Давным-давно здания и сооружения строились, не задумываясь о том, какими теплопроводными качествами обладают ограждающие конструкции. Другими словами, стены делались просто толстыми. И если вам когда-нибудь случалось быть в старых купеческих домах, то вы могли заметить, что наружные стены этих домов выполнены из керамического кирпича, толщина которых составляет порядка 1,5 метров. Такая толщина кирпичной стены обеспечивала и обеспечивает до сих пор вполне комфортное пребывание людей в этих домах даже в самые лютые морозы.

В настоящее же время все изменилось. И сейчас экономически не выгодно делать стены такими толстыми. Поэтому были придуманы материалы, которые могут ее уменьшить. Одни из них: утеплители и газосиликатные блоки. Благодаря этим материалам, например, толщина кирпичной кладки может быть снижена до 250 мм.

Теперь стены и перекрытия чаще всего делают 2-х или 3-х слойными, одним слоем из которых является материал с хорошими теплоизоляционными свойствами. А для того, чтобы определить оптимальную толщину этого материала, проводится теплотехнический расчет и определяется точка росы.

Как производится расчет по определению точки росы вы можете ознакомиться на следующей странице. Здесь же будет рассмотрен теплотехнический расчет на примере.

Необходимые нормативные документы

Для расчета потребуются два СНиПа, один СП, один ГОСТ и одно пособие:

• СНиП 23-02-2003 (СП 50.13330.2012). "Тепловая защита зданий". Актуализированная редакция от 2012 года .
• СНиП 23-01-99* (СП 131.13330.2012). "Строительная климатология". Актуализированная редакция от 2012 года .
• СП 23-101-2004. "Проектирование тепловой защиты зданий" .
• ГОСТ 30494-96 (заменен на ГОСТ 30494-2011 с 2011 года). "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях" .
• Пособие. Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие" .

Рассчитываемые параметры

В процессе выполнения теплотехнического расчета определяют:

• теплотехнические характеристики строительных материалов ограждающих конструкций;
• приведённое сопротивление теплопередачи;
• соответствие этого приведённого сопротивления нормативному значению.

Пример. Теплотехнический расчет трехслойной стены без воздушной прослойки

Исходные данные

1. Климат местности и микроклимат помещения

Район строительства: г. Нижний Новгород.

Назначение здания: жилое .

Расчетная относительная влажность внутреннего воздуха из условия не выпадения конденсата на внутренних поверхностях наружных ограждений равна - 55% (СНиП 23-02-2003 п.4.3. табл.1 для нормального влажностного режима).

Оптимальная температура воздуха в жилой комнате в холодный период года t int = 20°С (ГОСТ 30494-96 табл.1).

Расчетная температура наружного воздуха t ext , определяемая по температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 = -31°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 5);

Продолжительность отопительного периода со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С равна z ht = 215 сут (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 11);

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t ht = -4,1°С (СНиП 23-01-99 табл. 1 столбец 12).

2. Конструкция стены

Стена состоит из следующих слоев:

• Кирпич декоративный (бессер) толщиной 90 мм;
• утеплитель (минераловатная плита), на рисунке его толщина обозначена знаком "Х", так как она будет найдена в процессе расчета;
• силикатный кирпич толщиной 250 мм;
• штукатурка (сложный раствор), дополнительный слой для получения более объективной картины, так как его влияние минимально, но есть.

3. Теплофизические характеристики материалов

Значения характеристик материалов сведены в таблицу.

Примечание (*): Данные характеристики можно также найти у производителей теплоизоляционных материалов.

Расчет

4. Определение толщины утеплителя

Для расчета толщины теплоизоляционного слоя необходимо определить сопротивление теплопередачи ограждающей конструкции исходя из требований санитарных норм и энергосбережения.

4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию энергосбережения

Определение градусо-суток отопительного периода по п.5.3 СНиП 23-02-2003:

D d = ( t int - t ht ) z ht = (20 + 4,1)215 = 5182°С×сут

Примечание: также градусо-сутки имеют обозначение - ГСОП.

Нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче следует принимать не менее нормируемых значений, определяемых по СНИП 23-02-2003 (табл.4) в зависимости от градусо-суток района строительства:

R req = a×D d + b = 0,00035 × 5182 + 1,4 = 3,214м 2 × °С/Вт ,

где: Dd - градусо-сутки отопительного периода в Нижнем Новгороде,

a и b - коэффициенты, принимаемые по таблице 4 (если СНиП 23-02-2003) или по таблице 3 (если СП 50.13330.2012) для стен жилого здания (столбец 3).

4.1. Определение нормы тепловой защиты по условию санитарии

В нашем случае рассматривается в качестве примера, так как данный показатель рассчитывается для производственных зданий с избытками явной теплоты более 23 Вт/м 3 и зданий, предназначенных для сезонной эксплуатации (осенью или весной), а также зданий с расчетной температурой внутреннего воздуха 12 °С и ниже приведенное сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (за исключением светопрозрачных).

Определение нормативного (максимально допустимого) сопротивления теплопередаче по условию санитарии (формула 3 СНиП 23-02-2003):

где: n = 1 - коэффициент, принятый по таблице 6 для наружной стены;

t int = 20°С - значение из исходных данных;

t ext = -31°С - значение из исходных данных;

Δt n = 4°С - нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 5 в данном случае для наружных стен жилых зданий;

α int = 8,7 Вт/(м 2 ×°С) - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 для наружных стен.

4.3. Норма тепловой защиты

Из приведенных выше вычислений за требуемое сопротивление теплопередачи выбираем R req из условия энергосбережения и обозначаем его теперь R тр0 =3,214м 2 × °С/Вт .

5. Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя заданной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где: δi- толщина слоя, мм;

λ i - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

1 слой (декоративный кирпич): R 1 = 0,09/0,96 = 0,094 м 2 × °С/Вт .

3 слой (силикатный кирпич): R 3 = 0,25/0,87 = 0,287 м 2 × °С/Вт .

4 слой (штукатурка): R 4 = 0,02/0,87 = 0,023 м 2 × °С/Вт .

