Содержание
-
КУРСОВАЯ РАБОТАпо дисциплине «Автономные источники теплоэнергоснабжения» на тему: «Источники потребления электроэнергии (теплогенераторы, калориферы, кондиционеры)»
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Выполнил: студентка 1 курса группы ПТм14-1 Богунова А.А. Проверил: д.с.-х.н., профессор Бакшеев В.Н. Тюмень 2014 г.
-
Введение.
Обеспечение жизнедеятельности человека, при все возрастающих его потребностях, связано с ростом производства промышленной продукции, продуктов питания, повышением комфортности среды обитания и т.д. И как следствие этого производственная, научная и творческая деятельность, перемещение в пространстве, свет в жилище и обогрев его, приготовление пищи и в целом вся многогранная жизнь человека связана с потреблением различных видов энергии. Объем вырабатываемой в мире энергии возрос и за последние десятилетия более чем на 50% превышает уровень 70-х годов. С традиционными источниками энергии каждый из нас знаком с детства. Традиционные источники энергии используются широко и давно. Традиционная энергетика прошла длительную проверку в разнообразных условиях эксплуатации. Основную долю электроэнергии во всём мире получают именно на традиционных электростанциях.
-
Проблема традиционных источников связана с тем, что способы получения энергии не всегда благоприятно влияют на окружающую среду, это происходит из за сжигания угля, нефти, газа, применения прочих веществ продукты переработки, которых очень часто вредны или даже смертельны для человека. Свыше 90% вырабатываемой энергии приходится на долю ископаемого топлива (угля, нефти, газа). Тепловые электростанции (ТЭС) вырабатывают электроэнергию в результате преобразования тепловой энергии, которая выделяется при сжигании органического топлива (угля, нефти, газа). Невосполнимость этих природных ресурсов заставляет задуматься о рациональном их применении и замене более дешевыми способами получения электроэнергии. Гидроэлектростанция (ГЭС) — комплекс сооружений и оборудования, посредством которых энергия потока воды преобразуется в электрическую энергию. При их сооружении также наносится вред окружающей среде: перегораживаются реки, меняется их русло, затопляются долины рек.
-
Важнейшая особенность гидротехнических ресурсов в сравнении с топливно-энергетическими — их непрерывная возобновляемость. Атомная электростанция (АЭС) — электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия используется для получения электрической. Генератором энергии здесь является атомный реактор. Тепло, выделяемое в нем в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжелых элементов, преобразуется в электроэнергию. АЭС работают на ядерном горючем (уран, плутоний и др.), мировые запасы которого значительно превышают запасы органического топлива. Помимо традиционных источников энергии, все чаще стали использовать нетрадиционные альтернативные источники Энергия биомассы. Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз).
-
Солнечная энергетика — направление нетрадиционнойэнергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных отходов. Ветроэнергетика — отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими. Гидроэнергетика — область хозяйственно-экономической деятельности человека, совокупность больших естественных и искусственных подсистем, служащих для преобразования энергию водного потока в электрическую энергию.
-
На 2006 год гидроэнергетика обеспечивает производство до 88 % возобновляемой и до 20 % всей электроэнергии в мире, установленная гидроэнергетическая мощность достигает 777 ГВт. Геотермальная энергетика — направление энергетики, основанное на производстве электрической энергии за счёт энергии, содержащейся в недрах земли, на геотермальных станциях. Обычно относится к альтернативным источникам энергии, использующим возобновляемые энергетические ресурсы. Геотермальная энергетика подразделяется на два направления: петротермальная энергетика и гидротермальная энергетика. Космическая энергетика — вид альтернативной энергетики, предусматривающий использование энергии Солнца для выработки электроэнергии, с расположением энергетической станции на Луне или земной орбите.
-
Космический спутник по сбору солнечной энергии по существу состоит из трех частей: - средства сбора солнечной энергии в космическом пространстве, например, через солнечные батареи или тепловой двигатель Стирлинга. - средства передачи энергии на землю, например, через СВЧ или лазер. - средства получения энергии на земле, например, через ректенны. Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к нетрадиционным видам энергетики.
-
Квантовый генератор — общее название источников электромагнитного излучения, работающих на основе вынужденного излучения атомов и молекул. В зависимости от того, какую длину волны излучает квантовый генератор, он может называться по разному: лазер, мазер, разер, газер. Квантовый генератор основан на принципе вынужденного излучения, предложенного А. Эйнштейном: когда квантовая система возбуждена и одновременно присутствует излучение соответствующей квантовому переходу частоты, вероятность скачка системы на более низкий энергетический уровень повышается пропорционально плотности уже присутствующих фотонов излучения. Наиболее популярными, среди альтернативных источников энергии являются энергии солнечная, ветровая и биоэнергетика.
-
В данной работе мы рассмотрим лишь некоторые из автономных традиционных источников производства энергии, а точнее теплогенераторы, калориферы и кондиционеры, предназначенные в первую очередь для теплоснабжения. Автономные системы теплоснабжения предназначены для отопления и горячего водоснабжения одноквартирных и блокированных жилых домов, а также офисов и производственных помещений. К автономной системе отопления и горячего водоснабжения относятся: источник теплоснабжения (котел) и сеть трубопроводов с нагревательными приборами и водоразборной арматурой.
-
Цель работы: рассмотреть основные автономные источники теплоснабжения, такие как теплогенератор, калорифер и кондиционер. Задачи: классифицировать рассматриваемые установки, изучить конструкцию и рассчитать основные параметры.
