Теплоснабжение коровника на 200 мест с прилегающим поселком

Теплоснабжение коровника на 200 мест с прилегающим поселком

КУРСОВАЯ РАБОТА

Теплоснабжение коровника на 200 мест с прилегающим поселком

Введение

теплоснабжение коровник калорифер вентиляция

Котельной установкой называют комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для получения пара или горячей воды за счет сжигания топлива. По назначению различают отопительные, производственные и отопительно-производственные котельные установки. Общий случай для расчета представляют отопительно-производственные котельные, так как они работают, как правило, круглый год.

Тепловая нагрузка котельной по характеру распределения во времени классифицируется на сезонную и круглогодовую. Сезонная (расходы теплоты на отопление и вентиляцию) зависит в основном от климатических условий и имеет сравнительно постоянный суточный и переменный годовой график нагрузки. Круглогодовая (расходы теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды), практически не зависит от температуры наружного воздуха и имеет очень неравномерный суточный и сравнительно постоянный годовой график потребления теплоты.

. Теплотехнический расчет свинарника для проведения опоросов на 128 мест

.1      Расчет воздухообмена

Воздушная среда животноводческих помещений должна соответствовать требованиям санитарно-гигиенических норм. Воздух с высокой концентрацией вредных примесей необходимо удалять из помещения и заменять чистым атмосферным воздухом.

Естественный воздухообмен не всегда может обеспечить достаточную вентиляцию. Поэтому, животноводческие и птицеводческие помещения оборудуют приточно-вытяжной вентиляцией, подающей в них свежий воздух и одновременно удаляющей загрязненный воздух.

Объем приточного воздуха определяют из расчета уменьшения концентрации углекислоты и водяных паров до допустимых пределов. При таком воздухообмене происходит поглощение и других вредных выделений (аммиака, сероводорода, пыли), содержащихся в помещении в значительно меньших количествах.

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимого для понижения концентрации углекислоты, вычисляют по формуле

                                                                               (1.1)

где с=126 - количество СО₂, выделяемое одной свиноматкой, л/ч; n=200 - количество свиноматок в помещении; С₁=2.5 - предельно допустимая концентрация СО₂ в воздухе помещения, л/м³; С₂- концентрация СО₂ в наружном воздухе. В сельской местности С₂ = 0,3… 0,4 л/м³.

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимого для растворения водяных паров находят по формуле

                                                                              (1.2)

где W - масса влаги, выделяющейся в помещении, г/ч; d_в и d_н - влагосодержание внутреннего и наружного приточного воздуха, г/кг;  r - плотность воздуха в помещения, кг/м³.

Плотность воздуха зависит от температуры и атмосферного давления

                                                                          (1.3)

Значения d_в и d_н  определяют при помощи hd - диаграммы для влажного воздуха по соответствующим значениям температур и относительной влажности внутреннего и наружного воздуха.

Суммарные выделения влаги, г/ч, в помещении для животных подсчитывают по формуле

                                                                          (1.4)

Влагу, выделяемую животными, определяют по выражению

                                                                      (1.5)

где N=200 - количество половозрастных групп; n_i - число свиноматок с одинаковым выделением водяных паров (в i-й половозрастной группе); W_i =404 - выделение водяных паров одной свиноматкой, г/ч; k_i=1- коэффициент, учитывающий изменение количества выделяемых коровой водяных паров в зависимости от температуры внутри помещения.

Влага, испаряющаяся с мокрых поверхностей помещения (пол, поилки, кормушки и др.)

                                                                               (1.6)

где x- коэффициент, равный 0,125. Большие значения x относятся к помещениям с недостаточным количеством или полным отсутствием подстилки при не удовлетворительной работе канализации.

Суммарные выделения влаги, г/ч, в помещении для животных подсчитывают по формуле

Часовой объем приточного воздуха, м³/ч, необходимого для растворения водяных паров находят по формуле

Необходимый воздухообмен L, м³/ч, для коровника принимается по наибольшей из двух величин:

Внутренний объем помещения, м³

V_п =

Принимаем часовой объем приточного воздуха

                                (1.7)

Принимаю наибольший воздухообмен, равный L=17168,76 м³/ч.

1.2 Расчет тепловой мощности систем отопления

Тепловой баланс коровника

Животноводческие помещения в холодный период года необходимо отапливать. В производственных помещениях преимущественное применение получило воздушное отопление, совмещенное с приточной вентиляцией.

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса

                                       (1.8)

Где Ф_огр, Ф_в, Ф_исп, Ф_инф - тепловые потоки Вт, теряемые помещением соответственно через наружные ограждения, на нагрев приточного воздуха, испарение влаги в помещении, нагрев инфильтрирующегося воздуха и поступающих извне кормов; - тепловые потоки, Вт, поступающие в помещение соответственно от животных, электрооборудования, средств местного электрического обогрева и глубокой подстилки.

Поток теплоты теряемой через наружные ограждения

складывается из основных потерь теплоты, через все ограждающие конструкции (стены, потолок, пол, окна, двери) и добавочных теплопотерь

                                                                        (1.9)

Основные потери теплоты через отдельные ограждения определяют

                                                                      (1.10)

,

где F_i - площадь ограждения, которую вычисляют с точностью до 0,1 м²; t_в и t_н - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха, ^оC; R_оi  - общее термическое сопротивление i - го ограждения, м²×^оС/Вт; n - коэффициент, зависящий от положения наружной поверхности ограждения по отношению к наружному воздуху.