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала (формула 5.6 Е.Г. Малявина "Теплопотери здания. Справочное пособие"):

где: R int = 1/α int = 1/8,7 - сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

R ext = 1/α ext = 1/23 - сопротивление теплообмену на наружной поверхности, α ext принимается по таблице 14 для наружных стен;

ΣR i = 0,094 + 0,287 + 0,023 - сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м 2 ·°С/Вт

Толщина утеплителя равна (формула 5,7 ):

где: λ ут - коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм (формула 5.8 ):

где: ΣR т,i - сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м 2 ·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R 0 = 3,503м 2 × °С/Вт > R тр0 = 3,214м 2 × °С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно .

Влияние воздушной прослойки

В случае, когда в трехслойной кладке в качестве утеплителя применяются минеральная вата, стекловата или другой плитный утеплитель, необходимо устройство воздушной вентилируемой прослойки между наружной кладкой и утеплителем. Толщина этой прослойки должна составлять не менее 10 мм, а желательно 20-40 мм. Она необходима для того, чтобы осушать утеплитель, который намокает от конденсата.

Данная воздушная прослойка является не замкнутым пространством, поэтому в случае ее наличия в расчете необходимо учитывать требования п.9.1.2 СП 23-101-2004, а именно:

а) слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью (в нашем случае - это декоративный кирпич (бессер)), в теплотехническом расчете не учитываются;

б) на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой наружным воздухом прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α ext = 10,8 Вт/(м°С).

Примечание: влияние воздушной прослойки учитывается, например, при теплотехническом расчете пластиковых стеклопакетов.

4.2 Теплотехнический расчет

Расчет теплового баланса котла

Расчет теплового баланса котла на электрообогреве соответственно для нестандартного и стационарного режимов работы производится по формуле:

где- полезно используемое тепло, Дж;

Потери тепла в окружающую среду, Дж;

Потери тепла на разогрев конструкций, Дж.

Полезно используемое тепло определяется для нестационарного, а условно полезно используемое тепло для стационарных режимов работы соответственно по выражениям:

Q יּ 1 = Δ Wיּ * r

где W - максимальное количество воды в варочном сосуде при принятом коэффициенте заполнения г| зал = 0,82, кг;

С - теплоемкость воды, (Дж/(кг°С)), С = 4187 Дж/(кг °С)

(t н t k - соответственно начальная и конечная температура воды, °С; количество испарившейся воды, при нестационарном режиме работы котла

r - теплота теплообразования, кДж/кг.

Потери тепла ограждениями котла в окружающую среду рассчитываются для нестационарного и стационарного режимов работы по формуле:

где- коэффициент теплоотдачи, Вт/(м" °С);

Площадь >го элемента поверхности аппарата, м 2

Температура ^-го элемента поверхности аппарата, С;

т - время работы аппарата, с.

Потери на разогрев конструкции рассчитывают по формуле:

где - масса ] -го элемента аппарата,

Теплоемкость ^-го элемента аппарата, Дж/(кг °С); - конечная и начальная температура соответственно >го аппарата, °С

Полезно используемое тепло при расчете пищеварочных котлов определяется из условий нагревания и кипения воды. Полезно используемое определяется для стационарного, а условно используемое тепло для стационарного режимов работы соответственно по выражениям:

Q 1 = W C (t k вод – t н вод) + W * r

Где pвоз плотность воды, pвоз ~ 1 кг/д 3 , при температуре t вод н = 20 °С; t вод к - температура кипения, t вод к = 100 °С

Для стационарного режима,- для нестационарного;

г= 2257,5 кДж/кг - теплота парообразования.

205 * 4187 * (100 - 20) = 68,67 * 10 6 Дж;

2,05 * 2257,2 = 4,63 * 10 6 Дж

Потери тепла ограждениями котла в окружающую среду определяются нестационарного и стационарного режимов по формуле:

Поверхность стенок кожуха котла определяется как боковая поверхность цилиндра по выражению:

F k =п*D к *H общ

Р к = 3,14 * 0,870 2 / 4 = 0,594 (м 2)

Поверхность крышки и верхней горизонтальной поверхности котла определяется приблизительно как площадь круга:

F кр =п*D 2 кр /4

Fкр = 3,14 * 0,8702/ 4 = 0,594 (м2)

Начальная температура ограждений принимается равной температуре воздуха в помещении 11К = 1вод = 20 °С

Коэффициент теплоотдачи, может быть, рассчитал по формуле:

а = 9,74 + 0,07* (I ср] - (воз), (Вт/м2°С) - для нестационарного режима,

а" = 9,74 + 0,07 * (I ку- - 1в03), (Вт/м2оС) - для стационарного режима,

Q5 = *3900 = 3,924 * 106

0"5= *3600 - 8,327 * 106 (Дж)

Потери тепла дном котла незначительны, и ими можно пренебречь.

Потери на разогрев конструкции определяются по выражению

Потери тепла на разогрев варочного сосуда котла определяем по формуле:

где- соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура варочного сосуда котла.

Объем варочного сосуда определяют по формуле:

Плотность материала, кг/м - 7800.

Масса варочного сосуда, кг –

М вн = 0,0036 * 7800 = 28,08кг.

Конечная температура, X ш = 100°С.

Теплоемкость материала элемента, Дж/(кг°С) - 462.

Qвн6 = 462 * 28,08 * (100 - 20) = 1037,8 * 103 Дж

Потери котла на разогрев крышки определяем по формуле:

Где Скр, Мкр, t ккр - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура крышки котла.

Крышка котла изготовлена из нержавеющей стали.

Теплоемкость нержавеющей стали Сср = 462 Дж/(кг°С).

Плотность материала, кг/м3 - 7800. Конечная температура, °С X ккр = 95.

Вычислим объем крышки по формуле

Потери котла на разогрев наружного котла с парогенератором определяем по формуле:

где Сн, Мн, 1кн - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура наружного котла с парогенератором. Наружный котел изготовлен из стали углеродистой.