-
1. Теплогенерирующие установки (теплогенераторы) 1.1. Назначение и классификация
-
Теплогенерирующей установкой (ТГУ) для систем теплоснабжения называют комплекс технических устройств и оборудования, предназначенный для выработки тепловой энергии в виде горячей воды или пара за счет сжигания органического топлива. Теплогенерирующие установки можно классифицировать по следующим признакам: по назначению (по характеру нагрузки): отопительные - для обеспечения теплотой систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения; отопительно-производственные - для обеспечения теплотой систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжения; производственные - для технологического теплоснабжения;
-
по размещению: - отдельно стоящие - теплогенерирующая установка размещена в отдельно стоящем здании (главном корпусе); - пристроенные к зданиям; - встроенные в здания другого назначения; - крышные - расположенные на крыше здания; по виду энергоносителя: - паровые; - водогрейные; по виду сжигаемого топлива: - на твердом топливе; - на жидком топливе; - на газообразном топливе;
-
по типу системы теплоснабжения: - установки с закрытой системой теплоснабжения; - установки с открытой системой теплоснабжения, когда водоразбор горячей воды происходит непосредственно из тепловой сети. Аппарат отопительный водогрейный твердотопливный АОВТ-20 длительного горения
-
1.2 Устройство теплогенераторов
Как правило, теплогенератор состоит из камеры сгорания с воздушным теплообменником, горелки и вентилятора центробежного или осевого. Топливом для теплогенератора может служить природный газ, дизельное топливо или отработанное масло в зависимости от типа используемой горелки. Горячие газы, полученные в камере сгорания, направляются в теплообменник и далее в дымоход. Теплообменник, в свою очередь, обдувается воздушным потоком, создаваемым вентилятором, нагревая его. Нагретый воздух распределяется по помещению через решетки в корпусе теплогенератора или через систему подключенных к нему вентиляционных каналов. При этом достигается увеличение температуры подаваемого воздуха на 20 — 70К (для спец.задач до 150), что позволяет устраивать на базе теплогенераторов также и системы приточной вентиляции помещений.
-
-
Тепловая мощностьтеплогенераторов лежит в диапазоне от 20 до 1000 кВт. Примерно до 300 (400) кВт теплогенераторы изготавливаются в едином корпусе, от 350 (400) кВт теплогенераторы для транспортировки делят на секцию нагрева (теплообменника) и секцию вентиляторов. Статическое давление на выходе из теплогенератора определяется мощностью вентилятора (вентиляторов). В зависимости от нагрузки (вентиляционной системы), статическое давление может быть различным и лежит в диапазоне от 100 до 2000 Па. Для работы в системах приточной вентиляции, теплогенератор может оснащаться камерой сгорания и теплообменником из нержавеющей стали и устройством отвода конденсата. Это необходимо, если теплообменник сильно охлаждается (при температуре продуктов сгорания на выходе после теплообменника ниже 140-160 С). При постоянном (номинальном) расходе воздуха, повышенное охлаждение теплообменника может происходить за счёт холодного воздуха на входе перед
-
теплообменником (ниже 0 С) или за счёт понижения тепловой мощности ниже 60-65 % от максимальной паспортной ( номинальной ) даже при работе на 100% рециркулируемом воздухе. Устройство теплогенератора
-
1.3 Выбор типа, мощности и числа котлов
При проектировании теплогенерирующей установки требуется знать, сколько и каких котлов необходимо установить. Выбор типа котлов зависит от вида нагрузки, места расположения теплогенерирующей установки, тепловой мощности потребителей, вида топлива и т.п. При чисто паровой нагрузке к установке принимаются паровые котлы, при чисто отопительной нагрузке к установке принимаются водогрейные котлы, при смешанной нагрузке применяется для удобства установка одновременно паровых и водогрейных котлов. Количество и единичную тепловую мощность водогрейных котлов и паропроизводительность паровых котлов, устанавливаемых в теплогенерирующей установке, следует определять по расчетной производительности котельной QР.ТГУ и DР.ТГУ, используя формулы (1.1) и (1.2), проверяя при этом режим работы котлов для теплого летнего периода года.
-
где QTEX, DTEX - тепловая мощность или расход пара на технологические нужды; QOB, DOB - тепловая мощность или расход пара на отопление и вентиляцию; QГВ, DГВ - тепловая мощность или расход пара на горячее водоснабжение; QCH, DCH - тепловая мощность или расход пара на собственные нужды; QПОТ, DПОТ - потери тепловой мощности и пара в тепло-генерирующей установке.
-
Экономичная работа котлов зависит от их нагрузки и наблюдается при номинальной (проектной) нагрузке котлов. Поэтому мощность и количество котлов необходимо выбирать таким образом, чтобы в отопительный период котлы имели нагрузки, близкие к номинальным. В случае выхода из строя наибольшего по производительности котла в теплогенерирующей установке первой категории оставшиеся котлы должны обеспечить требуемый отпуск тепла потребителям. Следует отметить, что к потребителям теплоты первой категории относят тех, прекращение подачи теплоты которым может привести к опасности для жизни людей или значительному ущербу в народном хозяйстве страны. К потребителям теплоты второй категории относят остальных потребителей. Для теплогенерирующих установок, обеспечивающих тепловой энергией потребителей второй категории, отпуск теплоты не нормируется.
-
Для встроенных, пристроенных и крышных котельных следует предусматривать автоматизированные котлы полной заводской готовности. В теплогенерирующей установке должна предусматриваться установка не менее двух котлов, за исключением производственных теплогенерирующих установок второй категории, в которых допускается установка одного котла. Максимальное количество котлов, устанавливаемых в теплогенерирующей установке, должно определяться на основании технико-экономических расчетов. Пиролизный котел Гейзер Т-15
-
1.4 Охрана окружающей среды
При работе теплогенерирующих установок образуется достаточно много вредных веществ, загрязняющих окружающую среду. Часть этих веществ образуется при сжигании органического топлива в топках котлов и выносится с дымовыми газами в виде токсичных газов и мелкодисперсной золы через дымовую трубу, часть удаляется с золой и шлаком, часть образуется при подготовке химически очищенной воды и в технологических процессах и переходит в сточные воды котельной. Загрязнение воздушной среды тешюгенерирующими установками связано с выбросами в дымовую трубу мелкодисперсной золы, токсичных газов, таких как NO, NO2, SO2, СО, бензапирена и др. Количество образующихся вредных газов зависит от вида топлива и его состава, организации процесса горения в топочных устройствах, температуры горения и многих других факторов. Основным показателем, характеризующим загрязнение воздушной среды, является выброс вредных веществ в единицу времени.