Определяем общую площадь окон, м²

                                                           (1.11)

Определяем общую площадь ворот, м²

                                                               (1.12)

Определяем общую площадь пола, м²

                                                          (1.13)

Определяем общую площадь стен, м²

                     (1.14)

Определяем площадь перекрытия, м²

                                                                        (1.15)

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций

                                                                 (1.16)

где R_в - термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности ограждения, м²×^оС/Вт; - сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев m-слойного ограждения толщиной  d_i, м, выполненных из материалов с теплопроводностью  l_i Вт/(м×^оС); R_н - термическое сопротивление теплоотдаче наружной поверхности ограждения, м²×^оС/Вт.

Потери теплоты через полы рассчитывают ориентировочно. Неутепленными считаются полы, расположенные непосредственно на грунте, если они состоят из нескольких слоев материалов теплопроводностью каждого l ³ 1,2 Вт/(м²×^оС). Утепленными считаются полы, утепляющий слой которых имеет l_у.с < 1,2 Вт/(м²×^оС).

Потери теплоты через неутепленные полы вычисляют по зонам - полосам шириной 2 м, параллельным наружным стенам. Сопротивление теплопередаче R_о для первой зоны составляет 2,15, для второй - 4,3, для третьей - 8,6, для остальной площади пола - 14,2 м²×^оС/Вт. Площадь участков пола, примыкающих к углам в первой двухметровой зоне, вводится в расчет дважды, т.е. по направлению обеих наружных стен, образующих угол.

Сопротивление утепленных полов теплопередаче

                                                               (1.17)

где R_п - сопротивление теплопередаче неутепленного пола, м²×^оС/Вт; d_у.с и l_у.с  - толщина утепляющего слоя, м, и теплопроводность утепляющего слоя, Вт/(м×^оС). Определяем основные теплопотери через окна, Вт

Определяем основные теплопотери через пол, Вт

Определяем основные теплопотери через ворота, Вт

Определяем основные теплопотери через стены, Вт

Определяем основные теплопотери через перекрытие, Вт

Определяем теплопотери через наружные ограждения, Вт

                                       (1.18)

Поток теплоты расходуемый на нагрев приточного воздуха Ф_в, определяют по выражению:

                                                         (1.19)

где L - расчетный воздухообмен помещения, м³/ч; r - плотность воздуха при расчетной температуре t_в, кг/м³.

Для климатических зон с расчетной зимней температурой воздуха -10 ^оС и выше t_н принимают равной расчетной зимней вентиляционной температуре t_н.в, для остальных районов - расчетной отопительной температуре.

Поток теплоты, расходуемой на испарение влаги, Ф_исп, с мокрых поверхностей животноводческого помещения

                                                                  (1.20)

Поток свободной теплоты, выделяемой животными, Ф_ж определяется

                                                                             (1.21)

где n - число животных с одинаковым выделением свободной теплоты; q - поток свободной теплоты, выделяемой одним животным, Вт; k_t - коэффициент, учитывающий изменение количества выделенной животными теплоты в зависимости от температуры воздуха внутри помещения.

Потеря теплоты на нагрев воздуха, инфильтируещего через окна, двери, ворота

                                                                     (1.22)

Тепловой поток системы отопления и вентиляции определяют из уравнения теплового баланса

1.3 Расчет калориферов воздушного отопления

Для воздушного отопления и вентиляции животноводческих, птицеводческих и других производственных помещений применяются калориферы. По виду теплоносителя они подразделяются на паровые, водяные и электрические.

Наибольшее применение в практике благодаря экономичности, компактности и высокой производительности получили водяные и паровые калориферы. Они представляют собой два коллектора, соединенных между собой пакетом стальных трубок, расположенных в несколько рядами по ходу движения воздуха. В верхнем коллекторе расположен входной штуцер для теплоносителя, в нижнем - выходной.

Изготовляют одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых калориферах теплоноситель движется по всем трубкам параллельно, в многоходовых - последовательно. В одноходовых калориферах применяют теплоносители пар и воду. В многоходовых - только воду.

Для увеличения площади поверхности нагрева на трубки калорифера надевают тонкие стальные пластины или навивают стальную ленту. Изготовленные таким образом калориферы называют пластинчатыми или спирально-навивными.

В производстве нашли применение следующие типы калориферов средней и большой мощности:

одноходовые пластинчатые КВБ, К3ПП, К4ПП, К3ВП, КПС-П, КПБ-П;

одноходовые спирально-навивные КФСО, КФБО;

многоходовые пластинчатые КВС-П, КВБ-П, К3ВП, К4ВП, КВС-П;

многоходовые, биметаллические калориферы с накатным алюминиевым оребрением КС 4к 0-3, КС 4к 0-4.

Выбирают калориферы по следующей методике.

.Вычисляют площадь живого сечения калорифера для прохода воздуха

                                                                             (1.23)

где f_p - площадь живого сечения калорифера, м², (ur)_р =(4÷12)- расчетная массовая скорость воздуха, кг/( м²)

Выбираем водяной калорифер КВБ №6:

площадь поверхности нагрева, F = 25,3 м²;

площадь живого сечения по теплоносителю, f =0,0076 м²;

масса, m = 125 кг.

.Для выбранного калорифера вычисляют действительную массовую скорость воздуха

                                                                            (1.24)

где f=1,2985 - действительное живое сечение калорифера, м².

Аэродинамическое сопротивление калорифера проходу воздуха

                                                                             (1.25)

.Определяем воды в трубках калорифера:

. Определяем действительный поток теплоты

 (1.27)

Принимаю 2 системы по 3 калорифера в каждой.

1.4 Расчет систем вентиляции

Вентиляцией называют совокупность мероприятий и устройств, обеспечивающий расчетный воздухообмен в помещениях жилых, общественных и производственных зданий.

Вентиляционная система - это совокупность устройств для обработки, транспортирования, подачи и удаления воздуха.

По назначению системы вентиляции подразделяются на приточные  и вытяжные, обеспечивающие общеобменную или местную вентиляцию.