Теплоемкость стали углеродистой Сн = 462 Дж /(кг°С).

Плотность материала, кг/м3 - 7800.

Конечная температура, 1н = 109,3 ~ ^

Вычислим объем наружного котла с парогенератором по формуле:

где Сиз, Миз, I киз - соответственно теплоемкость материала, масса,

конечная температура теплоизоляционной конструкции.

Материал элемента - асфоль.

Теплоемкость асфоли Сиз - 92 Дж/(кг°С).

Плотность асфоли, кг/м 3 20

Конечная температура:

Вычислим объем теплоизоляционной конструкции по формуле:

V= 0,008 * = 0,0138 м3.

Масса теплоизоляционной конструкции, кг

Миз = 0,0138 * 20 = 0,276 кг.

(QИ36 = 92 * 0,276 * (84,65 - 20) = 1,64 * 103 Дж

Потери тепла на разогрев кожуха котла определяем по формуле:

Где Ск, Мк, 1кк - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура кожуха котла.

Материал кожуха котла - сталь углеродистая. Теплоемкость материала - 462 Дж/(кг°С). Плотность материала - 7800 г/м3.

Конечная температура: t кк =60°С.

Вычислим объем кожуха котла по формуле:

Потери тепла на воду в парогенераторе определяем по формуле:

где Св, Мв, 1кв - соответственно теплоемкость воды, масса, конечная температура воды в парогенераторе. Материал: вода.

Теплоемкость воды, Св = 4187 Дж/(кг°С).

Плотность воды - 1000 кг/м3.

Конечная температура: (3 = 109,3 °С.

Вычислим объем воды в парогенераторе по формуле:

Vв= 0,2* 0,2* 0,4 = 0,016м3

Масса воды в парогенераторе, кг - Мв = Ув *рв

Мв= 0,016 * 1000 = 16кг

Потери тепла на разогрев воды в парогенераторе:

Qв6 = 4187 * 16 * (109,3 - 20) = 5982,38 * 103 Дж.

Потери тепла на разогрев каркаса и арматуры котла определяем по формуле:

где СКар,Мкар, (ккар - соответственно теплоемкость материала, масса, конечная температура каркаса и арматуры котла.

Материал элемента - сталь углеродистая.

Плотность материала - 7800 кг/м3.

Масса элемента: 250% от массы варочного сосуда,

то есть m = 28,08 * 250/ 100 = 70,2кг

Конечная температура: t кар = (t s +t k)/2 = (109,3 + 60) / 2 = 84,65 °С

Теплоемкость материала - 462 Дж/(кг°С).

Qкар6 = 462 * 70,2 * (84,65 - 20) = 2096,75 * 103 Дж

Потери на разогрев конструкции составляют:

Q 6 =1037,8*103+324,3*103+2429,6*103+1,64*103+230,63*103+5982,38 * 103 + 2096,75 * 103 = 12103,1 * 103 Дж

Потери тепла на разогрев постамента не учитываются из-за незначительной величины.

Расход тепла на нестационарный и стационарный режим работы котла соответственно равен:

Q зат = 68,67 * 106 + 3,924 * 106 + 12,10 * 106 = 84,694 * 10б Дж

Q / зат =4,63 * 106 + 8,327 * 106 = 12,957 * 106 Дж

Расчет поверхности нагрева пищеварочного котла. Расчет необходимой площади нагрева пищеварочного котла определяется по формуле:

где Q – количество тепла, которое надо передать через поверхность нагрева в единицу времени, Вт/(Дж/с);

к - коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к нагреваемой среде, Вт/(м2оС);

Δtсрлог - среднелогарифмическая разность температур, определяется по формуле:

где Δtб, Δtм - соответственно наибольшая и наименьшая разности между температурой теплоносителя и нагреваемой средой, °С.

Количество тепла, переданное через поверхность нагрева, равно:

ГдеQ-полезно-используемоетепло,Дж;

QВН6 - потери тепла на разогрев варочного сосуда, Дж;

QВН6 - потери тепла на разогрев крышки котла, Дж;

QВН6 - потери тепла кожухом котла в окружающую среду, Дж.

Потери тепла кожухом котла в окружающую среду определяют по формуле:

где ак, Рк, *кк - соответственно коэффициент теплоотдачи, площадь поверхности кожуха котла, конечная температура поверхности кожуха котла.

Qк5 = 11,14 * 3,28 * (40 - 20) * 3900 = 2850 * 103 Дж.

Количество тепла, переданное через поверхность нагрева, равна:

Q = 68,67 * 106 + 1037,8 * 103 + 324,3 * 103 +2850,0 * 103 = 72,88 * 106 Дж.

Среднелогарифмическая разность температур равна:

Δtcpлог = (109,3 - 20) - (109,3 - 100))/ 2,31g* ((109,3 - 20) /(109,3 - 100)) = 35°С.

Коэффициент теплопередачи для случая передачи тепла от конденсирующихся водяных паров к воде приблизительно равен К = 2900 Вт/(м2°С).

Необходимая поверхность нагрева будет равна:

F = 72,88 * 106/ (2900 * 3900 * 35) = 0,184м2

Фактическая поверхность нагрева рассчитывается о формуле:

F = 3,14 * 0,743 * 0,594+ 3,14 * 0,7432 / 4 = 1,819 м2,

то есть значительно больше необходимой.

Расход тепла на нестационарный и стационарный режимы работы котла соответственно равен:

Q3aT = 84,694 * 106 Дж,

Q"3aT =12,957 * 106 Дж.

Коэффициент полезного действия котла при нестационарном режиме работы равен:

η = 68,67 * 10б/ 84,694 * 106 = 0,81 или81%

Удельные металлоемкости и расход тепла определяем по формулам

где, Мм - масса металлоконструкции аппарата, кг

где Мп - масса готового продукта или полуфабриката

Найдем массу постамента: она составляет 400% от массы варочного сосуда

Мпосг = 28,08 * 400 / 100 = 112,32 кг

Мм= 28,08 + 9,36 + 58,89 + 0,276 + 12,48 + 70,2 + 112,32 = 291,61кг.