-
В настоящее время можно выделить четыре направления борьбы с вредными газообразными выбросами, как показано на схеме. Оптимизацию процессов сжигания топлива в теплогенерирующих установках можно проводить за счет: - улучшения режимов работы теплогенерирующей установки; - оптимизации соотношения "воздух - топливо"; - выбора оптимального режима работы котлов; - использования современных способов и устройств сжигания топлива; - применения присадок к топливу, уменьшающих образование вредных веществ.
-
Уменьшить содержание вредных веществ в продуктах сгорания теплогенерирующей установки можно за счет улучшения качества топлива или его замены другим, выделяющим меньше загрязняющих веществ. Улучшить качество топлива можно, например, удаляя из сернистого мазута или нефти перед их сжиганием серу, т.е. применяя десульфатацию топлива. Это удорожает топливо, но одновременно позволяет значительно снизить вредные выбросы с продуктами сгорания.
-
Перспективным направлением замены топлива на более экологически чистое считается получение новых синтетических топлив. Также для уменьшения вредных выбросов делают, если это возможно, замену топлива на более чистое, например, заменяя уголь или мазут на природный газ. К основным способам очистки дымовых газов от вредных газообразных примесей можно отнести: - десульфатацию продуктов сгорания, когда из них удаляют оксиды серы; - абсорбцию, когда вредное вещество из газовоздушной смеси удаляется путем поглощения жидким поглотителем (абсорбентом); - адсорбцию, когда некоторые твердые тела с ультрамикроскопической пористой структурой селективно извлекают из газовой смеси и концентрируют на своей поверхности вредные газы; - каталитическое окисление, когда вредные газообразные примеси удаляются из очищаемого газа в присутствии катализаторов.
-
Рациональное использование водных ресурсов нашей страны является важной составляющей программы охраны окружающей среды. Энергетика и жилищно-коммунальное хозяйство относятся к отраслям промышленности, которые имеют значительные объемы жидких стоков. Применительно к промышленности к сточным водам относят использованные в технологических процессах воды, непригодные по своему качеству для повторного использования на предприятии без специальной подготовки и очистки. При работе теплогенерирующих установок образуются следующие виды сточных вод: а) отработавшие растворы от систем химводоочистки; б) обмывочные воды после обмывки поверхностей нагрева котлов; в) отработанные растворы после химической очистки теплосилового оборудования и его консервации; г) коммунально-бытовые и хозяйственные стоки; д) воды от систем гидрозолоудаления котельных, работающих на твердом топливе;
-
е) воды, загрязненные нефтепродуктами; ж) дождевые (ливневые) воды с территории котельных; з) теплые воды от теплосилового оборудования котельных и др. Анализируя образование и состав различных вредных жидких стоков от теплогенерирующих установок, можно наметить некоторые пути снижения их объемов: а) совершенствование технологических процессов производства тепловой энергии; б) совершенствование технологического оборудования и его элементов (использование, например, засыпок в водоочистных фильтрах с большей емкостью поглощения и т.п.); в) совершенствование технологии очистки воды; г) использование оборотного водоснабжения в технологиях производства тепловой энергии и в системах гидрозолоудаления;
-
д) переход на принципиально новые способы очистки воды (магнитная обработка воды, использование веществ, предотвращающих выпадение солей жесткости на поверхностях нагрева, и др.); е) использование многостадийного способа очистки (грубая очистка, совмещенная с тонкой очисткой). Используя описанные выше методы очистки сточных вод, можно значительно снизить нагрузку на окружающую среду и улучшить экологическую обстановку в районе расположения теплогенерирующей установки.
-
2. Калориферы2.1. Конструкция и принцип работы калорифера
-
Калорифером называют отопительный прибор, нагревающий воздух в помещении. Слово "калорифер" происходит от соединения двух латинских слов "calor" тепло и "fero" несу. Калорифер представляет собой теплообменный элемент отопительных, вентиляционных, сушильных, а также кондиционирующих систем, который позволяет нагревать воздух в процессе его прохождения по каналам вентиляции.
-
Как правило, материалом для изготовления калориферов служат стальные трубы, оребренные снаружи с целю увеличения поверхности нагрева, внутри которых протекает теплоноситель с высоким коэффициентом теплоотдачи. Калориферы отличаются по типу оребрения, отопительные устройства бывают: пластинчатыми (ребра прибора представляют собой насаженные на трубки пластинки); Элементы теплообменников с оребрением: 1 - поперечное оребрение; 2 - продольное “плавниковое” оребрение; 3 - продольное оребрение; 4 - оребрение гофрированием плоских поверхностей теплообмена
-
спирально-навивными (лента, навитая на трубку); с проволочным оребрением (тонкая проволока, навитая на трубку по спирали).
-
Энергоэффективность калорифера зависит от того, насколько высок коэффициент теплоотдачи калорифера при определенных энергетических затратах, т.е. чем больше тепла калорифер способен отдать при неизменных энергозатратах, тем выше его эффективность. Тем не менее, при подборе такого устройства как калорифер следует принимать во внимание не только фактор его энергоэффективности, но и другим требованиям, которые должен соответствовать калорифер, чтобы эффективно работать, в проектируемой вентиляционной системе, например, мощность, принцип, вес и габариты прибора. Следует учесть, что после установки калорифера следует исключить химически активные и слипающиеся примеси из проходящего воздуха путем установки дополнительных фильтров.
