Геотермальные установки
Введение
В данной расчетно-графической работе рассматриваются и проектируются геотермальные установки, а так же системы отопления работающие на геотермальных источниках теплоснабжения.
Исходными данными для варианта 17 являются следующие данные:
На расчет коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения:
Температура геотермальной воды 100
Температура геотермального теплоносителя 140
Температура обратной воды после отопления 75
Температура наружного воздуха -9
Продолжительность отопительного сезона 167
Месторождение пластового типа, пласт полуограниченный 4,9
Расчетная нагрузка на отопление 1,04
Расчетная нагрузка на горячее водоснабжение 0,58
Подбор отопительных приборов и построение графиков геотермального систем отопления:
Расчетная мощность прибора 1980
Расчетная температура горячей воды 76
Расчетная температура обратной воды 31
Расчетная температура внутреннего воздуха в помещении 19
На расчет комплексной системы геотермального теплоснабжения:
Температура геотермальной воды 100
Температура водопроводной воды 10
Температура обратной воды после отопления 60
Температура наружного воздуха -22
Расчетный дебит геотермальной воды 167
Расчетный среднесуточный расход горячей воды 103
Расчетная начальная температура нагреваемой воды 72
Расчетная температура внутреннего воздуха в помещении 18
1. Расчет коэффициента эффективности для различных систем геотермального теплоснабжения
А. Открытая двухтрубная геотермальная система теплоснабжения с присоединением систем ГВ к подающему трубопроводу (т.е. параллельная подача геотермального теплоносителя на отопление и горячее водоснабжение).
1. Удельный расход геотермальной воды, приходящей на 1 МВт расчетной тепловой нагрузки, определяется по формуле:
, (1)
где: , – расчетные нагрузки отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, Вт;
с – удельная теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг×°С),
,– расчетные перепады температур теплоносителя в системах отопления, вентиляции и горячего водоснабжения, °С,
– удельный расход геотермальной воды, приходящейся на единицу расчетной тепловой нагрузки объекта, кг / Дж.
кг/с.
2. Доля расчетного дебита геотермальной воды, расходуемой на отопление, определяется по формуле:
(2)
.
То же, на горячее водоснабжение получим из формулы:
, (3)
Норм.
3. Степень относительного использования максимума нагрузки
– на отопление:
, (4)
где: jсp.от. – среднеотопительный коэффициент отпуска теплоты, определяемый по формуле:
, (5)
где: – температура воздуха в обслуживаемых помещениях, °С;
– расчетная температура наружного воздуха для проектирования систем отопления или вентиляции, °С;
t, tн.ср. – средняя за период работы систем отопления или вентиляции температура наружного воздуха, °С (см. СНиП [4]).
Пусть , тогда ,
– на горячее водоснабжение:
, (6)
.
4. Коэффициент использования скважины определяется по формулам таблицы 1. [1]
– для отопления:
(7)
,
– для горячего водоснабжения:
, (8)
5. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется следующим образом:
, (9)
.
6. Степень относительного увеличения расчетного дебита скважины в целом для объекта определяется при известном для полуограниченного пласта с по рис. 1 [1] – .
7. Степень относительного срабатывания температурного перепада определяется по формулам, :
– на отопление:
, (10)
.
– на горячее водоснабжение .
8. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения для данной схемы определяется следующим образом:
, (11)
.
Б. Зависимая система отопления с пиковым догревом геотермального теплоносителя:
1. :
, (12)
кг/с,
2. (13)
.
3. Коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту отключения пикового догрева, определяется следующим образом:
, (14)
4. Пусть коэффициент отпуска теплоты, соответствующий моменту окончания отопительного сезона .
5. Ориентировочная продолжительность работы пикового догрева Тп (сут.) определяем по формуле:
, (15)
где: А и В-эмпирические коэффициенты (графикам рис. 15 и 16 из приложения [1]).
При t¢н = -9°С; А = 0,06; В = 0,55.
Тогда:
сут
6. Относительный коэффициент отпуска теплоты определяется следующим образом:
, (16)
7. Температура сбросной воды, соответствующая моменту отключения пикового догрева, приближенно определяется по формуле:
, (17)
8. Коэффициент использования скважины при отоплении определяется по формуле:
, (18)
9. Доля пикового догрева на отопление определяется по графикам рис. 2. [1]
(19)
и
dн = 0,05 (см. рис. 2 [1]).
10. Степень относительного срабатывания температурного перепада:
– для систем отопления:
, (20)
– для систем горячего водоснабжения:
11. Средневзвешенная величина коэффициента использования скважины определяется следующим образом:
, (21)
12. По рис. 1 [1] определяем zoб. = 1,43.
13. Коэффициент эффективности геотермального теплоснабжения объекта равен:
, (22)
.
2. Подбор отопительных приборов и построение графиков регулирования геотермальных систем отопления
геотермальный установка теплоснабжение отопительный
Ниже приведен пример расчета требуемого номинального теплового потока отопительного прибора геотермальной системы отопления, устанавливаемого в помещении.