Удельная металлоемкость равна

Мм = 291,61 /250 = 1,17 кг/дм3.

Удельный расход тепла

Q = 84,694 * 106 / 205 =413,14 * 103 Дж/кг

Металлоемкость рассчитываемого аппарата ниже металлоемкости серийно выпускаемых аппаратов, что объясняется некоторыми упрощением его конструкции (одинарная крышка, отсутствие арматуры у варочного сосуда, меньшая масса противовеса крышки и т.д.).

Что касается удельного расхода электроэнергии, то он несколько выше ввиду низкого коэффициента заполнения котла (ηзап ~ 0,82), когда как для серийно выпускаемых аппаратов он принимается равным 0,9.

4.3 энергетический расчет

Мощность нагревательных элементов при нестационарном и стационарных режимах работы соответственно составит:

Р = 84,694 * 106 / 3900 = 21,72 * 103 Вт = 21,72 кВт

Р" = 12,957 * 106 / 3600 = 3,60 * 103 Вт = 3,60 кВт

Соотношение мощности котла при нестационарном и стационарном равно:

Р/Р" = 21,72/3,60

Учитывая мощность тэнов принимаем максимальную мощность Р = 24кВт минимальную Р" = 4 кВт. В этом случае время разогрева составит

Траз = 84,694 * 106/24 * 103 = 3529 ~ 59 мин

Электрические пищеварочные котлы присоединяются к трехфазной сети поэтому с точки зрения равномерной нагрузки фаз тэны целесообразно устанавливать в количестве, кратное трем.

Для рассчитываемого котла максимальную мощность Р целесообразно равной 24 кВт (при параллельно включенных шести тэнах по 4 кВт каждый), а минимальную Р" равной 4 Вт (два последовательно соединенных тэна, один тэн отключен). В этом случае соотношение мощности котла при нестационарном и стационарных режимах: Р/Р" = 24/4 = 6

Заключение

Темой курсового проекта было задание разработать котел электрический пищеварочный типа КПЭ полезной емкостью 250 л.

Разработанный пищеварочный котел с электрообогревом отвечает требованиям технологии приготовления пищи; обеспечивает тепловую обработку продуктов при минимальной затрате энергии, так как у него нет тепла в результате механического и химического недожога и с уходящими газами как у твердотопливных и газовых пищеварочных котлов, удельный расход тепла за счет относительно меньших потерь его в окружающую среду и на разогрев конструкции; обладает высокой степенью надежности, создает оптимальные условия работы для обслуживающего персонала, облегчает их труд; повышает качество приготовления пищи и обслуживания посетителей; повышает производительность и требованиям техники безопасности и производственной санитарии, обеспечивая безопасность обслуживающего персонала.

Список используемой литературы

1)Богданов Г.А. и др. Оборудование предприятий общественного Учебник для сред. проф.-техн. училищ / Г.А. Богданов, З.М. А.М. Богданова. - 3-е изд., перераб. - М.: Экономика, 1991. - 303

2)Гуляев В.А., Иваненко В.П., Исаев Н.И. и др. Оборудование предприятий торговли и общественного питания. Полный курс: Учебник / проф. В.А. Гуляева. - М.: Т4ВФРА, 2004. - 543 с.

3)Золин В.П. Технологическое оборудование предприятий общественного питания. - М.: 14РПО, Академия, 2000. - 256 с.

4) Литвина Л.С, Фролова З.С. Тепловое оборудование предприятий общественного питания: Учебник для мех. отделений техникумов. - 3-е изд, и доп. - М.: Экономика, 1980. - 248 с.

5)Лунин О.Г., Вельтищев В.Н., Калошин Ю.А. и др. Курсовое и дипломное проектирование. - М.: Пищевая промышленность, 1990.

6)Титова А.П., Шляхтина А.М. Торгово-технологическое оборудование: Учебник для технол. отделений техяикумов. - М.: Экономика, 1983.-296 с.

Теплотехнический расчет электрического котла КПЭ-250С 3.1 Расчет теплового баланса и определение мощности КПЭ-250С Исходные данные приведены в таблице, а схема котла КПЭ-250 – на рисунке 5 Рисунок 5 – Расчетная схема электрического пищеварочного котла: - диаметр крышки, =; - диаметр кожуха; - диаметр наружного котла; - диаметр варочного сосуда; - общая высота аппарата; - высота...

Работник, и автоматизированные, где контроль за безопасной работой и режимом тепловой обработки обеспечивает сам тепловой аппарат при помощи приборов автоматики. На предприятиях общественного питания тепловое оборудование может использоваться как несекционное или секционное, модулированное. Несекционное оборудование, это оборудование, которое различно по габаритам, конструктивному исполнению и...

К множественному числу наиболее характерных расчетных задач, возникающих на теплоснабжающих предприятиях, относятся: планирование производственной деятельности котельной; обработка результатов производственной деятельности за отработанный период; определение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с продуктами сгорания топлива; расчет тарифов на производство и передачу тепловой энергии с горячей водой и паром.

Для успешного решения этих задач необходимо обладать базой данных, содержащей актуальную информацию по оборудованию источников тепла и по всем элементам системы теплоснабжения. Программно-расчетный комплекс (ПРК) «Источник» (теплотехнические расчеты котельных), разработанный ООО «Политерм», обеспечивает выполнение поставленных задач на основе единой базы данных теплоснабжающего предприятия.

Зарождался ПРК «Источник» в 1998 г. как система паспортизации, предназначенная для внесения и учета реальных характеристик оборудования котельных и элементов системы теплоснабжения. Паспортные данные являются основным источником исходной информации при выполнении расчетных задач. Сведения, внесенные при паспортизации, сохраняются в базе данных, что обеспечивает единство исходных данных для всех расчетных модулей, предусмотренных в ПРК «Источник».