-
Калорифер способен значительно нагреть проходящий через него воздух – поднять его температуру на 70 и даже на 110оС, поэтому его можно использовать для подогрева нагнетаемого воздуха даже при минимальных температурах до -25оС. В мощности калориферы разнятся в диапазоне от 4 до 160 кВт. Следует помнить, что воздух для использования любыми калориферами не должен быть сильно загрязнен. Калорифер может устанавливаться по двум различным схемам воздухообмена: по принципу смешения приточного и рециркуляционного воздуха, а также с замкнутой рециркуляцией воздуха. Наиболее эффективная работа калорифера в системах естественной вентиляции достигается при ее установке в подвальных помещениях ( т.е. у точки воздухозабора). Для систем искусственной или принудительной вентиляции это требование неактуально, т.к. воздух прогоняется через калорифер посредством канальных вентиляторов.
-
2.2 Виды калориферов
В соответствии с типом теплоносителя калориферы подразделяются на: водяные; паровые; огневые; электрические. Наиболее часто встречаются водяные калориферы, присоединяемые к центральной системе отопления, а также электрические калориферы с электрическими нагревательными элементами.
-
Быстрее всего через систему вентиляции и кондиционирования помещения способен нагреть паровойкалорифер. Источником тепловой энергии в таком калорифере является перегретый водяной пар. Значительный минус такого калорифера – необходимость наличия парогенерирующих устройств, поэтому наиболее оправдана установка такого устройства в промышленных корпусах, оборудованных промышленными паропроводами для непрерывной подачи пара в калорифер.
-
Огневые калориферы позволяют получать более высокую температуру воздуха, чем паровые, они компактны, экономичны и обладают высокой теплопроизводительностью. Огневые калориферы в условиях строительной площадки более просты в изготовлении; они должны устанавливаться и эксплуатироваться по согласованию с пожарной охраной. Огневые калориферы с принудительной подачей теплого воздуха оборудуют вентиляторами и, обычно, воздушными фильтрами. Наиболее часто устанавливают центробежные вентиляторы с электродвигателями на одном валу или соединенными при помощи ременной передачи. Фильтры применяют различных типов, причем в рабочих условиях они не должны подвергаться воздействию температуры свыше 65о С. В настоящее времяогневые калориферы практически не применяются.
-
Для менее мощных вентиляционных систем экономически более оправдано применение электрического калорифера в связи с тем, что такой калорифер не требует подведения сложных коммуникаций – его достаточно подключить к линии электроснабжения. Использование электрического калорифера оправдано только в том случае, если площадь вентилируемого помещения не превышает 100-150 квадратных метров или 100м3 в час, иначе расход электроэнергии сводит на нет экономию на установке электрического калорифера.
-
Электрический калорифер оборудован ТЭНами для более эффективного теплообмена с окружающим воздухом. Электрокалориферы состоят из спирально-ребренных и спирально-навивных (более мощных) ТЭНов из нержавеющей стали. Нагревательные элементы обычно соединены посекционно, так что можно получить несколько уровней нагрева воздуха. Используются обычно в нежилых помещениях, так как слишком крупны для сравнительно небольших помещений вроде квартир или офисов, причем их возможно использовать как самостоятельно, так и дополнительно к другим обогревателям. Имеют высокую производительность и очень быстро нагревают воздух, работая по принципу конвекции. У них надежная защита от перегрева, поскольку электрокалориферы имеют противопожарный термостат, отключающий аппарат при нагревании до 130 градусов, а также встроенный, защищающий от перегрева. У них также есть терморегулятор, который автоматически поддерживает температурный режим на нужном уровне. Все это обеспечивает высочайший уровень безопасности. Еднственным значительным минусом электрокалориферов, кроме их цены, является то, что они «сжигают» кислород. В народе такой процесс называют «сушит воздух».
-
Водянойкалорифер является наиболее экономичным решением для помещений площадью более 150 м2, так как подвод линии центрального отопления к калориферу – не высокозатратная задача. Температура воды в таком калорифере может достигать 180 ºС. Само устройство состоит из металлического каркаса, в котором объединены мощный вентилятор и стальной теплообменник. Нагреваемый вентилятором воздух проходит через трубки теплообменника, а затем поток нагретого воздуха, направляемый жалюзями, устремляется в помещение.
-
Водяные калориферы могут быть установлены таким способом, чтобы корпус калорифера не было видно, а только жалюзи. Настенные калориферы более распространены и наиболее популярны Цена электрического калорифера немного превышает цену водяного калорифера, хотя последний требует монтажа специального узла обвязки, состоящий из циркуляционного насоса, трёхходового клапана, требуемой арматурой для трубопровода и управляющего модуля. Стоимость такого комплекта начинается от 500 долларов США. Необходимость установки узла обвязки калорифера очевидна: он позволяет управлять производительностью калорифера, а также предохраняет его от замерзания в зимнее время. Существенным минусом водяных калориферов является недостаточная надежность: из-за чрезмерных холодов, нарушений в условиях эксплуатации или неправильно настроенной автоматики. Но все же водяные калориферы не «сушат» воздух благодаря более низкой температуре нагревательных элементов, что положительно сказывается на самочувствии находящихся в помещении людей.
-
Помимо нагревающих калориферов, существуют также и охлаждающие калориферы, или фреоновые воздухоохладители. Принцип их работы схож с принципом работы кондиционера, когда через трубчато-пластинчатый радиатор, заполненный охлаждённым инертным газом – фреоном, проходит воздух, подвергаясь теплообмену с охлаждающим калорифером. Эффективность фреоновых охладителей довольно велика – они способны охлаждать проходящий воздух более чем на 20 ºС. Помимо охлаждения фреоновый калорифер имеет также возможность осушения проходящего через него воздуха путём испарения из него влаги. Фреоновый охладитель требует установки внешнего теплообменника, либо может подключаться к центральной системе кондиционирования. Также необходима система отвода конденсата. Воздухоохладители также бывают водяными. Существенное преимущество таких калориферов состоит в том, что они не требуют установки внешних теплообменников, а всего лишь нуждаются в подводе линии холодного водоснабжения, хотя их эффективность немного ниже фреоновых охладителей. Воздухохладители такого типа также требуют установки узла обвязки. Они, хоть и не используются в зимнее время, но, тем не менее, нуждаются в регулировке.