Системы вентиляции, подающие воздух в помещение, называют приточными, а удаляющие загрязненный воздух из помещения - вытяжными.

По способу побуждения движения воздуха различают системы с естественной  и  принудительной вентиляцией. В естественных системах воздух поступает в помещение и удаляется из него вследствие разности плотности воздуха внутри помещения и снаружи, а также под влиянием ветра.

Наиболее эффективны принудительные (механические) системы вентиляции, в которых воздух приводится в движение при помощи вентиляторов, работающих в режиме нагнетания (приточные системы) или разрежения (вытяжные системы).

По характеру распределения приточного воздуха различают механические системы вентиляции с   рассредоточенной  и  сосредоточенной подачей. В первом случае воздух подают в помещение с помощью воздуховодов, равномерно размещенных внутри помещения и снабженных отверстиями; во втором - воздух нагнетают в помещение в виде струй.

В производственных зданиях устанавливают металлические воздуховоды, в жилых - неметаллические, изготовленные из строительных конструкций, в административных и общественных - воздуховоды из строительных конструкций и металла.

Круглые воздуховоды рекомендуется предусмотреть следующих диаметров 100, 125, 140, 160, 180, 200, 225, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000, 1120, 1250, 1400, 1600, 1800, 2000 мм.

При проектировании системы вентиляции с механическим побуждением должны быть учтены следующие требования:

. скорость движения воздуха в магистральных линиях должна быть в пределах 10…15 м/с; в ответвлениях и на выходе в помещение - 6…9 м/с;

. высота выпуска воздуха над уровнем пола 1,8…2,5 м;

.воздушные струи не должны встречать на своем пути строительные конструкции или другие препятствия;

.дальнобойность струи должна соответствовать длине обслуживаемой зоны помещения.

Расчет естественной вытяжной вентиляции

Простейшей схемой естественной вентиляции в животноводческом помещении является шахтная вентиляция. Такая система вентиляции может обеспечить гигиеническое состояние воздуха в помещении в зимнее время при температуре наружного воздуха до -10 ^ОС.

Площадь сечения всех вытяжных шахт при естественной тяге

                                                                                  (1.28)

где u_ш - скорость движения воздуха в вытяжной шахте, м/с.

Скорость воздуха

                                                     (1.29)

где h - высота вытяжной шахты, м, равная вертикальному расстоянию от приемного отверстия до устья шахты. Для обеспечения надежной вентиляции значение h должно быть не менее 3 м; t_н.в - расчетная вентиляционная температура наружного воздуха, ^оС.

Число вытяжных шахт

     (1.30)

где f - площадь живого сечения одной шахты, м, (в типовых проектах животноводческих помещений обычнопринимают вытяжные шахты квадратного сечения со стороной  квадрата  400, 500, 600  и 700 мм или прямоугольного сечения).

Для обеспечения естественной вытяжной вентиляции свинарника необходимо 16 вытяжных шахт квадратного сечения со стороной квадрата 400мм.

Аэродинамический расчет воздуховодов приточной вентиляции

Задачи аэродинамического расчета системы воздуховодов состоят в определении размеров поперечного сечения и потерь давления на отдельных участках системы воздуховодов, а также потерь давления во всей системе воздуховодов.

Расчету воздуховодов предшествует графическое изображение на плане здания элементов системы вентиляции - каналов и воздуховодов, воздухозаборных и вытяжных шахт, приточных и вытяжных установок.

В соответствии с принятыми конструктивными решениями составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием вентиляционного оборудования и запорных (регулирующих) органов. Схему делят на отдельные расчетные участки, границами которых обычно являются тройники или крестовины. Каждый расчетный участок указывают выносной горизонтальной линией, над которой проставляют расчетный расход воздуха L м³/ч, а под линией - длину участка l, м. В кружке у линии записывают номер участка.

Расчет воздуховодов для сосредоточенной раздачи воздуха

Минимальное количество воздушных струй m, при параллельном выпуске воздуха, зависит от отношения ширины помещения В к высоте Н. При В/Н≤4 - один выпуск, при В/Н≥4 - два выпуска.

Дальнобойность струи воздуха

, (1.31)

где с - поправочный коэффициент, зависящий от максимальной допустимой скорости воздуха в рабочей зоне и соотношения ширины и высоты помещения (табл. 1.3); F_об = ВН/m - площадь поперечного сечения помещения, обслуживаемого одной струей, м²; а - коэффициент турбулентности струи (обычно 0,07…0,12).

Так как отношение В/Н=3,6 и v_р =1м/с следует что, с = 0,42, коэффициент а принимаю равным 0,07.

По величине дальнобойности струи и соотношению длины, ширины и высоты помещения выбирают схему расположения выпускных воздуховодов. Принимаю 2 системы. Диаметр воздуховодов, м, определяют по выражению

Диаметр выпускного насадка, м, определяют по формуле

Расчет потерь давления

Потери давления определяют в наиболее протяженной ветви вентиляционной системы по выражению

                                                              (1.34)

где 1,1 - запас давления на непредвиденные сопротивления; R - удельная потеря давления на трение, Па/м; l - длина участка воздуховода, м; Z - потери давления в местных сопротивлениях участка воздуховода, Па; p - динамическое давление на выходе из сети, Па.

Удельную потерю давления на трение можно рассчитать по формуле (1.35) или по номограмме. Принимаю по номограмме R=0,8

  (1.35)

где l - коэффициент трения в воздуховоде, принимается равным 0,02…0,03; u - скорость воздуха на расчетном участке, м/с.

Динамическое давление потока воздуха, Па

                                                                                       (1.36)

Потери давления в местных сопротивлениях

  (1.37)

где Sz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке. P_д - динамическое давление потока воздуха, Па.