Взаимодействие системы паспортизации с системой справочников существенно облегчает ввод характеристик типового оборудования. С появлением в 2005 г. приказа Минэнерго №265 «Об организации в Министерстве промышленности и энергетики РФ работы по утверждению нормативов технологических потерь при передаче тепловой энергии» была разработана и включена в состав функционального модуля «Паспортизация» еще одна расчетная задача для определения нормативных тепловых потерь через поверхность трубопроводов в окружающую среду и теплоносителя с утечками.

По результатам нормирования потерь на участках тепловых сетей формируются необходимые отчетные документы по формам, рекомендованным в приложениях к приказу №265. Одной из наиболее важных задач в производственной деятельности теплоснабжающего предприятия является планирование, поскольку позволяет определить затраты материальных ресурсов в предполагаемых условиях перспективного периода.

Обладая достоверными результатами распределения расходов топлива, исходной воды, электрической и тепловой энергии, можно достаточно точно прогнозировать предполагаемые затраты предприятия по данным статьям расходов. Расчет плановых показателей деятельности предприятия в ПРК «Источник» осуществляется с помощью функционального модуля «Планирование».

Этот модуль позволяет определить основные теплотехнические показатели работы котельной на перспективный период, в т.ч.: расход топлива в натуральном и условном исчислении; затраты электроэнергии в производственном цикле котельной и на передачу теплоносителя по тепловым сетям предприятия; расход исходной воды и химических реагентов на ее обработку; количество выработанной и отпущенной тепловой энергии; потери тепла по статьям собственных нужд котельной и на участках тепловых сетей; количество тепла, переданное на системы теплоснабжения потребителей.

Планирование работы котельных выполняется на год с разбивкой по месяцам. Процедура планирования сопровождается контролем теплового баланса, что позволяет определить ошибочные результаты, их возможные причины и выявить источники недопустимых исходных данных. На основании результатов планирования производственной деятельности котельной планово-экономические службы предприятия разрабатывают тарифы на производство и передачу тепловой энергии с горячей водой и паром.

По итогам разработки тарифов в регулирующие органы направляются отчетные документы, подтверждающие обоснованность расчетов предприятия по тарифам в регулируемом периоде. Для расчета тарифов на производство и передачу тепловой энергии был разработан функциональный модуль «Тарификация». С помощью него определяются тарифы на производство и передачу тепла в соответствии с приказом ФСТ РФ №20э/2 от 06.08.2004 по «Методическим указаниям по расчету регулируемых тарифов и цен на электрическую (тепловую) энергию на розничном (потребительском) рынке».

Для расчета тарифов в этом модуле исходными данными являются: характеристики внесенные при паспортизации, результаты планирования, а также сведения о ценах на услуги организаций-поставщиков материальных ресурсов. Затраты финансовых ресурсов по экономическим составляющим деятельности энергоснабжающей организации (ЭСО) определяются на базе введенных данных о планировании средств на содержание и эксплуатацию оборудования, амортизацию, заработную плату, общехозяйственные, цеховые и прочие расходы ЭСО в периоде регулирования.

Список экономических составляющих тарифа формируется пользователем в зависимости от финансовой политики, принятой на предприятии. Функциональный модуль «Тарификация» формирует полный пакет выходных документов в виде отчетных форм, рекомендованных приказом ФСТ РФ №20э/2 от 06.08.2004 для представления в регулирующие органы. Эффективность эксплуатации тепломеханического оборудования оценивается по результатам работы котельных предприятия за прошедший период.

Анализ показателей работы котельных за истекший период осуществляется на базе информации, полученной по результатам учета расходов топлива, исходной воды и параметров отпускаемого теплоносителя, а так же на базе данных о составе и фактических режимах работы технологического оборудования. Как правило, анализ деятельности предприятия за отработанный период носит сравнительный характер, т.е. оценка производится путем сопоставления основных показателей работы котельных, полученных при планировании с аналогичными фактическими значениями, имевшими место в условиях реальной эксплуатации.

Для выполнения расчетов за отработанный период в ПРК «Источник» предусмотрен функциональный модуль «Суточные ведомости». С помощью этого модуля осуществляется ввод показаний узлов учета топлива, исходной воды и отпущенного теплоносителя, а также запись режимов работы тепломеханического оборудования котельных за каждые сутки отработанного периода. Определение основных теплотехнических показателей работы котельных предприятия выполняется на базе суточных ведомостей оборудования и показаний узлов учета.

Результаты расчета котельных за сутки отработанного периода сопоставляются с соответствующими нормативными значениями, что позволяет сделать оперативную оценку состояния оборудования и эффективности работы котельной в целом. Государственным комитетом Российской Федерации по охране окружающей среды установлены требования, обязывающие все предприятия, имеющие на балансе источники загрязняющих веществ, проводить периодическую инвентаризацию выбросов и предоставлять сведения в органы экологического контроля.

Для теплогенерирующих предприятий наиболее актуальной является задача определения валовых [т] и максимальных [г/с] выбросов загрязняющих веществ, образующихся в процессе сжигания топлива в котельных установках. Функциональный модуль «Выбросы загрязняющих веществ», предназначен для расчета валовых и максимальных выбросов загрязняющих веществ, в т.ч. окислов азота (NOX); оксида углерода (CO); диоксида серы (SO2); твердых частиц и коксовых остатков; летучей золы; мазутной золы в пересчете на ванадий; бенз(а)пирена.

Расчет выбросов выполняется двумя способами: по данным измерений их концентраций в дымовых газах или расчетным путем. Оба способа, используемые в этом модуле, рекомендованы руководящим документом «Методика определения валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от котельных установок ТЭС» (разработан Государственным комитетом РФ по охране окружающей среды).

В результате расчета определяются выбросы загрязняющих веществ по каждому котлу, находившемуся в работе в течение расчетного периода на заданном виде топлива, и группируются по источникам выбросов (котельным), а также по предприятию в целом. Все функциональные модули программно-расчетного комплекса «Источник» имеют средства для создания отчетных документов по результатам паспортизации оборудования, а также по итогам выполнения расчетных задач.