-
2.3 Расчет мощности калорифера
Этим вопросом задаются многие люди, поставившие перед собой цель приобрести бытовой или промышленный канальный калорифер. Существует одна простая формула для расчета мощности – умножаем расход воздуха м3/час на коэффициент (0,335). Получившееся число опять умножаем, но уже на разницу температуры на выходе из системы и самой низкой (минимальной) температуры наружного воздуха. Q=0.33*L*(T1-T2) Данная формула весьма точна, однако она не может дать максимально объективного представления о требуемой мощности, так как не учитывает многие другие важные факторы. Такие как климатическую зону, в которой будет монтироваться воздухонагревательное оборудование; характеристики воздуха, например, плотность и теплоемкость и т.д. Поэтому для определения мощности дополнительно стоит проконсультироваться со специалистом, который поможет разобраться в вопросе и подобрать оптимальную мощность.
-
3. Кондиционеры
-
3.1 Назначение и классификация кондиционеров
Кондиционеры компактные панельные — устройства, обеспечивающие обработку воздуха с производительностью 200…4000 м3/ч. Кондиционеры предназначены для объектов промышленного и гражданского строительства, могут применяться в качестве приточно-вытяжных, вентиляционных и отопительно-вентиляционных установок. Кондиционеры могут работать на наружном или рециркуляционном воздухе, либо на их смеси. Раздача воздуха осуществляется как по сети воздуховодов, так и непосредственно в помещениях. Могут быть установлены практически в любом положении: на полу, потолке, стенах. Кондиционер состоит из ряда функциональных элементов, которые можно комбинировать в соответствии с конкретной заданной технологией, обеспечивая тем самым эффективную обработку воздуха. Установки могут обеспечить следующие процессы обработки воздуха:
-
очистку — с использованием карманных и ячейковых фильтров. Возможна двухступенчатая очистка воздуха; нагрев — осуществляется водяными и электрическими нагревателями; охлаждение и осушка — производится с использованием охладителей, работающих на различных хладагентах; увлажнение — учитывая малые габариты кондиционеров, исключается форсуночное и сотовое увлажнение; может быть рекомендовано паровое увлажнение при помощи установленного вне камеры парогенератора или с использованием собственного источника пара с его соответствующей очисткой; шумоглушение — осуществляется при помощи пластинчатых шумоглушителей, изготовленных из материала с высоким уровнем шумоглушения; рециркуляция — обеспечивается вводимой в установку смесительной секцией, содержащей необходимое количество воздухозаборных клапанов.
-
Применение этих кондиционеров наиболее целесообразно в небольших помещениях с ограниченным объемом, т.е. при небольшой потребности в воздухе. Это коттеджи, небольшие магазины, рестораны, парикмахерские, автозаправочные станции, автомобильные мойки и многие другие строения. Кондиционеры имеют либо моноблочную (общий корпус), либо блочную (комплект функциональных блоков, имеющих унифицированные присоединительные размеры) структуру. Кондиционеры предназначены для эксплуатации в условиях умеренного и холодного (УХЛ) и сухого тропического (ТС) климата 3-й категории размещения по ГОСТ 15150. Прежде чем перейти к классификации систем кондиционирования, следует отметить, что общепринятой классификации до сих пор не существует, и связано это с многовариантностью принципиальных схем, технических и функциональных характеристик, зависящих не только от технических возможностей самих систем, но и от объектов применения (кондиционируемых помещений).
-
Современные системы кондиционирования могут быть классифицированы по следующим признакам: по основному назначению (объекту применения): комфортные и технологические; по принципу расположения кондиционера в обслуживаемом помещении: центральные и местные; по наличию собственного (входящего в конструкцию кондиционера) источника тепла и холода: автономные и неавтономные; по принципу действия: прямоточные, рециркуляционные и комбинированные; по способу регулирования выходных параметров кондиционированного воздуха: с качественным (однотрубным) и количественным (двухтрубным) регулированием; по количеству обслуживаемых помещений (локальных зон): однозональные и многозональные; по давлению, создаваемому вентиляторами центральных кондиционеров, подразделяются на системы низкого давления (до 100 кг/м2), среднего давления (от 100 до 300 кг/м2) и высокого давления (выше 300 кг/м2).
-
Кроме приведенных классификаций существуют разнообразные системы кондиционирования, обслуживающие специальные технологические процессы, включая системы с изменяющимися во времени (по определенной программе) метеорологическими параметрами. Типы кондиционеров: сплит-системы (настенные, напольно-потолочные, колонного типа, кассетного типа, многозоональные с изменяемым расходом хладагента); напольные кондиционеры и кондиционеры сплит-системы с приточной вентиляцией; системы с чилерами и фанкойлами; крышные кондиционеры; шкафные кондиционеры; прецизионные кондиционеры; центральные кондиционеры.
-
3.2 Конструкция и устройство кондиционеров
Устройство кондиционера рассмотрим на примере сплит-системы настенного типа. Сплит-системы с другими типами внутренних блоков состоят из тех же узлов, и отличаются только внешним видом. Наружный блок кондиционера Компрессор— сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру. Компрессор бывает поршневого или спирального (scroll) типа. Поршневые компрессоры дешевле, но менее надежны, чем спиральные, особенно в условиях низких температур наружного воздуха.