Принимаем коэффициенты местных сопротивлений

Динамическое давление на выходе из сети, Па

                                                                                       (1.38)

где н_в - скорость воздуха на выходе из сети, м/с.

Потери давления определяют в наиболее протяженной ветви вентиляционной системы по выражению

Выбор вентиляторов для приточной вентиляции

Вентиляторами называют устройства, предназначенные для подачи воздуха в помещения при напоре не более 15 кПа. По принципу работы и конструктивным особенностям они подразделяются на осевые и центробежные.

Вентиляторы различают по номерам, показывающим диаметр рабочего колеса в дециметрах. Все вентиляторы одной серии или типа по своим размерам геометрически подобны друг другу и имеют одинаковую аэродинамическую схему.

Вентиляторы подбирают по подаче и полному давлению, которое должен развивать вентилятор.

Подачу вентиляторов L_в, м³/ч, для данного помещения принимают по значению расчетного воздухообмена L с учетом подсосов воздуха в воздуховодах

                                                                          (1.39)

где k_{п =1.1} - поправочный коэффициент на подсосы воздуха в воздуховодах (для стальных, пластмассовых и асбоцементных воздухопроводов длиной до 50 м - 1,1, в остальных случаях - 1,15); t - температура воздуха, проходящего через вентилятор, ^оС.

Расчетное полное давление P_в, Па, которое должен развивать вентилятор складывается из потерь давления в вентиляционной системе ДP и потерь давления в калорифере Дp_к

                                                                            (1.40)

Подбирают вентиляторы по номограммам, или по таблицам. По условиям допустимого уровня шума для животноводческих и птицеводческих помещений окружная скорость рабочего колеса не должна превышать 40 м/с для центробежных и 45 м/с для осевых вентиляторов.

Удобно вести подбор вентиляторов по номограмме, представляющей собой сводные характеристики вентиляторов одной серии. Из точки, соответствующей найденному значению подачи L_в, проводят прямую до пересечения с лучом номера вентилятора (№ вент.) и далее по вертикали до линии расчетного полного давления P_в вентилятора. Точка пересечения соответствует КПД вентилятора h_в и значению безразмерного коэффициента А, по которому подсчитывают частоту его вращения, об/мин

                            (1.41)

Необходимую мощность, кВт, на валу электродвигателя для привода вентилятора подсчитывают по формуле

                                                                         (1.42)

где h_в =0.735 - КПД вентилятора, принимаемый по его характеристике; h_п =1- КПД передачи (при непосредственной насадке колеса вентилятора на вал электродвигателя h_п =1, для муфтового соединения h_п = 0,98, для клиноременной передачи h_п = 0,95).

Установленную мощность электродвигателя определяют по формуле

                                       (1.43)

Выбираем асинхронный электродвигатель АИР112М2УЗ, P_дв = 7,5 кВт, n = 3000 об/мин.

2. Расчет системы теплоснабжения

.1 Расчет тепловой нагрузки котельной

Котельной установкой называют комплекс устройств и агрегатов, предназначенных для получения пара или горячей воды за счет сжигания топлива. По назначению различают отопительные, производственные и отопительно-производственные котельные установки. Общий случай для расчета представляют отопительно-производственные котельные, так как они работают, как правило, круглый год.

Тепловая нагрузка котельной по характеру распределения во времени классифицируется на сезонную и круглогодовую. Сезонная (расходы теплоты на отопление и вентиляцию) зависит в основном от климатических условий и имеет сравнительно постоянный суточный и переменный годовой график нагрузки. Круглогодовая (расходы теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды), практически не зависит от температуры наружного воздуха и имеет очень неравномерный суточный и сравнительно постоянный годовой график потребления теплоты.

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно-производственного типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления

                                  (2.1)

где  SФ_от, SФ_в, SФ_г.в SФ_т - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями системы теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, Вт; k_з - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2.

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение

                                                           (2.2)

Суммарные расходы теплоты на все виды теплопотребления определяют по приближенным формулам.

Расход теплоты на отопление и вентиляцию

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на отопление жилых и общественных зданий поселка, включенных в систему централизованного теплоснабжения, можно определить по укрупненным показателям в зависимости от жилой площади помещения по формулам

                                                                                (2.3)

                                                                   (2.4)

где j - укрупненный показатель максимального удельного потока теплоты, расходуемой на отопление 1 м² жилой площади, Вт/м²; F - жилая площадь, м².

Значения ц определяются в зависимости от расчетной зимней температуры наружного воздуха.

Принимаем ц = 182 Вт/м².

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на нагрев вентиляционного воздуха общественных зданий

                                                                    (2.5)

В поселке проживает 400 жителей, по нормативу 9 м² на 1 человека.

Для отдельных жилых, общественных и производственных зданий максимальные потоки теплоты, Вт, расходуемой на отопление и подогрев воздуха в приточной системе вентиляции можно определить по их удельным тепловым характеристикам

 (2.6)

 (2.7)

где q_от и q_в - удельные отопительная и вентиляционная характеристики здания, Вт/(м³×^оС); V_н - объем здания по наружному обмеру (без подвальной части), м³; a - поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий a = 0,54 + 22/(t_в - t_н).

Магазин:

Принимаем V_н = 10000 м².

Мастерская:

Принимаем V_н = 10000 м².