Формы отчетных документов настраиваются под нужды пользователя и экспортируются в MS Excel. ПРК «Источник» постоянно развивается и совершенствуется при активном творческом участии пользователей. Применение системы теплотехнических расчетов котельных «Источник» позволит вам избавится от рутинной работы и сосредоточить ваши профессиональные знания и опыт на анализе полученных результатов.

Теплотехнический расчет - он же "расчет расхода газа" (термин Мособлгаза) - даст для Вашего объекта следующую информацию:

• Потребности в тепле
• На отопление
• На компенсацию потерь тепла через вентиляцию зданий
• На приготовление горячей воды
• Потребности в топливе (обычно природном газе)
• Максимальное потребление газа в час (в самый холодный период зимы)
• Годовое потребление газа (за весь отопительный период)

Топливо используется как для производства тепла (котельными) так и технологическим оборудованием, если такое используется на объекте. Пример технологического оборудования: линия по производству обоев, печь, воздухонагреватель и т.п. - любое оборудование, которое имеет хоть одну газовую горелку и сжигает газ.
В теплотехническом расчете при подсчете максимально-часового и годового расходов топлива учитываются все потребители топлива.

Кому нужен теплотехнический расчет?

Расчет необходим в различных случаях:

• Оценка. Вы собираетесь строить объект и Вам нужно оценить:
• Мощность будущей котельной, стоимость котлов
• Сколько газа понадобится на нужды объекта. С этими цифрами Вы пойдете в Мосгаз\Мособлгаз выяснять, а дадут ли Вам столько газа? Частно мощности газовых сетей рядом с объектом ограничены.
• Необходимый документ. Когда Вы придете в Мосгаз\Мособлгаз и попросите у них газ - первым делом у Вас запросят теплотехнический расчет.

Зачем газовым службам расчет? Все просто - прежде, чем выдать Вам технические условия, они должны понять, сколько газа Вам нужно - от этого зависит выбор трубы, в которую Вам дадут врезаться - выбранная труба должна покрыть Ваши потребности в топливе. Может так случиться, что все трубы возле Вашего объекта перегружены и газовые службы не смогут покрыть Ваши потребности в топливе - в этом случае Вам откажут в газификации.

Итак, Вам нужен расчет, если Вы собираетесь получить газ:

• Для строящегося объекта
• При реконструкции объекта
• Вы собираетесь отказаться от покупки тепла у города и использовать собственную котельную
• Для производственного оборудования (технология)
• Вы уже все построили, даже купили котлы отопления, но выяснилось, что у Вас нет расчета! - так тоже часто бывает несмотря на то, что теплотехнический расчет должен выполняться первым делом, на предпроектной стадии

Говоря, ОБЪЕКТ, мы подразумеваем следующие варианты:

• Малоэтажные жилые дома (котеджи)
• Котеджные поселки
• Деревни
• Жилые микрорайоны
• Жилые комплексы
• Торговые центры
• Складские комплексы
• Гаражи
• Административно-бытовые корпуса
• Рестораны
• Офисные здания
• Гостиницы
• Производственно-складские комплексы
• Банки
• Котельные
• Заводы
• Школы
• Спортивные школы
• Детские сады
• Футбольные стадионы
• Автомойки
• Авто тех. центры
• Храмы
• Типографии
• Больницы
• Сельскохозяйстенные предприятия: коровники, телятники, птицефермы
• Теплицы (площадью до нескольких гектар)
• и любые другие объекты - мы не боимся сложностей!

Все вышеперечисленные типы объектов уже были в нашей практике. Список наших клиентов

Нам доверяют:

• Группа компаний ИКЕА
• Инновационный центр "Сколково"
• Футбольный клуб "Локомотив"
• Свято-Троицкая Сергиева Лавра
• Техцентр "Скания-Русь"

Что понадобится от Вас для выполнения расчета

Чтобы провести квалифицированный теплотехнический расчет, необходима следующая исходная информация:

• отопление - поэтажные планы с указанием параметров помещений и разрезы зданий (техпаспорт БТИ)
• вентиляция - функциональное назначение помещений и кратность воздухообмена в час
• ГВС - число точек водоразбора горячей воды (краны-смесители,душевые, мойки, ванны), число посадочных мест в столовой, количество кг сухого белья в смену в прачечной, число работающих в смену и проч.
• технологические нужды - подробное описание технологического процесса, кол-во и мощность горелок для каждого оборудования
• воздушно-тепловые завесы - количество ворот, их размеры, месторасположение и график их работы - время работы в сутки и количество одновременно работающих ВТЗ
• бассейны - их типы, количество и размеры.

Кроме этого, для выполнения теплотехнического расчета здания необходима информация общего плана (количество рабочих смен, число рабочих дней в году, число работающих в смену) .

Для расчета годового расхода газа электрогенерирующих установок (газопоршневые или газотурбины) необходимо представить типичный суточный график электронагрузок для "зимы" и "лета".

Теплотехнический расчет определит мощность котлов

Одна из задач теплотехнического расчета для жилого здания или промышленного объекта - определение тепловой мощности, необходимой для обеспечения качественного обогрева объекта.

Теплотехнический расчет отопления подразумевает знание детальной информации об объекте, без которой невозможно провести качественный анализ тепловых затрат. К числу таких показателей относятся:

• габаритные размеры помещений: длина, ширина, высота
• температура внутри помещения
• данные о вентиляции (кратность воздухообмена)
• тип этажа: надземный/подземный

Теплотехнический расчет отопления позволяет определить тепловую мощность, необходимую для обогрева помещений (зданий), но обычно показатель увеличивается на 15-20% в целях обеспечения запаса мощности, на случай форс-мажорных обстоятельств.
На данном этапе расчета Вы можете подобрать для объекта котлы отопления - расчет подскажет мощность котельной.

Расчет определит необходимое кол-во топлива

Теплотехнический расчет является первичным документом, на основании которого происходит получение лимита газа (технических условий) для объекта. Без расчета не возможно получение ТУ.

А. Примеры расчетов тепловых схем котельных

В качестве примера приводится расчет принципиальной тепловой схемы котельной с паровыми котлами (см. рис. 5.5), со следующими исходными данными и условиями эксплуатации.