-
Четырехходовой клапан — устанавливается в реверсивных (тепло - холод) кондиционерах. В режиме обогрева этот клапан изменяет направление движения фреона. При этом внутренний и наружный блок как бы меняются местами: внутренний блок работает на обогрев, а наружный — на охлаждение. Плата управления — как правило, устанавливается только на инверторных кондиционерах. В не инверторных моделях всю электронику стараются размещать во внутреннем блоке, поскольку большие перепады температуры и влажности снижают надежность электронных компонентов. Вентилятор — создает поток воздуха, обдувающего конденсатор. В недорогих моделях имеет только одну скорость вращения. Такой кондиционер может стабильно работать в небольшом диапазоне температур наружного воздуха. В моделях более высокого класса, рассчитанных на широкий температурный диапазон, а также во всех коммерческих кондиционерах, вентилятор имеет 2 - 3 фиксированных скорости вращения или же плавную регулировку.
-
Конденсатор — радиатор, в котором происходит охлаждение и конденсация фреона. Продуваемый через конденсатор воздух, соответственно, нагревается. Фильтр фреоновой системы — устанавливается перед входом компрессора и защищает его от медной крошки и других мелких частиц, которые могут попасть в систему при монтаже кондиционера. Разумеется, если монтаж выполнен с нарушением технологии и в систему попало большое количество мусора, то фильтр не поможет. Штуцерные соединения — к ним подключаются медные трубы, соединяющие наружный и внутренний блоки. Защитная быстросъемная крышка — закрывает штуцерные соединения и клеммник, используемый для подключения электрических кабелей. В некоторых моделях защитная крышка закрывает только клеммник, а штуцерные соединения остаются снаружи.
-
Внутренний блок кондиционера Передняя панель — представляет собой пластиковую решетку, через которую внутрь блока поступает воздух. Панель легко снимается для обслуживания кондиционера (чистки фильтров и т.п.) Фильтр грубой очистки — представляет собой пластиковую сетку и предназначен для задержки крупной пыли, шерсти животных и т.п. Для нормальной работы кондиционера фильтр необходимо чистить не реже двух раз в месяц. Испаритель — радиатор, в котором происходит нагрев холодного фреона и его испарение. Продуваемый через радиатор воздух, соответственно, охлаждается.
-
Горизонтальные жалюзи — регулируют направление воздушного потока по вертикали. Эти жалюзи имеют электропривод и их положение может регулироваться с пульта дистанционного управления. Кроме этого, жалюзи могут автоматически совершать колебательные движения для равномерного распределения воздушного потока по помещению. Индикаторная панель — на передней панели кондиционера установлены индикаторы (светодиоды), показывающие режим работы кондиционера и сигнализирующие о возможных неисправностях. Фильтр тонкой очистки — бывает различных типов: угольный (удаляет неприятные запахи), электростатический (задерживает мелкую пыль) и т.п. Наличие или отсутствие фильтров тонкой очистки никакого влияния на работу кондиционера не оказывает. Вентилятор — имеет 3 - 4 скорости вращения.
-
Горизонтальные жалюзи — регулируют направление воздушного потока по вертикали. Эти жалюзи имеют электропривод и их положение может регулироваться с пульта дистанционного управления. Кроме этого, жалюзи могут автоматически совершать колебательные движения для равномерного распределения воздушного потока по помещению.
-
Основными узлами любого кондиционера являются: Компрессор — сжимает фреон и поддерживает его движение по холодильному контуру. Конденсатор — радиатор, расположенный во внешнем блоке. Название отражает процесс, происходящий при работе кондиционера — переход фреона из газообразной фазы в жидкую (конденсация). Испаритель — радиатор, расположенный во внутреннем блоке. В испарителе фреон переходит из жидкой фазы в газообразную (испарение). ТРВ (терморегулирующий вентиль) — понижает давление фреона перед испарителем. Вентиляторы — создают поток воздуха, обдувающего испаритель и конденсатор. Они используются для более интенсивного теплообмена с окружающим воздухом.
-
Компрессор, конденсатор, ТРВ и испаритель соединены медными трубами и образуют холодильный контур, внутри которого циркулирует смесь фреона и небольшого количества компрессорного масла. В процессе работы кондиционера происходит следующий процесс: В компрессор из испарителя поступает газообразный фреон под низким давлением в 3 - 5 атмосфер и температурой 10 - 20°С. Компрессор сжимает фреон до давления 15 - 25 атмосфер, в результате чего фреон нагревается до 70 - 90°С и поступает в конденсатор. Конденсатор обдувается воздухом, имеющим температуру ниже температуры фреона, в результате фреон остывает и переходит из газообразной фазы в жидкую с выделением дополнительного тепла. При этом воздух, проходящий через конденсатор, нагревается. На выходе из конденсатора фреон находится в жидком состоянии, под высоким давлением, температура фреона на 10 - 20°С выше температуры атмосферного воздуха.
-
Из конденсатора теплый фреон поступает в терморегулирующий вентиль (ТРВ), который в бытовых кондиционерах выполняется в виде капилляра (длинной тонкой медной трубки, свитой в спираль). В результате прохождения через капилляр давление фреона понижается до 3 - 5 атмосфер и фреон остывает, часть фреона может при этом испариться. После ТРВ смесь жидкого и газообразного фреона с низким давлением и низкой температурой поступает в испаритель, который обдувается комнатным воздухом. В испарителе фреон полностью переходит в газообразное состояние, забирая у воздуха тепло, в результате воздух в комнате охлаждается. Далее газообразный фреон с низким давлением поступает на вход компрессора и весь цикл повторяется. Этот процесс лежит в основе работы любого кондиционера и не зависит от его типа, модели или производителя.