1. Зададимся расчетной температурой обратной воды:
;
2. Определяем расчетную степень срабатывания теплового потенциала теплоносителя при заданных условиях следующим образом:
, (23)
.
Поскольку > 0,4, расчет следует вести по следующей формуле:
, (24)
.
3. Определим расчетный расход теплоносителя через отопительный прибор:
кг/с.
4. Выбираем тип отопительного прибора – конвектор КН-20 «Комфорт» (n=const = 0,35; p =const= 0,07) и по формуле (24) [1]:
где , (25)
.
- берется из первого задания.
и вычисляем расчетный среднестепенной температурный напор:
°C (26)
5. Определим значения и :
, (27)
;
, (28)
.
6. Определим номинальный тепловой поток отопительного прибора, который необходимо установить в данном помещении:
, (29)
Вт.
Сопоставление полученного результата с паспортными данными на КН-20 показывает, что в данном случае для покрытия расчетных теплопотерь следует установить 3 прибора КН-20 – 2,9, имеющих длину оребренной части 1000 мм.
7. Для построения графика количественного регулирования отопительной нагрузки вначале определим величину c по формуле:
Далее, пользуясь формулой для регулирования отопительной нагрузки:
(30)
где: j – коэффициент отпуска теплоты на отопление;
G и G¢ – текущий и расчетный расходы теплоносителя.
А также формулой, которая определяет текущую температуру обратной воды:
, (31)
где: – расчетные температуры горячей и обратной воды в тепловой сети, °С.
Построим графики расхода теплоносителя и температуры обратной воды системы отопления (см. рис. 1 и 2).
3. Расчет комплексной системы геотермального теплоснабжения
Определим основные технические показатели комплексной системы геотермального теплоснабжения, обеспечивающей отопление теплицы и горячее водоснабжение зданий, которые необходимы для технико-экономических расчетов.
1. Зададимся расчетной температурой водопроводной воды после теплообменного аппарата:
, (32)
2. Требуемый коэффициент эффективности теплообменного аппарата ГВ определим по формуле:
, (33)
.
3. Произведение KF, характеризующее конструкцию и размеры теплообменного аппарата равно:
, (34)
Вт/°С,
(т.е. например при К = 1000 Вт/(м2×°С), F = 1700 м2).
4. Установленная тепловая мощность пикового источника теплоты:
МВт, (35)
МВт.
5. Значение коэффициента отпуска теплоты, соответствующее включению (отключению) пикового догрева, определяется так:
, (36)
.
а соответствующая jп температура наружного воздуха tн.п определяется так:
°С, (37)
.
6. В соответствии с данными климатологии продолжительность работы пикового догрева (при tн £ -3,3°С) составит 2272 часов » 95 сут.
Таблица 1. Климатологические данные годового потребления тепла
Для г. Таганрог (, tн.ср.=3, Т=167 сут)
|
Повторяемость температур наружного воздуха, °С |
Кол-во часов |
Σ |
|
– 50 и ниже |
– |
– |
|
– 49,9 ÷ – 45 |
– |
– |
|
– 44,9 ÷ – 40 |
– |
– |
|
– 39,9 ÷ – 35 |
– |
– |
|
– 34,9 ÷ – 30 |
– |
– |
|
– 29,0 ÷ – 25 |
5 |
– |
|
– 24,9: -20 |
36 |
41 |
|
-19,9: -15 |
135 |
176 |
|
-14,9: -10 |
310 |
486 |
|
-9,9: -5 |
630 |
1116 |
|
– 4,9: -0 |
1156 |
2272 |
|
+0,1: +5 |
1186 |
3458 |
|
+5,1: +8 |
694 |
4132 |
|
Всего часов |
4152 |
– |
Годовую выработку теплоты для пикового догрева можно установить, определив площадь, описанную графиком годовой выработки теплоты (рис. 1), которая в данном случае равна 13320 ГДж/год. При среднем КПД пиковой котельной 0,7 для выработки этого количества теплоты потребуется 2337 т у. т. В системе с теплонасосной установкой расход электроэнергии в ТНУ при среднем коэффициенте преобразования 3,5 составит Э = 13320/3,5 = 3806 ГДж/год.
Годовой расход геотермального теплоносителя можно определить, установив площадь, описанную графиком продолжительности расхода геотермального теплоносителя (см. рис. 2), который построен на основании графика регулирования Gт(j) по формуле (25) или (45) [1]:
В рассматриваемом случае годовой расход теплоносителя составляет 4,1 × 106 т/год.
График температуры сбросной геотермальной воды (необходимый для расчета пластовой циркуляционной системы), построенный по соответствующим зависимостям представлен на рис. 3. Температура сбросной воды в летний период эксплуатации равна 32,2°С, в расчетный период в системе с пиковой котельной t¢с = 40,6°С, в системе с ТНУ – 61,8 °С.
Список использованной литературы
1. Методические указания «Геотермальные установки».
2. СНиП 23–01–99 Строительная климатология. – М.: Госстрой РФ, 2000. – 68 с.
3. СНиП 41–01–2003. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: Госстрой РФ, 2004. – 71 с.