Расход теплоты на горячее водоснабжение

Средний поток теплоты, Вт, расходуемой за отопительный период на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий находят по формуле

                                                                             (2.8)

где q_г.в =378 - укрупненный показатель среднего потока теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение одного человека с учетом общественных зданий поселка, принимается в зависимости от средней за отопительный период нормы потребления воды при температуре 55 ^оС на одного человека g=105, л/сут;

Максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий

                                                                            (2.9)

Для производственных зданий максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение, определяют по формуле

                                                      (2.10)

где G_v - часовой расход горячей воды, м³/ч; r_в - плотность воды, принимается равным 983 кг/м³; С_в - удельная теплоемкость воды, равная 4,19 кДж/(кг×^оС); t_г - расчетная температура горячей воды, равная 55 ^оС; t_х - расчетная температура холодной (водопроводной) воды, принимаемая в зимний период равной 5  ^оС, а летний период 15 ^оС.

Мастерская:

Для животноводческих помещений максимальный поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г = 40…60 ^оС) для санитарно-технических нужд (подмывание вымени, мытье молочной посуды, доильных аппаратов, молокопроводов, шлангов и другого оборудования, уборка помещений), подсчитывают по формуле

                                                 (2.11)

где b - коэффициент  неравномерности потребления  горячей воды в течение суток, принимают b = 2,5; n_i - число животных данного вида в помещении; g_i - среднесуточный расход воды на одно животное, кг, принимают для коров 15 кг, телят и молодняка 2 кг, свиноматок 3 кг, свиней на откорме 0,5 кг.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение (t_г = 10…20) для поения животных

                                                  (2.12)

где m_i - среднесуточная норма потребления горячей воды данной группой животных, кг.

Поток теплоты, Вт, расходуемой на горячее водоснабжение жилых, общественных и производственных зданий в летний период, по отношению к отопительному снижается и определяется по следующим формулам:

для жилых и общественных зданий

                                                                         (2.13)

для производственных зданий

                                                                         (2.14)

Для поселка:

Для мастерской:

Расход теплоты на технологические нужды

Поток теплоты, расходуемой на технологические нужды ремонтных мастерских и автогаражей, подсчитывают по формуле

                                                        (2.15)

где y - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7; G - расход теплоносителя (воды или пара), кг/ч; h - энтальпия теплоносителя, кДж/кг; h_воз - энтальпия обратной воды или возвращаемого конденсата, кДж/кг (можно принять h_воз = 270…295 кДж/кг); p - коэффициент возврата обратной воды или конденсата, обычно принимаемый равным 0,7.

Расход теплоносителя - воды (при 95) для получения смешанной воды с температурой t_см определяют по формуле

                                                                             (2.16)

Расход горячей воды (t_см=60) для автогаражей

                                                                                     (2.17)

где n=6 - число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток; g=250 - среднесуточный расход воды на мойку одного автомобиля, кг/сут.

Для мастерских можно принять G=100 кг/г

Поток теплоты, Вт, расходуемой на технологические нужды животноводческих помещений, определяют по укрупненным нормам расхода пара и горячей воды на тепловую обработку кормов

                                                           (2.18)

где  b - коэффициент неравномерности потребления теплоты на технологические нужды в течение суток, принимают b = 4; M_i - количество подлежащего тепловой обработке корма данного вида в суточном рационе одного животного, кг; d_i - удельный расход пара или горячей воды на обрабатываемый корм данного вида, кг/кг; h_i - энтальпия используемого пара или горячей воды, кДж/кг; n_i - число животных данного вида в помещении.

Поток расходуемый на пастеризацию молока:

,

Расход теплоты расходуемый на пропаривание фляг:

Расчетную тепловую нагрузку котельной отопительно-производственного типа определяют отдельно для холодного и теплого периодов года. В зимнее время она складывается из максимальных расходов теплоты на все виды теплопотребления

где  SФ_от, SФ_в, SФ_г.в SФ_т - максимальные потоки теплоты, расходуемой всеми потребителями системы теплоснабжения соответственно на отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и технологические нужды, Вт; k_з - коэффициент запаса, учитывающий потери теплоты в тепловых сетях, расход теплоты на собственные нужды котельной и резерв на возможное увеличение теплопотребления хозяйством, k_з = 1,2.

В летнее время нагрузку котельной составляют максимальные расходы теплоты на технологические нужды и горячее водоснабжение

.2 Построение годового графика тепловой нагрузки

Годовой расход теплоты на все виды теплопотребления можно определить аналитически или графически из годового графика тепловой нагрузки. По годовому графику устанавливаются также режимы работы котельной в течение всего года. Строят такой график в зависимости от длительности действия в данной местности различных наружных температур.

На рис. 2.1 приведен годовой график нагрузки котельной, обслуживающей жилую зону поселка и группу производственных зданий со средневзвешенной расчетной температурой соответственно t_в.ср = 15 и t_в.ср = 16,4.

Средневзвешенная расчетная внутренняя температура определяется по выражению

                                                            (2.19)

где V_i - объемы зданий по наружному обмеру, м³; t_i - расчетные внутренние температуры этих зданий, .

Для производственных зданий

Для общественных зданий

Расход теплоты на отопление производственных зданий

Расход теплоты на вентиляцию производственных зданий

Расход теплоты на отопление общественных зданий

Расход теплоты на вентиляцию общественных зданий

Расход теплоты на горячее водоснабжение и технологические нужды

2.3 Подбор котлов

Отопительно-производственные котельные в зависимости от типа установленных в них котлов могут быть водогрейными, паровыми или комбинированными - с паровыми и водогрейными котлами.

Расчетную тепловую мощность котельной принимают по тепловой нагрузке для зимнего периода

                                                                                  (2.20)

где Ф_уст - суммарная тепловая мощность всех котлов, установленных в котельной, Вт.

Выбираем чугунный котел «Универсал - 6»:

P = 597 кВт, з = 67%.

В котельной должно быть не менее двух и не более четырех (стальных) или шести (чугунных) котлов, причем котлы однотипные по теплоносителю должны иметь одинаковую площадь поверхности нагрева. Устанавливать резервные котлы не допускается.