Котельная предназначена для отпуска пара технологическим потребителям и для подогрева горячей воды для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения жилых и общественных зданий. Система теплоснабжения - закрытая. Пар, вырабатываемый в паровых котлах, расходуется на технологические нужды: с параметрами 14 кгс/см 250°С - 10 т/ч с параметрами 6 кгс/см 2 , 190°С - 103 т/ч; на подогреватели сетевой воды с параметрами 6 кгс/см 2 , 190°С (расчетная тепловая нагрузка в виде горячей воды 15 Гкал/ч), а также на собственные нужды и восполнение потерь в котельной. Температурный график тепловых сетей для жилого района 150 - 70°С. Расчетная минимальная температура наружного воздуха - 30°С. Для расчетов принимается температура сырой воды зимой 5°С, летом - 15°С, подогрев воды перед водоподготовительной установкой до 20°С. Деаэрация питательной и подпиточной воды осуществляется в атмосферных деаэраторах при температуре 104°С; питательная вода имеет температуру 104°С, подпиточная 70°С.

Возврат конденсата от технологических потребителей пара 50% и его температура 80°С. Предусматривается непрерывная продувка паровых котлов с использованием отсепарированного пара в деаэраторе питательной воды. По характеру работы котельная является производственной. Отопительная нагрузка невелика, продолжительность стояния минусовых температур: - 30°С - 10ч; - 20°С - 150 ч; - 15°С - 500 ч; -10°С - 1100 ч; - 5°С - 2400 ч и 0°С - 3500 ч при общей длительности отопительного периода в 5424 ч .

Примеры расчетов тепловых схем котельных, выполненые для максимально зимнего режима.

Расход пара на подогреватели сетевой воды

где G - расход сетевой воды, т/ч; Q ов = 15 Гкал/ч - расход теплоты на отопление, вентиляцию на горячее водоснабжение с учетом потерь по заданию; i poy - энтальпия редуцированного пара, ккал/кг; i K - энтальпия конденсата после охладителя конденсата, ккал/кг; i l - энтальпия воды после подогревателя, ккал/кг; i 2 - энтальпия воды перед подогревателем, ккал/кг.

Суммарный расход редуцированного пара для внешних потребителей

Суммарный расход свежего пара на внешних потребителей, т/ч,

где D т = 10 т/ч — расход свежего пара;

i nв - энтальпия питательной воды, ккал/кг; i′ poy - энтальпия свежего пара, ккал/кг.

Подставив указанные величины, получим:

Количество воды, впрыскиваемой в пароохладитель РОУ, при получении редуцированного пара для внешних потребителей, определяем по формуле:

При расчете редукционно-охладительной установки потери теплоты в окружающую среду из - за их незначительности не учитываются.

Расход пара на другие нужды котельной предварительно, с последующим уточнением, принимается в размере 5 % внешнего потребления пара:

Суммарная паропроизводительность ко-тельной с учетом потерь, принимаемых равными 3 %, и расхода пара на другие нужды котельной:

Потеря конденсата с учетом 3 % его потерь внутри котельной будет:

Расход химически очищенной воды при величине потерь воды в тепловых сетях 2% общего расхода сетевой воды равен сумме потерь конденсата и количества воды для подпитки тепловых сетей:

Принимая расход воды на собственные нужды водоподготовительной установки равным 25% расхода химически очищенной, получим расход сырой воды:

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды может быть определен после уточнения температуры сырой воды за охладителем продувочной воды паровых котлов.

Количество воды, поступающей от непрерывной продувки:

где р пр = 3 % - принятый процент продувки котлов, определяемый в зависимости от качества исходной воды и способа химводоподготовки.

Количество пара на выходе из расширителя непрерывной продувки по формуле (5.9)

где х - степень сухости пара, выходящего из расширителя. Количество воды на выходе из расширителя:

Выполненные расчеты позволяют определить температуру сырой воды после охладителя продувочной воды:

где i охл =50 ккал/кг - энтальпия продувочной воды после охладителя.

Расход пара на пароводяной подогреватель сырой воды определяется по формуле (5.14):

Подогрев химически очищенной воды производится: в водяном теплообменнике до деаэратора подпиточной воды за счет охлаждения воды от 104°С до 70°С; в пароводяном подогревателе до деаэратора питательной воды за счет теплоты редуцированного пара.

Подогрев химически очищенной воды в охладителях выпара из деаэраторов в данном случае незначителен и не учитывается, так как практически не сказывается на точности расчета схемы. Температура воды, поступающей в деаэратор за теплообменником для охлаждения подпиточной воды, определяется из уравнения теплового баланса теплообменника:

где t′ хов = 18 °С - температура воды после ВПУ; G подп = 188*0,02 = 3,8 т/ч - расход подпиточной воды; G подп/хов = 3,5 т/ч - предварительно принятый расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для подпитки тепловых сетей.

Расход пара на деаэратор подпиточной воды:

С учетом количества пара, идущего на подогрев воды, фактический расход химически очищенной воды, поступающей в деаэратор для подпиточной воды, будет:

что мало отличается от предварительно принятой величины в 3,5 т/ч.

Расход пара на пароводяной подогреватель химически очищенной воды, поступающей в деаэратор питательной воды, определен аналогично предыдущему:

где G пит/хов = G к.noт = 60,9 т/ч - расход химически очищенной воды, идущей в подогреватель; i" xов - энтальпия воды после подогревателя, ккал/кг; i хов - энтальпия воды перед подогревателем, ккал/кг.

Суммарное количество воды и пара, поступающее в деаэратор для питательной воды, за вычетом греющего пара,

средняя температура будет равна:

Эти расчеты позволяют определить расход пара на деаэратор питательной воды:

Тогда суммарный расход редуцированного пара внутри котельной для собственных нужд:

Паропроизводительность котельной с учетом внутренних потерь:

Расхождение с величиной D, принятой в предварительном подсчете, равно 7,3 т/ч, что составляет 4,8 %, поэтому следует уточнить расчет, принимая увеличенный расход пар. на собственные нужды котельной.