-
Отметим, что одна из наиболее серьезных проблем при работе кондиционера возникает в том случае, если в испарителе фреон не успевает полностью перейти в газообразное состояние. Тогда на вход компрессора попадает жидкость, которая, в отличие от газа, несжимаема. В результате происходит гидроудар и компрессор выходит из строя. Причин, по которым фреон может не успевать испариться, может быть несколько. Самые распространенные — загрязненные фильтры (при этом ухудшается обдув испарителя и теплообмен) и работа кондиционера при низких температурах наружного воздуха (в этом случае в испаритель поступает переохлажденный фреон).
-
3.3 Расчет мощности кондиционера
Типовой расчет позволяет найти мощность кондиционера для небольшого помещения: отдельной комнаты в квартире или коттедже, офиса площадью до 50 – 70 м² и других помещений, расположенных в капитальных зданиях. Расчет мощности охлажденияQ (в киловаттах) производится по следующей методике: Q = Q1 + Q2 + Q3, где Q1 — теплопритоки от окна, стен, пола и потолка. Q1 = S * h * q / 1000, где S — площадь помещения (м²); h — высота помещения (м); q — коэффициент, равный 30 - 40 Вт/м³:
-
q = 30 для затененного помещения; q = 35 при средней освещенности; q = 40 для помещений, в которые попадает много солнечного света. Если в помещение попадают прямые солнечные лучи, то на окнах должны быть светлые шторы или жалюзи. Q2 — сумма теплопритоков от людей. Теплопритоки от взрослого человека: 0,1 кВт — в спокойном состоянии; 0,13 кВт — при легком движении;
-
0,2 кВт — при физической нагрузке; Q3 — сумма теплопритоков от бытовых приборов. Теплопритоки от бытовых приборов: 0,3 кВт — от компьютера; 0,2 кВт — от телевизора; Для других приборов можно считать, что они выделяют в виде тепла 30% от максимальной потребляемой мощности (то есть предполагается, что средняя потребляемая мощность составляет 30% от максимальной). Мощность кондиционера должна лежать в диапазоне Qrange от –5% до +15% расчетной мощности Q.
-
Пример типового расчета мощности кондиционера Рассчитаем мощность кондиционера для жилой комнаты площадью 26 м² c высотой потолков 2,75 м в которой проживает один человек, а также есть компьютер, телевизор и небольшой холодильник с максимальной потребляемой мощностью 165 Вт. Комната расположена на солнечной стороне. Компьютер и телевизор одновременно не работают, так как ими пользуется один человек. Сначала определим теплопритоки от окна, стен, пола и потолка. Коэффициент q выберем равным 40, так как комната расположена на солнечной стороне: Q1 = S * h * q / 1000 = 26 м² * 2,75 м * 40 / 1000 = 2,86 кВт. Теплопритоки от одного человека в спокойном состоянии составят 0,1 кВт. Q2 = 0,1 кВт
-
Далее, найдем теплопритоки от бытовой техники. Поскольку компьютер и телевизор одновременно не работают, то в расчетах необходимо учитывать только один из этих приборов, а именно тот, который выделяет больше тепла. Это компьютер, тепловыделения от которого составляют 0,3 кВт. Холодильник выделяет в виде тепла около 30% максимальной потребляемой мощности, то есть 0,165 кВт * 30% / 100% ≈ 0,05 кВт. Q3 = 0,3 кВт + 0,05 кВт = 0,35 кВт Теперь мы можем определить расчетную мощность кондиционера: Q = Q1 + Q2 + Q3 = 2,86 кВт + 0,1 кВт + 0,35 кВт = 3,31 кВт Рекомендуемый диапазон мощности Qrange (от -5% до +15% расчетной мощности Q): 3,14 кВт < Qrange < 3,80 кВт Нам осталось выбрать модель подходящей мощности. Большинство производителей выпускает сплит-системы с мощностями, близкими к стандартному ряду: 2,0 кВт; 2,6 кВт; 3,5 кВт; 5,3 кВт; 7,0 кВт. Из этого ряда мы выбираем модель мощностью 3,5 кВт.
-
4. Технико-экономические показатели установок
Рассмотрим эффективность работы и экономическую целесообразность использования установок на примере теплогенератора. Оценка эффективности работы теплогенерирующей установки может быть проведена с использованием технико-экономических показателей. Существует два вида показателей: количественные (абсолютные) и качественные (относительные). Некоторые из них приведены ниже. К количественным показателям работы теплогенерирующей установки относят:
-
- годовой отпуск тепловой энергии потребителям, ГДж (или Гкал); QУСТ - установленная тепловая мощность теплогенерирующей установки, МВт; - годовая выработка тепловой энергии теплогенерирующей установкой, ГДж/г.; - годовое потребление энергии на собственные нужды установки, ГДж/г.; BГОД - годовой расход натурального топлива, т/г. или м3/г.; GГОД - годовой расход воды, м /г.; ЭЭГОД - годовой расход электроэнергии, кВт·ч/г. или м3/г; nШТ - численность персонала теплогенерирующей установки, чел.; ЭГОД - годовые эксплуатационные расходы, р./г.; BГОД - годовой расход натурального топлива, т/г. или м3/г. и другие показатели.
-
К качественным показателям относят: ηБР- коэффициент полезного действия установки брутто, т.е. без учета затрат тепловой энергии на собственные нужды; ηHET- коэффициент полезного действия установки нетто, т.е. с учетом затрат тепловой энергии на собственные нужды; bO- удельный расход топлива на единицу отпущенной энергии, г/ГДж; Sq - себестоимость отпускаемой потребителям тепловой энергии, р./ГДж; КЗ - коэффициент загрузки основного оборудования, причем КШТ - штатный коэффициент, чел/МВт, причем KШТ = nШТ\QУСТ.