Число котлов в котельной

                                                                             (2.21)

Для более рационального использования котлов значение Ф_к должно быть равно или кратно летней тепловой нагрузке котельной Ф_р.л. Допускается работа котлов с перегрузкой или недогрузкой, не превышающей 25% средней нагрузки.

.4 Составление и расчет тепловой схемы котельной

Расчет расхода теплоносителя в прямой и обратной магистрали сети теплоснабжения

При централизованном теплоснабжении для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и, если возможно, для технологических целей в качестве теплоносителя должна использоваться вода.

Температура воды в подающем трубопроводе тепловой сети при расчетной температуре наружного воздуха принимается равной 150 ^оС, в обратном трубопроводе она составляет 70 ^оС. И только в тех случаях, когда расчетная тепловая нагрузка Ф_р £ 5,8 МВт, допускается применение в подающей магистрали воды с температурой 95…110  ^оС в соответствии с расчетной температурой в местных системах отопления.

Расход воды, м³/ч, в подающей магистрали тепловой сети может быть найден по выражению

                                                                         (2.22)

где Ф_р.в - расчетная тепловая нагрузка, покрываемая теплоносителем водой, Вт; t_п и t_о - расчетные температуры прямой и обратной сетевой воды, ^оС; r_о - плотность обратной воды (при t_о = 70  ^оС r_о = 977,8 кг/м³).

Расчетная тепловая нагрузка

                                                                        (2.23)

где Ф_с.н - тепловая мощность, потребляемая котельной на собственные нужды (подогрев и  деаэрация воды, отопление вспомогательных помещений и др.) Ф_с.н = (0,03…0,1)

(SФ_от+ + SФ_в+SФ_г.в.+ SФ_т).

Расход в обратной магистрали G_о меньше G_п на величину потерь в тепловых сетях (1…3% от G_п) и расхода воды на горячее водоснабжение и технологические нужды. Эти потери восполняются подпиткой тепловой сети G_пп, м³/ч, деаэрированной водой в количестве

                                                       (2.24)

где Фг.в - расчетная тепловая нагрузка горячего водоснабжения, Вт; Фт.н.в - часть расчетной тепловой нагрузки на технологические нужды, покрываемой теплоносителем - водой, Вт; t_г и t_х - расчетная температура горячей и холодной воды,  ^оС; r_пп - плотность подпиточной воды, можно принять равной  r_о, кг/м³.

Расход воды в обратной магистрали, м³/ч

                                                                            (2.25)

Составления тепловой схемы котельной

Тепловая схема иллюстрирует взаимосвязь между отдельными элементами оборудования котельной и отображает тепловые процессы, связанные с трансформацией теплоносителя и исходной воды.

Принципиальная тепловая схема паровой котельной, работающей на открытые тепловые сети, показана на рис. 2.3. Вырабатываемый в котле 1 пар используется для подогрева сетевой воды в подогревателе 2 (D_сп).

Конденсат этого пара через охладитель конденсата 3 подается в деаэратор питательной воды 4. В этот же деаэратор поступает конденсат греющего пара подогревателя сетевой воды 5 (D_св) и подогревателя химочищенной воды 7 (D_хв), а также добавка химочищенной воды М_хв и отсепарировавшийся пар из расширителя непрерывной продувки D_cen. Небольшой расход пара D_1d, не обходимый для подогрева этих потоков до 102 -104°С, подается в деаэратор через редукционную установку 8.

Подпитка тепловой сети осуществляется деаэрированной водой, подаваемой насосом сырой воды НСВ через подогреватель сетевой воды 5, химводоочистку 6, охладитель деаэрированной воды 9 в деаэратор 10 и оттуда подпиточным насосом ШН в обратную магистраль перед сетевым насосом СН. Некоторое количество редуцированного пара используется на нагрев подпиточной воды в деаэраторе 10 (D_2д), на технологические нужды (D_m) производства и на собственные нужды котельной (D_сн).

Принципиальная тепловая схема паровой котельной с отпуском теплоты в открытые тепловые сети

1 - котел паровой; 2 - водоподогреватель; 3 - охладитель конденсата; 4 - деаэратор питательной воды; 5 - подогреватель сетевой воды; 6 - фильтры химводоочистки; 7 - подогреватель химочищенной воды; 8 - редукционная установка; 9 - охладитель деаэрированной воды; 10 - деаэратор подпиточной воды; 11 - бак аккумулятор. НСВ, ПдН, СН, КН и ПН - насосы соответственно сырой воды, подпиточный, сетевой, конденсатный и питательный.

В задачу расчета тепловой схемы паровой котельной входит определение расходов и температур теплоносителей (пара и горячей воды) по их потокам в пределах установки, а также уточнения суммарной паропроизводительности котельной

                           (2.26)

Расход пара D_2д, кг/с, на деаэрацию потока подпиточной воды в деаэраторе 10 определяют из уравнения теплового баланса деаэратора

                        (2.27)

где G_m - расход подпиточной воды, м³/ч; t '_г - температура воды на входе в деаэратор (желаемый диапазон t'_г = 80…85°С); h_o- энтальпия вырабатываемого котлом пара, кДж/кг, h₀ = 2691…2706 кДж/кг; t_d - температура деаэрированной воды, соответствующая температуре насыщения греющего пара деаэратора (Р = 0,12 МПа),°С, t_d = 100…110 ⁰С.

Расход пара D_св, кг/с, на подогреватель сырой воды, обеспечивающий требуемую по условиям работы химводоочистки температуру сырой воды t_г = 30, определяется из теплового баланса подогревателя сетевой воды 5

                                       (2.28)

где h '_k - энтальпия конденсата греющего пара подогревателя сетевой воды, соответствующая давлению насыщенного пара 0,12 МПа, кДж/кг,h'_к=419…461 кДж/кг; з-к.п.д. поверхностного теплообменника (з= 0,95…0,98); t_хв - температура исходной воды ((t_хв = 5°С).