Уточненный расход пара:

Расчет тепловой схемы котельной для других режимов производится аналогично рассмотренному. Для установки в котельной, с учетом коэффициента совпадения максимумов потребностей пара К = 0,95 - 0,98, принимаются три паровых котла паропроизводительностью по 50 т/ч со следующими параметрами: давление 14 кгс/см 2 , температура 250°С. Такие котлы выпускает Белгородский завод "Энергомаш".

Б. Примеры расчетов тепловых схем котельных для закрытой системы теплоснабжения.

Примеры расчетов тепловых схем котельных выполняются для приведенной на рис. 5.7 принципиальной тепловой схемы котельной. Котельная предназначена для снабжения горячей водой жилых и общественных зданий для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Тепловые нагрузки котельной с учетом потерь в наружных сетях при максимально зимнем режиме следующие: на отопление и вентиляцию 45 Гкал/ч; на горячее водоснабжение 15 Гкал/ч. Тепловые сети работают по температурному графику 150 - 70°С. Для горячего водоснабжения принята смешанная схема подогрева воды у абонентов. Расчетная минимальная температура наружного воздуха - 26°С. Подогрев сырой воды перед химводоочисткой до 20°С - от 5°С зимой и 15°С летом. Деаэрация воды осуществляется в деаэраторе при атмосферном давлении. Годовой график нагрузки котельной дай рис. 5.20, где приведены данные о продолжительности стояния наружных температур в сутках.

Примеры расчетов тепловых схем котельных ведутся для пяти характерных режимов работы системы теплоснабжения и для двух температур воды на входе и выходе из котлов. При работе водогрейных котлов на малосернистых каменных углях температура воды на входе в котлы поддерживается постоянной t = 70°C, на выходе из котлов t′ K = 150°С. Основной расчет ведется на максимальный зимний режим. Отпуск теплоты на отопление и вентиляцию Q0.n=45 Гкал/ч. Отпуск теплоты на горячее водоснабжение Q гв = 15 Гкал/ч, что дает общую теплопроизводительность котельной Q K = 60 Гкал/ч.

Расчетный часовой расход сетевой воды для нужд отопления и вентиляции по формуле (5.21) составит:

Рис. 5.20. График нагрузки котельной с водогрейными котлами и данные о длительности стояния наружной температуры.

Расчетный часовой расход воды для нужд горячего водоснабжения по формуле (5.23) будет:

При применении у абонентов смешанной схемы подогрева воды для горячего водоснабжения используется теплота обратной сетевой воды после систем отопления и вентиляции. Расчетом проверяется температура обратной сетевой воды после местных теплообменников горячего водоснабжения, которая по формуле (5.22) равна:

Суммарный расчет на часовой расход сетевой воды по формуле (5.25)

Расход воды на подпитку при потерях 2 % в тепловых сетях:

Расход сырой вода на химводоочистку при собственных нуждах последней 25 % производительности:

Температура химически очищенной воды после теплообменника - охладителя подпиточной воды 9, установленного после деаэратора 10,

где G XOB = 10 т/ч - предварительно принятый расход химически очищенной воды; с в = 1 ккал/кг;

Задаваясь расходом греющей воды G подл/гр = 6 т/ч и температурой на выходе из подогревателя следующей ступени подогрева химически очищенной воды t гр = 108°С, определяем температуру воды, поступающей в деаэратор:

С учетом подсчитанных величин температура сырой воды перед химводоочисткой:

Расход греющей воды на деаэраторною установку определяется из уровня теплового баланса:

При составлении баланса количества вода в котельной установке величину G д/гp следует учитывать при определении расхода воды на подпитку тепловых сетей. Расход химически очищенной воды на подпитку будет:

Потери воды в охладителе незначительны и при составлении баланса без ущерба для точности ими можно пренебречь. При принятой температуре вода на входе в котлы t = 70°С, на выходе из них t К = 150°С расход воды через котлы составит:

При температуре обратной воды t TC = 42,6°С для получения температуры воды на входе в котлы 70°С нужен следующий расход воды на рециркуляцию [см. формулу (5.33)]:

Для режима с максимальной теплопроизводительностью расход воды в перепускную линию отсутствует:

Для проверки правильности выполненного расчета тепловой схемы нужно составить баланс количества воды для всей котельной установки.

Расход через обратный трубопровод сетевой воды:

а расчетный расход воды через котлы будет:

Поскольку часть горячей вода после котлов идет на подогреватели, в деаэратор и на рециркуляцию, расход сетевой воды на выходе из котельной составит:

Разница между найденным ранее и уточненным расходами воды через котлы незначительна (<0,5%), поэтому выполненный расчет.

Таблица 5.2. Результаты расчета тепловой схемы водогрейной котельной.

Примеры расчетов тепловых схем котельных могут считаться законченными. В случае несовпадения величины более чем на 3% необходимо произвести пересчет расходов горячей воды на собственные нужды при той же теплопроизводительности котельной. В данном примере расчета тепловой схемы котельной повышение температуры вода перед сетевыми насосами за счет тепла, вносимого с подпиточной водой и охлажденной водой от подогревателя сырой воды, не учитывалось вследствие их малой величины (меньше 2%).

Для других режимов работы котельной расчет тепловой схемы производится аналогично; результаты его представлены в табл. 5.2. В тех случаях, когда данные о расходе горячей сетевой воды для нужд горячего водоснабжения и подогрева воды у абонентов отсутствуют, можно принять следующий порядок определения этого расхода. При известном расходе воды на горячее водоснабжение,т/ч, тепловая нагрузка подогревателя первой ступени (обратно линии сетевой воды) (см. рис. 5.3) может быть определена из уравнения:

где - Δ t минимальная разность температур подогреваемой и греющей воды, принимается равной 10°С; остальные обозначения в этом уравнении приводились ранее.

Тепловая нагрузка подогревателя второй ступени, Гкал/ч, где вода нагревается прямой сетевой водой, составит:

При известной величине тепловой нагрузки подогревателя второй ступени расход сетевой воды, т/ч, на него составит: