 3 4 5 6 7 ванным в КОВ. Для ТЛЦ, Тепловая инерция при = 10 ч, zТЛЦ состав * Рис. 6. Зависимость коэффициента аккумуляции от тепловой инерции здания. ляет 2 ч.

основной материал ограждающих конструкций здания, которых 1)керамзитобетон;

2) - силикатный кирпич;

3) - сэндвич панель.

Для цеха время z=1,25 ч (рис.4). Так как время «натопа» и время остыва ния одинаковы, то для работоспособности предлагаемого способа должно со блюдаться условие, z1* z.

В случае несоблюдения данного условия, тепловую энергию необходимо подавать другим способом из трубопровода горячей воды. Для труболитейного цеха ЛМЗ «Свободный Сокол» получено z* z ( zТЛЦ =2 ч, z=1,25 ч), следова * тельно, такой способ применим для регулирования отпуска теплоты. Таким об разом, применение предлагаемой системы снабжения тепловой энергией для зданий и сооружений может быть ограничено величиной тепловой инерции.

Для теплоснабжаемых объектов, имеющих тепловую инерцию D4 необ ходимо выполнять более частые переключения запорной арматуры (см.рис.6), чтобы поддерживать минимально допустимую по санитарным нормам темпера туру внутреннего воздуха у потребителей, а для массивных зданий с D7, эти переключения минимальны.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Для определения экономической эффективности предлагаемой системы снабжения теплотой ТЛЦ ЛМЗ «Свободный Сокол» проведено сравнение вели чин годового теплопотребления труболитейным цехом при отпуске тепловой энергии традиционным качественным методом регулирования и вновь разрабо танной системой.

Анализ структуры 17, затрат и стоимости теп 16, ловой энергии при раз 15, личных способах отпуска 14, теплоты показывает, что 13, вновь предложенная сис 12, 11, тема снижает теплопо 10, требление на 9, Гкал/год.

8, Экономический эф 7, фект составил 895141 руб., 6, 5, 5 а срок окупаемости реали z = 1,6ч 2 z = 3,2ч * * 0 1 3 = 2ч * z ТЛЦ зации данной системы снабжения тепловой энер Рис.7. Зависимость температуры воздуха от времени пода гией составляет около 1, чи теплоты при tн= -27°С.1) max =16 ч;

2) =10 ч;

года.

3) min =8 ч.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Проведенные исследования методов отпуска теплоты показали, что при 1.

снижении параметров теплоносителя центральное качественное регулирование не обеспечивает рационального регулирования отпуска теплоты в течение ото пительного сезона и стабильного гидравлического режима.

Исследования отклонений температур сетевой воды от проектных значе 2.

ний указывают на недопоставку тепловой энергии потребителям. Недоподача теплоты в расчетных условиях (в зависимости от температуры «срезки») со ставляет от 12,5 до 56%, а при компенсации ее увеличенным расходом теплоно сителя, приводит к перерасходу воды в сетях до 40-50% от проектного значе ния.

Результаты исследования поступления теплоты в отапливаемые произ 3.

водственные помещения от трубных регистров dy 50…200 мм показали, что при учете изменения коэффициента теплообмена по всей протяженности на чального участка, коэффициент теплопередачи регистров возрастает от 4,66 до 11%.

Разработана методика оценки аккумулирующей способности сущест 4.

вующих зданий на основе удельного массового значения коэффициента акку муляции.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com Разработана система снабжения теплотой промышленных потребителей, 5.

имеющих несколько магистралей с учетом аккумулирующей способности зда ний, позволяющая обеспечивать требуемым количеством теплоты потребите лей в течение всего отопительного сезона.

Разработана инженерная методика расчета регулирования отпуска тепло 6.

ты для обеспечения промышленных объектов, требуемым количеством тепло вой энергии в течение всего отопительного сезона с учетом аккумулирующей способности здания.

Проведена апробация вновь предложенной системы снабжения теплотой 7.

и методики регулирования отпуска теплоты на Липецком металлургическом за воде «Свободный Сокол», разработана методика определения области приме нения предлагаемой системы теплоснабжения для зданий в зависимости от их инерционности.