Температура подпиточной воды t_пп, прошедшей через охладитель где аэрированной воды 9, понижается от t_d до t_nn, соответствующей расчетной температуре воды в обратной магистрали тепловой сети (t₀ = 50…70°С). Величина t_nn определяется из уравнения теплового баланса охладителя деаэрированной воды

              (2.29)

Температура сетевой воды перед сетевыми насосами t_см определяется из уравнения теплового баланса точки смешения подпиточной и обратной сетевой воды (т. А).

                                                    (2.30)

где G₀ - расход воды в обратной магистрали, м³/ч; G_n - расход воды в подающей магистрали, м³/ч.

Расход пара D_сп, кг/с, на сетевые подогреватели котельной определяется из уравнения теплового баланса сетевых подогревателей 2 вместе с охладителями конденсата греющего пара 3

                                       (2.31)

где h"_k - энтальпия конденсата греющего пара после охладителя 3, где температура конденсата понижается ниже температуры насыщения греющего пара на 10…15°С, кДж/кг, h"_k = 376…397 кДж/кг.

Расход химочищенной воды М_хв, кг/с, на подпитку тепловой схемы котельной

                                     (2.32)

где D_сн - расход пара на собственные нужды, принимается D_сн= 0,01 D₀, кг/с; а_воз -коэффициент возврата конденсата пара, отдаваемого потребителям технологического пара (если потребителем пара является только кормоцех то а_воз=0); М_пр - расход воды на продувку котла, М_пр-(0,05…0,1)D_o кг/с; D_cen - количество пара, отсепарировавшееся в расширителе непрерывной продувки и направляемое в деаэратор 4, D_cen = (0,2…0,3)M_np, кг/с;

Расход пара D_хв, кг/с, на подогреватель химочищенной воды определяется из уравнения теплового баланса подогревателя

                                               (2.33)

где t"_г - температура химочищенной воды за подогревателем 7, принимается равной 80…90°С.

Расход греющего пара D_1д, кг/с, на деаэратор питательной воды котельной определяется из уравнения теплового баланса деаэратора

(2.34)

где t_K - температура возвращаемого конденсата технологического пара, t_K = 40…70°С; М_т - расход питательной воды в котел, рассчитанный на выработку D₀, кг/с, пара с учетом продувки котла М_т = D₀ + М_пр.

Суммарная паропроизводительность котельной

.5 Компоновка котельной

Компоновка предусматривает правильное размещение котельных агрегатов и вспомогательного оборудования в помещении котельной.

В зависимости от климатической зоны котельные строят закрытыми (при температуре t_н < -30  ^оС), полуоткрытыми (t_н = -20…-30 ^оС) и открытыми (t_н > -20  ^оС). В закрытых котельных все оборудование размещают внутри здания; в полуоткрытых часть оборудования, не требующего постоянного наблюдения, выносят из здания; в открытых защищают только фронт котлов, насосы и щиты управления.

Оборудование котельной компонуют таким образом, чтобы здание ее можно было построить из унифицированных сборных конструкций. Одна торцевая стена должна быть свободной на случай расширения котельной. В котельных площадью более 200 м² предусматриваются два выхода, находящихся в противоположных сторонах помещения, с дверьми, открывающимися наружу. Одна из дверей по размерам должна обеспечивать возможность переноса оборудования котельной (хотя бы в разобранном виде). При размещении оборудования необходимо соблюдать следующие требования.

Расстояние от фронта котлов до противоположной стены должно быть не менее 3 м, при механизированных топках не менее 2 м. Для котлов, работающих на газе или мазуте, минимальное расстояние от стены до горелочных устройств 1 м. Перед фронтом котлов допускается устанавливать дутьевые вентиляторы, насосы и тепловые щиты. При этом ширина свободного прохода вдоль фронта принимается не менее 1,5 м. Проходы между котлами, котлами и стенами котельной оставляют равным не менее 1 м, а между котлами с боковой обдувкой газоходов - 1,5 м. Чугунные котлы с целью сокращения длины котельной устанавливают попарно в общей обмуровке. Просвет между верхней отметкой котлов и нижними частями конструкций покрытия здания должен быть не менее 2 м.

2.6 Технико-экономические показатели

Работа котельной оценивается её технико-экономическими показателями. Часовой расход топлива, кг/ч

,

где Ф_р - расчетная тепловая нагрузка котельной, q - делительная теплота сгорания топлива, кДж/кг,  Ƞ_ка - КПД котельного агрегата.

Часовой расход условного топлива, кг/ч

Годовой расход топлива

где Q - годовой расход теплоты, ГДж/год.

Годовой расход условного топлива

Удельный расход топлива

Удельный расход условного топлива

Коэффициент использования установленной мощности котельной

3. Гидравлический и тепловой расчет сети теплоснабжения

3.1 Общие сведения о тепловых сетях

Тепловыми сетями называют систему трубопроводов, поставляющих тепловую энергию потребителям. В зависимости от вида транспортируемого теплоносителя тепловые сети разделяют на водяные и паровые. Водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми. В закрытой системе вся вода возвращается к источнику теплоснабжения, в открытой - часть воды из тепловой сети разбирается потребителями на горячее водоснабжение.

По числу параллельно идущих теплопроводов различают одно-, двух-, и многотрубные теплофикационные сети.

Более прогрессивна открытая двухтрубная система теплоснабжения с непосредственным разбором воды на нужды горячего водоснабжения из тепловых сетей. Затраты на строительство таких систем по сравнению с многотрубными снижаются на 40…50%.