-
Основным обобщающим технико-экономическим показателем, отражающим качество работы теплогенерирующей установки в целом, является стоимость отпущенной потребителям единицы тепловой энергии, р./ГДж: (4.1) где SТГУ - годовые эксплуатационные расходы по теплогенерирующей установке, р./г. Годовые эксплуатационные расходы теплогенерирующей установки определяются как сумма ряда статей, р. /г. (4.2)
-
где SТ - годовые затраты на топливо; SЭЭ - годовые затраты на использованную теплогенерирующей установкой электроэнергию; SB - годовые затраты на использованную воду; SAM - годовые затраты на амортизационные отчисления; STP - годовые затраты на текущий ремонт; SЗП – годовая заработная плата с учетом начислений на заработную плату для эксплуатационного персонала теплогенерирующей установки; SПР - годовые прочие суммарные затраты. Расчет составляющих себестоимости отпускаемой тепловой энергии по формуле (4.1) проводится с использованием специальных методик, строительно-монтажных и сметных норм с учетом существующих цен на топливо, воду, электроэнергию и другие материалы и оборудование.
-
Часто возникает необходимость сравнить несколько возможных вариантов проектного решения теплогенерирующей установки и выбрать для строительства оптимальный. Для этого определяются приведенные затраты на единицу отпускаемой тепловой энергии по формуле, р./ГДж (4.3) где ЕH - нормативный коэффициент эффективности, принимаемый обычно равным 0,12; КТГУ - капитальные затраты на сооружение теплогенерирующей установки (сметная стоимость строительства), р.
-
5. Заключение
Все мы любим комфорт. Дома или на работе, на отдыхе или в поездке. Зимой и в межсезонье особенно резко встает вопрос обогрева. Так как же выбрать подходящее оборудование, чтобы согреть свое жилище и при этом сэкономить. Для этого поможет четкое представление - для чего именно вам нужно тепловое оборудование. Если для обогрева комнаты дома, можно остановить свой выбор на кондиционере. Они наиболее эффективны для прогрева небольших помещений. К достоинствам можно отнести простоту монтажа, готовность к работе сразу после покупки, легкость самостоятельного ухода за прибором, широкие функциональные возможности.
-
Однако, для полного прогрева больших помещений типа ангаров, складов и т. п. лучше использовать теплогенераторные или калориферные установки. Есть варианты мобильных, подвесных и стационарных установок. В данный момент можно подобрать теплогенератор, работающий на природном (магистральном) или сжиженном (баллонном) газе, дизельном топливе и даже на отработанном масле. Основным и несомненно большим плюсом водяных калориферов является невысокая стоимость их эксплуатации за счет самого недорогого из имеющихся теплоносителей - воды. Также часто применяются системы воздушного отопления, которые представляют собой теплогенераторы с прямой подачей нагретого воздуха или с раздачей его по воздуховодам. Очевидными преимуществами воздушного отопления являются: Во-первых, благодаря прямому сжиганию топлива без промежуточного теплоносителя и постоянному движению воздуха достигается высокий тепловой КПД, а также малая инерционность системы, что дает возможность в течение получаса прогреть помещение до рабочей температуры.
-
Во-вторых, при воздушном отоплении отсутствует риск замерзания воды в системе, что положительно сказывается на надежности оборудования. В-третьих, систему воздушного отопления можно совместить с вентиляцией, организовав частичный подмес или 100 %-ное использование приточного воздуха. В-четвертых, высокая степень автоматизации позволяет вырабатывать ровно то количество тепла, в котором есть необходимость. За счет точного поддержания температуры, влажности, чистоты воздуха можно добиться уровня комфорта, недостижимого для других систем. Наконец, капитальные затраты на строительство или реконструкцию воздушной системы, как правило, значительно ниже расходов на организацию водяного отопления, поскольку в данном случае не нужно возводить и содержать котельную, станцию водоподготовки и теплотрассу. Отсутствие необходимости в ремонте теплотрасс позволяет резко снизить и эксплуатационные расходы. В России с ее суровыми зимами вопрос организации отопления помещений — далеко не праздный. Ассортимент имеющегося на рынке оборудования для обогрева весьма широк, и часто заказчику не так-то просто сделать правильный выбор. Для правильного выбора оборудования необходима профессиональная консультация и верный расчет мощностей оборудования.
-
Список литературы
Аэродинамический расчет котельных установок. (Нормативный метод). - Л.: Энергия, 1977. - 256 с. Бобков А.С, Блинов А.А. и д.р. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности. М:.,«Химия», 1997г. 367 с. Бондарь Е.С. Современные бытовые электроприборы и машины. М:., Машиностроение, 1987г. 146-с ГОСТ 17.2.3.01-86. Охрана природы. Атмосфера. Правила контроля качества воздуха населенных пунктов. ГОСТ 20995-75. Котлы паровые стационарные давлением до 4 МПа. Делягин Г.Н. Теплогенерирующие установки / Г.Н. Делягин, В.И. Лебедев, Б.А. Пермяков. - М.: Стройиздат, 1986. - 559 с. Кэйс В. М., Лондон А.Л. Компактные теплообменники.— М.: Энергия, 1967.— 224 с.
-
Лебедев В.И. Расчет и проектирование теплогенерирующих установок / В.И. Лебедев, Б.А. Пермяков, П.А. Хаванов. -М.: Стройиздат, 1992. - 360 с. ПБ 10-574-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. - М.: ПИО ОБТ, 2003. Петровский Ю.В., Фастовский В.Г. Современные эффективные теплообменники.— М.— Л.: Госэнергоиздат, 1962.— 256 с. Правила технической эксплуатации коммунальных отопительных котельных. - М.: НПО ОБТ, 1992. - 87 с. СНиП П-35-76*. Котельные установки. - М: ГУЛ ЦПП Госстроя России, 1997. – 49 с. Справочник проектировщика. Под ред. Староверова И.Г. Внутренние санитарно-технические устройства. Часть2. Вентиляция и кондиционирование воздуха. М.: Стройиздат. 1978. 502с. Фраас А., Оцисик М. Расчет и конструирование теплообменников.— М.: Атом-издат, 1971.— 358 с.
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.