Список обозначений:

- коэффициент тепловой аккумуляции, ч;

Fно - суммарная площадь наружных ограждений, м2;

f но - площадь наружных ограждений здания, м2;

M - суммар- но ная масса наружных ограждений, кг;

- коэффициент теплоотдачи от наруж ных ограждений здания, Вт/(м2К);

c - теплоемкость наружных ограждений, кДж/(кг К);

t н, t в, t П, t в'' - соответственно температура наружного воздуха, внут реннего воздуха, помещения, внутреннего воздуха в условиях нового теплового режима, °С;

Q0 - тепловая нагрузка на отопление, Вт;

q0 - удельная отопитель ная характеристика, Вт/м3К;

Vн – наружный объем здания, м3;

z, z*– время пода чи теплового потока «натопа» и «недотопа», ч;

QТПУ - количество теплоты, вы ' рабатываемое ТПУ, Вт;

Qак - теплота, аккумулируемая ограждениями здания, ' Вт;

Qпот - тепловые потери, МВт;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2 К);

f ' - площадь отопительного прибора, м2;

G – расход сетевой воды, кг/ч;

1', 2', 1, 2 соответственно расчетные и текущие температура воды в подающем и обратном трубопроводах тепловой сети, °С;

D – тепловая инерция ограждающих конст рукций;

R – термическое сопротивление ограждающих конструкций, (м2 К)/Вт;

S – коэффициент теплоусвоения ограждений, Вт/(м2 К);

- плотность материа лов, кг/м3;

- толщина ограждений, м;

- коэффициент теплопроводности ма териалов, Вт/(м К).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Теплообмен ламинарного потока жид кости на начальном участке трубчатого канала./ «Вестник ВГТУ». – ВГТУ, т.6, №7, 2010, с.157-161.

2. Мануковская Т.Г., Стерлигов В.А., Крамченков Е.М. Моделирование и рас чет трубных регистров систем водяного отопления. / «Вести высших учебных за ведений Черноземья». – Липецк, ЛГТУ. №2., 2010, с.36-41.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com 3. Мануковская Т.Г., Стерлигов В.А. Снабжение потребителей тепловой энергией с учетом аккумулирующей способности зданий. / «Вопросы совре менной науки и практики. Университет им. В.И.Вернадского», Тамбов, ТГТУ. – 2011, с. 383-392.

Статьи и материалы конференций.

4. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Исследование влияния срезки темпера турного графика на теплопотребление. / Сборник научных трудов научно технической конференции «Теплоэнергетика 2005», г.Липецк, 2005.

5. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Исследование теплопотребления зда ния при ограничении подачи теплоты. / Сборник докладов Международной научно-технической конференции, посвященной 50-летию ЛГТУ «Энергетика и энергоэффективные технологии. Часть 1. Липецк. ЛГТУ, 2006.- 230 с.

6. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Веерная подача расчетного количест ва теплоты потребителям./Сборник докладов 11 ежегодной международной научно-технической конференции «Энергетика и энергоэффективные техноло гии».–2007.

7. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Крамченков Е.М. К расчету отопи тельных приборов в виде трубных регистров. / Третья Международная научно техническая конференции «Теоретические основы теплогазоснабжения и венти ляции», сборник докладов. – М.: МГСУ, 2009. – 328 с.

8. Мануковская Т.Г., Стерлигов В.А., Крамченков Е.М. Отпуск теплоты в централизованных системах водяного теплоснабжения. / Третья Международ ная научно-техническая конференции «Теоретические основы теплогазоснаб жения и вентиляции», сборник докладов. – М.: МГСУ, 2009. – 328 с.

Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Дедов Ю.И. Регулирование от 9.

пуска теплоты в условиях эксплуатации систем теплоснабжения. / Сборник на учных трудов научно-технической конференции «Теплоэнергетика 2009», г.Липецк, 2009.

Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Крамченков Е.М., Ермаков О.Н.

10.

Способ теплоснабжения зданий и сооружений. / Сборник научных трудов на учно-технической конференции «Теплоэнергетика 2009», г.Липецк, 2009.

Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Крамченков Е.М., Губарев В.Я., 11.

Дедов Ю.И. Регулирование отпуска теплоты в системе водяного теплоснабже ния. / Труды Пятой Российской национальной конференции по теплообмену.. М.: МЭИ, 2010.

12. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г., Логинов В.В., Ермаков О.Н., Крам ченков Е.М. Патент на изобретение RU №2334173 C1, F24D 3/02 (2006.01) Спо соб снабжения тепловой энергией потребителей в централизованных системах.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com