3.2 Гидравлический расчет тепловых сетей

Цель гидравлического расчета - определить диаметры теплопроводов, потери напора в них, подобрать сетевые насосы и другое оборудование, предназначенное для транспортировки теплоносителя.

Потери давления в тепловой сети вызваны трением воды или пара о стенки трубопроводов и местными сопротивлениями (котел, арматура, компенсаторы, фасонные части труб и др.)

Для участка теплопровода постоянного диаметра потери давления, Па, определяют по выражению

                                                                        (3.1)

где l - длина прямого участка трубопровода, м; l_э - условная дополнительная длина прямых труб, эквивалентная по потери давления местным сопротивлениям рассматриваемого участка, м; Dр -  потери давления на 1 м трубы (для магистральных тепловых сетей принимают  Dр = 60…80 Па/м, для ответвлений от главной магистрали Dр = 200…300 Па/м).

Значения l_э находят по формуле

                                                                           (3.2)

где Sz - сумма коэффициентов местных сопротивлений на участке; d - внутренний диаметр трубы, м; l - коэффициент трения.

По данным профессора С. Ф. Копьева, коэффициент трения и диаметр стальных водопроводов связывает зависимость

                                                                                     (3.3)

Диаметр трубопровода определяют по формуле

                                                                             (3.4)

где G_п - расход теплоносителя, т/ч, с учетом плотности теплоносителя - воды); r - средняя плотность теплоносителя, кг/м³.

Принимаю трубу с внутренним диаметром 150мм.

Принимаем l = 10 м.

3.3 Тепловой расчет сетей

Цель теплового расчета сетей - определить толщину тепловой изоляции и падение температуры теплоносителя на данном участке трассы.

Толщину теплоизоляционного слоя определяют по нормам удельных потерь теплоты или на основе технико-экономических расчетов. При этом толщина тепловой изоляции трубопровода данного диаметра условного прохода не должна превышать предельного значения.

Удельные потери теплоты, Вт/м, 1 м трубопровода данного диаметра определяют по формуле

                                                                         (3.5)

где t₁ - расчетная температура теплоносителя, ^оС: для водяных сетей - средняя за год температура воды, для паровых сетей и сетей горячего водоснабжения - максимальная температура теплоносителя; t₂- температура окружающей среды, ^оС: для надземной прокладки - среднегодовая температура наружного воздуха, для подземной (в непроходных каналах и бесканальной)- среднегодовая температура на глубине заложения оси трубопровода (принимают равной +5 ^оС); R - общее тепловой сопротивление, м²× ^оС /Вт.

Пренебрегая сопротивления тепловосприятию от теплоносителя к стенке трубопровода и сопротивлением теплопроводности самой стенки, общее тепловое сопротивление при надземной прокладке сети определяют по формуле

                                                                              (3.6)

Сопротивление теплопроводности слоя тепловой изоляции

                                                                          (3.7)

где d_н.и и d_в.и - наружный и внутренний диаметры изоляции, м; l_и - теплопроводность материала изоляции, Вт/(м²× ^оС).

Тепловое сопротивление наружной поверхности изоляции

                                                                                  (3.8)

Коэффициент теплоотдачи поверхности изоляции, Вт/(м²), определяют по эмпирической формуле

                                                      (3.9)

где t_н.и - температура наружной поверхности изоляции, ^оС; u - скорость воздуха у поверхности изоляции, м/с.

Принимаем теплоизоляционный материал - вертикально-слоистый мат из минеральной ваты (л=0,04 Вт/мК, b=0,00031 Вт/мК)

Удельные потери теплоты не превышают норму.

Падение температуры теплоносителя, , на участке трубопровода длиной l, м, находя из уравнения теплового баланса

                                (3.10)

Заключение

Наибольшее применение в практике благодаря экономичности, компактности и высокой производительности получили водяные и паровые калориферы. Они представляют собой два коллектора, соединенных между собой пакетом стальных трубок, расположенных в несколько рядами по ходу движения воздуха. В верхнем коллекторе расположен входной штуцер для теплоносителя, в нижнем - выходной.

Изготовляют одноходовые и многоходовые калориферы. В одноходовых калориферах теплоноситель движется по всем трубкам параллельно, в многоходовых - последовательно. В одноходовых калориферах применяют теплоносители пар и воду. В многоходовых - только воду.

Для увеличения площади поверхности нагрева на трубки калорифера надевают тонкие стальные пластины или навивают стальную ленту. Изготовленные таким образом калориферы называют пластинчатыми или спирально-навивными.

Тепловыми сетями называют систему трубопроводов, поставляющих тепловую энергию потребителям. В зависимости от вида транспортируемого теплоносителя тепловые сети разделяют на водяные и паровые. Водяные системы теплоснабжения могут быть закрытыми и открытыми. В закрытой системе вся вода возвращается к источнику теплоснабжения, в открытой - часть воды из тепловой сети разбирается потребителями на горячее водоснабжение.

По числу параллельно идущих теплопроводов различают одно-, двух-, и многотрубные теплофикационные сети.

Более прогрессивна открытая двухтрубная система теплоснабжения с непосредственным разбором воды на нужды горячего водоснабжения из тепловых сетей. Затраты на строительство таких систем по сравнению с многотрубными снижаются на 40…50%.

Литература

1.Драганов Б.Х. Курсовое проектирование по теплотехнике и применению теплоты в сельском хозяйстве.- М.: Агропромиздат,2008.

.Захаров А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в сельском хозяйстве.- М.: Колос,2010.

.Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве.-М.: Агропромиздат,2009.

.Лекомцев П.Л., Артамонава Л.П. Теплотехника. Методическое пособие к курсовой работе. - Ижевск.: ИжГСХА,2007.